Dokąd zmierza nawigacja?

Nawigacja przeciętnemu człowiekowi kojarzy się przede wszystkim z urządzeniem zamontowanym w samochodzie i ułatwiającym dotarcie do wyznaczonego celu. To skojarzenie słuszne, ale to tylko jedno z bardzo wielu zastosowań GNSS, czyli globalnych systemów nawigacji satelitarnej.

Tego, jakie mogą być zastosowania satelitarnych metod wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji – można się było dowiedzieć na konferencji naukowej zorganizowanej w dniach 23-25 czerwca przez Instytut Geodezji na Wydziale Geodezji Gospodarki Przestrzennej UWM.

A zastosowania są rozliczne i tak różnorodne, że twórcom pierwszego satelitarnego systemu nawigacyjnego chyba się nawet o nich nie śniło – podejrzewa dr hab. Paweł Wielgosz, prof. UWM, prodziekan WGiGP, przewodniczący komitetu naukowego konferencji.

Dzisiejsze nawigacyjne systemy satelitarne zostały zapoczątkowane przez system Transit, uruchomiony w 1964 r. przez marynarkę wojenną USA. Miał zastosowanie w nawigacji morskiej. Od 1967 system Transit zaczął być sporadycznie wykorzystywany również do celów cywilnych. Na początku lat 80. stał się ogólnodostępny. Był stosowany do końca 1996. Jego następcą jest system GPS. Został zaprojektowany jako precyzyjny system określania położenia o zasięgu globalnym dla celów wojskowych. Jego rosyjskim odpowiednikiem jest GLONASS - również wojskowy. Jego metoda pomiaru i działanie są podobne jak GPS. Swój system (również wojskowy) mają także Chińczycy - Compass/BeiDou. Nad własnym system nawigacyjnym Galileo pracuje także 27 krajów europejskich. Jest to system cywilny. W jego budowie uczestniczą m.in. naukowcy z UWM – prof. Stanisław Oszczak.

Czy światu, a szczególnie Europie potrzebny jest kolejny system nawigacji? Przecież to jest bardzo droga rzecz.

- Tak, bo 3 pozostałe systemy to systemy wojskowe i na skutek politycznych decyzji mogą zostać dla cywilnych użytkowników zamknięte. To byłaby dla wielu dziedzin życia i nauki klęska - wyjaśnia prof. Wielgosz.

Dla jakich, na przykład, pomijając ruch lotniczy, morski i lądowy?

Dla rolnictwa. Obecnie to ono jest głównym użytkownikiem sygnałów GPS, ale wykorzystuje go również bardzo intensywnie na przykład geodezja satelitarna. To nowa dziedzina nauki rozwijająca się od lat 90. XX wieku. Jednym z jej prekursorów był nieżyjący już prof. Baran, ku, którego pamięci zorganizowaliśmy tę konferencję - wyjaśnia prof. Wielgosz

Jednym ze szczegółowych zastosowań GNSS jest badanie zawartości pary wodnej w atmosferze. Jest to potrzebne do opracowywania dokładnych map pogody. W Polsce mamy 2 stacje badające zawartość pary tradycyjnymi metodami. Dzięki systemowi nawigacji powstało jednak jeszcze100 punktów. Dysponując danymi ze 100, a nie 2 miejsc pomiarowych można taką mapę uczynić bardziej precyzyjną, a prognozę - bardziej pewną.

Do precyzyjnego prognozowania pogody służą także pomiary okultacyjne, czyli badanie temperatury powietrza na podstawie ugięcia sygnałów GPS przechodzących przez atmosferę, a odbieranych przez satelity niskoorbitalne.

- Na naszym wydziale prowadzimy badania jonosfery, czyli tzw. pogody kosmicznej, które zapoczątkował właśnie prof. Baran. Znając stan tej pogody i wiedząc jaki jest jej wpływ na przesyłany sygnał satelitarny jesteśmy w stanie bardzo precyzyjnie określić pozycję metodą GPS. Obecnie standardowy sygnał umożliwia pozycjonowanie z dokładnością od 30 cm do 6 m. My już możemy uzyskać dokładność 2 mm – dodaje prof. Wielgosz.

Komu potrzebna taka dokładność, chyba nie kierowcom? Czy to już nie zbytek?

- Ależ nie. Taka dokładność jest potrzebna w górnictwie. Służby kopalniane chcą wiedzieć czy górotwory przesuwają się względem siebie, czy powierzchnia ziemi nad kopalnią się nie ugina. I na ich zlecenia już takie pomiary prowadzimy, np. dla Legnicko-Głogowskiego Obszaru Miedziowego. To samo chcą wiedzieć budowniczowie autostrad, wałów przeciwpowodziowych.

Sygnały GNSS mają jednak zastosowanie nie tylko w naukach praktycznych czy wręcz w gospodarce światowej, ale także jako narzędzia pomocnicze w naukach podstawowych, np. w fizyce czy astronomii. Amerykańscy uczeni zaobserwowali bowiem odchylenie fazowe sygnałów GPS generowanych przez precyzyjne zegary atomowe. Ich zdaniem odpowiedzialna za to jest czarna materia. To odchylenie to ich zdaniem rzeczywisty dowód na jej istnienie.

- Twórcom pierwszego systemu nawigacyjnego pewnie nawet nie śniło się jakie inne może on mieć zastosowania. Ja też nie jestem w stanie domyśleć się gdzie system GNSS mogą jeszcze być przydatne, ale na każdej niemal konferencji naukowej pojawiają się o nich doniesienia, co mnie bardzo cieszy - kończy prof. Wielgosz.

Lech Kryszałowicz

w kategorii