Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào chiếc điện thoại nhỏ bé có thể xác định chính xác vị trí của bạn ở bất cứ đâu trên Trái Đất? Bí mật nằm ở GPS. Hãy cùng khám phá công nghệ quen thuộc nhưng đầy sức mạnh đang âm thầm vận hành thế giới của chúng ta.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS hoạt động như thế nào?

GPS, viết tắt của Global Positioning System, là một hệ thống định vị toàn cầu được vận hành bởi Hoa Kỳ. Để hiểu định vị GPS là gì và cách nó hoạt động, hãy hình dung về một bản giao hưởng vũ trụ phức tạp được điều khiển bởi ba thành phần chính:

• Phân đoạn không gian: Bao gồm một chòm sao khoảng 30 vệ tinh liên tục bay quanh Trái Đất theo những quỹ đạo đã được tính toán chính xác. Mỗi vệ tinh này liên tục phát đi tín hiệu chứa thông tin về vị trí và thời gian chính xác của nó.
• Phân đoạn điều khiển: Các trạm kiểm soát mặt đất trên khắp thế giới theo dõi, giám sát và đảm bảo các vệ tinh hoạt động đúng quỹ đạo và đồng hồ của chúng luôn chính xác tuyệt đối.
• Phân đoạn người dùng: Đây chính là thiết bị của bạn (điện thoại, đồng hồ thông minh, máy GPS trên ô tô). Thiết bị này nhận tín hiệu từ các vệ tinh khác nhau.

Nguyên lý cốt lõi của GPS là "phép đạc tam giác" (trilateration). Thiết bị của bạn sẽ đo thời gian tín hiệu di chuyển từ một vệ tinh đến nó, từ đó tính ra khoảng cách. 

Bằng cách nhận tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh, máy thu có thể tính toán chính xác vị trí 3D của nó (kinh độ, vĩ độ, và độ cao) cũng như thời gian chính xác.

Những ứng dụng của GPS ngoài chỉ đường có thể bạn chưa biết

Mặc dù chúng ta thường biết đến GPS qua các ứng dụng bản đồ và chỉ đường, sức mạnh của nó còn vươn xa hơn rất nhiều, trở thành xương sống cho vô số ngành công nghiệp hiện đại.

Dưới đây là một vài ứng dụng của GPS có thể khiến bạn bất ngờ:

• Nông nghiệp chính xác: Máy cày và máy bay không người lái được trang bị GPS có thể tự động gieo hạt, bón phân và phun thuốc trừ sâu với độ chính xác đến từng centimet, giúp tiết kiệm chi phí và tăng năng suất.
• Quản lý thiên tai và cứu hộ: Các đội cứu hộ sử dụng GPS để xác định chính xác vị trí của nạn nhân trong các thảm họa như động đất hay lũ lụt. Nó cũng giúp lập bản đồ các khu vực bị ảnh hưởng một cách nhanh chóng.
• Khoa học và môi trường: Các nhà khoa học dùng GPS để theo dõi sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo, sự tan chảy của băng ở hai cực và sự thay đổi mực nước biển, cung cấp dữ liệu quan trọng về biến đổi khí hậu.
• Đồng bộ hóa thời gian: Tín hiệu thời gian cực kỳ chính xác từ vệ tinh GPS được sử dụng để đồng bộ hóa các mạng lưới máy tính, hệ thống tài chính, ngân hàng và viễn thông trên toàn cầu, đảm bảo mọi giao dịch diễn ra liền mạch.

>>> Bổ sung thêm kiến thức: Công nghệ hàng không vũ trụ: Cuộc đua lên không gian

Tương lai của công nghệ định vị và các hệ thống mới

Công nghệ GPS không ngừng được cải tiến. Các thế hệ vệ tinh mới (như GPS III) đang được phóng lên, hứa hẹn mang lại độ chính xác cao hơn, tín hiệu mạnh hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn cho người dùng dân sự.

Bên cạnh đó, thế giới không chỉ phụ thuộc vào một hệ thống duy nhất. Nhiều quốc gia và khu vực đã phát triển các Hệ thống Vệ tinh Dẫn đường Toàn cầu (GNSS) của riêng mình để đảm bảo sự độc lập và tăng cường độ tin cậy:

• Galileo: Hệ thống của Liên minh Châu Âu.
• GLONASS: Hệ thống của Nga.
• BeiDou (Bắc Đẩu): Hệ thống của Trung Quốc.

Hầu hết các smartphone hiện đại đều được trang bị chip có khả năng nhận tín hiệu từ nhiều hệ thống GNSS cùng lúc, giúp việc định vị nhanh và chính xác hơn, đặc biệt ở các khu vực đô thị có nhiều nhà cao tầng. Tương lai của công nghệ định vị sẽ là sự kết hợp của nhiều hệ thống, thậm chí cả các công nghệ định vị trong nhà (sử dụng Wi-Fi, Bluetooth) để tạo ra một trải nghiệm liền mạch ở mọi nơi.

>>> Tìm hiểu đầy đủ tại: Khai thác tiểu hành tinh: Mỏ vàng mới của tương lai?

Từ việc dẫn đường về nhà đến việc đảm bảo các giao dịch tài chính toàn cầu, GPS và các công nghệ định vị đã trở thành một phần không thể thiếu. Lần tới khi sử dụng bản đồ, hãy dành một giây để cảm nhận sự kỳ diệu của mạng lưới vô hình đang kết nối bạn với thế giới.

>>> Nắm rõ thêm: Dọn rác vũ trụ: Nhiệm vụ cấp bách bảo vệ Trái Đất