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Photo: U.S. Air Force, Wikimedia Commons, Public domain.Pensi di sapere come il tuo telefono mappa il mondo? Fai un viaggio in orbita e metti alla prova la tua conoscenza sui satelliti, la storia e la scienza dietro il Global Positioning System.
Curioso di orbite 0–4 · Cercatore di segnali 5–8 · Maestro navigatore 9–10
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Un mito comune è che i ricevitori GPS comunichino con i satelliti. In realtà, il GPS è un sistema completamente passivo: i satelliti trasmettono costantemente dati di tempo e orbita, e il tuo telefono si limita ad ascoltare. Il tuo telefono calcola la tua posizione localmente senza inviare alcun dato nello spazio. Questo è il motivo per cui il GPS funziona anche quando non hai assolutamente campo.
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Galileo è il sistema di navigazione satellitare globale all'avanguardia dell'Europa, entrato in funzione nel 2016. A differenza del GPS, gestito dall'esercito degli Stati Uniti, Galileo è progettato principalmente per uso civile e commerciale, offrendo un'estrema precisione a livello centimetrico per gli utenti avanzati.
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I satelliti GPS operano in un'orbita terrestre media a un'altitudine di circa 20.200 chilometri. Questa orbita è ideale perché mantiene i satelliti abbastanza in alto da coprire vaste aree del pianeta, pur consentendo loro di completare un'orbita intera ogni 12 ore. I satelliti geostazionari, al contrario, si trovano molto più in alto e rimangono fissi sopra un unico punto dell'equatore.
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La gravità è più debole in alta quota, il che fa ticchettare gli orologi dei satelliti più velocemente di circa 45 microsecondi al giorno. Anche se la loro elevata velocità li rallenta di 7 microsecondi a causa della relatività ristretta, l'effetto netto è che vanno avanti di 38 microsecondi al giorno. Gli ingegneri devono programmare una correzione costante negli orologi dei satelliti prima del lancio per evitare che le coordinate GPS si spostino. Foto: NASA, Wikimedia Commons, Public domain.
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Nel settembre del 1983, un caccia sovietico abbatté il volo Korean Air Lines 007 dopo che l'aereo di linea era accidentalmente entrato nello spazio aereo sovietico interdetto a causa di un errore di navigazione. In risposta alla tragedia, il presidente Reagan annunciò che la tecnologia GPS dell'esercito statunitense sarebbe stata resa disponibile gratuitamente per l'aviazione civile per prevenire simili errori.
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Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha avviato ufficialmente il programma con il nome NAVSTAR GPS, che sta per Navigation System with Timing and Ranging. Transit era in realtà un precedente e separato sistema di navigazione satellitare utilizzato dalla Marina degli Stati Uniti a partire dagli anni '60. Il primo satellite sperimentale Navstar è stato lanciato in orbita nel 1978. Foto: U.S. Air Force, Wikimedia Commons, Pubblico dominio.
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Il primo satellite GPS sperimentale Block I è stato lanciato nel febbraio 1978. Ci sono voluti altri quindici anni e decine di lanci prima che il sistema raggiungesse la piena operatività nel 1995. Oggi il sistema viene continuamente aggiornato con nuove generazioni di satelliti per mantenerne la precisione. Foto: Paulsava, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
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Gladys West ha programmato i computer che hanno calcolato la forma precisa della Terra, nota come geoide. Senza questo modello matematico altamente dettagliato, i calcoli GPS non sarebbero abbastanza accurati per individuare le posizioni sulla superficie del nostro pianeta. Nel 2018 è stata inserita nella Hall of Fame dei pionieri dello spazio e dei missili dell'Aeronautica Militare degli Stati Uniti. Foto: Adrian Cadiz, Wikimedia Commons, Public domain.
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I segnali GPS vengono trasmessi nella gamma delle microonde, in particolare su frequenze note come banda L. Le microonde sono perfette per questo compito perché riescono a penetrare facilmente nuvole, pioggia e involucri di plastica, sebbene trovino difficoltà con il fogliame denso e i muri di cemento. Le frequenze delle onde corte vengono invece utilizzate per le trasmissioni radio internazionali a lunga distanza.
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Il Magellan NAV 1000 ha fatto la storia quando è arrivato sul mercato nel 1989, pesando circa 1,5 libbre e costando circa 3.000 dollari. Progettato principalmente per i diportisti, poteva funzionare solo per poche ore con batterie AA. I primi modelli di Garmin, come il GPS 50, seguirono poco dopo, dando il via al competitivo mercato della navigazione per i consumatori.
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