Intr-unul din articolele lunii martie de pe SpaceAlliance.ro faceam referire la lansarea unui satelit experimental din constelatia GPS, GPS 20-2R care a pornit spre orbita pe 24 martie la bordul unei rachete Delta2 (versiunea 7925) de la centrul spatial Cape Canveral.

Noul GPS 20-2R, al saptelea din cele 8 lansari programate pentru generatia a treia a seriei Navstar2, a ocupat slotul 2 din planul B orbital al constelatiei pe o orbita circulara cu altitudinea de 20200km si inclinatie 55 de grade si intentiona sa inlocuiasca mai vechiul satelit GPS 2A-27 lansat in 1996.

Satelitul cu masa de 2032kg a fost construit de Lockheed Martin pe o platforma AS-4000 stabilizata pe trei axe si care permite o mai buna determinare a pozitiei orbitale prin comunicatia directa cu satelitii constelatiei, are o mai buna protectie a electronicii la radiatia externa, o mai lunga autonomie fara interventia operatorilor umani si un cost cu aproximativ 30% mai redus fata de generatia precedenta (cotat undeva la 75 milioane de dolari la momentul actual).

Experimentul principal insa a fost instalarea unui nou echipament electronic care permite generarea pe langa clasicele semnale GPS (militar si civil) si a unui nou semnal numit L5 care urmeaza sa fie folosit pe viitor de aviatia civila pentru imbunatatirea acuratetii si performantelor sistemului de navigatie. Inginerii erau de fapt interesati de capabilitatea sistemului si de eventualele interferente pe care noul echipament le-ar putea cauza asupra functionarii sistemului GPS classic.

In urma cu cateva zile insa US AirForce a facut public faptul ca noul satelit nu functioneaza la parametrii doriti. La cateva saptamani de la lansare, o data cu setarea nominala a tuturor sistemelor si cu pornirea lor, s-a constat o anomalie in semnalul clasic GPS al noului satelit in timp ce noul semnal experimental L5 functioneaza corect (aceasta fiind totusi o veste buna prin prisma rezultatelor care trebuie prezentate la urmatoarea conferinta a “International Telecommunication Union” ce se va desfasura in luna august).
Aceasta anomalie este pusa de ingineri tocmai pe seama interferentei generate de noua electronica instalata la bord, dar echipa tehnica este optimista si spera sa fie rezolvata pana in octombrie anul acesta.

Pana atunci satelitul nu va fi folosit activ in constelatia GPS pentru a evita problemele pe care le-ar putea pricinui utilizatorilor sistemului, locul sau fiind suplinit de vechiul GPS 2A-27 care mai are inca resursa de zbor.
Ultimul satelit din seria curenta, GPS 21-2R, urmeaza sa fie lansat pe 21 august la ultima aparitie a rachetei Delta2 pentru US AirForce.

Defectiunea aceasta vine pe fondul unor discutii mai ample asupra viitorului sistemului american de pozitionare prin satelit ridicate de “Government Accountability Office” si bazate in special pe intarzierile de program si pe cresterea continua a costurilor, ingrijorari pe care purtatorii de cuvant ai armatei americane au incercat sa le minimalizeze.

Agentia americana si-a exprimat ingrijorarea ca umatoarea generatie a patra a seriei Navstar2 (12 sateliti ce vor purta indicativul GPS 2F) si care vor fi construiti de compania Boeing nu vor fi gata sa intre in operare la termenul stabilit (anul 2011) si potentiale probleme financiare pot aparea si pe termen mai lung pentru sustinerea generatiei GPS 3A. In acest context va fi interesant de urmarit si implicarea companiei Boeing in acest contract ce ar putea pune aeronavele companiei intr-o pozitie privilegiata fata de restul competitorilor pentru folosirea noului sistem de navigatie L5.

update Jun 30, 2009-Completari tehnice cu privire la situatia satelitului GPS 20 2R

In urma testelor orbitale la care noul satelit a fost supus dupa lansare s-a constat ca transmitatoarele semnalelor L1, L2 si L5 nu sunt afectate de un defect fizic si drept urmare ele nu trebuie supuse unor teste majore.

Conform comunicatelor de presa US Air Force, decizia de a instala noul echipament L5 pe platforma 20 2R a avut 3 justificari: aceea de a plasa experimentul pe orbita si de a se asigura ca semnalul generat nu interfereaza cu semnalele clasice L1 si L2, a doua justificare se refera la oportunitatea pe care intrarea lui in operare ar pune-o la dispozitia viitorilor utilizatori care isi pot astfel testa echipamentele de la sol, iar a treia justificare se refera la rezervarea benzii de frecventa L5 in conformitate cu specificatiile ITU.

Noul echipament L5 a fost construit pe o platforma L2 dar modificata conform noilor caracteristici impuse semnalului. Deoarece sistemul a fost intens folosit pe toti satelitii dinainte, nu erau asteptate surprize majore. Pentru ca busul satelitului avea un port liber pe partea de integrare a instrumentatiei s-a ales ca noul echipament L5 sa fie montat pe acest port auxiliar (care nu fusese folosit la misiunile anterioare). Datorita timpului scurt pentru integrare si imposibilitatii testarii in conditiile reale orbitale, testele realizate la sol au fost destul de sumare in sensul ca s-au limitat la verificarea corectitudinii instalarii si a functionarii echipamentului dar fara a verifica performantele si parametrii in cazul receptiei de la distanta mare. De fapt noua anomalie nu se refera la partea electronica a echipamentului L5 sau la semnalul propriu zis generat de acesta, eroarea persistand chiar daca acest echipament este inchis.

Problema fizica constata la sol era ca in cadrul masuratorilor realizate de statiile de control, asa numitele “ranging measurements”, satelitul apare cu 150m mai aproape de Pamant decat este in realitate. Variatia distantei citite din semnalul generat fata de masuratorile radar era direct dependenta de unghiul de elevatie al satelitului. Aceasta cu impact direct in calcularea elementelor orbitale si a timpului propagat (o diferenta de 500 nanosecunde poate fi observata).
Explicatia vine tocmai de la portul auxiliar folosit (cu o rezistenta interna de 50 Ohm) pentru echipamentul L5 si care aparent cauzeaza ca o parte din energia emisa de semnalele L1 si L2 sa fie absorbita si reflectata inapoi catre antenna. Acest lucru se traduce mai departe intr-o modificare de faza pentru semnalele L1 si L2, modificare care influenteaza direct modul cum aceste semnale se formeaza si sunt transmise mai departe.

Pe baza masuratorilor initiale atunci cand s-a constat anomalia, s-a facut o recalibrare a parametrilor din mesajul de navigatie emis (prin comenzi ridicate de la sol pentru modificarea softwareului de bord incarcat in calculator) in asa fel incat locatia fazei centrale sa fie corectata cu 150m si deasemenea timpul generat in semnal sa reflecte noua corectie (ca si cand s-ar introduce un shift artificial de 150m pentru distanta dintre antenna si centrul de masa al satelitului). Dupa aceste modificari, satelitul ar trebui sa apara in pozitia asteptata utilizatorilor de la sol care citesc noile semnale imbunatatite. Conform ultimelor date, acuratetea atinsa dupa corectie a fost pana la 6m in functie de latitudine in conditii de test, in timp ce daca ar fi pus in pozitia de operare completa se spera ca ar scadea pana la 2-4m (fata de precizia medie de 0.75m pentru restul satelitiilor GPS).

Pentru ca exista totusi aceasta diferenta, US Air Force a anuntat ca ar dori sa prelungeasca perioada de teste pe orbita pentru a culege mai multe date si pentru a eficientiza si mai mult legea de calibrare aplicata parametrilor de bord. Astfel, anuntata data de intrare in operare pentru Octombrie, pare foarte fezabila, fara a periclita restul constelatiei cu atat mai mult cu cat aceasta numara 30 de satelit activi si 3 in stand-by care pot deveni oricand operationali (intr-o perioada de maxim 2 saptamani).