SALVE

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"Una volta che avrete imparato a volare, camminerete sulla terra guardando il cielo, perchè è lì che vorrete tornare" Leonardo


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venerdì 26 luglio 2013

Navigazione Satellitare

Negli ultimi anni sono diventati di uso abbastanza comune dispositivi e programmi che ci aiutano a …non perdere la retta via: parlo di quegli oggetti che usiamo in auto per cercare e il percorso per arrivare alla nostra meta e che ci aiutano a seguirlo correttamente.
Attualmente anche molti telefonini/computer, gli smartphone, hanno al loro interno tutto il necessario per collegarsi al sistema di supporto alla navigazione ed alle relative mappe. Solo 15 anni fa per usare questa strumentazione/servizio erano necessari costosi e complessi apparati.
Per capirci qualcosa cerchiamo di capire quali sono i componenti della strumentazione e come funzionano.
Partiamo dal nome del sistema usato sinora, GPS (Global Positioning System - http://it.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System), cioè Sistema di Posizionamento Globale composto da 30 satelliti messi in orbita dagli Stati Uniti a partire dal 1978. Oggi, i più vecchi ancora funzionanti, hanno 13 anni.
Tento una spiegazione semplificata di come funziona il sistema di geolocalizzazione, cioè di calcolo della posizione di un oggetto sulla nostra pianeta. Possiamo pensare questi 30 satelliti come una serie di Fari che viaggiano continuamente intorno alla Terra su speciali aerei. Un viaggiatore terreste, ovunque si trovi, può sempre vedere un certo numero di questi fari e un marinaio, basandosi sulla loro posizione, è in grado di capire dove si trova può segnare la sua posizione su una mappa per quindi calcolare la sua rotta di avvicinamento al porto. Il metodo di calcolo si chiama “triangolazione”, si basa sulla misura della distanza di due punti e degli angoli del triangolo che unisce i tre punti, due fari e la nave.
Il marinaio infatti ha sulla sua mappa la posizione dei fari ed è sufficiente che disegni due segmenti che partono dai fari e formino con il Nord un angolo uguale a quello misurato con una bussola. Il punto della carta dove i due segmenti si incrociano è esattamente la posizione della nave.
I calcoli diventano abbastanza complicati se i “fari” viaggiano a circa 25.000 km dalla terra ad una velocità di circa 14.000 km/h e non abbiamo una mappa che indica dove sono posizionati  “fari satellitari”, fortunatamente la tecnologia e l’elettronica hanno risolto tutti i problemi.
Tento di spiegarvi semplicemente la procedura di calcolo per la triangolazione. Gli strumenti a bordo del satellite sono in grado di calcolare l’orbita esatta sulla quale il satellite viaggia e la sua velocità che, insieme alla “ora esatta” sono contenute in messaggi inviati in continuazione e che viaggiano alla velocità della luce (circa 300.000 km/h). Il nostro strumento di bordo, il “GPS”, riceve due segnali consecutivi e con le informazioni che contengono è in grado di calcolare la distanza del satellite e l’angolo percorso tra due messaggi successivi.
Come si vede tutti i calcoli dipendono da varie misure del tempo che, per il nostro satellite, sono basate su un orologio atomico preciso al miliardesimo di secondo e che viene controllato da una stazione a Terra ad ogni passaggio. Solo per capirci, se questo orologio avesse un errore di 1 solo secondo, la sua posizione sarebbe errata di 300.000 km: partendo da Roma per Milano, rischieremo di arrivare sul pianeta Saturno. Per maggior sicurezza sul posizionamento i calcoli sono fatti calcolando contemporaneamente la posizione sulle informazioni fornite da più satellite e mediando i risultati.
La seconda parte del sistema sono le “mappe nautiche” che nel nostro caso sono speciali mappe digitalizzate, cioè disegni del terreno trasformati in numeri e registrate su computer locale, su Intenet o su un dispositivo specializzato del tipo TomTom™.
Il terzo componente del sistema è il programma di navigazione installato sul nostro Smartphone, per esempio Google Hearth, o sul dispositivo tipo TomTom™ che elabora la posizione ricevuta dai satelliti GPS e la riporta sulle mappe digitalizzate che poi vengono mostrate sul display (schermo).

Sembra tutto molto semplice, ma per arrivare a questi risultati ci sono stati anni di fatiche di scienziati e tecnici.