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TR10: Posicionamiento ultrapreciso para revolucionar el mundo

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Las actualizaciones y mejoras sobre los satélites en órbita y los sistemas terrestres que los acompañan nos ofrecerán una precisión centimétrica con infinidad de usos y aplicaciones

  • por Ling Xin | traducido por Ana Milutinovic
  • 24 Febrero, 2021

  • ¿Qué? El GPS con precisión centimétrica o milimétrica podría crear industrias completamente nuevas.

  • ¿Por qué? El GPS ya ha transformado muchas industrias y habilitado otras completamente nuevas, como los viajes compartidos. Una versión aún más precisa generará aún más aplicaciones.

  • ¿Quién? Administración Nacional del Espacio de China, Fuerza Aérea de EE. UU. y ColdQuanta.

  • ¿Cuándo? Ya.

El 6 de julio del año pasado la casa de Du Fangming en la provincia de Hunan (China) sufrió las consecuencias de un gran desprendimiento de tierra, el peor en décadas. En declaraciones a medios de comunicación locales, afirmó: "Mi casa se derrumbó. Mis cabras fueron arrastradas por el barro". Afortunadamente, él estaba a salvo: fue uno de los 33 aldeanos que habían sido evacuados gracias a las alertas tempranas habilitadas por las avanzadas tecnologías de posicionamiento que pueden proporcionar lecturas más precisas que nunca.

Los sensores de localización impulsados por el recién terminado sistema global de navegación por satélite de China, BeiDou ("la Osa Mayor"), y sus estaciones terrestres, pueden detectar cambios sutiles en la superficie del terreno en las regiones propensas a desprendimiento de tierra en China. El movimiento de unos pocos metros se puede detectar en tiempo real, mientras que la precisión del posprocesamiento puede alcanzar el nivel milimétrico.

Eso significa que un cambio en el terreno del tamaño de la punta de un lápiz afilado se puede ver desde más de 21.000 kilómetros de altura. La aldea de Du recibió una alerta naranja 12 días antes del desprendimiento, mostrando anomalías en los datos, que apuntaban a un deslizamiento acelerado de la superficie tras varios días de fuertes lluvias.

La aldea de Du se encuentra entre los más de 100 sitios de Hunan que están equipados con sistemas de alerta temprana y control de desastres. "Este servicio no habría sido posible si la precisión de posicionamiento basado en satélites aún hubiera estado a nivel de metros o decímetros", asegura el investigador del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial de la Academia China de Ciencias en Beijing (China) Yuan Hong donde trabajó durante décadas en BeiDou.

Ahora confiamos más que nunca en las tecnologías capaces de determinar nuestra ubicación o señalar la posición de un objeto. La agricultura de precisión, el funcionamiento de los drones, la logística, el transporte y los viajes aéreos dependen de la detección de posición ultraprecisa desde el espacio. Una serie de implementaciones y actualizaciones están aumentando la precisión de varios metros a unos pocos centímetros de los sistemas globales de posicionamiento por satélite más poderosos del mundo.

Eso podría significar que su teléfono sabe no solo por qué calle camina, sino en qué lado de la calle está. Algún día, ese tipo de resolución podría posibilitar que los coches autónomos y los robots de reparto naveguen de manera segura por las calles.

imagen de gráfico de barras

GráficoA medida que mejora la tecnología, también lo hace la precisión del GPS, que aquí aparece representada en función de una media estadística del error de la señal en el espacio medida en una sola frecuencia en la constelación de GPS.

Satélites nuevos y mejores

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS), uno de los primeros sistemas satelitales de este tipo en el mundo, ha cambiado la forma de desplazarse de miles de millones de personas. Desde 1993, al menos 24 satélites de GPS han estado orbitando la Tierra y transmitiendo constantemente sus posiciones. Cualquier receptor de GPS puede encontrar su paradero actual en segundos mediante la triangulación de señales de al menos tres satélites en la constelación.

Cuando las señales son procesadas por un receptor, el GPS generalmente tiene una precisión de entre cinco y 10 metros. El sistema se encuentra actualmente en medio de la actualización de GPS III, que durará varios años y debería mejorar su precisión de uno a tres metros (ver tabla). Hasta noviembre de 2020, se habían lanzado cuatro de los 10 satélites GPS III, y se espera que el resto se ponga en órbita de aquí a 2023. Aunque los consumidores no lo notarán de inmediato, la precisión de sus sistemas de navegación y de las apps de rastreo de sus teléfonos inteligentes debería mejorar.

En junio de 2020, China terminó de desplegar su constelación de satélites BeiDou como alternativa al GPS. Ampliada durante dos décadas desde una red regional a una global, BeiDou tiene 44 satélites que operan en tres órbitas distintas. Ofrece servicios de posicionamiento a cualquier persona en el mundo con una precisión media de 1,5 a dos metros. No obstante, dado que el servicio tiene un enfoque histórico en China y Asia, los usuarios regionales de BeiDou a menudo pueden obtener mejor información de ubicación, con una precisión cercana a un metro.

Aumento de la precisión sobre el terreno

Incluso con estos avances, las señales de posicionamiento encuentran interferencias y otros elementos que pueden afectarlas. La corrección de estos errores requiere otro nivel de tecnología.

Tanto BeiDou como el GPS dependen en gran medida de aumentar sobre el terreno la precisión del posicionamiento al nivel de un centímetro. Un enfoque popular es el posicionamiento cinemático en tiempo real (RTK, por sus siglas en inglés), que utiliza un receptor base y otro móvil, colocados a kilómetros de distancia, para recibir señales de satélite y calcular los errores causados por la ionosfera de la Tierra. Esta técnica puede lograr precisiones de menos de tres centímetros.

Otra tecnología similar pero más reciente es el posicionamiento puntual preciso (PPP). Solo requiere un receptor y funciona desde cualquier lugar de la superficie de la Tierra, lo que brinda a los usuarios una precisión de entre un decímetro y un centímetro.

En China, el aumento de RTK está relativamente maduro y ya se han construido miles de estaciones base en todo el país. Yuan detalla: "Actualmente estamos desarrollando una tecnología denominada PPP-RTK para combinar sus puntos fuertes y, con suerte, la pondremos en práctica dentro de unos años".

Más allá del posicionamiento por satélite

A medida que la precisión del posicionamiento por satélite mejore, sin duda encontraremos nuevas formas de utilizarlo. Sin embargo, con el tiempo, los sistemas tradicionales de satélites alcanzarán un límite de precisión, probablemente alrededor del nivel milimétrico. Por eso, los investigadores están explorando nuevas tecnologías de posicionamiento que podrían llevarnos más allá de ese límite o, al menos, reducir nuestra dependencia de los satélites.

Un enfoque utiliza las propiedades cuánticas de la materia para localizar y navegar sin referencias externas. Cuando los átomos se enfrían justo por encima del cero absoluto, alcanzan un estado cuántico especialmente sensible a las fuerzas externas. Por lo tanto, si conocemos la posición inicial de un objeto y podemos medir los cambios en los átomos (con la ayuda de un rayo láser), podremos calcular los movimientos del objeto y encontrar su ubicación en tiempo real.

El posicionamiento cuántico sería particularmente útil en las situaciones en las que los sistemas satelitales como GPS o BeiDou no están disponibles, como en el espacio profundo o bajo el agua, o como tecnología de navegación de respaldo para los coches autónomos. Una versión muy inicial de un sistema de posicionamiento cuántico, desarrollado por ColdQuanta en Colorado (EE. UU.), actualmente opera en la Estación Espacial Internacional.

Nuestros antepasados miraban estrellas y brújulas para averiguar dónde estaban; hoy en día, utilizamos relojes atómicos en los satélites en órbita para hacer lo mismo. Las nuevas tecnologías de posicionamiento ya han cambiado nuestra forma de cultivar, transportar mercancías y navegar por nuestro mundo, y las últimas mejoras lograrán un enfoque aún más nítido. A medida que la tecnología de posicionamiento avance hacia el nivel milimétrico y más allá, los límites de su uso solo estarán marcados nuestra creatividad y los términos legales o éticos establecidos, más que por el desempeño de la tecnología en sí.

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