El Bloque III del GPS (anteriormente Bloque IIIA ) consta de los primeros diez satélites GPS III , que se utilizan para mantener operativo el Sistema de Posicionamiento Global Navstar. Lockheed Martin diseñó, desarrolló y fabricó el banco de pruebas de satélites no voladores GPS III (GNST) y los diez satélites del Bloque III. [6] El primer satélite de la serie se lanzó en diciembre de 2018. [7] [8] [9]
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos alcanzó su capacidad operativa plena el 17 de julio de 1995, [10] completando así sus objetivos de diseño originales. Los avances tecnológicos y las nuevas exigencias del sistema existente llevaron a la iniciativa de modernizar el sistema GPS. En 2000, el Congreso de los Estados Unidos autorizó la iniciativa, conocida como GPS III .
El proyecto implica nuevas estaciones terrestres y nuevos satélites, con señales de navegación adicionales para usuarios civiles y militares, y tiene como objetivo mejorar la precisión y la disponibilidad para todos los usuarios.
El contrato del Sistema de Control Operacional GPS de Próxima Generación (OCX) fue otorgado a Raytheon el 25 de febrero de 2010. [11]
Se había previsto que el primer satélite de la serie se lanzara en 2014, [12] pero importantes retrasos [13] retrasaron el lanzamiento hasta diciembre de 2018. [7] [14] El décimo y último lanzamiento del GPS Bloque III está previsto para el año fiscal 2026. [15]
Los satélites del Bloque III utilizan la estructura de bus del satélite A2100M de Lockheed Martin . Los tanques de combustible y de presión están fabricados por Orbital ATK a partir de materiales compuestos ligeros y de alta resistencia. [16] Cada satélite llevará ocho antenas JIB desplegables diseñadas y fabricadas por Northrop Grumman Astro Aerospace [17]
El 27 de abril de 2016, SpaceX , en Hawthorne (California) , recibió un contrato de precio fijo de 82,7 millones de dólares estadounidenses para servicios de lanzamiento para entregar un satélite GPS III a su órbita prevista, ya retrasado significativamente más allá del lanzamiento planificado para 2014 [12]. El contrato incluía la producción del vehículo de lanzamiento, la integración de la misión y las operaciones de lanzamiento para una misión GPS III, que se realizaría en Hawthorne (California), la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral ( Florida ) y McGregor (Texas ). [18] En diciembre de 2016, el Director de la Dirección de Sistemas de Posicionamiento Global de la Fuerza Aérea de los EE. UU. anunció que el primer satélite se lanzaría en la primavera de 2018. [19] En marzo de 2017, la Oficina General de Contabilidad de los EE. UU. declaró que "los problemas técnicos tanto con el satélite GPS III como con el sistema de control y verificación de lanzamiento del Bloque 0 del OCX se han combinado para poner en riesgo la fecha de lanzamiento planificada para marzo de 2018 para el primer satélite GPS III". [20] Los retrasos fueron causados por una serie de factores, principalmente debido a problemas encontrados en la carga útil de navegación. [13] [21] Otros retrasos en la fecha de lanzamiento fueron causados por la necesidad de pruebas y validación adicionales de un cohete SpaceX Falcon 9 que finalmente lanzó el satélite el 23 de diciembre de 2018. [22] [23] El 22 de agosto de 2019, se lanzó el segundo satélite GPS III a bordo de un cohete Delta IV . [24]
El 21 de septiembre de 2016, la Fuerza Aérea de los EE. UU. ejerció una opción contractual de 395 millones de dólares con Lockheed Martin para los vehículos espaciales noveno y décimo del Bloque III, que se espera estén disponibles para su lanzamiento en 2022. [25]
Se han lanzado 6 de los 10 satélites GPS Bloque III. Actualmente, 6 están operativos y 0 se encuentran en pruebas.
Uno de los primeros anuncios fue la incorporación de una nueva señal de uso civil que se transmitiría en una frecuencia distinta a la frecuencia L1 utilizada para la señal de adquisición aproximada (C/A) existente del GPS. Finalmente, se la conoció como señal L2C porque se transmite en la frecuencia L2 (1227,6 MHz). Puede transmitirse por todos los satélites del bloque IIR-M y de diseños posteriores. El plan original establecía que hasta que se implementara el nuevo sistema OCX (Bloque 1), la señal consistiría en un mensaje predeterminado ("Tipo 0") que no contiene datos de navegación. [40] El OCX Bloque 1 con los datos de navegación L2C estaba programado para entrar en servicio en febrero de 2016, [41] [42] pero se retrasó hasta 2022 o más tarde. [43]
Como resultado de los retrasos de OCX, la señal L2C se desacopló del cronograma de despliegue de OCX. Todos los satélites capaces de transmitir la señal L2C (todos los satélites GPS lanzados desde 2005) comenzaron a transmitir mensajes de navegación civil preoperacional (CNAV) en abril de 2014, y en diciembre de 2014 la Fuerza Aérea de los EE. UU. comenzó a transmitir cargas CNAV diariamente. [40] [44] La señal L2C se considerará completamente operativa después de que sea transmitida por al menos 24 vehículos espaciales, lo que se proyecta que suceda en 2023. [40] A partir de octubre de 2017, L2C se transmitía desde 19 satélites; para junio de 2022 había 24 satélites transmitiendo esta señal. [40] La señal L2C tiene la tarea de proporcionar una precisión mejorada de navegación, proporcionar una señal fácil de rastrear y actuar como una señal redundante en caso de interferencia localizada.
El efecto inmediato de tener dos frecuencias civiles transmitidas desde un satélite es la capacidad de medir directamente, y por lo tanto eliminar, el error de retardo ionosférico para ese satélite. Sin tal medición, un receptor GPS debe utilizar un modelo genérico o recibir correcciones ionosféricas de otra fuente (como un sistema de aumento basado en satélites ). Los avances en la tecnología de los satélites GPS y los receptores GPS han hecho que el retardo ionosférico sea la mayor fuente de error en la señal C/A. Un receptor capaz de realizar esta medición se conoce como receptor de doble frecuencia. Sus características técnicas son:
Se define en IS-GPS-200. [45]
Un componente importante del proceso de modernización, una nueva señal militar llamada código M fue diseñada para mejorar aún más la protección contra interferencias y el acceso seguro a las señales GPS militares. El código M se transmite en las mismas frecuencias L1 y L2 que ya utilizaba el código militar anterior, el código P(Y). La nueva señal está diseñada para colocar la mayor parte de su energía en los bordes (lejos de las portadoras P(Y) y C/A existentes). A diferencia del código P(Y), el código M está diseñado para ser autónomo, lo que significa que los usuarios pueden calcular sus posiciones utilizando únicamente la señal del código M. Los receptores del código P(Y) normalmente deben sincronizarse primero con el código C/A y luego transferirse para sincronizarse con el código P(Y).
En un cambio importante con respecto a los diseños anteriores de GPS, el código M está pensado para ser transmitido desde una antena direccional de alta ganancia , además de una antena de ángulo amplio (tierra completa). La señal de la antena direccional, denominada haz puntual , está pensada para ser dirigida a una región específica (es decir, varios cientos de kilómetros de diámetro) y aumentar la intensidad de la señal local en 20 dB (10× intensidad de campo de voltaje, 100× potencia). Un efecto secundario de tener dos antenas es que, para los receptores dentro del haz puntual, el satélite GPS aparecerá como dos señales GPS que ocupan la misma posición.
Si bien la señal de código M de toda la Tierra está disponible en los satélites del Bloque IIR-M, las antenas de haz puntual no estarán disponibles hasta que se desplieguen los satélites del Bloque III. Al igual que las otras señales GPS nuevas, el código M depende de OCX, específicamente del Bloque 2, que estaba programado para entrar en servicio en octubre de 2016, [42] [46] pero que se retrasó hasta 2022, [47] y esa fecha inicial no reflejó los retrasos de dos años en el lanzamiento del primer satélite esperados por la GAO. [48] [49]
Otras características del código M son:
Safety of Life es una señal de uso civil que se transmite en la frecuencia L5 (1176,45 MHz). En 2009, un satélite WAAS envió las transmisiones iniciales de prueba de la señal L5. SVN-62 , el primer satélite GPS de bloque IIF, transmitió continuamente la señal L5 a partir del 28 de junio de 2010.
Como resultado de retrasos en el cronograma del segmento de control del GPS III, la señal L5 se desacopló del cronograma de despliegue del OCX. Todos los satélites capaces de transmitir la señal L5 (todos los satélites GPS lanzados desde mayo de 2010) [50] comenzaron a transmitir mensajes de navegación civil preoperacional (CNAV) en abril de 2014, y en diciembre de 2014 la Fuerza Aérea comenzó a transmitir mensajes de navegación civil preoperacional a diario. [51] La señal L5 se considerará completamente operativa una vez que al menos 24 vehículos espaciales estén transmitiendo la señal, lo que actualmente se proyecta que sucederá en 2027. [50]
A partir del 10 de julio de 2023, L5 se transmite desde 17 satélites, después de la eliminación del bloque IIF, SVM-63. [52]
La CMR-2000 añadió un componente de señal espacial a esta banda aeronáutica para que la comunidad de la aviación pueda gestionar las interferencias en L5 de forma más eficaz que en L2. Está definido en IS-GPS-705. [53]
L1C es una señal de uso civil, que se transmitirá en la misma frecuencia L1 (1575,42 MHz) que contiene la señal C/A utilizada por todos los usuarios actuales de GPS.
La transmisión L1C comenzó cuando el Segmento de Control (OCX) Bloque 1 del GPS III se volvió operativo, programado para 2022. [43] [19] La señal L1C alcanzará su estado operativo completo cuando se transmita desde al menos 24 satélites del Bloque III del GPS, proyectado para fines de la década de 2020. [54]
Se define en IS-GPS-800. [55]
Mayor potencia de la señal en la superficie de la Tierra:
Los investigadores de The Aerospace Corporation confirmaron que el medio más eficiente para generar la señal de código M de alta potencia implicaría un cambio en la cobertura total de la Tierra, característica de todas las señales de enlace descendente de los usuarios hasta ese momento. En su lugar, se utilizaría una antena de alta ganancia para producir un haz puntual direccional de varios cientos de kilómetros de diámetro. Originalmente, esta propuesta se consideró como una actualización de los satélites Block IIF planificados. Tras una inspección más detallada, los administradores del programa se dieron cuenta de que la adición de una gran antena desplegable, combinada con los cambios que serían necesarios en el segmento de control operativo, presentaba un desafío demasiado grande para el diseño del sistema existente en ese momento. [56]
El Segmento de Control Operacional (OCS) del GPS, que consiste en una red mundial de centros de operaciones satelitales, antenas terrestres y estaciones de monitoreo, proporciona capacidades de Comando y Control (C2) para los satélites del Bloque II del GPS. [60] La última actualización del OCS del GPS, el Plan de Evolución Arquitectónica 7.5, fue aceptada operativamente en 2019. [61]
En 2010, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos anunció planes para desarrollar un segmento de control moderno, una parte fundamental de la iniciativa de modernización del GPS. El OCS seguirá funcionando como sistema de control terrestre hasta que el nuevo sistema, el Sistema de Control Operacional GPS de Próxima Generación (OCX), esté completamente desarrollado y sea funcional. [62]
Las funciones de OCX se están entregando a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en tres fases separadas, conocidas como "bloques". [63] Los bloques de OCX están numerados del cero al dos. Con cada bloque entregado, OCX obtiene funcionalidad adicional.
En junio de 2016, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos notificó formalmente al Congreso que los costos proyectados del programa OCX habían superado los 4.250 millones de dólares, superando así en un 25% las estimaciones de costos de referencia de 3.400 millones de dólares, también conocida como una violación crítica de Nunn-McCurdy . Los factores que llevaron a la violación incluyen "la ingeniería de sistemas inadecuada al inicio del programa" y "la complejidad de los requisitos de ciberseguridad en OCX". [64] En octubre de 2016, el Departamento de Defensa certificó formalmente el programa, un paso necesario para permitir que el desarrollo continúe después de una violación crítica. [65]
En julio de 2021, se habían completado todas las instalaciones de las estaciones de monitoreo OCX. [66] Se espera que las estaciones de monitoreo OCX entren en funcionamiento a "principios de 2023", y la Fuerza Espacial de EE. UU. espera completar la aceptación operativa de todas las OCX en 2027. [66]
El bloque 0 de OCX proporciona el subconjunto mínimo de capacidades OCX completas necesarias para respaldar el lanzamiento y la verificación temprana del bus de la nave espacial en órbita en los vehículos espaciales GPS III. [19]
Block 0 completó dos eventos de pruebas de ciberseguridad en abril y mayo de 2018 sin que se encontraran nuevas vulnerabilidades. [67]
En junio de 2018, el Bloque 0 tuvo su tercer ensayo de lanzamiento integrado exitoso con GPS III. [67]
La Fuerza Aérea de EE. UU. aceptó la entrega del OCX Block 0 en noviembre de 2017 y lo utilizó para preparar el primer lanzamiento de GPS en diciembre de 2018. [68]
A partir de mayo de 2022, el bloque 0 de OCX ha respaldado con éxito el lanzamiento y la verificación del GPS III SV 01–05. [69]
El bloque 1 del OCX es una actualización del bloque 0 del OCX, momento en el que el sistema OCX alcanza la capacidad operativa inicial (IOC). Una vez que se implemente el bloque 1, el OCX podrá por primera vez comandar y controlar los satélites GPS del bloque II y del bloque III, así como respaldar la capacidad de comenzar a transmitir la señal civil L1C. [19]
En noviembre de 2016, la GAO informó que el bloque 1 del OCX se había convertido en la causa principal del retraso en la activación de la misión PNT del GPS III. [70]
El Bloque 1 completó la iteración final de la Revisión Crítica de Diseño (CDR) en septiembre de 2018. [67] El desarrollo del software en el Bloque 1 está programado para completarse en 2019, después de lo cual el software del Bloque 1 se someterá a 2,5 años de pruebas del sistema. [67]
El Bloque 2 del OCX actualiza el OCX con las características avanzadas del código M para usuarios militares y la capacidad de monitorear el rendimiento de las señales civiles. [63] En marzo de 2017, el contratista modificó su cronograma de entrega del OCX para que el Bloque 2 ahora se entregue a la Fuerza Aérea al mismo tiempo que el Bloque 1. [71] En julio de 2017, se anunció un retraso adicional de nueve meses en el cronograma. Según el cronograma del programa de julio de 2017, el OCX se entregará a la Fuerza Aérea de los EE. UU. en abril de 2022. [47]
OCX Block 3F actualiza OCX con la capacidad de realizar lanzamiento y verificación para satélites Block IIIF. [72] [66] Se espera que los satélites Block IIIF comiencen a lanzarse en 2026.
El contrato OCX Block 3F, valorado en 228 millones de dólares, fue adjudicado a Raytheon Intelligence and Space el 30 de abril de 2021. [73]
Las Operaciones de Contingencia GPS III ("COps") son una actualización del Segmento de Control Operacional GPS, que permite a OCS proporcionar funciones de Posición, Navegación y Sincronización (PNT) del Bloque IIF desde los satélites GPS III. [19] El esfuerzo de Operaciones de Contingencia permite que los satélites GPS III participen en la constelación GPS, aunque de manera limitada, sin tener que esperar hasta que el Bloque 1 de OCX entre en funcionamiento (programado para 2022).
La Fuerza Espacial de los Estados Unidos adjudicó el contrato de Operaciones de Contingencia por 96 millones de dólares en febrero de 2016. [74] Las Operaciones de Contingencia fueron aceptadas operativamente en abril de 2020. [61]
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Se prevé que la Fuerza Espacial lance el 27.º satélite GPS con capacidad de código M en febrero de 2025.
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