Son yıllarda bilmediğimiz bir adrese giderken elimizdeki akıllı cihazdan trafik yoğunluğuna bakıp güzergâhımızı öyle seçiyoruz. Birinin bizi bulmasını istediğimizde ona whatsapp’tan konum gönderiyoruz. Emlak almayı planlarken Google Map’e başvuruyoruz. Peki bütün bunları mümkün kılan GPS nasıl ortaya çıktı? Sistem ne zaman, nasıl ticarileşti? Yarın bizi bu “konum”da hangi gelişmeler bekliyor?

Günümüzde yaşanan tek nolojik devrimler, bun dan 40 yıl kadar önce -askerî amaçlı olarak başlatılan ama sonradan ticarileşerek şirketler tarafından da kullanılan ve geniş halk kitlelerin kullanımına sunulan GPS yani “Global Positioning System” (Küresel Konumlama Sistemi) adını taşıyan projenin sonuçları. Gündelik hayatta kullandığımız bu sistem, uzaydaki 32 uydudan yararlanıyor.

GPS aynı zamanda geleceği anlamak için de önemli; çünkü bugünlerde genellikle konum bulma amacıyla kullandığımız GPS, gelecekte daha zor ve incelikli işlevler üstlenecek. Bugün en iyi ihtimalle +/5 metre hassasiyetle çalışan sistemin, robotlar ve otonom araçlar sözkonusu olduğunda mikro milimetrik düzeyde çalışması gerekiyor. Bu nedenle “coğrafi konumlama” günümüzde pek çok ülkenin harıl harıl araştırdığı gayet stratejik bir konu. Biz de geçmişten hareketle, yakın gelecekte neleri kaçırmakta olduğumuza bakacağız.

Konumlama teknolojisi Bir zamanlar bilimkurgu olarak görülen ‘konumlama’ işi bugün Google veya Yandex gibi servislerle cep telefonundan yapılabiliyor.

GPS’in ortaya çıkışı

İngiliz bilimkurgu yazarı Arthur C. Clarke, 1945’te yayımlanan Wireless World (Kablosuz Dünya) isimli makalesinde, kitlelerin haberleşmesini sağlayacak olan uydulardan bahsediyordu. Jules Verne ise ondan çok daha önce, 1879’da uydulardan söz etmişti.

Amerikalılar 2. Dünya Savaşı’nın sona erdiği 1945’ten itibaren uzaya uydu yerleştirmeyi düşünmeye başladılar. O zaman “Project RAND” adıyla hazırlanan proje, daha çok bilimsel amaçlı uydulara odaklıydı. Ama Sovyetler’in 4 Ekim 1957’deki Sputnik başarısı üzerine, Amerikalılar planlarını hızlandırdılar ve bilimsel amaçlar yerine askerî amaçlar ağır basmaya başladı. Dünya üzerindeki bir konumun bilgisini zamana bağlı olarak veren GPS, bu çalışmalar sonucunda doğdu.
İlk GPS, o yıllardaki navigasyon sistemlerinin yetersizliklerini aşabilmek amacıyla, 1960’lardan itibaren başlayan çalışmaların uzantısında, 1973 yılında 24 uyduluk bir sistem olarak Amerikan Savunma Bakanlığı (DOD) tarafından geliştirildi. NAVSTAR isimli sistemin Block-I adı ver-ilen ilk uydusu uzaya 1974’te fırlatıldı. Sistemin tamamlanması ve işler hale gelmesi için ise 1994’ü beklemek gerekecekti. O zamanlar NAVSTAR adıyla bilinen, günümüzde GPS diye adlandırılan sistem halen Amerikan Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı (AFSPC) tarafından Colorado’daki Schriever Hava Kuvvetleri Üssü’nden yönetiliyor.

Başlangıçta bilimsel amaçlı tasarlanan, daha sonra askerî bir mahiyet kazanan GPS, ilerleyen yıllarda istenmeyen olayların önlenmesi amacıyla ticari uçakların kullanımına da açıldı. Bu gelişmede 1983’te Rusların Kamçatka Yarımadası hava sınırlarına giren Kore Havayolları’nın 269 yolcu taşıyan 007 nolu uçağını yanlışlıkla düşürmesi önemli rol oynadı. Sistemin geniş halk kitleleri tarafından kullanılması ise Clinton tarafından imzalanan kararla, 1 Mayıs 2000 sonrasında gerçekleşecekti.

Bugün bu sistem, dünya yüzeyinden 20 bin km yukarıdaki bir yörüngeye yerleştirilmiş 32 uydudan oluşuyor. Bir tür radyo sinyali yayan uydular ve yeryüzündeki bu sinyalleri alıp yorumlayan GPS alıcıları sayesinde konum tespiti mümkün oluyor.

GPS’ten önce sekstant Dünya üzerinde bulunulan yerin enlemini belirlemek amacıyla kullanılan sekstant (aşağıda), bir gök cismiyle ufuk düzlemi arasındaki açıyı ölçme prensibiyle çalışıyor. Gemiciler açı ölçmek için sekstantın dürbününden ufuk hattına bakardı.

Sistem nasıl çalışıyor?

İyonosfer katmanı içerisinde bulunan gazlar, iyon halindedir. Bu sayede radyo dalgaları daha iyi iletilir. Yeryüzünden giden bir radyo dalgası bu katmana geldiğinde burada bulunan elektronlar ile aynı titreşimi alırlar. Bu titreşim enerjisi sayesinde; elektronlar kendi içlerinde yeni bir düzenlemeye gider ve orjinal radyo dalgasını tekrar oluşturur.

GPS uydu ağındaki her bir uydu iki-üç ton ağırlığındadır ve dünya çevresini günde iki kere kateder. Bu uydulardan en az dördü, herhangi bir anda dünyanın herhangi bir yerinden görülebilir durumdadır. Uydular dünyanın çevresinde dönerken, düzenli olarak radyo dalgaları halinde kodlanmış bilgi yollar. Zaman, konumu saptamak için önemli bir data’dır. Bu nedenle GPS uydularının içinde, çok hassas atom saatleri bulunur. Bulunulan konum, belli bir zamanda dört ya da daha fazla uydu ile aradaki mesafe ölçülerek tespit edilir. Bunun için GPS uydularının gönderdiği dalgaları alacak cihazlar gereklidir.

Ronald Reagan 1983’deki Kore uçağı hadisesinden sonra GPS’in ticari uçaklara açılması iznini verince, ilk sivil sinyal toplama cihazı üreticisi Magellan piyasada boy gösterdi. Arabalarda kullanılan GPS cihazları ise 2000’lerden sonra yaygınlaştı. Alıcı cihaz teknolojileri hızla gelişti, piyasaya çıkan daha küçük, daha ucuz sistemler halk için ulaşılabilir hale geldi. İçine GPS alıcısı konulmuş ilk telefonlar Benefon tarafından 2000’de üretildi. Qualcomm chip firması, 2004’te GPS’i GSM sistemi ile destekleyerek, kişinin ayaklarının bastığı yeri tespit edebilen “Assisted GPS”i (Destekli GPS) geliştirdiğini duyurdu. Bugün kullandığımız cep telefonlarının konum hassasiyetlerini ve başarılarını bu gelişmeye borçluyuz.

2000’ler ve GPS’in evrimi

Amerikan Savunma Bakanlığı ilk dönemde, -özellikle I. Körfez Savaşı öncesindeGPS’i ticari kullanıma açmanın teröristlerin ekmeğine yağ sürmek olacağı düşüncesindeydi. Bu nedenle sistemin sivil kullanımındaki hata payını yüksek tutmuşlardı (Selective Ability-Seçici Ulaşılabilirlik). Ancak 2000’de bunu düzelttiler. GPS, konumları bir gecede 10 kat daha doğru göstermeye başladı. Bu sayede sistem ormancılıktan, balıkçılığa, kargo taşımacılığına kadar çok farklı sektörlerde kullanılmaya başlandı.

Yine aynı sene Clinton ve Amerikan Havacılık Kurumu (FAA), havacılık endüstrisinin güvenliği nedeniyle, sistemin tüm dünyadaki ticari uçaklarca ücretsiz olarak yararlandırılmasına karar verdi.

2005’ten itibaren GPS uyduları güncellenmeye başladı. “Block II” adını taşıyan yeni seri tamamen sivil topluma ayrıldı ve saniyede 1 sinyal gönderecek şekilde planlandı. 2009’dan itibaren ise Amerikalılar eskimeye başlayan GPS uydu sisteminin ancak 5.8 milyar dolara güncellenebileceğini hesapladılar. 2014 itibariyle Block III isimli yeni nesil uydular devreye alınmaya başlandı.

Teknolojiyle yol tarifi… 1940larda askerî alanda kullanımda olan SCR 300 adlı sırtta taşınan cihaz (üstte). Sivil kullanımda ise yol tarifi için acil yardım hatları insanlara yardımcı olmaktaydı (altta).

Uluslararası rekabet

Gelişen yeni teknolojiler ve gitgide daha sıcak hale gelen politik gelişmeler ışığında başlıca Avrupa ülkeleri ile Rusya, Çin ve Hindistan; ABD’ye ait olan GPS sistemine bağımlılıklarını azaltmayı hedeflediler. ABD’nin savaş hali gibi durumlarda GPS kullanımını istediği ülkelere açıp istemediği ülkelere kapattığı veya yanlış koordinat vererek yanıltıcı bilgilendirme yaptığı da ileri sürüldü. Bu nedenle günümüzde her ülke kendi sistemini planlamaya gayret ediyor.

Almanya, İtalya, Fransa ve İngiltere’nin başını çektiği ülkeler, kendi uydu navigasyon sistemlerini geliştirmeyi uzun süredir istiyorlardı. Ancak projenin 10 milyar Euro’luk maliyetinin son derece yüksek olması nedeniyle AB içinde birlik sağlanamıyordu. Bugün, temelleri 1999’da atılan Galileo uydu navigasyon projesi yaşanan pek çok tartışmanın ardından yavaş yavaş hayata geçiriliyor. Özellikle Avrupalı diplomatlar, Amerikan sistemini kullanmak istemiyor. Buna gerekçe olarak da ABD’nin Yugoslavya’daki içsavaş sırasında Avrupalı abonelerini aldattığını ileri sürüyorlar. AB diplomatlarına göre Galileo sistemi Avrupa’nın Pentagon kontrollü GPS sistemine bağımlılığını sona erdirecek. ABD de doğal olarak bu gelişmeden hiç hoşnut değil.

Galileo, GPS’e göre daha hassas konum bilgisi verebildiğinden, Amerikalılar sistemin kendilerine ya da müttefiklerine karşı kullanılabileceğinden endişe duyuyorlar. ABD’nin kaygılarını arttıran bir faktör de, Çin’in Galileo projesine para yatırmış olması.

Prag merkezli GNSS (Global Navigation Satellite System-Küresel Navigasyon Uydu Sistemi) tarafından yürütülen Galileo projesinde test uydusu 2005’te uzaya gönderildi. 2011’de fırlatılan iki uydu onu izledi. Toplam 30 adet olarak planlanan uydular yeryüzünden 23.2 km yukarıya yerleştiriliyor. Operasyonu birisi Fucion-İtalya; diğeri Münih-Almanya’da bulunan iki merkez yürütüyor. 15 Aralık 2016 itibariyle sınırlı da olsa bazı servisler vermeye başlayan Galileo’nun 30 uydusundan 22’si Aralık 2017 itibariyle yörüngeye yerleştirildi. Ancak hata payının sadece bir metre olması planlanan sistemin eksiksiz hizmet vermesi için önümüzdeki seneyi beklemek gerekiyor.

1957: Sputnik başarısı Sovyetler’in 4 Ekim 1957’de uzaya gönderdiği Sputnik I ile dünya üzerindeki konumlama teknolojisi ciddi bir ilerleme kaydetti.

Çin, Rusya, Hindistan

Çin ve ABD yönetimlerinin çok sıcak ilişkiler içinde olmadığı sır değil. Bu nedenle Çin de ABD’ye bağımlı olmamak adına kendi GPS’ini oluşturma çalışmalarını 2000’den bu yana sürdürüyor. “Büyük Ayı” anlamına gelen BeiDou projesinde 2020’ye kadar 35 uyduya ulaşılması planlanıyor. Bu ismin seçilmesi tesadüf değil. Büyük Ayı takımyıldızı pusulanın bulunmasından önceki zamanlarda yön belirlemek, yol bulmak için kullanılan Kutup Yıldızı’nı da içinde barındırıyor. Sistemin ilk uydusu yörüngeye 2015’te yerleştirildi. Servisin GPS’e nazaran çok daha hassas olacağı, milimetrik doğrulukla çalışacağı kaydediliyor. Bu, BeiDou’nun GPS’in en az 10 katı daha hassas olacağı anlamına geliyor. Geliştirilmeye devam edilen sistem 2012’den bu yana Asya-Pasifik bölgesinde bazı servisleri sunabiliyor.

İlk GPS cihazı İlk sivil sinyal toplama cihazı Magellan, 1983’deki Kore uçağı hadisesinden sonra GPS’in ticari uçaklara açılmasıyla piyasada boy gösterdi.

Küresel konumlama yarışında Rusya’nın yer almaması tabii ki düşünülemez. Ruslar da “Glonass” adı verilen coğrafi bilgi sistemiyle yarışta geri kalmamaya çalışıyor. Fakat proje şu anda askıya alınmış durumda. Bunun nedeni, 2013’te üç yeni Glonass navigasyon uydusunu yörüngeye taşımak üzere inşa edilen Proton-M tipi roketin Kazakistan’ın Baykonur üssündeki fırlatmadan kısa bir süre sonra henüz belirlenemeyen bir sebeple infilak etmesi. Herhangi bir can kaybının yaşanmadığı olayda toplam değeri yaklaşık 200 milyon dolar olan uydular çöpe gidince; Rusya Federal Uzay Ajansı Roscosmos yetkilileri konuyla ilgili derhal derinlemesine bir inceleme başlattıklarını ve patlamanın kesin sebebi belirleninceye dek yeni bir uydu fırlatma operasyonu yapılmayacağını açıkladı. Herşeye rağmen Glonass, bugün tüm dünyayı kapsayacak şekilde hizmet veren bir küresel konumlandırma sistemi ve bu alanda GPS’in en önemli rakibi durumunda. Yeni çıkan akıllı cep telefonu modellerinin neredeyse tamamı GPS dışında Glonass desteği de barındırıyor.

Bilgi teknolojileri alanının yükselen yıldızı Hindistan ise NAViC (Hint Seyrüsefer Takımyıldızı) uydu filosuyla Amerikalıların GPS, Rusların Glonass sistemlerine bölgesel bir alternatif oluşturuyor. Kişilerin veya nesnelerin bulunduğu yer ve zaman hakkında doğru bilgi vermek için yaratılan sistemin bir hedefi de Hintli balıkçılara data sağlamak. Hindistan uzaya uydu gönderme yolunda başarıyla ilerliyor. Haziran 2016’da 13’ü Amerikalılara ait olan 20 ticari uyduyu birbiriyle çarpıştırmadan 26 dakika içinde uzaya gönderme başarısı gösteren Hindistan, bugüne kadar havacılık, balıkçılık, telekomünikasyon gibi pek çok farklı amaçla, onlarca uyduyu da uzaya yerleştirdi.

Benefon GPS ile GSM’i birleştiren ilk cep telefonuydu.

Ortadoğu’da durum

GPS’in Ortadoğu’daki işleyişi Türkiye’yi yakından ilgilendiriyor. GPS yalnızca gündelik bireysel ya da ticari amaçlarla değil, bilindiği gibi aynı zamanda askerî amaçlarla da kullanılıyor. Bu durum, sistemi elinde tutan ülkenin, sinyalleri istediği gibi kullanması ya da engelleyebilmesi anlamına geliyor. Örneğin, 1991 başındaki 1. Körfez Savaşı sırasında, Irak’a hava harekatından hemen önce, Doğu Akdeniz’deki sinyaller ABD tarafindan devre dışı bırakılmıştı (Bölgede açık denizde bulunan sivil teknelerin kaptanları, eğer eski usul sekstant-pergel-harita ile rota oluşturmayı bilmiyorlarsa, sinyal gelene kadar bekelemek durumunda kaldılar).

Bugün de TSK’nın Suriye’deki, Güneydoğu’daki operasyonları sırasında ABD’nin zaman zaman sinyalleri kestiği durumlar yaşanıyor. Havacılık uzmanları, ABD’nin Suriye’ye yaptığı hava operasyonları nedeniyle bölgede zaman zaman GPS uydularının “körleştirildiği”, bu nedenle Türkiye’nin doğusundaki hava sahasında GPS sinyallerinin kesintiye uğradığını belirtiyorlar. Türkiye’nin hava sahası batıda İstanbul’dan, doğuda Ankara’dan kontrol ediliyor. Sinyal kesilmesi durumunda hava araçlarının yönlendirilmesi, hava trafik kontrolörleri tarafından yapılıyor.

Ve gelecek…

Önümüzdeki günlerde konumlama sistemleri hayatımızda daha çok yer alacak. Şimdiki ticari ve askeriî kullanımlara ek olarak, örneğin otonom arabaların, IoT’lerin işleyişinde rol oynayacaklar. Bu aşamada artık milimetreler dahi önemli olacak. Zira, örneğin otonom araçlar ilk başta sensör döşenmiş yollarda seyredecekler ama nihai hedef şoförsüz araçların bütün yollarda kullanılabilir olması. Bu da ancak onların çok hassas ölçekte çalışan navigasyon sistemleriyle donatılmış olmalarına bağlı. Sensör döşenmemiş “konvansiyonel” bir yolda peşpeşe giden iki otonom araçtan öndeki durduğunda, arkadakinin bunu büyük bir hız ve doğrulukla fark etmesi, tepki vermesi gerekecek. Yani yakın gelecekte GPS sistemlerine çok daha fazla işimiz düşecek.

GPS ÖNCESİ DÜNYA

Bîrûnî’den John Harrison’a ‘boylam’ belirlemenin önemi

‘Enlem’ hesabı yapmak kolaydı. Kutup yıldızı gökyüzünden ne kadar yüksekse, ufkunuzla yaptığı açı size enleminizi kabaca vermekteydi. Fakat ‘boylam’ için pusula ya da gökyüzü size yardım edemezdi. 11. yüzyılda Bîrûnî’nin başladığı işi, 18. yüzyılda John Harrison’ın ‘çekirge tipi saat maşası’ halletti. Londra’daki Greenwich gözlemevi 1884’te “merkez meridyen” kabul ediliyor.

ÖZGÜR CAN ÖZDOĞRU

Antik çağlarda ve Ortaçağ boyunca her gemi kaptanının ortalama bir astronom kadar iyi gökyüzü bilgisine sahip olması ve temel trigonometrik hesapları kafasından yapabilmesi beklenmekteydi. Ancak bu tür navigasyonun çok temel bir sıkıntısı vardı. Hava kapalı olduğunda ne yapacaktınız? Bu büyük sorun pusulanın keşfiyle çözüme kavuştu. Pusula, her şeyi değiştirdi.

Avrupalılar, pusula, gemi saatleri ve Polaris (kutup yıldızı) sayesinde yeni kıtalar keşfettiler. Fakat küresel dünyanın keşfiyle deniz ticaretinin gelişmesi bir sorunu daha beraberinde getirdi: Boylam hesabı. Enlem hesabı yapmak kolaydı. Kutup yıldızı gökyüzünden ne kadar yüksekse, ufkunuzla yaptığı açı size enleminizi kabaca vermekteydi. Fakat ne kadar doğuya ya da batıya gitseniz de göreceğiniz gök nesnelerinin ve kuzeyin yönü aynı kalacağından pusula ya da gökyüzü size yardım edemezdi.

Boylam hesabı hakkında kafa yoran öncülerden biri olan Özbek bilminsanı Bîrûnî (973-1050) farketti ki, eğer Dünya her gün kendi etrafında dönüyorsa, bu 360 derece demektir ve saatte 15 derece dönmektedir. Dolayısıyla yola çıktığınız yerdeki zamanı biliyorsanız, vardığınız yerdeki zamanı da ölçebilirseniz, aradaki saat farkını hesaplayarak boylam farkını bulabilirsiniz. Ancak açık denizde günlerce gidecek bir kaptan, oradaki saati öğrenemeyeceği için başka bir yöntem bulmalıydı.

1707’de Batı Britanya’da Scilly Adaları açıklarında, Birleşik Krallık’ın büyük donanmasını kaybettiği, 1550 kişinin öldüğü, tarihin o zamana kadarki en büyük deniz faciası meydana geldi. Kaptan, boylamı yanlış hesapladığı için koca bir donanmayı kayalıklı bölgeye sürüklemiş ve gemilerinin teker teker batmasına yol açmıştı. Britanya nereye kurtarma gemisi göndereceğini bile bilememişti, zira gemilerin hangi boylamda bulunduklarını hesaplayacak bir sistemleri bulunmamaktaydı. Bu büyük facia, Britanya’yı ve varlığını güçlü donanmaya borçlu olan devletleri derinden sarstı. Bu ülkelerin biliminsanları büyük bir hızla boylam sorununu çözecek araçlar geliştirmeye kendilerini adadılar. Büyük Britanya, sadece bu amaç için “Boylam Belirleme Kurulu” adında bir kraliyet kurulu kurdu. Bu kurul, 20.000 Sterlin (Günümüzde 4 milyon Sterlin) değerinde ödüllü bir yarışma açtı. Boylam hesabını düzgün ve çabucak yapabilecek bir cihaz bulan, bu ödülü alacaktı.

Merkez meridyen Greenwich Gözlem Enstitüsü

İngiliz bir marangoz ve kendi kendini yetiştiren bir saatçi olan John Harrison, bu sorunun çözümünün saatlerde olduğuna inanıyordu. Fakat dalgalı bir okyanusta, ne yayların ne de sarkaçların işe yaramadığı bir yerde, zamanı tutarlı ve mekanik bir şekilde nasıl ölçebilirdiniz? Harrison bir tür saat maşası geliştirmeyi akıl etti. Bu maşa, koşullar ne olursa olsun her zaman saat çarkını yalnızca bir saniyede döndürecek ve saat düzgün bir şekilde çalışacaktı. Günümüzde ‘Çekirge tipi saat maşası’ olarak adlandırılan sistemin içinde olduğu ve saniyenin kalibre edilmesini sağlayan deniz zamanölçeriyle bütünleşik saati H-1’i 1761 yılında üretmeyi başardı.

Limanından çıktığınız şehrin saatini gösterecek olan bu saat sayesinde, boylam belirlemek için tek yapmanız gereken Güneş’in gittiğiniz yerde en tepede olduğu saati bulmak. Güneş’in en tepede olduğu zaman, her daim öğlen 12.00’dir. Dolayısıyla geminizdeki saat ile Güneş’in en tepede olduğu saati birbirinden çıkarırsanız saat farkını, dolayısıyla da boylamınızı bulursunuz.

Harrison’ın kronometresine göre hesaplar yapan ve boylam belirleme enstitüsü olarak kullanılan Greenwich’teki gözlemevi 1884’te “merkez meridyen” ilan edildi ve boylam ayarları bu tarihten itibaren Greenwich’e göre yapıldı.

H 1 (Çekirge tipi saat maşası).