Os sistemas de posicionamento por satélite: Inovações e considerações
As inovações tecnológicas promovem, na maioria dos casos, transformações no cotidiano dos seres humanos, através da produção de objetos e das modificações no espaço geográfico. Nas últimas décadas incríveis novidades têm sido apresentadas exeqüíveis. Nesta perspectiva, os sistemas de posicionamento e navegação assistidos por satélite se destacam pelas evoluções de precisão percebidas e amplamente utilizadas na comunidade científica mundial, bem como individualmente em múltiplos setores da sociedade. Governos e, mais recentemente, grupos privados tem investido capitais volumosos para o desenvolvimento destas tecnologias em nível global.
A busca por determinar a posição precisa de um objeto no planeta foi um dos primeiros problemas científicos que o ser humano procurou solucionar, motivado pelo posicionamento preciso do seu lar ou pela necessidade de deslocamentos – navegação – seguros. Instrumentos como a bússola e o astrolábio foram inventados e utilizados associados a planetas e estrelas no auxílio para a orientação. Todavia, estas técnicas apresentam limitações no que se refere à precisão, estando vulneráveis a condições climáticas apropriadas por exemplo.
Com o desenvolvimento de sistemas eletrônicos o homem passou a utilizar instrumentos e técnicas resultando em posicionamentos aproximados. Sistemas de posicionamento a partir de ondas de rádio como o Loran (Long-Range Navigation System) e o Omega (Global low frequency navigation system) foram construídos e passaram a ser operados, entretanto, o Loram apresentava dependência de uma enorme quantidade de estações de suporte e não abrangia o posicionamento global. Já o Omega, mesmo contemplando toda a superfície terrestre, configurou-se como um projeto de altíssimo custo. Introduzindo-se a tecnologia de posicionamento por satélite, o NNSS (Navy Navigation Satellite System), passa a operar com uma quantidade de satélites que também resultava em uma baixa precisão, ou seja, embora tenham sido utilizados à época de suas criações, estes sistemas de posicionamento se tornaram inviáveis.
Na década de 1970, os sistemas NAVSTAR – GPS (Global Positioning System) e o GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) são criados. Em pleno período da Guerra Fria, os governos dos Estados Unidos da América e o da União das Repúblicas Socialistas Soviéticas construíram os sistemas citados respectivamente, com o intuito de utilizá-los na navegação das tropas nacionais em investidas militares.
O Departamento de Defesa dos Estados Unidos fundiu programas de defesa da Marinha e Força Aérea norte-americanas, o que resultou no sistema NAVSTAR-GPS, ou simplesmente GPS, que apresentou ótimos resultados de acurácia (grau de concordância entre o valor medido de uma grandeza e o real) e precisão. Em função do excelente nível de precisão e da facilidade de obtenção de coordenadas proporcionada pelo GPS, diversos segmentos da sociedade civil passaram a vislumbrar a possibilidade do uso de tal sistema associado a outras geotecnologias, aplicando-se na agricultura de precisão, navegação comercial civil, posicionamento geodésico, posicionamento em tempo real de objetos ou cargas de alto valor em deslocamento, etc.
O conceito básico do sistema GPS possibilita que um receptor em qualquer ponto da superfície terrestre, ou próxima a ela, seja capaz de captar o sinal de no mínimo quatro satélites. Desta maneira, conhecendo-se as coordenadas dos satélites é possível calcular o posicionamento preciso do receptor que esteja funcionando no mesmo sistema de referência dos satélites. Aferi-se o posicionamento do receptor a partir do calculo do tempo transcorrido entre o momento da emissão e o da recepção do sinal, considerando-se a velocidade de propagação do sinal. Determina-se a posição em três dimensões – altura, distância e profundidade – e o quarto satélite é utilizado para a correção de possíveis erros provocados pelo não sincronismo dos relógios entre os satélites e o receptor.
Entretanto, para que o GPS fosse operado em nível global, distribuíram-se 24 satélites em seis planos orbitais igualmente espaçados. Esta constelação de satélites é mantida em órbita a uma altitude aproximada de 20.200 km. O sistema GPS foi considerado operacional em 1985 e dispôs até a atualidade de cinco tipos (Blocos I, II, II-A, IIR e IIF) que foram modernizados e lançados para a substituição dos exemplares antigos ou que apresentaram defeito. No último dia 27 de maio foi lançado o primeiro exemplar da geração dos satélites IIF, que são considerados os mais modernos e fornece sinais de navegação duas vezes mais acurados, em relação aos seus antecessores.
Cada satélite GPS opera emitindo ondas de rádio operadas a uma freqüência de 10,23MHz em até três portadoras denominadas L1, L2 e L5. Estas portadoras processam dados a partir de códigos – seqüências binárias 0 e 1 – denominados “C/A” (Coarse Acquisition), “P” (Protected), “L2C” e o “L5C”. O código C/A é operado através da portadora L1 e está passivo de manipulações em sua precisão. Essa deterioração de dados pode ser utilizada pelo governo dos Estados Unidos através da técnica “SA” (Selective Availability) ou disponibilidade seletiva. Trata-se de um sistema de dados que podem ser acessados pela sociedade civil em geral. O código “P” é operado a partir das portadoras L1 e L2. Todavia, caracteriza-se pelo excelente resultado de precisão e acurácia, sendo criptografado e tem sido reservado para uso militar de tropas dos Estados Unidos e (ou) cessões aos aliados. Com a evolução tecnológica dos satélites e as múltiplas funcionalidades civis do uso do sistema GPS, os satélites mais modernos foram lançados em órbita e permitiram o acesso com os códigos “L2C”, operado através da portadora L2, e com a inserção dos satélites IIF, será possível o uso do código “L5C” através da portadora L5. Trata-se de evoluções do GPS que permitem um posicionamento mais preciso para o uso civil.
Contudo, o sistema GPS é assistido por segmento de controle que tem como tarefas principais o monitoramento contínuo da constelação em órbita, predizer as efemérides (calendário e memorial) dos satélites, e os demais processamentos do sistema. Cinco estações monitoras são distribuídas próximas da linha do Equador, sendo 02 localizadas no oceano Pacífico, 01 Índico, 01 Atlântico e 01 estação de controle central localizada em Colorado Springs no território norte americano.
O conjunto de instrumentos descritos anteriormente, dadas suas potencialidades, possibilita a navegação tanto por usuários civis quanto militares. Nesta perspectiva, é de fundamental importância que o aparelho receptor do sinal GPS utilizado possua tecnologia (capacidade de precisão por ponto, memória de armazenamento, bateria de alimentação, etc.) capaz de atender a necessidade dos objetivos do trabalho a ser desenvolvido.
O GLONASS é um sistema bastante similar ao GPS. Também foi constituído com objetivos militares e foi considerado operacional em 1995. Opera a partir dos códigos “C/A” de uso civil através da banda L1, e “P” de uso autorizado pelos militares através da banda L2. Todavia, devido ao sucateamento e à falta de substituição constante dos satélites o GLONASS apresentou diversas falhas em seu funcionamento. Recentemente a Rússia tem investido recursos e tornou o sistema operacional novamente. Entretanto, a precisão instantânea oferecida pelo GLONASS em receptores simples é da ordem de 60m, ficando bem abaixo da resposta do GPS que apresenta precisão em torno dos 10m.
Diferentemente do GPS, o sinal do GLONASS nunca foram degradados de modo intencional. Este sistema possui uma constelação de 24 satélites sendo distribuídos em três planos orbitais, cada um com oito satélites igualmente espaçados. A altitude dos satélites em órbita é de aproximadamente 19.100km e as estações de controle são distribuídas pelo território da antiga URSS. Estas estações, assim como as do GPS, também são responsáveis por estabelecer as efemérides e órbitas de sua constelação de satélites bem como todo o monitoramento do sistema. Devido aos resultados de precisão inferiores, o GLONASS possui uma gama de usuário sensivelmente inferior aos do GPS, embora atualmente haja no mercado, receptores que identifiquem o sinal de ambos os sistemas.
No ano de 1999 a European Space Agency – ESA – anunciou que desenvolveria o sistema de posicionamento global Galileo. A União Européia chegou a propor uma participação em conjunto do sistema GPS, fato que não foi aceito pelos Estados Unidos. Com isso, a ESA juntamente com investimentos de capitais de outros países como o Japão, Israel, China e Canadá tem subsidiado a construção dos equipamentos que compõem o Galileo. Neste projeto, tem-se discutido sobre a possibilidade de parcerias Público-Privadas para a consecução do sistema. A perspectiva é de que o Galileo opere com 30 satélites a uma órbita de 23.600km. Os sinais serão transmitidos em três bandas (E5, E6 e L1) usando quatro portadoras (E5A, E5B, E6 e E1).
Projeta-se ainda a construção de trinta estações de controle distribuídas globalmente (Galileo Sensor Stations - GSS). Trata-se de um sistema de posicionamento construído com serviços de utilidade pública. Certamente contratos comerciais ampliarão a integração de redes de comunicações e processamento de dados de alta precisão envolvendo serviços públicos de segurança, resgate, monitoramento ambiental etc.
Atualmente, diversos setores da economia, de instituições de pesquisa científica, da administração pública têm potencializado a consecução de seus objetivos a partir do uso de sistemas de posicionamento. À bem da verdade, o desenvolvimento de tais sistemas são estratégicos mundialmente, sobretudo, para o país que detém tal tecnologia. As tecnologias que compõem os sistemas de posicionamento global configuram-se como ferramenta de suporte em diversas atividades da sociedade. Principalmente, se levarmos em consideração que os dados captados de todas as partes do planeta se traduzem como instrumentos de poder em decisões de produção, comerciais ou até mesmo de guerra.
Publlicado em 15/06/2010 no Jornal da Cidade
Antônio Santiago Pinto Santos
Mestre Stricto Senso em Geografia - UFS
Membro do Grupo de Estudos e Pesquisas Sociedade, Educação e Cotiano.
