El Bloque GPS III (anteriormente Bloque IIIA) consta de los primeros diez satélites GPS III , que se utilizarán para mantener operativo el Sistema de Posicionamiento Global Navstar . Lockheed Martin diseñó, desarrolló y fabricó el banco de pruebas de satélites no voladores (GNST) GPS III y los diez satélites del Bloque III. [7] El primer satélite de la serie se lanzó en diciembre de 2018. [8] [9] [10]
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos alcanzó su capacidad operativa total el 17 de julio de 1995, [11] completando sus objetivos de diseño originales. Los avances en la tecnología y las nuevas demandas sobre el sistema existente llevaron al esfuerzo de modernizar el sistema GPS. En 2000, el Congreso de Estados Unidos autorizó el esfuerzo, denominado GPS III .
El proyecto involucra nuevas estaciones terrestres y nuevos satélites, con señales de navegación adicionales para usuarios civiles y militares, y tiene como objetivo mejorar la precisión y disponibilidad para todos los usuarios.
Raytheon recibió el contrato del Sistema de control operativo GPS (OCX) de próxima generación el 25 de febrero de 2010. [12]
Se proyectaba que el primer satélite de la serie se lanzaría en 2014, [13] pero retrasos significativos [14] retrasaron el lanzamiento hasta diciembre de 2018. [8] [15] El décimo y último lanzamiento del GPS Block III está previsto para el año fiscal 2026. [dieciséis]
Los satélites del Bloque III utilizan la estructura de bus satelital A2100M de Lockheed Martin . Los tanques de propulsor y presión son fabricados por Orbital ATK a partir de materiales compuestos livianos y de alta resistencia. [17] Cada satélite llevará ocho antenas JIB desplegables diseñadas y fabricadas por Northrop Grumman Astro Aerospace [18]
Ya con un retraso significativo más allá del lanzamiento planificado del primer satélite para 2014, [13] el 27 de abril de 2016, SpaceX , en Hawthorne, California , recibió un contrato de precio fijo en firme de 82,7 millones de dólares estadounidenses para servicios de lanzamiento para entregar un satélite GPS III a su destino previsto. orbita. El contrato incluía la producción de vehículos de lanzamiento, la integración de la misión y las operaciones de lanzamiento para una misión GPS III, que se realizará en Hawthorne, California; Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida ; y McGregor, Texas . [19] En diciembre de 2016, el Director de la Dirección de Sistemas de Posicionamiento Global de la Fuerza Aérea de EE. UU. anunció que el primer satélite se lanzaría en la primavera de 2018. [20] En marzo de 2017, la Oficina de Contabilidad General de EE. UU. declaró: "Problemas técnicos tanto con el GPS III y el sistema de verificación y control de lanzamiento OCX Block 0 se han combinado para poner en riesgo la fecha de lanzamiento prevista para marzo de 2018 para el primer satélite GPS III". [21] Los retrasos fueron causados por una serie de factores, principalmente debido a problemas encontrados en la carga útil de navegación. [14] [22] Otros retrasos en la fecha de lanzamiento se debieron a la necesidad de pruebas y validaciones adicionales de un SpaceX Falcon 9 que finalmente lanzó el satélite el 23 de diciembre de 2018. [23] [24] El 22 de agosto de 2019, el segundo GPS III El satélite fue lanzado a bordo de un Delta IV . [25]
El 21 de septiembre de 2016, la Fuerza Aérea de EE. UU. ejerció una opción de contrato de 395 millones de dólares con Lockheed Martin para los vehículos espaciales noveno y décimo del Bloque III, cuyo lanzamiento se espera que esté disponible en 2022. [26]
Se han lanzado 6 de 10 satélites GPS Block III. Actualmente 6 están operativos y 0 se encuentran en fase de pruebas.
Uno de los primeros anuncios fue la adición de una nueva señal de uso civil que se transmitirá en una frecuencia distinta de la frecuencia L1 utilizada para la señal de adquisición aproximada GPS (C/A) existente. Al final, esto se conoció como señal L2C porque se transmite en la frecuencia L2 (1227,6 MHz). Puede ser transmitido por todos los satélites del bloque IIR-M y de diseño posterior. El plan original establecía que hasta que el nuevo sistema OCX (Bloque 1) esté implementado, la señal consistiría en un mensaje predeterminado ("Tipo 0") que no contiene datos de navegación. [43] Se programó que el OCX Block 1 con los datos de navegación L2C entrara en servicio en febrero de 2016, [44] [45] pero se retrasó hasta 2022 o más tarde. [46]
Como resultado de los retrasos de OCX, la señal L2C se desacopló del calendario de implementación 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 comenzó a transmitir cargas CNAV diariamente. [43] [47] La señal L2C se considerará completamente operativa después de que sea transmitida por al menos 24 vehículos espaciales, lo que actualmente se proyecta para 2023. [43] En octubre de 2017, L2C se transmitía desde 19 satélites; en junio de 2022 había 24 satélites transmitiendo esta señal. [43] La señal L2C tiene la tarea de proporcionar una mayor precisión 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 de ese satélite. Sin dicha 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 tecnológicos tanto para los satélites GPS como para los receptores GPS han hecho que el retraso ionosférico sea la mayor fuente de error en la señal C/A. Un receptor capaz de realizar esta medición se denomina receptor de doble frecuencia. Sus características técnicas son:
Está definido en IS-GPS-200. [48]
Como componente importante del proceso de modernización, se diseñó una nueva señal militar llamada código M para mejorar aún más el acceso seguro y antiinterferencias de las señales GPS militares. El código M se transmite en las mismas frecuencias L1 y L2 que ya utiliza 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 de códigos P(Y) generalmente primero deben bloquearse en el código C/A y luego transferirse para bloquearse en el código P(Y).
En una desviación importante de los diseños de GPS anteriores, el código M está destinado a transmitirse desde una antena direccional de alta ganancia , además de una antena de gran angular (completamente terrestre). La señal de la antena direccional, denominada haz puntual , está destinada a apuntar a una región específica (es decir, varios cientos de kilómetros de diámetro) y aumentar la intensidad de la señal local en 20 dB (10 veces la intensidad del campo de voltaje, 100 veces la 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 ocupando la misma posición.
Si bien la señal de código M terrestre completo 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 el Bloque 2, que estaba programado para entrar en servicio en octubre de 2016, [45] [49] pero que se retrasó hasta 2022, [50] y esa fecha inicial. no reflejó el retraso de dos años en el lanzamiento del primer satélite esperado por la GAO. [51] [52]
Otras características del código M son:
Safety of Life es una señal de uso civil, transmitida 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 del 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 GPS III, la señal L5 se desacopló del cronograma de despliegue de OCX. Todos los satélites capaces de transmitir la señal L5 (todos los satélites GPS lanzados desde mayo de 2010) [53] comenzaron a transmitir mensajes de navegación civil preoperacional (CNAV) en abril de 2014, y en diciembre de 2014, la Fuerza Aérea comenzó a transmitir cargas CNAV diariamente. . [54] La señal L5 se considerará en pleno funcionamiento una vez que al menos 24 vehículos espaciales estén transmitiendo la señal, lo que actualmente se prevé que suceda en 2027. [53]
Al 3 de julio de 2023, L5 se transmite desde 18 satélites, frente a los 12 de febrero de 2020. [53]
La CMR-2000 añadió un componente de señal espacial a esta banda aeronáutica para que la comunidad de la aviación pueda gestionar la interferencia en L5 de forma más eficaz que en L2. Está definido en IS-GPS-705. [55]
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 comenzará cuando el Bloque 1 del Segmento de Control GPS III (OCX) entre en funcionamiento, actualmente programado para 2022. [46] [20] La señal L1C alcanzará su estado operativo completo cuando se transmita desde al menos 24 satélites GPS Bloque III, actualmente proyectados. para finales de la década de 2020. [56]
Está definido en IS-GPS-800. [57]
Mayor potencia de señal en la superficie de la Tierra:
Investigadores de The Aerospace Corporation confirmaron que el medio más eficiente para generar la señal de código M de alta potencia implicaría una desviación de la cobertura terrestre total, 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 modernización de los satélites previstos del Bloque IIF. Tras una inspección más cercana, 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. [58]
El Segmento de Control Operacional (OCS) GPS, que consta de una red mundial de centros de operaciones satelitales, antenas terrestres y estaciones de monitoreo, proporciona capacidades de Comando y Control (C2) para los satélites GPS Bloque II. [62] La última actualización del GPS OCS, Architectural Evolution Plan 7.5, se aceptó operativamente en 2019. [63]
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. OCS continuará sirviendo como sistema de control terrestre de registro hasta que el nuevo sistema, el Sistema de control operativo GPS (OCX) de próxima generación, esté completamente desarrollado y funcional. [64]
Las funciones de OCX se están entregando a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en tres fases separadas, conocidas como "bloques". [65] Los bloques OCX están numerados del cero al dos. Con cada bloque entregado, OCX gana funcionalidad adicional.
En junio de 2016, la Fuerza Aérea de EE. UU. notificó formalmente al Congreso que los costos proyectados del programa OCX habían aumentado por encima de los 4250 millones de dólares, superando así las estimaciones de costos de referencia de 3400 millones de dólares en un 25 %, lo que también se conoce como una infracción crítica de Nunn-McCurdy . Los factores que llevaron a la infracción incluyen "ingeniería de sistemas inadecuada al inicio del programa" y "la complejidad de los requisitos de ciberseguridad en OCX". [66] En octubre de 2016, el Departamento de Defensa certificó formalmente el programa, un paso necesario para permitir que el desarrollo continúe después de una infracción crítica. [67]
En julio de 2021, se completaron todas las instalaciones de la estación de monitoreo OCX. [68] Se espera que las estaciones de monitoreo OCX pasen a estar operativas a "principios de 2023", y la Fuerza Espacial de EE. UU. espera completar la aceptación operativa de todo el OCX en 2027. [68]
OCX Block 0 proporciona el subconjunto mínimo de capacidades OCX completas necesarias para respaldar el lanzamiento y la verificación temprana de autobuses de naves espaciales en órbita en vehículos espaciales GPS III. [20]
El Bloque 0 completó dos eventos de pruebas de ciberseguridad en abril y mayo de 2018 sin encontrar nuevas vulnerabilidades. [69]
En junio de 2018, el Bloque 0 tuvo su tercer ensayo de lanzamiento integrado exitoso con GPS III. [69]
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 del GPS en diciembre de 2018. [70]
En mayo de 2022, OCX Block 0 ha respaldado con éxito el lanzamiento y la verificación de GPS III SV 01–05. [71]
OCX Block 1 es una actualización del OCX Block 0, momento en el cual el sistema OCX alcanza la capacidad operativa inicial (IOC). Una vez que se implemente el Bloque 1, OCX podrá por primera vez comandar y controlar los satélites GPS del Bloque II y del Bloque III, así como admitir la capacidad de comenzar a transmitir la señal civil L1C. [20]
En noviembre de 2016, la GAO informó que el Bloque 1 de OCX se había convertido en la causa principal del retraso en la activación de la misión GPS III PNT. [72]
El Bloque 1 completó la iteración final de la Revisión Crítica de Diseño (CDR) en septiembre de 2018. [69] Está previsto que el desarrollo de software en el Bloque 1 se complete en 2019, después de lo cual el software del Bloque 1 se someterá a 2,5 años de pruebas del sistema. [69]
OCX Block 2 actualiza OCX con funciones avanzadas de código M para usuarios militares y la capacidad de monitorear el rendimiento de las señales civiles. [65] En marzo de 2017, el contratista reprogramó su cronograma de entrega de OCX para que el Bloque 2 ahora se entregue a la Fuerza Aérea al mismo tiempo que el Bloque 1. [73] En julio de 2017, se anunció un retraso adicional de nueve meses en el cronograma. Según el calendario del programa de julio de 2017, el OCX se entregará a la Fuerza Aérea en abril de 2022. [50]
OCX Block 3F actualiza OCX con la capacidad de realizar lanzamientos y comprobaciones para los satélites del Block IIIF. [74] [68] Se espera que los satélites del Bloque IIIF comiencen a lanzarse en 2026.
El contrato OCX Block 3F, valorado en 228 millones de dólares, se adjudicó a Raytheon Intelligence and Space el 30 de abril de 2021. [75]
Operaciones de contingencia GPS III ("COps") es una actualización del segmento de control operativo GPS, que permite a OCS proporcionar funciones de posición, navegación y temporización (PNT) del bloque IIF desde los satélites GPS III. [20] El esfuerzo de Operaciones de Contingencia permite a los satélites GPS III participar en la constelación GPS, aunque de forma limitada, sin tener que esperar hasta que el Bloque 1 OCX entre en funcionamiento (actualmente programado para 2022).
La Fuerza Espacial de los Estados Unidos adjudicó el contrato de Operaciones de Contingencia por valor de 96 millones de dólares en febrero de 2016. [76] Las Operaciones de Contingencia fueron aceptadas operativamente en abril de 2020. [63]
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Se prevé que Space Force lance el satélite GPS número 27 con capacidad de código M en febrero de 2025.
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