Jak satelity kształtują naszą codzienną życie: od nawigacji GPS do prognoz pogody

Większość ludzi sprawdza aplikację mapy lub prognozę pogody, nie myśląc o tym, co to umożliwia. Za obydwoma stoi warstwa satelitów na różnych orbitach, każdy zbudowany do określonego zadania, zgodnie z oficjalną stroną rządu USA poświęconą GPS, GPS.gov, i Narodowym Zamieszem Oceanicznym i Atmosferycznym (NOAA).

Jak satelity GPS ustalają Twoją lokalizację

GPS.gov opisuje Globalny System Pozycjonowania jako system użyteczności publicznej należący do USA zbudowany wokół trzech części: segmentu kosmicznego, segmentu kontroli i segmentu użytkownika. Segment kosmiczny to "nominalna konstelacja 24 operacyjnych satelitów", które stale nadają swoją pozycję i dokładny czas. Naziemne stacje kontrolne monitorują i regulują te satelity, podczas gdy odbiorniki w telefonach, samochodach i samolotach odbierają sygnały, aby obliczyć lokalizację użytkownika, zgodnie z GPS.gov.

NASA's Space Place, witryna edukacyjna prowadzona przez Laboratorium Napędów Odrzutowych, wyjaśnia matematykę leżącą u podstaw w prostszych słowach: dzisiejsza konstelacja obejmuje ponad 30 aktywnych satelitów, a odbiornik musi odbierać sygnały od co najmniej czterech z nich, aby obliczyć precyzyjną pozycję trójwymiarową metodą zwaną trilateracją. Standardowe odbiorniki GPS, jak mówi NASA, są zwykle dokładne w granicach kilku jardów, podczas gdy specjalizowane odbiorniki mogą zawęzić to do kilku cali.

GPS.gov zauważa, że Siły Kosmiczne USA opracowują, utrzymują i obsługują satelity GPS oraz sieć naziemnej kontroli, podczas gdy sam sygnał jest bezpłatnie udostępniany użytkownikom cywilnym na całym świecie do celów takich jak wskazówki dotyczące jazdy i nawigacja piesze.

Poza codzienną nawigacją, NASA's Space Place wymienia zastosowania w reagowaniu na katastrofy: czujniki oparte na GPS przyczyniają się do systemów wczesnego ostrzegania przed tsunami, pomagają śledzić deformacje gruntu wulkanicznego i przyspieszają ocenę szkód po trzęsieniach ziemi.

Dwa rodzaje orbit za Twoją prognozą pogody

Prognozowanie pogody opiera się na innym zestawie satelitów, a Narodowa Służba Danych i Informacji Środowiskowych NOAA (NESDIS) mówi, że agencja obsługuje dwa główne typy satelitów, które pracują razem. Satelity geostacjonarne, część programu Geostacjonarnego Operacyjnego Satelity Środowiskowego (GOES), krążą około 22 236 mil nad równikiem, dopasowując się do obrotu Ziemi, aby pozostać nieruchomymi nad tym samym regionem. NESDIS mówi, że satelity GOES aktualizują swoje obrazy tak często jak co 30 sekund, czyniąc je centralne dla prognozowania krótkoterminowego i śledzenia burz w czasie rzeczywistym; GOES-16 obejmuje Amerykę Północną i Atlantyk, podczas gdy GOES-17 obejmuje Pacyfik.

Drugi typ, satelity o orbicie biegunowej należące do Połączonego Systemu Satelitów Biegunowych (JPSS), latają znacznie bliżej Ziemi — około 512 mil — okrążając bieguny mniej więcej 14 razy dziennie, zgodnie z NESDIS. Każdy przejazd obejmuje węższy pas, ale ponieważ satelita jest bliżej, obrazy mają wyższą rozdzielczość, a cała flota obrazuje całą planetę przynajmniej dwa razy dziennie. NESDIS stwierdza, że te globalne dane zasilają numeryczne modele pogody używane do generowania prognoz na kilka dni w przód, podczas gdy satelity geostacjonarne obsługują natychmiastowy, zlokalizowany obraz.

Satelity obserwacji Ziemi Europy

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) obsługuje satelity Sentinel programu Copernicus, które ESA opisuje jako pięć rodzin satelitów wyposażonych w różne instrumenty, które razem wspierają monitorowanie wykraczające poza samą pogodę. ESA stwierdza, że Sentinel-1, na przykład, śledzi wycieki ropy naftowej w oceanie, lód morski, pokrycie terenu i deformacje powierzchni, oraz że dane Copernicus jako całość wspierają monitorowanie katastrof, reagowanie humanitarne i bezpieczeństwo morskie, takie jak kierowanie statków bezpiecznie przez lód morski.

Dlaczego dwa różne orbity satelitów mają znaczenie

Przykłady GPS i pogody wskazują na powszechny wybór projektowy w systemach satelitarnych: wysokość to kompromis między obszarem pokrycia a szczegółami. Satelity dalej od powierzchni, takie jak satelity GPS lub geostacjonarne satelity pogody, mogą ciągle obserwować duży, stały obszar. Satelity bliżej Ziemi, takie jak satelity pogody o orbicie biegunowej, poświęcają ciągłe pokrycie jednego miejsca w zamian za ostrzejsze, bardziej szczegółowe obrazy podczas przejazdu.

Co to oznacza dla codziennych użytkowników

Żaden z tych systemów nie jest widoczny dla ludzi, którzy polegają na nich setki razy dziennie. Aplikacja nawigacyjna po cichu wykorzystuje sygnały z co najmniej czterech satelitów GPS, aby umieścić niebieski punkt na mapie, zgodnie z wyjaśnieniem trilateracji NASA. Prognoza w aplikacji pogodowej czerpie z obrazów ułożonych razem z satelitów 22 236 mil powyżej i innych zaledwie 512 mil, zgodnie z NOAA. Rezultat jest taki, że rutynowe codzienne zadania — dojazdy do pracy, sprawdzanie pogody przed wyjściem z domu lub śledzenie burzy — zależy od sprzętu krążącego wysoko powyżej atmosfery, o którym większość użytkowników nigdy nie myśli.