La historia de la navegación por satélite arranca el mismo día que la carrera espacial: el 4 de octubre de 1957, cuando la Unión Soviética colocó el primer objeto humano en órbita, el Sputnik 1. La noticia sorprendió al mundo y fue un jarro de agua fría para unos EEUU presididos por el general Dwight D. Eisenhower, figura clave de la Segunda Guerra Mundial, que aún confiaba en ganar esa nueva batalla.
La Academia Nacional de Ciencias había organizado en Washington una conferencia internacional sobre cohetes y satélites, que comenzó el 30 de septiembre de 1957, en la que científicos estadounidenses y soviéticos dieron detalles de los avances en sus proyectos de satélites —en ambos casos llevarían emisoras de radio: las señales transmitidas de vuelta a la Tierra serían la manera de seguir la órbita del artefacto, y confirmar el éxito de la misión. Los periódicos detallaban esos días cómo la frecuencia de esas señales de radio se alteraría al moverse el satélite por encima de una estación receptora en tierra, y que esa pequeña alteración serviría para calcular a qué distancia estaría el objeto espacial en ese instante.
Tanto los científicos norteamericanos como los soviéticos confiaban en poder lanzar sus satélites en cuestión de meses, según afirmaron durante las presentaciones de aquella semana. Pero lo que nadie esperaba es que la noticia del lanzamiento del Sputnik 1 saltase desde Moscú ese mismo viernes 4 de octubre, coincidiendo con la cena de clausura de la conferencia. El teletipo de la agencia soviética TASS que hizo el anuncio detallaba que el primer satélite artificial de la historia estaba emitiendo señales con una frecuencia de 20 megahercios —fácil de captar por cualquier radioaficionado—, en un hábil movimiento para que ciudadanos de todo el mundo pudieran registrar los pasos del Sputnik sobre sus cabezas.
Bip-bip: el latido de la carrera espacial
Los radioaficionados pudieron captar el bip-bip del Sputnik ese mismo fin de semana, antes que las estaciones de seguimiento de EEUU, que usaban otra frecuencia y tuvieron que ser recalibradas. Y el lunes siguiente (7 de octubre de 1957), el revuelo era máximo en los centros de investigación: “El lunes después del lanzamiento del Sputnik 1, nos encontramos en la cafetería a la hora de la comida. Muchos compañeros cuchicheaban sobre el aspecto del Sputnik y sus consecuencias en la Guerra Fría y en el Año Internacional de la Geofísica“, explicaron William Guier y George Weiffenbach, que trabajaban entonces en el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins. George tenía su propio receptor de radio de 20 megahercios y esa misma tarde se pusieron manos a la obra y lograron registrar las señales del satélite.
En cuestión de horas se dieron cuenta que podían ir mucho más allá. Como muchos de sus colegas, siguieron cada paso del Sputnik y calcularon a qué distancia estaba de ellos, usando la ligera variación en la frecuencia —debida al llamado efecto Doppler, el mismo que altera el sonido del silbato de un tren mientras pasa por una estación. Pero no se limitaron a ese sencillo cálculo. Guier y Weiffenbach se concentraron en analizar los datos del “cambio Doppler” en su ubicación, con el ambicioso objetivo de poder deducir la trayectoria entera de su órbita. Así podrían predecir la posición exacta del satélite soviético en cualquier momento.
Plantearon un conjunto de nueve ecuaciones con nueve incógnitas para poder determinar los seis parámetros que precisan la órbita de un satélite. Y para resolver esas ecuaciones necesitaron todas sus habilidades matemáticas de análisis vectorial y también la potencia de cálculo del UNIVAC (uno de los primeros ordenadores digitales), que el jefe del laboratorio APL les cedió para sus prometedoras investigaciones.
El método de Guier y Weiffenbach para espiar los satélites soviéticos estuvo listo en pocas semanas, a tiempo para aplicarse a las últimas señales que emitió el Sputnik 1 antes de que se agotaran sus baterías, al cabo de 22 días. La historia podía haber terminado ahí, con ese éxito, pero meses más tarde el director científico del APL, Frank McClure, los reclutó para otra tarea más crucial: resolver el problema inverso. El 17 de marzo de 1958 McClure llamó a los dos investigadores a su despacho para una charla confidencial, en la que les propuso usar el efecto Doppler no para conocer la órbita de un satélite desde una ubicación determinada… sino para determinar una ubicación desconocida, en la que se recibe la señal de un satélite cuya trayectoria se conoce con precisión.
Reclutados para una investigación militar
En un par de días William Guier y George Weiffenbach volvieron con un esquema preliminar de esa nueva y revolucionaria tecnología de navegación, aunque los dos científicos reconocieron más tarde que “no éramos conscientes del verdadero potencial de lo que estábamos haciendo”. Lo que Frank McClure no les dijo entonces es que él sí lo tenía en la cabeza: idear un sistema de navegación para poder lanzar con precisión los misiles nucleares Polaris desde submarinos de la Marina de EEUU. Con ese fin militar tan propio de la Guerra Fría, el laboratorio APL desarrolló rápidamente TRANSIT, el primer sistema de navegación por satélite, que superó las pruebas en 1960 y entró en funcionamiento en 1964, con una constelación de cinco satélites.
Ese fue el germen del GPS, un sistema mucho más sofisticado que heredó la idea básica del TRANSIT y la sintetizó con otros sistemas y tecnologías precursoras, como el Proyecto 621B o los satélites Timation, que pusieron en órbita por primera vez un reloj atómico. El Departamento de Defensa de EEUU arrancó el proyecto del GPS en 1973 y su constelación completa de 24 satélites entró en funcionamiento en 1993, primero para uso militar y tres años después también para uso civil. Desde entonces, el impacto de la geolocalización en nuestras vidas y en la investigación científica ha convertido al equipo que desarrolló el GPS en auténticos héroes de la tecnología y la ingeniería espacial. Sin embargo, el éxito de la navegación por satélite no hubiera sido posible sin la audacia previa de Frank McClure, William Guier y George Weiffenbach: en el día en que arrancó la carrera espacial, ellos iniciaron el camino hasta esta inesperada aplicación.
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