Arquitectura Bioclimatica

Introducción

El Sistema de Posicionamiento Global o GPS, aunque su nombre

correcto es NAVSTAR-GPS1, es un sistema global de navegación por satélite

que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una

persona, un vehículo o una nave. Podemos alcanzar una precisión hasta de

centímetros, usando el GPS diferencial, pero lo habitual son unos pocos

metros.

Aunque su invención se atribuye a los gobiernos de Francia y Bélgica, el

sistema fue desarrollado e instalado por el Departamento de Defensa de los

Estados Unidos, del que actualmente se encarga.

El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de

respaldo) en órbita a 20.200 km sobre el globo terráqueo, con trayectorias

sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea

determinar una posición, el receptor que se utiliza para ello localiza

automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas

señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas

señales, el aparato sincroniza el reloj del Sistema de Posicionamiento y calcula

el retraso de las señales; es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" los

tres satélites calculan la posición en que el GPS se encuentra. La triangulación

en el caso del Sistema de Posicionamiento Global se basa en determinar la

distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las

distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los

tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de

ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas

reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el

reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno

de los satélites. (Estos datos serán especificados más adelante).

La antigua Unión Soviética tenía un sistema similar llamado GLONASS,

ahora gestionado por la Federación Rusa.

Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de

posicionamiento por satélite, denominado Galileo.

Historia

Todo empieza cuando en 1957 la Unión Soviética lanzó al espacio el

satélite Sputnik I, que era monitorizado gracias al Efecto Doppler de la señal

que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que, de igual modo,

la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la

frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita

estuviera determinada con precisión.

La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para

proveer a los sistemas de navegación de sus flotas, posiciones actualizadas y

precisas. Así surgió el sistema TRANSIT, que quedó operativo en 1964, lo que

podríamos considerar los inicios del GPS, y hacia 1967 estuvo disponible,

además, para uso comercial.

Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban

disponibles cada 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático

para poder obtener información adecuada.

Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los

relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno

de ellos un reloj, estando todos sincronizados con base a una referencia de

tiempo determinada.

En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza

Aérea de los Estados Unidos, este último consistente en una técnica de

transmisión codificada que provee datos precisos usando una señal modulada

con un código de ruido pseudo-aleatorio (PRN), en lo que se conoció como

Navigation Technology Program, posteriormente renombrado como NAVSTAR

GPS.

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo

experimentales (Block I,Block II,Block IIA,Block IIR y Block IIF)*anexoI, llevan

incorporados un reloj atómico(+-1s en un millón de años) después siguieron

otras generaciones de satélites con relojes maser pasivos de hidrógeno (+-1s

en 2.7 millones de años), hasta completar la constelación actual, a la que se

declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con

«capacidad operacional total» en abril de 1995.

En 1994, EEUU ofreció el servicio normalizado de determinación de la

posición para apoyar las necesidades de la Organización de Aviación Civil

Internacional (OACI), y ésta aceptó el ofrecimiento.

Medida de Tiempo con Precisión - Todos los átomos emiten ondas electromagnéticas cuando cambian su estado energético debido a la reorganización de sus electrones. Estas ondas se conocen como frecuencias resonantes y son extremedamente precisas y características de cada tipo de átomo. En 1944, I. I. Rabi, ganador del Premio Nobel de ese año por el desarollo de la técnica de resonancia magnética para medir las frecuencias resonantes de los átomos, sugirió que debido a la precisión de las resonancias atómicas, ellas podrían ser usadas para crear relojes extraordinariamente precisos.

En 1948, la Oficina Nacional de Normas en los Estados Unidos, fabricó el primer reloj atómico. Este utilizaba moléculas de amoniaco, y el tubo de haz era un tubo de cobre envuelto sobre la esfera del reloj. Nunca fué usado ya que era menos fiable que un común reloj de cuarzo, con error de un segundo cada cuatro meses. El primer reloj atómico práctico fué construído en 1955 y ocupaba una sala completa del Laboratorio Nacional de Física, en Gran Bretaña. Utilizaba las frecuencias resonantes de cesio, y tenía una precisión de un segundo en 300 años. En 1956 se fabricó una versión portable, el "Atomichron," que podía moverse facilmente de sitio a sitio.

Otras versiones del reloj atómico fueron creadas en poco tiempo. Estos nuevos dispositivos empleaban frecuencias resonantes de cesio, rubidio, y el máser de hidrógeno, el cual utilizaba átomos de hidrógeno y moléculas de amoniaco. Los relojes basados en rubidio son más pequeños y económicos que los de cesio, pero son menos precisos.

En 1967, el segundo fue redefinido oficialmente como la duración de 9,192,631,770 ciclos del cesio-133. La norma de tiempo en los Estados Unidos es el reloj atómico NIST-7, en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología, en Boulder, Colorado,

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