המתחרה הסינית ל-GPS

הסינים השיקו באופן רשמי את מערכת הניווט הלוויינית שלהם, הנקראית "ביידו" (Beidou). על פי דיווח ב-BBC המערכת תעניק שירותי ניווט ומידע גיאוגרפי לסין ומדינות מזרח אסיה ותהווה אלטרנטיבה למערכת האמריקאית GPS) Global positioning system), גלונאס הרוסית וגלילאו האירופית, הנפרשת בימים אלה.

ביידו יעניק למשתמשיו מידע ברזולוציה של כ-10 מטרים ויוכל למדוד מהירויות של 0.2 מטרים בשנייה ויותר. השירותים הצבאיים שלו יהיו משופרים עוד יותר ויהפכו את צבא סין לפחות תלוי בטכנולוגיות איכון זרות. בשוק האזרחי תשרת המערכת הלוויינית בעיקר את ענפי התחבורה, התקשורת והדיג.

על רקע ההשקה, אבי הר אבן, לשעבר יו"ר סוכנות החלל הישראלית, עשה סדר במערכות הניווט הלווייניות הקיימות כיום בשוק, מיוחד עבור ישראל דיפנס.

מערכת GPS מבוססת על 24 לוויינים ייעודיים שסובבים סביב כדור הארץ בגובה 20,200 ק"מ, ובמהירות של 7000 מייל לשעה, כאשר כל אחד מהם נושא שעון אטומי, כך שבכל הלוויינים השעה זהה. כל לוויין משדר אות זמן מוצפן בסדרה פסאודו אקראית (סדרה שנוצרת במכונת מצבים ידועה עם תנאי התחלה ידועים. הייחוד בסדרות כאלו הוא שהערכים שלהן כמעט אף פעם אינם מתנגשים, וכך המקלט יכול לזהות את הלוויין ששידר על פי הסדרה הספציפית המיוחסת לו. המסלול נמצא בכל מקלט GPS ברשימה שנקראת "אלמנך GPS".

מסלולי הלוויינים הכרחיים למציאת מיקום המקלט, וכל שגיאה במיקום הלוויין תגרור שגיאה גדולה במיקום שיחושב על ידי המקלט. כל הלוויינים משדרים באותו תדר, אך לכל לוויין יש סדרה משלו, שאותו קולט המקלט הקרקעי. קליטת אותות משלושה לווינים מאפשרת, על סמך השוואת זמן משידור האות עד לקליטתו על יד המקלט הקרקעי, את חישוב המיקום על פני כדור הארץ. קליטת אות מלוויין רביעי מאפשרת גם לחשב את הגובה של המקלט על פני כדור הארץ.

במקלט הקרקעי קיים בסיס נתונים המאפשר לדעת מאיזה לוויין הגיע האות המסויים, ומה מיקומו מעל כדור הארץ ומיקומו היחסי לעומת שאר הלוויינים. הלוויינים במערכת משלימים הקפה כל 11 שעות ו-58 דקות. 24 הלווינים סובבים בשישה מישורים שונים, ארבעה בכל מישור. בנוסף, בכל מישור סובב לוויין נוסף לא פעיל המשמש כעתודה (סך הכל 24 ועוד שישה לוויינים). דיוק קביעת המיקום מושפע, בין היתר, מגורמים אטמוספריים שונים, שלא נפרט. המערכת נועדה בתחילת דרכה לשימושים צבאיים בלבד (P CODE). הדיוק שלה יכול להגיע למספר סנטימטרים. במשך הזמן הסכים הממשל האמריקאי לאפשר גם לגורמים אזרחיים בכל העולם להשתמש במערכת תוך הכנסה מכוונת של אי דיוק מסויים (C CODE). הדיוק, במקרה זה, הגיע למספר עשרות מטרים.

במאי שנת 2000 ביטל נשיא ארצות הברית, ביל קלינטון, את השיבוש המכוון והמצב כיום הוא שמכשירי GPS אזרחיים נהנים מדיוק יחסית גבוה. אף כי מבחינה טכנית יכול הממשל האמריקאי לא להפעיל את שרותי ה GPS מעל אזורים מסויימים, "טוענים" השלטונות באופן רשמי כי הם מעולם לא הפעילו אפשרות זו. יש לציין שמיסוך האותות, לאור עוצמתם הנמוכה, אינו מהוה בעיה טכנית ולכן מפתחים היום בעולם גם אמצעים שיבטיחו את המשכיות השירות , תוך התגברות חלקית על המיסוך, לצרכים חיוניים.

GPS דיפרנציאלי (DGPS)

אחת הדרכים להתגבר על סטיות דיוק הנובעות מהפרעות אטמוספריות או משיבושים מכוונים של המפעיל (גם אם הוא טוען שהפרעות כאלה לא קיימות), היא שאחת מתחנות הקליטה תהיה במיקום ידוע בדיוק גבוה. תחנה זו מקבלת מהלוויינים את המיקום המשוער של אותה תחנה כפי שה- GPS רואה, והיות שמיקום התחנה ידוע, ניתן לחשב, על ידי השוואת שני המיקומים (האמיתי הידוע והמדומה הניתן על ידי הלוויינים), מהי הסטייה שתתקבל על ידי מערכת GPS.

אותה תחנה משדרת "תיקון" של הסטיה למכשירי ה- GPS הנמצאים אתה ברשת, כך שכל מקלטי ה-GPS באותה רשת יודעים את מיקומם בדיוק גבוה (מספר סנטימטרים בודדים). לשיטה זו קוראים DGPS) - Differential Global Positioning System).

ניגזרות של מערכות GPS

במרוצת הזמן, עם התרחבות השימושים במערכת ה GPS, בעיקר בתעופה האזרחית, כאשר נוספו דרישות חמורות של רציפות השידור, אמינות הנתונים המשודרים וכדומה, ויותרמערכות ניווט קונבנציונליות אחרות "פינו" מקומן למערכות לווייניות, פותחו מערכות ניווט איזוריות המתבססות על GPS אך "מגייסות אמצעי עזר", כמו תחנות קרקעיות (הנותנות תיקונים אטמוספריים), לוויינים גאוסטציונריים (לוויינים גדולים המשייטים מעל קו המשווה, בגובה 36,000 ק"מ וסובבות את כדור הארץ במהירות זוויתית הזהה למהירות הכדור, כך שהן נמצאות מעל נקודה קבועה).

שימוש זה יצר מערכות כמו EGNOS- מעל יבשת אירופה וצפון אפריקה- כולל ישראל, WASS - מעל ארה"ב וקנדה, ו - QZSS מעל יפן.

מערכת ניווט לווייני רוסית Global Navigation Satellite System - GLONASS

מערכת ניווט לוויני ראשונה בגוש המזרחי ,TSIKLON, כללה 31 לווינים. היא פותחה והופעלה בברית המועצות עוד בשנים 1967-1978.המערכת שימשה בעיקר לניווט צוללות, ואף כי היתה מדוייקת - עקב הזמן הרב יחסית שנידרש לקביעת מיקום, היא לא סיפקה תשובה מספקת למערכות דינמיות כמו מטוסים וטילים בליסטיים. רק בשנת 1968 הבשילה בברית המועצות, ההכרה בצורך במערכת בעלת ביצועים טובים יותר, ובשנת 1976 החליטה הממשלה להתניע פרויקט חדש GLONASS.

בדצמבר 1995 המערכת הגיעה לתצורה מלאה של 24 לווינים שמשייטים בגובה של קרוב ל- 20,000 ק"מ. למערכת דיוקים דומים ל-GPS. בעקבות המשבר הכלכלי ברוסיה, בשנים 1989-1999, קיצוץ תקציב החלל ב80%, והצורך בהחלפה תדירה של הלווינים (אורך החיים הקצר- שלוש שנים), המערכת הדרדרה למצב שרק 6 לווינים היו פעילים. עם עלייתו של ולדימיר פוטין לשלטון, בתחילת שנת 2000, חל שינוי מהותי בנושא. פוטין קיבל החלטה אסטרטגית לשקם את המערכת הלוויינית. הלוויינים שופרו מבחינת ביצועים ואורך חיים. התחום האזרחי ניתן כבר היום לשימוש באופן חופשי, בדומה למערכות GPS. בחלק מהמקלטים ניתן יהיה כבר בימים הקרובים לקלוט לוויינים משני המערכים GPS ו- .GLONASS הלוויין ששוגר בפברואר השנה, מסדרת GLONASS-K, משלים את המערך הרוסי ל-24 לווינים.

ביולי 2004, אחרי מאמצים רבים "והצגת קבלות" על הישגינו בתחום החלל, כולל קיום תשתיות מדעיות ותעשייתית, הסכימו האירופאיים לצרף את ישראל, שהפכה בכך לשותף השני מחוץ לאירופה (אחרי סין). במסגרת ההסכם, נאותה ישראל להשקיע סכום של 100 מיליון שקל במוצרים בהם יש לפרויקט עניין.

ההחלטה על ההשקעה נעשתה אחרי בחינה ובחירה משותפת של הצרכים במערכת ושל יכולות התעשייה הישראלית. בין הגופים הישראלים שנהנו מההשקעה, ברמות שונות, ניתן לציין את רפאל, התעשייה האווירית, חברת AccuBeat המייצרת שעונים אטומיים, הטכניון ועוד מספר מוסדות מחקר ומיזמים שהוקמו לצורך כך.

ומה צופן העתיד לעולם המערכות הלווייניות? לדעתי, הדורות הבאים בכלל לא יוכלו לדמיין את העולם בלעדיהם.