Prueba de un transmisor para el sistema 621B en White Sands Missile Range, Nuevo México, en 1972
La génesis del GPS, la tecnología que empezó con la carrera espacial
La aparición de los satélites artificiales a finales de la década de 1950 habilitó la utilización de señales de radionavegación de muy alta precisión
Finalizada la Segunda Guerra Mundial, uno de los objetivos prioritarios del Departamento de Defensa estadounidense fue el desarrollo de un sistema que permitiese alcanzar objetivos militares de forma precisa. Entre las razones esgrimidas estaba la poca efectividad demostrada por los bombardeos de saturación aliados en los que participaban centenares de aviones. Se pretendía crear un sistema global de posicionamiento y navegación de alta precisión, disponible las 24 horas del día y que no se viese afectado por las condiciones meteorológicas.
La Marina de Guerra y la Fuerza Aérea de EE.UU. fueron fundamentalmente quienes estudiaron la posibilidad de utilizar señales de radio emitidas por satélites para navegación y posicionamiento. La Marina patrocinó los programas Transit y Timation, mientras que la Fuerza Aérea creó el sistema 621B.
Transit
Desarrollado en la década de 1960, Transit es considerado el primer sistema de navegación por satélite operativo. Fue originalmente diseñado para la localización de submarinos portadores de misiles balísticos y otros buques de superficie.
Sin embargo, el sistema poseía una serie de inconvenientes. Era lento, únicamente proporcionaba capacidad de posicionamiento en dos dimensiones y su cobertura temporal era muy limitada (con períodos de no disponibilidad de horas). Por tanto, el sistema Transit no podía ser utilizado por aeronaves y otras plataformas que se desplazasen a gran velocidad.
Satélite Transit, precursor del sistema de posicionamiento global
Timation
Los trabajos en el sistema Timation dieron comienzo en 1964. El primer satélite Timation fue puesto en órbita en 1967 y portaba osciladores muy estables de cristal de cuarzo. Los últimos modelos llevaban a bordo los primeros estándares atómicos de frecuencia (de rubidio y cesio). Estos relojes atómicos poseían una considerable estabilidad, lo que mejoró enormemente la predicción de las órbitas de los satélite (efemérides). Este trabajo pionero sobre la calificación de los estándares de tiempo constituyó una contribución clave al futuro GPS. De hecho, los últimos dos últimos satélites Timation fueron utilizados como prototipos de satélites GPS.
Satélite TIMATION-1 en el lanzador
Sistema 621B
Por su parte, la Fuerza Aérea estaba trabajando en diversos programas tecnológicos de similares características. Alrededor de 1960, vio la luz un sistema de radionavegación llamado Mosaic (Mobile System for Accurate ICBM Control o sistema móvil de control preciso de misiles balísticos intercontinentales).
Hacia 1963 se realizó un estudio conocido como «Project 57» y que evolucionó dando lugar a un diseño conceptual denominado Sistema 621B. Éste era capaz de permitir una navegación tridimensional (latitud, longitud y altitud) de manera continua. Para verificar este sistema se realizaron una serie de pruebas en White Sands Proving Ground (Nuevo México, EE.UU.). La novedosa técnica demostró ser capaz de determinar la posición de una aeronave con una precisión de una centésima de milla. Sin embargo, no se hizo ningún progreso real en el desarrollo a gran escala del sistema 621B.
Unificación de esfuerzos
En resumidas cuentas, hacia finales de la década de 1960 la Marina de Guerra, la Fuerza Aérea y el Ejército de EE.UU. estaban trabajando de forma independiente en variados sistemas de radionavegación. Se habían alcanzado mejoras técnicas en el sistema Transit, mientras que se estaba trabajando en un sistema Timation mejorado. El Ejército estaba desarrollando su propio sistema, denominado SECOR (Sequential Correlation of Range o correlación secuencial de rango).
Con el objetivo de optimizar y coordinar los esfuerzos de los diferentes grupos de trabajo, en 1968 el Departamento de Defensa estableció un comité conjunto, que se denominó NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group). El NAVSEG tardó varios años en definir los parámetros de lo que un sistema de navegación por satélite debería ser. Es decir, cuántos satélites serían necesarios, a qué altitud deberían ser situados, cuáles serían los códigos de señales más apropiados y las técnicas de modulación más adecuadas. Y, lógicamente, era imprescindible estimar la inversión necesaria para poner en funcionamiento un sistema de gran complejidad técnica.
Resultaba difícil justificar los miles de millones de dólares que costaría la investigación, desarrollo, implementación y operación de una constelación de satélites de navegación. Sin embargo, en plena carrera armamentística durante la Guerra Fría, el Congreso estadounidense no puso trabas a realizar tan elevado gasto. La amenaza comunista estaba ahí.
En abril de 1973 el Secretario Adjunto de Defensa designó a la Fuerza Aérea como la encargada de integrar los diversos conceptos de navegación por satélite en un solo sistema integral, que sería conocido como Defense Navigation Satellite System (DNSS). El nuevo sistema debería cubrir las variadas necesidades de las Fuerzas Armadas estadounidenses.
Nace el sistema de posicionamiento global
Fue en septiembre de 1973 cuando se alcanzó un acuerdo para el desarrollo de un sistema que combinaba las mejores características de los programas primigenios de la Armada y la Fuerza Aérea. La estructura de la señal y las frecuencias se tomaron del sistema 621B. Las órbitas de los satélites estarían basadas en las utilizadas por el sistema Timation, aunque a una mayor altitud, dando lugar a periodos orbitales de doce horas en lugar de ocho.
A finales de 1973 el programa DNSS fue rebautizado como Navstar. Se decidió utilizar un nombre más completo para identificar la constelación de satélites: Navstar-GPS. Posteriormente pasaría a denominarse únicamente GPS. En diciembre de 1973 el Departamento de Defensa dio su visto para proceder con la primera de las tres fases del ambicioso programa.
En diciembre 1993 se anunció que el sistema tenía capacidad operativa inicial y en abril de 1995 se declaró formalmente que Navstar-GPS cumplía con los requisitos para una capacidad operativa plena. La idea había funcionado.
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