Ինչպես է հեռախոսն իմանում, թե որտեղ եք գտնվում

Տեղորոշման մասին հոդվածաշարի առաջին մասը

Բացում եք քարտեզը, և մի քանի վայրկյան անց էկրանին հայտնվում է կապույտ կետը՝ հենց այնտեղ, որտեղ կանգնած եք։ Երբեմն դա տեղի է ունենում նույնիսկ առանց ինտերնետի։ Իսկ ինչպե՞ս է հեռախոսը դա իմանում։

Պատասխանը սկսվում է Երկրից 20 հազար կիլոմետր բարձրությունից։ Այս հոդվածում պատմում եմ, թե ինչպես են աշխատում արբանյակային համակարգերը, ինչու են դրանց համար անհրաժեշտ ատոմային ժամացույցներ, և ինչ սխալ պատկերացումներ ունենք դրանց մասին։ Հաջորդ մասերում կխոսենք այն մասին, թե ով գիտի, որտեղ եք դուք, և երբ կարող է GPS-ը խաբել կամ փրկել ձեզ։

Ինչ է GPS-ը

GPS-ը արբանյակային համակարգ է, որը թույլ է տալիս որոշել ձեր գտնվելու վայրը Երկրի ցանկացած կետում։ Այն պատկանում է ԱՄՆ-ին և կառավարվում է ԱՄՆ տիեզերական ուժերի կողմից, որոնք այն ամբողջ աշխարհին տրամադրում են անվճար։ Համակարգն ամբողջությամբ սկսել է գործել 1993-ին՝ 24 արբանյակով։ Իսկ 2026-ի ապրիլի 21-ին արձակվեց GPS-ի երրորդ սերնդի՝ GPS III-ի վերջին արբանյակը, և GPS-ի պաշտոնական կայքի համաձայն՝ այժմ համակարգն ունի 32 գործող արբանյակ։ Նոր սերնդի արբանյակներն ավելի ճշգրիտ են և ավելի լավ են պաշտպանված ազդանշանի խլացումից։

Արբանյակները պտտվում են Երկրից մոտ 20 200 կիլոմետր բարձրության վրա և օրական երկու անգամ պտույտ են կատարում Երկրի շուրջը։ Ըստ GPS-ի պաշտոնական կայքի՝ մոլորակի գրեթե ցանկացած կետից միշտ տեսանելի է առնվազն չորս արբանյակ։

Մենք սովոր ենք ամեն ինչ անվանել GPS, բայց այն աշխարհում միակ նման համակարգը չէ։ Արբանյակային նավիգացիայի միջազգային կոմիտեի տվյալներով, որի աշխատանքը համակարգում է ՄԱԿ-ի Տիեզերական հարցերի գրասենյակը, աշխարհում գործում են չորս համաշխարհային համակարգ.

• GPS՝ ԱՄՆ,
• ԳԼՈՆԱՍՍ՝ Ռուսաստան,
• Galileo՝ Եվրոպական միություն,
• BeiDou՝ Չինաստան։

Կան նաև տարածաշրջանային համակարգեր, որոնք աշխատում են միայն որոշակի տարածաշրջանում՝ Ճապոնիայի QZSS-ը և Հնդկաստանի NavIC-ը։

Galileo. Եվրոպական միության տիեզերական ծրագրի գործակալության (EUSPA) տվյալներով՝ Galileo-ն ունի 28 գործող արբանյակ, և դրա բոլոր ծառայություններն անվճար են։ Համակարգը շարունակում է ընդլայնվել. Եվրոպական տիեզերական գործակալության (ESA) տվյալներով՝ 2026-ի հուլիսին ծառայության մեջ մտան ևս երկու արբանյակ, իսկ առաջին սերնդից արձակման է սպասում ևս չորսը։ Երկրի կետերի մեծ մասից միշտ տեսանելի է Galileo-ի վեցից ութ արբանյակ, իսկ 2024-ին աշխարհում օգտագործվում էր Galileo-ին աջակցող 4,5 միլիարդ սմարթֆոն։

BeiDou. Չինաստանի արբանյակային նավիգացիայի գրասենյակի տվյալներով՝ BeiDou-ի երրորդ սերնդի համակարգն ամբողջությամբ սկսել է գործել 2020-ի հուլիսի 31-ին։ Իսկ 2026-ի օգոստոսին, Չինաստանի պետական CGTN հեռուստաընկերության հաղորդմամբ, համակարգն ավարտեց ուղեծրում արդիականացումը և այժմ ունի 50 գործող արբանյակ, իսկ աշխարհում դիրքը որոշում է 10 մետրից ավելի բարձր ճշգրտությամբ։ Տեղորոշումից բացի՝ BeiDou-ն կարող է արբանյակի միջոցով ուղարկել կարճ տեքստային հաղորդագրություններ՝ մինչև մոտ 40 չինարեն նիշ։

EUSPA-ն նշում է, որ այս համակարգերը կարող են աշխատել միասին, և դրանց համատեղ օգտագործումը դիրքը դարձնում է ավելի ճշգրիտ և հուսալի, հատկապես քաղաքում, որտեղ շենքերը կարող են փակել երկնքի մի մասը։

Ինչպես է այն աշխատում

Սկզբունքը զարմանալիորեն պարզ է։ Յուրաքանչյուր արբանյակ անընդհատ ուղարկում է ազդանշան, որում նշված է ճշգրիտ ժամանակը։ Ձեր հեռախոսն ընդունում է այդ ազդանշանը և հաշվում, թե որքան ժամանակ է այն ճանապարհին եղել։ Քանի որ ռադիոալիքները շարժվում են լույսի արագությամբ, իմանալով ժամանակը՝ հեռախոսը կարող է հաշվել, թե որքան հեռու է արբանյակը։

Տեսականորեն ձեր գտնվելու վայրը որոշելու համար բավական է երեք արբանյակ։ Բայց հեռախոսի ժամացույցը բավականաչափ ճշգրիտ չէ, և այդ սխալը շտկելու համար անհրաժեշտ է չորրորդ արբանյակը։ Դրա համար հեռախոսը ձեր դիրքը կարող է հաշվել միայն այն ժամանակ, երբ «տեսնում» է առնվազն չորս արբանյակ։

Այստեղ ամեն ինչ կախված է ժամանակի ճշգրտությունից, և հենց դրա համար արբանյակներում տեղադրված են ատոմային ժամացույցներ։

Ինչ է ատոմային ժամացույցը

Սովորական ժամացույցը ժամանակը չափում է մեխանիզմի կամ քվարցե բյուրեղի տատանումներով։ Իսկ ատոմային ժամացույցը ժամանակը չափում է ատոմների տատանումներով, որոնք միշտ նույնն են։ ԱՄՆ ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտի (NIST) բացատրությամբ՝ ցեզիումի ատոմները կլանում են միկրոալիքներ միայն մեկ, խիստ որոշակի հաճախականությամբ՝ վայրկյանում 9 192 631 770 տատանում։ Ժամացույցը հաշվում է այդ տատանումները, և հենց դրանով է այսօր որոշվում վայրկյանի միջազգային սահմանումը։

Տարբերությունը հսկայական է։ NIST-ի տվյալներով՝ ձեռքի քվարցե ժամացույցը կարող է ամսական մոտ 15 վայրկյանով շեղվել, իսկ լավագույն ցեզիումային ժամացույցները, օրինակ՝ NIST-ի NIST-F1-ը, մեկ վայրկյանով կշեղվեն մոտավորապես 100 միլիոն տարում։

Ինչու է դա կարևոր GPS-ի համար։ Քանի որ հեռախոսը արբանյակի հեռավորությունը հաշվում է ազդանշանի ճանապարհին անցկացրած ժամանակով, իսկ ազդանշանը շարժվում է լույսի արագությամբ, ժամանակի նույնիսկ չնչին սխալը վերածվում է հեռավորության մեծ սխալի։ Դրա համար, ըստ NIST-ի, GPS արբանյակների ատոմային ժամացույցները համաժամեցված են միմյանց հետ մինչև մի քանի միլիարդերորդական վայրկյան ճշգրտությամբ, ինչը թույլ է տալիս որոշել դիրքը մի քանի մետր ճշգրտությամբ։ GPS-ի նորագույն արբանյակներից յուրաքանչյուրում կա երեք ռուբիդիումային ատոմային ժամացույց։ Դրանք աշխատում են նույն սկզբունքով, ինչ ցեզիումայինները, պարզապես օգտագործում են այլ տարրի ատոմներ։ Ընդհանուր առմամբ GPS-ը ժամանակը որոշում է մինչև 100 միլիարդերորդական վայրկյան ճշգրտությամբ։

Ինչի համար են դեռ օգտագործվում ատոմային ժամացույցները։ NIST-ը նշում է, որ ճշգրիտ ժամանակը պետք է ոչ միայն նավիգացիայի համար։ Այն անհրաժեշտ է արագ կապի համակարգերին, բանկային և բորսայական գործարքներին, ռադիոյին և հեռուստատեսությանը, էլեկտրական ցանցերին, ինչպես նաև NASA-ի տիեզերական առաքելություններին։ Իսկ ձեր հեռախոսի և համակարգչի ժամն էլ, ի վերջո, ստացվում է ատոմային ժամացույցներից։

Ինչու կապույտ կետի շուրջ երբեմն շրջան է հայտնվում

Արբանյակների ազդանշանը թույլ է, և այն կարող են փակել պատերը, բարձր շենքերը կամ ստորգետնյա ավտոկայանատեղերը։ GPS-ի պաշտոնական կայքում նշված է, որ ճշգրտության վրա ազդում են մթնոլորտը, այն, թե որքան է բաց երկինքը, և ընդունիչի որակը։ Apple-ն էլ նշում է, որ GPS-ի ճշգրտությունը կախված է տեսանելի արբանյակների թվից, և այն բարելավելու համար կարող է պահանջվել մի քանի րոպե։

Դրա համար հեռախոսները չեն սահմանափակվում միայն արբանյակներով։ Apple-ի և Google-ի տվյալներով՝ հեռախոսը համադրում է մի քանի աղբյուր.

• արբանյակային ազդանշանները,
• մոտակա Wi-Fi ցանցերը,
• բջջային կապի աշտարակները,
• Bluetooth-ը,
• հեռախոսի ներսի սենսորները, օրինակ՝ շարժումը և մթնոլորտային ճնշումը չափող սենսորները։ Google-ի բացատրությամբ՝ դրանք օգնում են հատկապես շենքի ներսում կամ այն ժամանակ, երբ արբանյակները չեն երևում։

Երբ հեռախոսը վստահ չէ ձեր ճշգրիտ դիրքի մեջ, կապույտ կետի շուրջ հայտնվում է բաց կապույտ շրջան։ Apple-ը և Google-ը բացատրում են. որքան փոքր է շրջանը, այնքան ավելի վստահ է հեռախոսը ձեր դիրքում, իսկ դուք կարող եք գտնվել այդ շրջանի ցանկացած կետում։ Եթե կետը մոխրագույն է, Google-ի բացատրությամբ՝ հեռախոսը չի կարողանում որոշել ձեր ներկայիս դիրքը և ցույց է տալիս այն վայրը, որտեղ վերջին անգամ եղել եք։

Տարածված սխալ պատկերացումներ

«GPS-ը չի աշխատում առանց ինտերնետի»։ Աշխատում է։ Հեռախոսը միայն ընդունում է արբանյակների ազդանշանները և ինքն է հաշվում իր դիրքը։ Բայց քարտեզը պետք է նախապես ներբեռնված լինի։ Առանց դրա հեռախոսը կիմանա, թե որտեղ եք, բայց չի կարող ցույց տալ, թե ինչ կա շուրջը։

«Արբանյակները հետևում են իմ հեռախոսին»։ Ոչ։ EUSPA-ն ուղղակի գրում է. հեռախոսը հաշվում է իր դիրքը արբանյակների ազդանշաններով, բայց այդ տեղեկությունը հետ չի ուղարկում արբանյակներին, և Galileo-ն ձեր սարքին չի հետևում։ EUSPA-ն միայն ավելացնում է, որ հավելվածները, օրինակ՝ տաքսիի կամ քարտեզների, կարող են ձեր գտնվելու վայրն ինտերնետով ուղարկել իրենց ընկերություններին։ Այդ մասին ավելի մանրամասն կխոսենք հոդվածաշարի երկրորդ մասում։

«Իմ հեռախոսն օգտագործում է միայն GPS-ը»։ Ամենայն հավանականությամբ՝ ոչ։ Միայն Galileo-ին աջակցող սմարթֆոնների թիվը, ըստ EUSPA-ի, 2024-ին 4,5 միլիարդ էր, իսկ Apple-ի և Google-ի տվյալներով՝ հեռախոսները դիրքը որոշելիս օգտագործում են նաև Wi-Fi ցանցերը, աշտարակներն ու սենսորները։ GPS-ը պարզապես ամենահայտնի անունն է։

Հետաքրքիր փաստեր

Արբանյակներում ժամանակն այլ արագությամբ է անցնում։ Սա հնչում է որպես գիտաֆանտաստիկա, բայց հենց այդպես է, և դա կանխատեսել է Էյնշտեյնը։ NASA-ի բացատրությամբ՝ GPS արբանյակները շարժվում են ժամում մոտ 14 000 կիլոմետր արագությամբ, և այդ արագության պատճառով դրանց ժամացույցները մի փոքր դանդաղում են։ Բայց միաժամանակ արբանյակները գտնվում են Երկրից մոտ 20 200 կիլոմետր բարձրության վրա, որտեղ ձգողականությունն ավելի թույլ է, և դա ժամացույցները մի փոքր արագացնում է։ Երկրորդ ազդեցությունն ավելի ուժեղ է, ուստի արբանյակներում ժամանակն անցնում է մի փոքր ավելի արագ, քան Երկրի վրա։

NIST-ը տալիս է ճշգրիտ թվերը. արագության պատճառով արբանյակների ժամացույցներն օրական 7 միկրովայրկյանով, այսինքն՝ վայրկյանի 7 միլիոներորդականով, ետ են մնում, իսկ թույլ ձգողականության պատճառով՝ 45 միկրովայրկյանով առաջ են ընկնում։ Արդյունքում GPS արբանյակների ատոմային ժամացույցներն օրական 38 միկրովայրկյանով ավելի արագ են աշխատում, քան Երկրի ժամացույցները։ NIST-ի խոսքով՝ համակարգը գործարկելուց հետո ինժեներները հասկացան, որ պետք է շտկեն հարաբերականության այս ազդեցությունը, որպեսզի Երկրի վրա ճշգրիտ ժամանակ ստանան։

Ձեր հեռախոսի ժամն էլ կապված է արբանյակների հետ։ NIST-ի բացատրությամբ՝ հեռախոսի ներքին ժամացույցը ճշգրիտ չէ և ժամանակի ընթացքում շեղվում է։ Այն պարբերաբար ճշգրտում են բջջային աշտարակները, իսկ աշտարակներն իրենք ճշգրիտ ժամանակը ստանում են GPS արբանյակներից։ Այսինքն՝ նույնիսկ եթե երբեք չեք բացում քարտեզը, ձեր հեռախոսի ժամը, ամենայն հավանականությամբ, կապված է տիեզերքում գտնվող ատոմային ժամացույցների հետ։

Չինական համակարգը կարող է հաղորդագրություններ ուղարկել։ Չինաստանի արբանյակային նավիգացիայի գրասենյակի տվյալներով՝ BeiDou-ն ամբողջ աշխարհում տրամադրում է կարճ հաղորդագրությունների ծառայություն։ Այն ունի նաև որոնման և փրկարարական ծառայություն, որը մինչև երկու րոպեում կարող է հաստատել, որ օգնության ազդանշանը ստացվել է։

Galileo-ն պարտադիր է Եվրոպայի նոր մեքենաներում։ EUSPA-ի տվյալներով՝ 2018-ից Եվրոպայում վաճառվող բոլոր նոր հաստատված մոդելի մեքենաները ԵՄ-ի eCall կանոնակարգի համաձայն պետք է աջակցեն Galileo-ին։

Տիեզերքից եկող ազդանշանը վերածվել է հսկայական բիզնեսի։ EUSPA-ի 2026-ի սեպտեմբերին հրապարակված զեկույցի համաձայն՝ 2024–2034 թվականներին արբանյակային նավիգացիայի ոլորտի եկամուտները կգերազանցեն 580 միլիարդ եվրոն։ Զեկույցում նշված է նաև, որ մինչև 2034-ը այդ եկամուտների գրեթե 80%-ը կստացվի ոչ թե սարքերից, այլ ծառայություններից՝ լոգիստիկայից, գյուղատնտեսությունից, ֆինանսներից և տրանսպորտից։

Ինչպես օգտվել քարտեզներից առանց ինտերնետի

Քանի որ GPS-ն աշխատում է առանց ինտերնետի, քարտեզը կարելի է ներբեռնել նախապես։ Google Maps-ում փնտրեք որևէ վայր, բացեք դրա էջը և ընտրեք «Download offline map»։ Բայց Google-ն իր էջում նշում է մի քանի կարևոր սահմանափակում.

• առանց ինտերնետի մեքենայով ուղղություն ստանալ կարող եք միայն այն դեպքում, եթե ամբողջ երթուղին գտնվում է ներբեռնված տարածքում,
• հետիոտնի, հեծանվի և հասարակական տրանսպորտի երթուղիները հասանելի չեն,
• խցանումների մասին տեղեկություն և այլընտրանքային երթուղիներ չեն լինի, ներբեռնված քարտեզներն ունեն ժամկետ, և դրանք պետք է թարմացնել։ Google Maps-ը փորձում է դրանք - ինքնաբերաբար թարմացնել, երբ ժամկետի ավարտին մնացել է 15 օր կամ ավելի քիչ, և հեռախոսը միացած է Wi-Fi-ին։

Իմ կարծիքը

(Սա իմ կարծիքն է, ոչ թե ստուգված փաստ։)

Ինձ միշտ զարմացրել է, թե որքան բարդ համակարգ է թաքնված այդ փոքրիկ կապույտ կետի հետևում։ Ատոմային ժամացույցներով արբանյակներ, լույսի արագությամբ շարժվող ազդանշաններ, հարաբերականության տեսություն, որը պետք է հաշվի առնել, մի քանի երկրների համակարգեր, որոնք աշխատում են միասին, և այս ամենը մեզ տրամադրվում է անվճար ու մի քանի վայրկյանում։ Սա, թերևս, ժամանակակից տեխնոլոգիաների ամենաթերագնահատված նվաճումներից մեկն է։

Ինձ համար առանձնապես հետաքրքիր է այն, որ աշխարհն այսօր հենվում է ոչ թե մեկ, այլ մի քանի համակարգի վրա, և դրանք շարունակում են զարգանալ։ Միայն այս տարի ամբողջացավ GPS-ի նոր սերունդը, Galileo-ն ստացավ նոր արբանյակներ, իսկ BeiDou-ն արդիականացվեց։ Տեխնիկական տեսանկյունից սա մեծ առավելություն է. եթե մեկ համակարգում խնդիր լինի, մյուսները կլրացնեն այն, իսկ միասին նրանք ավելի ճշգրիտ են։ Բայց սա նաև ցույց է տալիս, որ արբանյակային նավիգացիան վաղուց դարձել է ոչ միայն տեխնոլոգիական, այլև ռազմավարական հարց. խոշոր տերությունները չեն ուզում կախված լինել միայն ուրիշի համակարգից։

Եվ մի գործնական միտք. քանի որ GPS-ն աշխատում է առանց ինտերնետի, լեռներ կամ այնպիսի վայրեր գնալուց առաջ, որտեղ կապ կարող է չլինել, ներբեռնեք քարտեզը նախապես։ Դա ընդամենը մի քանի րոպե է խլում, բայց կարող է շատ օգնել այն պահին, երբ ինտերնետ չի լինի։

Հոդվածաշարի հաջորդ մասում՝ ով գիտի, թե որտեղ եք դուք, և ինչ տվյալներ է ձեր հեռախոսն ուղարկում Apple-ին և Google-ին։

Աղբյուրներ

Միջազգային և պետական կառույցներ

• GPS.gov. «Space Force Delivers Final GPS III Satellite to Orbit», 2026-ի ապրիլի 21.
• U.S. Space Force, Space Systems Command. «Space Systems Command looks ahead to new era of GPS success».
• GPS.gov. «Space Segment».
• GPS.gov. «GPS Accuracy».
• NIST. «How Do You Measure a Second?».
• NIST. «Timekeeping and Clocks FAQs».
• NIST. «Keeping U.S. Time».
• NIST. «Putting Einstein to the Test».
• NASA Space Place. «Is Time Travel Possible?».
• UNOOSA, Արբանյակային նավիգացիայի միջազգային կոմիտե (ICG). 2024.
• UNOOSA, ICG սեմինար. «GPS», 2018.
• Չինաստանի արբանյակային նավիգացիայի գրասենյակ. «BeiDou» ICG-ի 15-րդ նիստ, 2021-ի սեպտեմբերի 28.
• EUSPA. «Galileo FAQs».
• EUSPA. «EU Space Market Report 2026: a growing, connected space economy», 2026-ի սեպտեմբերի 30.
• ESA. «Two new Galileo satellites enter service», 2026-ի հուլիսի 24.

Լրատվամիջոց

• CGTN. «China’s BeiDou Navigation Satellite System completes in-orbit upgrade», 2026-ի օգոստոսի 1.

Apple

• Apple Support. «About privacy and Location Services».

Google

• Android Help. «Manage your Android device’s location settings».
• Google Maps Help. «Find & improve your location’s accuracy».
• Google Maps Help. «Download areas & navigate offline in Google Maps».