GPS

GPS (Global Positioning System, Küresel Konumlama Sistemi), Amerika Birleşik Devletleri'nin sahibi olduğu ve bugün ABD Uzay Kuvvetleri'nin işlettiği uydu tabanlı bir konum belirleme ve zaman sistemidir. Uygun bir alıcıya sahip herkes, Dünya'nın neresinde olursa olsun, kendi konumunu ve tam saati bu sistemden öğrenebilir; alıcının uyduya hiçbir veri göndermesi gerekmez. Proje 1973'te ABD Savunma Bakanlığı tarafından başlatıldı, ilk deneme uydusu 22 Şubat 1978'de fırlatıldı ve 24 uydudan oluşan tam takım 1993'te hizmete girdi. Başlangıçta askerî amaçla kurulan sistem, bugün telefonlardaki haritalardan uçak seyrüseferine, bankacılıktaki zaman damgalarından tarıma kadar sayısız alanda kullanılıyor. GPS, aynı zamanda Einstein'ın görelilik kuramlarının her gün mühendislik ölçeğinde sınandığı bir düzenektir.

Görevin amacı

GPS'in temel görevi üç şey sağlamaktır: konum, seyrüsefer ve zaman. Soğuk Savaş döneminde ABD ordusu, denizaltından atılan füzelerin ve bombardıman uçaklarının konumunu çok daha hassas bilmek istiyordu. Donanmanın TRANSIT sistemi ve yörüngeye ilk kez atom saati taşıyan Timation uyduları gibi öncüller, GPS'in temel fikirlerini olgunlaştırdı. 1983'te Kore Hava Yolları'nın 007 sefer sayılı uçağı seyrüsefer hatası sonucu Sovyet hava sahasına girip düşürülünce, Başkan Ronald Reagan sistemin tamamlandığında sivillerin de ücretsiz kullanımına açılacağını açıkladı.

Sivil sinyal başlangıçta "seçici erişilebilirlik" denen kasıtlı bir hatayla bozuluyordu; bu yüzden sivil doğruluk ortalama 100 metre civarında kalıyordu. Bu uygulama 1 Mayıs 2000'de kaldırıldı ve sivil kullanıcılar da bozulmamış sinyale kavuştu.

Uzay aracı ve araçları

Sistem üç bölümden oluşur. Uzay bölümünde uydular, Dünya'nın yaklaşık 20.200 kilometre üstünde, orta Dünya yörüngesinde dolanır. Uydular ekvatora yaklaşık 55 derece eğimli altı yörünge düzlemine dağıtılmıştır ve her biri günde iki tur atar; yörünge süresi yaklaşık 11 saat 58 dakikadır. Bu takımuydu düzeni, Dünya'nın neredeyse her noktasından aynı anda en az dört uydunun görülmesini sağlar. GPS.gov'a göre ABD, en az 24 uydunun yüzde 95 oranında çalışır durumda olmasını taahhüt ediyor; pratikte 31 civarında etkin uydu uçuruluyor.

Kontrol bölümü, dünyaya yayılmış izleme istasyonlarından ve Colorado'daki Schriever Uzay Kuvvetleri Üssü'nde bulunan ana kontrol istasyonundan oluşur. Bu istasyonlar uyduların yörüngesini izler, gerektiğinde manevra yaptırır ve uydulardaki atom saatlerini birbirine birkaç nanosaniye içinde eşler. Kullanıcı bölümü ise uydu sinyallerini alan cihazlardır.

Alıcı, her uydunun sinyaliyle birlikte gönderdiği yayın zamanını ve uydunun o andaki konumunu okur. Sinyalin yolda geçirdiği süreyi ışık hızıyla çarparak uyduya uzaklığını bulur. Üç uzaklık konumu belirlemeye yeter; ancak alıcının saati uydulardaki atom saatleri kadar hassas olmadığından dördüncü bir uydu, saat hatasını da hesaba katmak için gerekir.

Yolculuk ve önemli anlar

• 1973: Pentagon'daki bir toplantıda sistemin temel tasarımı ortaya çıktı; programa Navstar adı verildi.
• 22 Şubat 1978: İlk deneysel Blok I uydusu fırlatıldı. 1978-1985 arasında on Blok I uydusu yörüngeye ulaştı.
• 1983: Sivil kullanım kararı açıklandı.
• 14 Şubat 1989: İlk Blok II uydusu fırlatıldı.
• Aralık 1993: 24 uyduluk takımla başlangıç işletim kapasitesine ulaşıldı.
• Nisan 1995: Tam işletim kapasitesi ilan edildi.
• 1 Mayıs 2000: Seçici erişilebilirlik kapatıldı.
• 2018: Yeni nesil GPS III uydularının ilki fırlatıldı.
• 24 Temmuz 2020: Takımın işletimi yeni kurulan ABD Uzay Kuvvetleri'ne devredildi.

Verileri göster

Yörünge yüksekliği	~20.200 km
Yörünge süresi	11 sa 58 dk
Yörünge düzlemi	6
Taahhüt edilen en az uydu	24
Konum için gereken uydu	4
Göreli saat farkı	günde ~38 µs

Başarılar ve etkisi

GPS'in belki de en dikkat çekici yanı, göreliliği hesaba katmadan çalışamamasıdır. Özel göreliliğe göre hızla hareket eden uydu saatleri yerdekilere kıyasla günde yaklaşık 7 mikrosaniye yavaş işler. Genel göreliliğe göre ise Dünya'nın kütleçekiminden daha uzakta olan uydu saatleri günde yaklaşık 45 mikrosaniye hızlı işler. Net sonuç, uydu saatlerinin günde yaklaşık 38 mikrosaniye ileri gitmesidir. Düzeltilmezse konum hatası günde kilometrelerce birikirdi. Bu yüzden uydulardaki frekans standardı fırlatmadan önce 10,23 MHz yerine 10,22999999543 MHz'e ayarlanır. Ayrıntılı hesap GPS uydularında göreli zaman infografiğinde yer alıyor.

Doğruluk da yıllar içinde büyük ölçüde arttı. Seçici erişilebilirlik kaldırıldığında sivil doğruluk yaklaşık 5 metreye indi. L5 bandını kullanan alıcılar yaklaşık 30 santimetreye, mühendislik ve haritacılık için kullanılan üst düzey alıcılar ise birkaç santimetreye kadar inebiliyor. GPS'in başarısı başka ülkeleri de kendi sistemlerini kurmaya yöneltti: Rusya'nın GLONASS'ı, Avrupa Birliği'nin Galileo'su ve Çin'in BeiDou'su bugün GPS ile birlikte kullanılabiliyor.

Bilmeye değer

• Navstar adı bir kısaltma değildir; kulağa hoş geldiği için seçilmiştir.
• GPS saati, 2017'den bu yana UTC'den 18 saniye ileridedir; çünkü GPS zamanına artık saniye eklenmez, alıcılar bu farkı hesaplayıp düzeltir.
• Sistemin geliştirilmesinde Bradford Parkinson, Roger Easton ve Ivan Getting'in yanı sıra Dünya'nın biçimine dair hassas modeliyle matematikçi Gladys West'in de önemli payı vardır.
• GPS türü seyrüsefer savaşta ilk kez 1991 Körfez Savaşı'nda, sistem henüz tamamlanmadan kullanıldı.
• Ömrünü tamamlayan uydular, daha yüksek ve daha boş bir "mezarlık" yörüngesine gönderilir.