O que é o sistema de navegação por satélite BeiDou? Qual é a diferença entre ele e o GPS?

A administração espacial chinesa (CNSA) não é nem a mais antiga nem a maior agência espacial do mundo, mas está prestes a realizar um feito que poucos realizaram no passado; estabelecer um sistema de navegação global por satélite ou GNSS totalmente funcional.

Um GNSS é simplesmente um sistema de navegação por satélite que fornece vários serviços geoespaciais em um cenário global. A partir de agora, o GPS construído nos Estados Unidos e o GLONASS da Rússia são os únicos dois sistemas operacionais.

Tenho quase certeza de que a maioria de nossos leitores está bem informada sobre GPS ou Sistema de Posicionamento Global e seu concorrente um pouco menos popular GLONASS, mas o nome BeiDou soa para você? Para quem não sabe, BeiDou (BDS) é o principal sistema de navegação por satélite da China, administrado exclusivamente pela CNSA.

Acredita-se que a ideia de um projeto tão extenso foi concebida pela primeira vez na década de 1980 pelo governo chinês em resposta aos avanços americanos em tecnologias militares espaciais. BeiDou recebeu o nome do asterismo Ursa Maior, um grupo de estrelas brilhantes localizadas na constelação da Ursa Maior.

Como GPS, GLONASS, Galileo e outros sistemas de navegação atualmente em desenvolvimento, o objetivo final da BeiDou é fornecer seus serviços globalmente com mais precisão (em relação a outros GNSS).

Para tal, todo o projeto foi cuidadosamente organizado em três fases; a primeira fase (BeiDou-1) começou no ano 2000, a segunda fase em 2007 e a terceira fase final em 2015. O Sistema de Navegação por Satélite BeiDou deverá operar globalmente em 2020.

Simplificando, BeiDou é a versão chinesa do GPS, mas em uma escala regional (pelo menos por enquanto). É apenas o segundo sistema de navegação regional em operação na Ásia, sendo o outro o NAVIC (propriedade da ÍNDIA). Se tudo correr bem, o BeiDou da China rivalizará com o GLONASS e o GPS em níveis globais.

BeiDou-1 e 2

Comparação da órbita de diferentes sistemas de satélite, incluindo BeiDou-2 (COMPASS)

A primeira fase exploratória do Sistema de Navegação por Satélite BeiDou começou em 30 de outubro de 2000, com o lançamento do BeiDou-1A satélite. Ele foi seguido por BeiDou-1B e BeiDou-1C, que foram lançados em 20 de dezembro de 2000 e 25 de maio de 2003, respectivamente.

A implantação bem-sucedida de todos os três satélites BeiDou marcou o sucesso inicial do projeto. Um satélite de backup (BeiDou-4D) também foi lançado mais tarde, em caso de emergência.

É interessante notar que todos os quatro satélites BeiDou-1 estavam estacionados em órbita geoestacionária (GEO) e não em órbita terrestre média (MEO) como o caso com GPS e GLONASS.

Ao usar seus satélites na órbita geoestacionária, BeiDou-1 eliminou a necessidade de uma grande constelação de satélites, no entanto, também restringiu a área máxima (na Terra) que pode cobrir. Sua área de cobertura efetiva foi de 70 ° E a 140 ° E de longitude e 5 ° N a 55 ° N de latitude. BeiDou-1 foi totalmente eliminado em 2012.

Por outro lado, em 2008, um único receptor BeiDou-1 custava cerca de US $ 2.929 (CNY 20.000 RMB), quase 10 vezes mais caro do que um terminal GPS na época. O preço era insanamente alto, supostamente devido aos microchips importados de maneira cara. Depois que começaram a fabricar chips no mercado interno, seus preços caíram.

Comparação da área coberta por BeiDou-1 e BeiDou-2 Imagem Cortesia:BeiDou.gov.cn

A segunda fase do BeiDou Navigation System, BeiDou-2, também conhecido como COMPASS , foi introduzido em 2007 como uma atualização significativa em relação ao sistema anterior. Até 2008, o aparelho de navegação chinês fornecia seus serviços apenas aos militares e outras agências governamentais chinesas relacionadas, mas era disponibilizado para uso civil e comercial.

Nesta fase, um total de 19 satélites são implantados (dois dos quais estão aposentados) com um satélite previsto para lançamento em 2019. Durante sua fase inicial, COMPASS ofereceu uma precisão de posicionamento relatada de 25 metros, mas foi substancialmente melhorado depois que mais satélites se tornaram operacional.

O novo sistema estará totalmente operacional em dezembro de 2011 e, no final de 2012, abriu seus serviços de posicionamento e navegação para outras nações da região Ásia-Pacífico. A extensão atual da cobertura de BeiDou está entre 55 ° E a 180 ° E de longitude e de 55 ° S a 55 ° N de latitude.

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Precisão e frequências

Muito parecido com o GPS e o Galileo, o BeiDou fornece seus serviços em dois níveis diferentes - um serviço de acesso gratuito para uso civil e uma versão restrita para os militares. O serviço civil tem uma precisão de rastreamento de localização de 10 metros e uma precisão de sincronização de relógio de 10 nanossegundos.

Por outro lado, seus serviços restritos têm uma precisão de rastreamento muito maior, de 10 centímetros, e recursos avançados de transmissão de dados. O acesso ao canal restrito de BeiDou, até o momento, é concedido apenas às Forças Armadas da China e do Paquistão. Os sinais de alcance do BeiDou são baseados no método de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA).

Alocação de frequência de GPS, Galileo e BeiDou 2 (COMPASS)

BeiDou-2 tem quatro bandas de frequência reconhecidas; E1, E2, E6 e E5B (mostrados em barras vermelhas na figura acima). Como você pode ver, todas as quatro bandas se sobrepõem às bandas de Galileu. Embora esses tipos de sobreposições sejam benéficos até certo ponto (podem resolver problemas associados ao receptor ou ao projeto do terminal de aterramento), eles geralmente criam problemas sérios, como interferência de sinal.

Há uma grande probabilidade de que, se ambos os sistemas de navegação estiverem ativos simultaneamente em circunstâncias semelhantes, eles sofrerão forte interferência de sinal, especialmente dentro das bandas E1 e E2, que atualmente são atribuídas ao serviço público do Galileo.

No entanto, a fim de evitar esses tipos de conflitos, a União Internacional de Telecomunicações (UIT) tem uma lei universal de "ordem de chegada" em vigor que permite direitos de uma determinada frequência para uma nação que começa a transmitir nela primeiro. Qualquer país de usuário subsequente, disposto a utilizar essa frequência, terá que obter permissão do país proprietário antes de seu uso. Dessa forma, ambas as partes podem garantir que não haja interferência em sua transmissão.

Agora, é quase certo que o BeiDou-2 chinês começará a transmitir nas bandas disputadas acima mencionadas antes dos satélites Galileo e, assim, ganhará os direitos primários para essas frequências.

BeiDou-3

A Administração Espacial Nacional Chinesa (CNSA) iniciou a terceira fase do Satélite de Navegação BeiDou em 30 de março de 2015, com o lançamento do satélite BDS-3 do Centro Espacial Xichang localizado na província de Sichuan. Nesta fase, está previsto o comissionamento de 35 satélites, dos quais 19 já estão em suas respectivas órbitas.

O BeiDou-3 está configurado para apresentar novas bandas de frequência; B1C / B1I / B1A, (1575,42 MHz), B2a / B2b (1191,795 MHz), B3I / B3Q / B3A (1268,52 MHz) incluindo uma frequência de teste Bs (2492,028 MHz).

Do total de 35 satélites, 27 são satélites de órbita terrestre média (MEO), 5 satélites de órbita geosíncrona inclinada (IGSO) e 3 satélites de órbita geoestacionária (GEO). Esses satélites também têm capacidades SAR (radar de abertura sintética) e SBAS (sistema de aumento baseado em satélite) semelhantes ao GPS e GLONASS.

Uso comercial de BeiDou

O Sistema de Navegação por Satélite BeiDou tem sido um sucesso comercial na China. De acordo com o China Daily, a BDS ajudou várias empresas privadas e estatais, como a China Aerospace Science and Industry Corp e AutoNavi Holdings Ltd, a gerar receitas superiores a US $ 31 bilhões (200 bilhões de yuans) em 2015. O artigo também apontou que esse número pode chegar a até para 400 bilhões de yuans até o ano 2020.

Desde 2013, muitos fabricantes de telefones celulares na China tornaram seus produtos compatíveis com o sistema de navegação BeiDou. Milhões de veículos comerciais, milhares de embarcações de pesca (na China) também foram equipados com o BDS e é mais provável que ganhe base de clientes nos próximos anos.

Como você deve saber, cada vez mais dispositivos móveis vêm com tecnologia GPS e GLONASS para melhor cobertura e serviços de localização, então provavelmente é uma questão de tempo quando BeiDou também entrará na mistura.

Como ele é diferente do GPS

Um Sistema de Navegação por Satélite é, sem dúvida, uma das importantes peças de tecnologia que qualquer país pode ter hoje, e é ainda mais valioso para a China, considerando sua atual postura geopolítica e econômica com os Estados Unidos.

Com o GPS sob seu controle, o Exército dos EUA pode desativar efetivamente seus serviços em qualquer região do globo, é por isso que muitas nações estão desenvolvendo seus sistemas independentes do tipo GPS.

Não há muita diferença entre os dois além da precisão. O GPS tem constelação de 31 satélites, enquanto o novo BeiDou terá cerca de 35 deles. Quando estiver totalmente operacional (em 2020), espera-se que o Sistema de Navegação por Satélite BeiDou forneça serviços de localização mais precisos do que o GPS.

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Em 2016, foi afirmado que o sistema chinês atingirá uma precisão de nível milimétrico (após o pós-processamento), o que significa que será dez vezes mais preciso do que os níveis mais precisos de GPS.

Área coberta pelo WAAS (Wide Area Augmentation System) Imagem cortesia:US Federal Aviation Administration

Nos Estados Unidos, Canadá e México, o GPS é frequentemente usado com um auxílio à navegação conhecido como Ampliação de área ampla ou sistema WASS que aumenta substancialmente a precisão do GPS no continente norte-americano.

De acordo com gps.gov, o sistema baseado nos EUA será capaz de fornecer precisão de posicionamento em tempo real dentro de alguns centímetros e medir distâncias em níveis milimétricos com a ajuda de receptores de ponta e técnicas avançadas como cinemática em tempo real. Atualmente, a Força Aérea dos Estados Unidos, juntamente com a Lockheed Martin, está trabalhando no GPS III, a sétima geração de satélites GPS.

Embora seja do conhecimento comum que a precisão vertical do GPS é muito pior em comparação com seu serviço em um plano horizontal, seus níveis de precisão em ambos os componentes ainda são mais elevados do que o do BeiDou (25 metros horizontalmente e 30 metros verticalmente).

Porém, de acordo com um artigo do Chinese Journal of Aeronautics, o BDS pode atingir uma precisão melhor que 1 cm na horizontal e 3 cm na vertical, o que de acordo com os padrões atuais é muito melhor do que o sistema de posicionamento global (GPS).

Outros sistemas de navegação por satélite

Além do BeiDou, existem poucos outros sistemas de navegação por satélite atualmente em construção ou já em funcionamento. O mais notável desses sistemas é Galileo . O Galileo da União Europeia é um projeto de bilhões de dólares que foi iniciado a fim de fornecer um sistema de posicionamento independente e altamente preciso para as nações europeias, mantendo os fatores geopolíticos em mente. A constelação Galileo inteira consiste em 26 satélites com seis implantações adicionais na próxima década.

O IRNSS (abreviação de Indian Regional Navigation System) ou NAVIC é outro sistema de navegação autônomo que consiste em uma constelação de quatro satélites (mais três satélites estão programados). O NAVIC é desenvolvido e mantido de forma independente pela Organização de Pesquisa Espacial Indiana.

Aparentemente, o IRNSS fornece precisão posicional de 10 m (serviço aberto) e 10 cm (serviço restrito). Ao contrário do GPS, GLONASS e Galileo, o sistema de navegação indiano não tem planos imediatos para fornecer um serviço global.

Uma animação retratando a órbita do satélite QZSS. Imagem Cortesia:Hiroshi FUKUDA

O próximo na fila é o Sistema de Satélite Quasi-Zenith do Japão ou QZSS . É um sistema de aumento baseado em satélite compatível com GPS que basicamente aumentará a precisão e confiabilidade do GPS sobre o Japão e seus arredores. Atualmente, o sistema QZSS consiste em quatro satélites, mas se estenderá gradualmente para sete satélites até o ano de 2023 (estimativa).

Três de seus quatro satélites estão posicionados em órbitas geossíncronas altamente inclinadas, distantes cerca de 120 ° uma da outra. Essa alta inclinação permite que orbitam em um padrão assimétrico único, conhecido como analema, e estão sempre presentes no Japão. Os sinais transmitidos pelos satélites QZSS são idênticos aos sinais GPS antigos e modernizados (L1C / A, L1C, L2C) tornando mais fácil a colaboração com a rede de navegação americana.

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Embora seja quase certo que não temos que depender inteiramente do GPS para nossas necessidades econômicas e políticas, será muito interessante ver como o BeiDou da China se sairá em relação aos seus homólogos americanos, russos e europeus no futuro.