¿Cuál es la posición más profunda en el espacio donde podemos obtener una señal de GPS? [duplicar]

¿Podemos usar el GPS en órbita en la luna? ¿Qué tal en Marte?

¿Responde esto a tu pregunta? ¿A qué distancia han utilizado los satélites un GNSS para el posicionamiento y cómo se degrada la precisión con la altitud? "A partir del 6 de agosto de 2021, todavía está a 70 135 km sobre la Tierra desde 2015"
También relacionado para referencia futura: ¿Cómo estimar que recibir señales GNSS de la Tierra mientras se orbita alrededor de la Luna seguirá proporcionando ubicaciones con una incertidumbre de unos 200 metros? pero una fijación estática ocasional de 200 m en la superficie no necesariamente será lo mismo que "usar GPS en órbita en la Luna"

Respuestas (5)

El GPS se usa regularmente en órbita terrestre baja.

Es posible utilizar las señales de los lóbulos laterales de las antenas de transmisión GPS para recibir servicio en una órbita terrestre alta hasta y potencialmente más allá de la altitud geosíncrona:

lóbulos laterales(Crédito de la imagen: Mundo GPS)

Sin embargo, es un desafío porque las señales son sustancialmente más débiles y la cobertura es intermitente. Estos documentos y esta presentación discuten el concepto.

La navegación GPS ha sido demostrada desde HEO durante una extensión de la misión GIOVE-A . No he podido encontrar ningún informe de intento de recepción en altitudes geosincrónicas.

La luna sería una verdadera exageración (aunque ha sido propuesta y simulada ), y la recepción en Marte está completamente fuera de discusión. Sin embargo, cabe señalar que la navegación de las sondas del espacio profundo, incluidas las de Marte, se realiza con técnicas fundamentales similares a las del GPS (es decir, autocorrelación de largas secuencias de bits pseudoaleatorias).

En la Luna, medir la posición de la Tierra en el cielo debería ser suficiente para la navegación.
@LocalFluff ¿Cómo? Supongamos que la Tierra está en el horizonte. Eso te coloca en algún lugar del gran círculo que percibimos como el borde de la luna. ¿Cómo sabrías en qué parte de este Gran Círculo te encuentras sin un campo magnético que te ayude a determinar la dirección de la Tierra?
@gerrit La Tierra no se verá exactamente igual desde diferentes posiciones en ese gran círculo. Sin embargo, la precisión de la técnica será terrible. Buena suerte guiando al cráter en el que se encuentra su hábitat, y mucho menos a la esclusa de aire.
@gerrit por la orientación del ecuador de la Tierra. Para mayor precisión, ayudarían tres radiobalizas o espejos visibles en GEO.

El GPS es utilizado desde hace algunos años por satélites en órbita geoestacionaria. Consulte, por ejemplo, este documento de Lockheed Martin sobre GOES-R, de las actas de ESA GNC 2017: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170004849.pdf

Si bien no puedo abordar esto por completo, puedo dar parte de una respuesta:

Si estás mirando 4 satélites, en realidad hay dos soluciones posibles para las ecuaciones. Normalmente puedes rechazar uno porque está lejos de la Tierra, está sobre o muy cerca de la superficie de la Tierra. Si intenta usarlo en el espacio profundo, no puede hacer esta suposición y, por lo tanto, una solución requerirá cinco satélites, no cuatro.

Además, cuanto más se aleje de la Tierra, más agrupados estarán los satélites desde su punto de vista y, por lo tanto, más imprecisa será la solución.

Dejaré que otros determinen qué tan lejos puede llegar antes de que la señal sea demasiado débil y si los propios satélites tienen antenas que dirigen su energía hacia la tierra (lo cual es muy posible. Una antena direccional corta la energía necesaria para el transmisor y por lo tanto el área de las células solares necesarias para alimentarlo.)

Tenga en cuenta que la mayoría de las unidades civiles no funcionan en el espacio, punto. Esta es una decisión de diseño, no una limitación técnica: evita que algún sombrero negro use uno para guiar su misil. Algunos de ellos se apagan a altitudes lo suficientemente bajas como para causar problemas a las personas que envían globos al borde del espacio.

interesante en los globos! gracias Loren!
"Si estás mirando 4 satélites, en realidad hay dos soluciones posibles para las ecuaciones". Esto es incorrecto. Es cierto para 3 mediciones de rango puro; la solución para 4 mediciones de pseudodistancia está completamente determinada. Sus otros puntos son precisos (y, de hecho, las antenas de transmisión de GPS son direccionales exactamente como sugiere)
El no funcionamiento de los globos es un error de diseño. Para calificar como unidades civiles, no se permite que el GPS funcione por encima de FL1000 y 1000 km/h combinados . Ese es territorio ICBM. El error de diseño es fallar cuando solo se excede una restricción.
Cualquier sistema basado en el espacio que use GPS, al menos en los EE. UU., puede obtener permiso para usar GPS a altitudes y velocidades orbitales, solo requiere el permiso apropiado. 4 satélites es lo que se requiere si no tiene una marca de tiempo precisa, y proporciona 2 soluciones. 5 superará esa limitación.
@PearsonArtPhoto En estos días, ¿realmente existe algo así como " permiso para usar " una señal de GPS? Entiendo que se imponen voluntariamente restricciones de "permiso para exportar" en el envío de hardware , pero nunca he oído hablar de alguien que haya sido atrapado usando una señal de GPS sin el permiso apropiado, al menos después de que se fusionaron los modos militar/no militar (o como se llame eso ). Si existe tal cosa como " permiso para usar " una señal de GPS, házmelo saber, y si crees que es interesante, puedo preguntar nuevamente como una pregunta adecuada.
Si puede descubrir cómo usar la señal, puede hacerlo. Si usa información militar, no se puede vender sin su permiso. Y no se puede exportar sin importar cómo se cree, sin pasar por el Departamento de Estado.
@PearsonArtPhoto Los militares usan criptografía. Necesitas las claves para decodificar las señales militares.
@MSalters No del todo. Las unidades civiles son simplemente aquellas que no pueden descifrar los códigos P(Y) y M. Si está tomando las restricciones de MTCR, adoptadas por los EE. UU. en el Código de los EE. UU. § 4612, solo se aplica a las exportaciones (1000 millas / h y FL600). Pero no es un error de diseño si quieren que falle si se cumple una de las condiciones. Como no es un error de diseño restringir los receptores incluso si no se exportan.

Marte definitivamente está fuera de discusión por el hecho de que está demasiado lejos, e incluso si las señales se pueden obtener con algún algoritmo de filtrado de coincidencias loco, la geometría de los satélites GPS sería demasiado horrible para trilaterar cualquier posición con una precisión factible. Por geometría, me refiero a que estaría demasiado lejos como para que cada vector de línea de visión de la constelación de satélites GPS casi apuntara en la misma dirección (¡el mismo vector unitario)!

La Luna es un caso interesante. Las simulaciones recientes en el nuevo hardware GNSS han demostrado que en realidad podemos recibir señales de lóbulo lateral en la superficie lunar, aunque con una SNR muy baja. Por lo tanto, necesitaríamos receptores GNSS con una sensibilidad mucho mayor que los que están conectados a la Tierra. Para la escala, un satélite GPS se encuentra aproximadamente a una distancia de 20 000 a 26 000 km de la Tierra. En el mejor de los casos, cuando algún satélite N-th GPS se alinea entre la Tierra y la Luna de forma colineal, las señales GPS deben viajar ~ 360 000 km para llegar a la superficie lunar. Sin embargo, hay algo de trabajo al respecto. Consulte las referencias a continuación:

http://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2018/icg13/17.pdf

https://www.ion.org/gnss/abstracts.cfm?paperID=7381

Es posible que puedas llegar mucho más lejos. Depende exactamente de lo que quieras decir con "GPS" y de la rapidez con la que lo necesites. Hay una misión en la Estación Espacial Internacional en este momento que está trabajando en un nuevo GPS. ¡En este caso, la "G" significa Galáctico! La misión, NICER, está destinada principalmente a estudiar estrellas de neutrones. Sin embargo, como se indica en la Ref 1, "... además de sus objetivos científicos, NICER permitirá la primera demostración espacial de navegación de naves espaciales basada en púlsares, a través de la mejora de Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT) a la misión, financiada por el programa de Desarrollo de Cambio de Juego de la Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA".

Ref 1 hoja de datos NICER https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/

Información de referencia 2 SEXTANTE https://gameon.nasa.gov/projects/deep-space-x-ray-navigation-and-communication/

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