Van militair staatsgeheim naar sporthorloge

We kunnen niet meer zonder GPS. Het systeem is helemaal geïntegreerd in ons dagelijks leven. GPS laat ons zien waar we zijn, hoe we op onze bestemming komen, maar wordt ook door wetenschappers gebruikt. Het is het meest omvangrijke en nauwkeurige plaatsbepalingssysteem dat we kennen. En dat terwijl het eigenlijk staatsgeheim was. 

Toen de Sovjet-Unie in 1957 de Spoetnik, de allereerste satelliet, lanceerden, zetten ze ongemerkt de eerste stap van de ontwikkeling van GPS. Terwijl de Spoetnik een baan rond de aarde bereikte, luisterden wetenschappers van over de hele wereld mee naar de radiogolven die de satelliet uitzond. Een aantal Amerikaanse wetenschappers deden daarbij een ontdekking die bepalend was voor GPS.  William Guier en George Weiffenbach luisterden uit pure nieuwsgierigheid mee met een relatief eenvoudige en voor die tijd technisch erg simpele antenne. Terwijl ze luisterden, merkten ze dat de radiogolven die ze opvingen, niet altijd dezelfde frequentie hadden. Door de snelheid waarmee de Spoetnik rondjes rond de aarde draaide, veranderde de frequentie van de golven die men waar kon nemen een beetje. Wetenschappelijker geformuleerd: het Dopplereffect dat gold voor geluidsgolven op aarde, bleek ook te gelden voor de radiogolven van die de Spoetnik uitzond. Daardoor konden de Amerikaanse wetenschappers heel precies bepalen waar de Russische satelliet bevond. Dat kon ook nog eens erg snel: binnen enkele uren na lancering konden de twee al heel precies de positie van de satelliet bepalen. De John Hopkins Universiteit, waar de twee werkten, stelde een van de eerste computers beschikbaar om de noodzakelijke berekeningen te doen, en terwijl de Sovjet-Unie meer satellieten lanceerde, verfijnden de twee hun techniek, waardoor een passage, dat wil zeggen, een volledige ronde rondom de aarde voldoende gegevens opleverde om daarna de positie van een satelliet nauwkeurig te blijven bepalen. 

De twee beredeneerden ook dat wanneer je met het Dopplereffect vanaf een vast punt op aarde de positie van een object in de ruimte kan bepalen, het omgekeerde ook mogelijk is. Vanuit een vast punt in de ruimte zou je de positie van bewegende objecten op aarde moeten kunnen bepalen en de onderzoekers sloegen aan het rekenen. Naar eigen zeggen hadden ze op dat moment nog totaal geen idee van de gevolgen van hun ontdekking. 

Ontwikkeling van GPS-systemen

Het Amerikaanse leger had dat wel. De marine werkte aan een systeem om van duikboten geheime lanceerinstallaties voor raketten te maken. Alleen dat ‘geheim’ leverde problemen op. De duikboten navigeerden onder water vooral op basis van sonar, maar de signalen die daarvoor werden uitgezonden maakten de duikboot makkelijk te detecteren. De superieuren van Guier en Weiffenbach beseften zich dat als de Doppler-methode om de Spoetnik te volgen omgekeerd kon worden, ze een systeem hadden waarmee duikboten aan de hand van satellieten hun positie konden bepalen zonder dat ze gedetecteerd konden worden. En dus werden Guier en Weiffenbach aan het werk gezet om zo’n methode te berekenen. Dat lukte, waarmee de theoretische basis voor GPS gelegd was. Nu moest het nog in de praktijk gebracht worden. 

Tussen 1960 en 1973 werden er verschillende systemen ontwikkeld op basis van de vinding van Guier en Weiffenbach. In eerste instantie werkten de verschillende Amerikaanse krijgsmachtonderdelen aan een eigen systeem, dat voldeed aan hun eigen wensen, maar in 1973 werd er besloten één systeem te ontwikkelen: het Defense Navigation Satellite System (DNSS), waarvan de naam later veranderd werd in NAVSTAR, al werd er in de wandelgangen ook al over het Global Positioning System gesproken. Met dat besluit was het GPS-systeem dus eigenlijk geboren en in 1978 werden de eerste échte GPS-satellieten gelanceerd. Die zonden een constant signaal gebaseerd op de gegevens van de atoomklok naar het aardoppervlak, waarna ontvangers op de grond aan de hand van die signalen hun positie konden berekenen. 

Van staatsgeheim naar belangrijk veiligheidsmiddel

Dat was nog een militair geheim, maar een verschrikkelijke ramp zorgde er voor dat het systeem al na een paar jaar werd vrijgegeven voor de civiele markt. In dat jaar raakte een Koreaans passagiersvliegtuig ongemerkt uit koers. Zonder dat ze het wisten vlogen de piloten een verboden deel van het luchtruim boven de Sovjet-Unie binnen. De Sovjets vuurden een waarschuwingsschot af, maar waarschijnlijk werd dat niet opgemerkt door de piloten. Omdat het vliegtuig niet reageerde, besloten de Sovjets het vliegtuig neer te schieten. In het Pentagon groeide het besef dat deze ramp voorkomen had kunnen worden met GPS en president Ronald Reagan gaf het bevel om de technologie beschikbaar te stellen voor de civiele markt. 

Het systeem werd snel populair en kreeg toepassingen aan boord van schepen en vliegtuigen, maar bleek ook voor de wetenschap handig te zijn. Maar het signaal dat zij ontvingen, was wel minder nauwkeurig dan de signalen die het leger ontving. Het Pentagon had voor de civiele ontvangers een tweede signaal laten ontwikkelen, dat veel minder precieze gegevens doorgaf. Men was bevreesd dat de vijand GPS ontvangers van de consumentenmarkt zou gebruiken en op deze manier hoopte het Pentagon de vijand een stapje voor te blijven. 

Maar daar kwam men tijdens de Golfoorlog begin jaren 90 van terug. Het Amerikaanse leger had veel voertuigen uitgerust met GPS ontvangers, maar lang niet allemaal. Bemanningen van tanks en andere voertuigen wilden niet afhankelijk zijn en zochten manieren om zelf aan een GPS-ontvanger te komen. Daarbij kwam ook nog eens dat de eerste handheld GPS-ontvangers net op de markt waren verschenen. De voorheen logge apparaten, waren nu opeens makkelijk mee te nemen. Soldaten vroegen massaal hun vrienden en familie thuis om zulke GPS ontvangers richting het front te sturen en het duurde niet lang voordat er meer militairen voorzien waren van een onnauwkeurig civiel GPS systeem dan van het nauwkeurige militaire GPS-systeem. In een reactie daarop besloot de Amerikaanse regering dan maar de markt open te zetten voor het nauwkeurige GPS-systeem dat voorheen voorbehouden was aan het leger. 

Daarmee werd het GPS-systeem in een klap bekend én razend populair bij het grote publiek. Het aantal toepassingen waar GPS voor gebruikt werd, nam enorm toe. Wetenschappers gebruikten GPS voor onderzoeken, van het meten van de hoogste bergen, tot het precies manoeuvreren met onderzoeksschepen. Maar ook meer alledaagse toepassingen vonden gretig aftrek en dankzij die populariteit werden de ontvangers steeds kleiner. Daardoor konden ze ook steeds makkelijker worden verwerkt in andere apparaten. De meest bekende vormen van gebruik, zijn natuurlijk de autonavigatiesystemen en telefoons. Vaak bleken allerlei militaire functies ook in het gewone leven erg handig te zijn. GPS is aan boord van veel auto’s en pleziervaartuigen voorzien van een noodknop. Met één druk kun je zo laten weten dat je in de problemen bent. Bij de automatische noodoproep wordt dan meteen je GPS-positie doorgegeven, zodat hulpdiensten precies weten waar je bent. 

Inmiddels kun je het zo gek niet bedenken of apparaten zijn voorzien van een GPS systeem. Zelfs veel sporters hebben inmiddels baat bij GPS. Zij houden hun prestaties bij in apps die aan GPS gekoppeld zijn. En voor zoiets hoef je echt geen topsporter te zijn! Iedereen kan met een horloge van One2Track rondlopen en zijn of haar sportprestaties bijhouden. Ook leuk als je gewoon wil weten hoe hard je eigenlijk fietst op weg naar je werk of naar school. Een GPS horloge kind is daarbij ook nog eens handig, omdat de noodknop die je vroeger alleen in militaire toepassingen tegenkwam, in noodgevallen goed van pas komt.