Historien av GPS

Folk navigerade även före GPS och kom fram dit man skulle

Modern GPS-navigering är bara några årtionden gammal men man kunde identifiera sin position långt före satelliternas tid. Dessa kunskaper har blivit bortglömda, ibland till och med bland professionella sjömän, men trots smartphones och navigeringsutrustning är det ändå bra att veta vad man ska ta sig till när det inte kommer någon signal från himlen eller när batteriet på enheten i fickan tar slut.

Fyrar och kartor har redan funnits i många århundraden, till och med i flera tusen år. Stjärnorna visade vägen på natten, tidiga sjöfarare höll kusten inom synhåll och undvek att ge sig långt ut på havet. Så lyckades man trots klena båtar bebygga stillahavsöar som låg tillräckligt nära varandra och där natthimlen ofta var klar.

Flera tusen år sedan utnyttjade man monsunvindar för att färdas över Sydkinesiska havet och Indiska oceanen eftersom dessa vindar alltid blåste i en viss riktning och möjliggjorde att två gånger om året korsa det öppna havet i medvind och utan att gå vilse. Islänningar långt uppe i norr använde under tiden en speciell kristall som var slätpolerad (för att polarisera ljuset) – en s k solsten – för att hitta solens position trots molnigt väder som är vanligt på nordliga hav. Med hjälp av solen kunde man sedan fastställa den ungefärliga riktningen och positionen.

Kompass – en tämligen ny uppfinning

Kompass som idag verkar vara ett sådant enkelt instrument uppfanns i Kina först några århundraden f Kr och kom till Europa med perser under 1200-talet. En magnetkompass har en magnetiserad nål på kompassnålen som orienterar sig i nord-sydriktningen efter jordens magnetfält. Kompasser och kartor gjorde sjöresor och resor i obebyggda områden betydligt lättare – kartor blev precisare och även Estlands kustlinje blev igenkännlig på medeltida kartor.

Polstjärnan – hur kan den hjälpa till vid positionering?

Att använda Polstjärnan är ett uråldrigt och pålitligt sätt att fastställa sin position när man inte har någon kompass. Denna klara stjärna hjälper att hitta nordriktningen på norra halvklotet eftersom den alltid verkar ligga ovanför Nordpolen. När man vet riktningen kan man fastställa sin breddgrad – stjärnans vinkel över horisonten motsvarar ungefär breddgraden.

Intervallfotografering av stjärnhimlen visar hur allt roterar runt Polstjärnan. Dess riktning är nordriktningen och vinkeln i förhållande till horisonten visar betraktarens breddgrad. Foto: (CC) Kevin Hadley / Wikipedia

För precis identifiering av ens bredd- och längdgrad behöver man även veta det exakta klockslaget som fram till 1500-talet fastställdes med hjälp av timglas och vattenur. På 1760-talet började man bygga skeppsur som kunde visa rätt tid ombord på ett krängande fartyg och slutligen möjliggjorde positionering oavsett väder.

Sextant – en precis vinkelmätare för exakt position

Sextant är en mer precis vinkelmätare som vissa sjömän än idag är förtrogna med och använder som ett alternativ till elektronisk utrustning. Den kom till användning först 1757. Den möjliggör precis mätning av vinkeln av valfri himlakropp i förhållande till horisonten och om man känner till det exakta klockslaget kan man räkna fram sin position. Nattetid kan både nordriktningen och breddgraden identifieras med hjälp av Polstjärnans vinkel.

Vinkelmätning verkar enkel, de nödvändiga beräkningarna är däremot mer komplicerade. Den ena spegelhalvan på mätaren visar horisonten, den andra visar den starkt lysande himlakroppen som används vid mätning (Polstjärnan eller solen). När man så att säga vänder himlakroppen ned till horisonten med hjälp av sextantens andra spegelhalva så kan himlakroppens vinkel i förhållande till horisonten fastställas.

Radion visar vägen

1906 användes radiokommunikation för första gången för att fastställa riktning – med hjälp av en anordning ombord på ett fartyg som vreds runt för att fastställa källan av en radiosignal exakt. Så kom de första radiofyrar som visade riktningen till hamnen även om fartyget låg långt bortom horisonten.

På 1930-talet lanserades de första navigeringsenheterna för bilar – ärligt talat så rörde det sig inte om något särskilt högteknologiskt utan de utgjordes av kartrullar fästa på instrumentbrädan som rullades fram av passageraren beroende på vilken vägkorsning man kom till.

Under andra världskriget utarbetades den första lösningen för radionavigering för sjöfarare – LORAN med fyra basstationer som underlättade navigering på östkusten av USA och Kanada.

Den första satelliten Sputnik åtföljdes redan efter några år av kommunikationssatelliter

Satellitålderns början kan räknas från 1957 då Sovjetunionen sände upp den första satelliten men 1962 kan betraktas som födelseåret av GPS-navigering: TRANSIT-systemet som bestod av sju satelliter började hjälpa till vid positionering på marken – om än mycket grovt beräknat. Systemet var ändå snabbare och pålitligare jämfört med sextant och kompass, även om precisionen än så länge lämnade något att önska.

Sedan blev satellitnavigering allt precisare tills ett beslut av USA:s väpnade styrkor gjorde GPS-positionering med några meters precision i stället för några hundra meter tillgänglig från den 1 maj 2000. För närvarande kan man redan positionera sig med en meters precision med hjälp av GPS i en mobiltelefon, smartklocka eller en separat navigeringsenhet. Detta är oftast tillräckligt för att hitta vägen eller målet.