navigazione satellitare

Lessico del XXI Secolo (2013)

navigazióne satellitare locuz. sost. f. – La nascita della nuova n. s. è stata sancita nel 2000 dalla presidenza degli Stati Uniti, con la rimozione della selettività dei segnali del sistema GPS. Contestualmente è stato dato impulso all’estensione e al miglioramento della costellazione dei satelliti incentivando nel contempo lo sviluppo dei sistemi di ricezione del GPS da parte dell’industria privata a fini commerciali. A seguito di questo atto, attraverso lo sviluppo di un sistema globale di navigazione assistita via satellite denominato Global navigation satellite system (GNSS) che integra il sistema GPS con quello russo (exsovietico) GLONASS, è stata intrapresa una cooperazione mondiale per conseguire risultati sempre più accurati ed efficienti nella determinazione della posizione e della velocità di un qualsiasi oggetto sulla Terra o nello spazio intorno a essa. La navigazione assistita da satellite è un ulteriore esempio di come risultati di ricerche avviate nel settore militare con finanziamenti pubblici si trasferiscano con grandi benefici alla società civile. La tecnologia sostenuta dall’esplosione della domanda d’acquisto di ricevitori per la n. s. ha spinto lo sviluppo in due direzioni fondamentali: l’accuratezza e precisione di misura e la miniaturizzazione delle apparecchiature. Negli anni successivi alla rimozione della selettività, la precisione disponibile al pubblico è divenuta dell’ordine del metro per la posizione sul piano orizzontale e della decina di metri per la quota verticale. L’Unione Europea, cosciente dell’importanza che hanno i sistemi di n. s. GPS e GLONASS per la sicurezza e l’economia dell’intero continente, ha avviato un progetto analogo denominato Galileo per la creazione di una ulteriore costellazione di satelliti di supporto alla navigazione in ognuna delle forme attuali (la cui completa entrata in funzione è prevista per il 2014). Rispetto ai predecessori, Galileo è nato e si sta sviluppando con finalità esclusivamente civili ed è diretto soprattutto all’assistenza alla navigazione commerciale e al controllo per la sicurezza delle frontiere.

Principio di funzionamento dei sistemi di navigazione satellitare. – Il funzionamento della n. s. si basa su costellazioni di satelliti, dotati di orologi atomici di estrema precisione, che orbitano intorno alla Terra su traiettorie opportune e su stazioni di terra che controllano il moto dei satelliti ricalcolandone continuamente le effemeridi. Ogni satellite emette continuamente radiosegnali con cui trasmette il proprio codice d’identificazione e l’ora esatta di emissione del messaggio (con un errore inferiore al miliardesimo di secondo). A terra o in volo lo strumento di navigazione riceve i segnali dei vari satelliti presenti al momento al di sopra del proprio orizzonte. Nella memoria del ricevitore sono contenute le effemeridi aggiornate delle orbite dei satelliti del sistema. Attraverso complessi procedimenti di elaborazione il computer, integrato nel ricevitore (navigazione assistita da computer), calcola la propria posizione da quella del satellite e dal tempo in cui ha ricevuto il segnale. Dalle posizioni successive si ricava anche la velocità del ricevitore relativa alla Terra. La miniaturizzazione delle apparecchiature riceventi ha consentito di realizzare strumenti del peso di pochi ettogrammi in grado di indicare la posizione e la velocità con notevole accuratezza: necessaria, per es., a far atterrare un aeroplano in situazioni di nebbia con visibilità nulla in un aeroporto sconosciuto al pilota e privo di sistemi di assistenza da terra. Parimenti, nel settore militare le cosiddette armi intelligenti, grazie ai sistemi di n. s., sono in grado di centrare obiettivi specifici di piccole dimensioni quali la finestra di un edificio. Effettuata la collocazione in orbita di orologi atomici di grande precisione, la principale difficoltà di natura fisica che è stato necessario affrontare perché i sistemi di n. s. fossero realmente efficaci è stata la misurazione dei tempi di partenza del segnale e di arrivo dello stesso. Per la consolidata ipotesi sperimentale circa la costanza della velocità della luce, la misura della differenza dei tempi di partenza e di arrivo dei segnali consente di calcolare la posizione relativa tra sorgente e ricevitore. Nello spazio siderale lontano da stelle e pianeti il calcolo sarebbe semplice ma in presenza della massa della Terra è necessario tener conto di quanto asserito nella teoria della relatività generale di Einstein. Le equazioni della curvatura indotta sullo spazio-tempo dal campo gravitazionale terrestre devono essere risolte quantitativamente perché l’errore di posizione sia accettabile. Un errore di posizione pari a un metro corrisponde a un’incertezza nel calcolo delle differenze delle misure del tempo di 3 nanosecondi (miliardesimi di secondo). Nel ricevitore devono dunque essere contenute le prescrizioni relativistiche per avere la precisione desiderata: le dilatazioni dello spazio-tempo sono calcolate o derivate secondo la complessità del ricevitore ma non possono essere ignorate, come per es. nei sistemi di navigazione montati sulle automobili, se non si vuole incorrere in errori esiziali. Nei moderni sistemi portatili sono state cosi incorporate tecniche adattive per la correzione degli errori di navigazione applicate anche ai sistemi miniaturizzati; esse consentono di ridurre gli errori mediante un campionamento dei segnali e un ricalcolo della posizione continui.

Integrazione dei sistemi di navigazione satellitare. – Lo sviluppo del sistema globale di n. s. GNSS prevede la cooperazione dei due sistemi operativi GPS e GLONASS, cui si aggiungerà il sistema europeo Galileo. Quest’ultimo, civile e indipendente dagli Stati Uniti, è stato ideato dall’Unione Europea anche per ovviare alla clausola di rifiuto dei dati (data denial) cui e soggetto il GPS (gli Stati Uniti, infatti, sin dall’inizio si sono riservati la facoltà di impedirne l'uso, per ragioni di sicurezza nazionale). Ne consegue che ogni sistema di n. s. basato su GPS potrebbe divenire inutile e quindi pericoloso senza preavviso e senza possibilità di alternativa. Nell’ambito del GNSS, i tre sistemi per caratteristiche di funzionamento e di modalità di trasmissione si completano. I sistemi GPS e GLONASS sono ottimizzati al fine di fornire le migliori prestazioni a latitudini differenti, per cui un ricevitore che sia in grado di operare con i segnali di entrambi i sistemi (oppure con tutti e tre quando diverrà operativo anche Galileo), ricevendo contemporaneamente i segnali da più satelliti, avrà errori minori nello spazio, sarà più rapido nel tempo e quindi più accurato nel calcolo della velocità.