50 éves a műholdas navigáció
(Rovat: Navigáció és térképészet, Az űrkutatás 50 éve - 2010.04.13 08:30.)

1960. április 13-án startolt a Transit-1B, az első kísérleti navigációs műhold, megteremtve a ma már oly magától értetődő műholdas navigáció alapjait.

Az eseményeket beindító szikra – mint oly sok más űrprogramban – nem volt más, mint a Szputnyik-1. A világ első műholdja egy szép pénteki napon kezdett el csipogni az űrben és hétfőig senkinek eszébe sem jutott, hogy kimérje a pályáját (már persze a szovjeteken kívül, akik pontosan tudták). Ám hétfő reggel, amikor a tudósok bementek a munkahelyükre a Johns Hopkins Egyetemen, valakinek eszébe jutott, hogy észleljék az USA felett átrepülő Szputnyikot, mert jó lenne kipróbálni az új vevőkészülékét. A próba sikerült és még két melléktermék is született: rádiójel Doppler-eltolódását is sikerült kimérni, majd a mért adatokból matematikailag is bizonyították a mérést végző mérnökök, hogy a rádióadást egy Föld körül, alacsony pályán keringő tárgy bocsátotta ki. Még aznap este sikerült olyan számításokat is végezni, amelyből a Szputnyik pályaadataira közelítő értékeket kaptak. A következő pár nap pedig annak lázában telt, hogyan lehetne a számításokkal nem csak közelítő, hanem pontos pályát rajzolni. A siker nem maradt el. A rádiójelek Doppler-eltolódását és a rádióvevő ismert helyzetét alapul véve George Weiffenbach és William Guier kidolgozott egy számítási módszert, amellyel jó közelítéssel meg lehetett határozni egy műhold pályaelemeit. Aztán arra sem kellett sokat várni, hogy valaki megfordítsa a tételt: ha ismerjük egy műhold pályáját, kimérjük a rádiójeleit – különös tekintettel azok Doppler-eltolódására – akkor meg fogjuk tudni határozni a jeleket fogó vevőkészülék helyzetét. De mégis mire jó ez a tudás? Nyilvánvalóan azon rádióvevők helyzetének meghatározására, amelyek változtatják a helyüket. Ilyenből pedig sok volt az USA-nak: hadihajók, tengeralattjárók (hogy a civil járművekről már ne is beszéljünk). Talán nem is csoda, hogy a a Haditengerészet, a US Navy be is jelentkezett az ötletért.

A fejlesztés 1958-ban meg is kezdődött. A számítások alapján mindössze 5 műholddal le lehetett fedni az egész földgolyót és a vevőnek elegendő volt egyetlen műholdat látni a helyzete meghatározásához. Igaz, ezzel csak 200 méteres pontosságot lehetett elvárni a rendszertől. A megbízható működéshez végül egy 10 műholdas flottát kellett szolgálatba állítani, azaz mindegyik műholdnak volt egy tartaléka.

A műholdrendszer a NASA keresztségében a Transit nevet kapta, a Haditengerészet viszont NavSat (Navy Navigation Satellite System) néven használta a műholdakat. A Transit-1 azonban rögtön kudarccal nyitotta meg a sort: az 1959. szeptember 17-i start során a Thor-Able rakéta hibája miatt a prototípus-műhold az Atlanti-óceánba zuhant. A második startig több mint fél évet kellett várni. A Transit-1B 1960. április 13-án tökéletes pályára állt a Cape Canaveral-i startot követően. A műholdrendszer poláris pályáról üzemelt, így az első példány is ilyen sarki pályán keringett, 1 100 kilométeres magasságban, 106 percenként megtéve egy-egy kört. A szonda két UHF adója két percenként szolgáltatott időjeleket, valamint a pályaelemeinek adatait, 150 és 400 MHz-en.

A Transit-1 prototípusa. (Kép: USAF)

A Transit 1B-t gyors egymásutánban követte a többi navigációs műhold és a rendszer 1964-re szolgálatba is állt. Persze a rendszer képességei meglehetősen korlátosak voltak a mai GPS-hez szokott szemszögünkből nézve. Szó sem volt azonnali, „real time” helyzetmeghatározásról, a hadihajók, tengeralattjárók néhány óránként voltak képesek frissíteni az adataikat. Ráadásul a legjobb konfigurációban sem volt jobb a hibahatár 100-200 méternél.

A Transit rendszernek egyéb szolgáltatásai is voltak. Ez volt az első olyan rendszer, amely világméretű pontos időjelzést adott, ami 50 mikromásodperces pontossággal tette lehetővé a hozzá igazított órák szinkronizálását. Emellett a haditengerészeti felhasználók titkosított üzeneteket is küldhettek rajta keresztül.

A rendszer 1967-ig maradt titkos katonai helymeghatározó rendszer, ekkor feloldották a rádióadás titkosítását és kereskedelmi hajók, vagy akár magánjachtok is felhasználhatták a jeleket. Sőt egyes adatok szerint még bizonyos szovjet hadihajókon is lehetett tudni Motorola NavSat vevőkészülékekről. Később a földmérők is megtalálták a módját, hogyan használják fel a rendszert a pontatlansága ellenére: nagy számú frissített helyzetadat átlagolásával egy méter alá lehetett szorítani a hibahatárt. Ezzel a módszerrel mérték ki például a Mount Everest magasságát is az 1980-as évek végén, amikor az addig közismert 8848 méteres magasság 8850-re változott.

Doppleres méréseket geodéziai (tudományos kutatási) célokra Magyarországon is használtak, a penci Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumban. A felső képen egy JMR-1 jelzésű vevőberendezés – érdekes lehet a méretek összehasonlítása egy modern GPS vevőével. Lent, egy 1983-ban készült felvételen az obszervatórium kertjében kalibrációs mérések céljára felállított antennák láthatók. (Képek: FÖMI KGO)

Az idők során a rendszer pontosságát sikerült javítani. Speciális, csak katonai felhasználású adatkiértékelési módszerrel egészen 20 méteres pontosságig sikerült az egyszeri adatvétellel kimért pozíció meghatározását javítani. A Transit helymeghatározás egészen 1991-ig üzemelt, akkorra vette át teljesen a helyét a ma széles körben elterjedt GPS. A rendszer teljes deaktiválására 1996-ban került sor, bár a pályán megmaradt még ma is üzemelő műholdakat a Haditengerészet most is használja, az ionoszféra-megfigyelő rendszer kiszolgáló műholdjaiként.