GPS तकनीक का वास्तव में कहाँ उपयोग होता है

ग्लोबल पोज़िशनिंग सिस्टम (GPS) अमेरिका के स्वामित्व वाली एक उपग्रह प्रणाली है। यह स्थिति, रास्ते और समय की जानकारी देती है। स्थिति की जानकारी से पता चलता है कि आप कहाँ हैं। रास्ते की जानकारी एक जगह से दूसरी जगह पहुँचने में मदद करती है। समय की जानकारी उपकरणों को सटीक समय का आधार देती है।

GPS रिसीवर फ़ोन, घड़ियों, बुलडोज़रों, माल ढुलाई के कंटेनरों और ATM में इस्तेमाल होते हैं। अरबों लोग GPS पर आधारित सेवाओं पर निर्भर हैं।

स्थान के अलावा GPS क्या बताता है?

• GPS अक्षांश, देशांतर और ऊँचाई के साथ समय भी बता सकता है। अक्षांश से उत्तर या दक्षिण में स्थिति, देशांतर से पूर्व या पश्चिम में स्थिति और ऊँचाई से किसी आधार स्तर के ऊपर की स्थिति पता चलती है।
• हर GPS उपग्रह में कई परमाणु घड़ियाँ होती हैं।
• रिसीवर उपग्रहों के संकेतों से सटीक समय की गणना करता है। उपयोगकर्ता अपनी परमाणु घड़ी के बिना भी एक सेकंड के अरबवें हिस्से के 100 भाग तक की सटीकता से समय जान सकते हैं।

कौन-सी प्रणालियाँ GPS पर निर्भर हैं?

• संचार नेटवर्क, बैंक, वित्तीय बाज़ार और बिजली ग्रिड सटीक समय के लिए GPS पर बहुत निर्भर हैं।
• समय समकालिक करने का मतलब है अलग-अलग जगहों की घड़ियों को समय के एक ही आधार के अनुसार मिलाकर रखना।
• उदाहरण के लिए, फ़ोन GPS से अपनी स्थिति पता कर सकता है। बैंक GPS के समय से लेन-देन का समय दर्ज कर सकता है। बिजली ग्रिड इस समय की मदद से दूर-दूर स्थित उपकेंद्रों की रीडिंग की तुलना कर सकता है।

सिविल सेवा प्रारंभिक परीक्षा 2018 (सामान्य अध्ययन प्रश्नपत्र I, Q55) में यह प्रश्न पूछा गया था:

“निम्नलिखित में से किन क्षेत्रों में GPS तकनीक का उपयोग किया जा सकता है? 1. मोबाइल फ़ोन का संचालन 2. बैंकिंग कार्य 3. बिजली ग्रिडों का नियंत्रण”

विकल्प थे (a) “केवल 1”, (b) “केवल 2 और 3”, (c) “केवल 1 और 3”, और (d) “1, 2 और 3″। UPSC की आधिकारिक उत्तर-कुंजी के अनुसार उत्तर है (d).

(d) सही क्यों है?

• मोबाइल फ़ोन का संचालन: फ़ोन अपनी स्थिति जानने के लिए GPS का उपयोग कर सकते हैं, जबकि मोबाइल नेटवर्क समय के लिए GPS का उपयोग कर सकते हैं।
• बैंकिंग कार्य: बैंकिंग प्रणालियाँ और वित्तीय बाज़ार घटनाओं का समय दर्ज करने के लिए सटीक समय का उपयोग करते हैं।
• बिजली ग्रिड: बिजली ग्रिड दूर-दूर स्थित जगहों की घड़ियों को एक ही समय पर मिलाकर रखने के लिए GPS का उपयोग करते हैं।
• तीनों कथन सही हैं। इसलिए उत्तर “1, 2 और 3” है।

गलती कहाँ हो सकती है?

• जो विद्यार्थी GPS को केवल नक्शों से जोड़कर देखता है, वह “केवल 1” चुन सकता है।
• यह प्रश्न समय के आधार के रूप में GPS के उपयोग की समझ भी परखता है।

GPS तीन जुड़े हुए हिस्सों से काम करता है: अंतरिक्ष में उपग्रह, ज़मीन पर नियंत्रण केंद्र और उपयोगकर्ताओं के रिसीवर।

हर हिस्सा क्या काम करता है?

• अंतरिक्ष खंड: 24 कार्यरत उपग्रहों का एक नियोजित समूह, जिसे उपग्रह तारामंडल भी कहते हैं। ये एकतरफा संकेतों के जरिए अपनी स्थिति और समय प्रसारित करते हैं।
• नियंत्रण खंड: जमीनी केंद्र उपग्रहों की निगरानी करते हैं। वे उपग्रहों पर अद्यतन जानकारी अपलोड करते हैं और उनकी कार्यप्रणाली पर नजर रखते हैं।
• उपयोगकर्ता खंड: आपके फोन में लगे रिसीवर जैसे उपकरण। ये संकेतों की मदद से स्थिति और समय की गणना करते हैं।

दूरी कैसे पता चलती है?

• हर उपग्रह नियमित अंतराल पर अपनी स्थिति और संकेत भेजे जाने का समय प्रसारित करता है।
• रिसीवर संकेत भेजे जाने के समय की तुलना अपनी घड़ी के समय से करता है। संकेत को पहुँचने में लगा समय हर उपग्रह से दूरी का अनुमान लगाने में मदद करता है।
• रेडियो संकेत लगभग 186,000 मील प्रति सेकंड की गति से चलते हैं। संकेत को पहुँचने में जितना अधिक समय लगता है, अनुमानित दूरी उतनी ही अधिक होती है।
• तीन आयामों में स्थिति पता करने के लिए सामान्यतः कम से कम चार उपग्रहों के संकेतों की जरूरत होती है। गणना से मिली स्थिति को फिक्स (fix) कहते हैं। रिसीवर स्थिति के तीन निर्देशांकों और अपनी घड़ी की त्रुटि की गणना करता है। अधिक उपग्रहों से गणना बेहतर हो सकती है।

क्या उपग्रह आपके फोन की निगरानी करते हैं?

• नहीं। उपग्रह ऐसे सभी लोगों के लिए संकेत प्रसारित करते हैं जिनके पास उपयुक्त रिसीवर है।
• वे एकतरफा संकेत प्रसारित करते हैं। उपग्रह जमीन पर किसी भी चीज की निगरानी नहीं करते।

संयुक्त राज्य अमेरिका कम से कम 24 उपग्रहों को 95% समय कार्यरत रखने के लिए प्रतिबद्ध है। व्यवहार में इससे अधिक उपग्रह परिक्रमा करते हैं। 3 जुलाई 2023 को 31 उपग्रह कार्यरत थे। सेवा में मौजूद उपग्रहों की संख्या 30 से अधिक हो सकती है।

कक्षा कैसी है?

• GPS उपग्रह लगभग 20,200 किमी की ऊँचाई पर मध्यम पृथ्वी कक्षा में परिक्रमा करते हैं।
• हर उपग्रह एक दिन में पृथ्वी के दो चक्कर लगाता है।
• उपग्रह समान अंतराल पर स्थित छह कक्षीय तलों में व्यवस्थित हैं। हर तल को एक ऐसी समतल सतह मानें जिसमें एक कक्षा स्थित है। हर तल में उपग्रहों के लिए चार निर्धारित मूल स्थान हैं।
• 24 स्थानों की इस व्यवस्था से पृथ्वी के लगभग किसी भी बिंदु पर उपयोगकर्ताओं को कम से कम चार उपग्रह उपलब्ध होते हैं।

इसे कौन चलाता है और उपयोगकर्ताओं को कितना शुल्क देना पड़ता है?

• अमेरिकी अंतरिक्ष सेना (US Space Force) GPS का संचालन और रखरखाव करती है। राष्ट्रीय समन्वय कार्यालय (National Coordination Office) GPS.gov का रखरखाव करता है।
• नियंत्रण खंड में एक मुख्य नियंत्रण केंद्र, एक वैकल्पिक मुख्य केंद्र, 11 एंटीना और 16 निगरानी स्थल हैं।
• अमेरिकी कानून और नीति के अनुसार नागरिक GPS सेवा के लिए उपयोगकर्ताओं से सीधे कोई शुल्क नहीं लिया जाना चाहिए।

GPS ने कब काम करना शुरू किया?

• पहला NAVSTAR उपग्रह 1978 में प्रक्षेपित किया गया था।
• नागरिक कोर्स/एक्विजिशन (C/A) कोड सेवा ने 8 दिसंबर 1993 को प्रारंभिक परिचालन क्षमता हासिल की। उसी दिन इसके प्रदर्शन का पहला मानक जारी किया गया। सेवा ने 1995 में पूर्ण परिचालन क्षमता हासिल की। सेवा के विकास में ये दो अलग-अलग पड़ाव हैं।

किसी बिजली ग्रिड या बैंक को अपना स्थान पहले से पता हो सकता है। वह GPS का इस्तेमाल एक दूसरे काम के लिए कर सकता है: दूर-दूर स्थित उपकरणों को समय का एक साझा आधार देना।

बिजली ग्रिड इसका इस्तेमाल कैसे करते हैं?

• बिजली कंपनियाँ बड़े क्षेत्र में लगी घड़ियों का समय एक जैसा रखने के लिए GPS समय का इस्तेमाल करती हैं।
• GPS उपकेंद्रों और अलग-अलग स्थानों पर लगे उपकरणों तक परमाणु घड़ियों पर आधारित समय का संदर्भ पहुँचाता है।
• उपग्रह से समय पाने के विकल्प कम हैं और महँगे हैं।
• एक मापन उपकरण का रिसीवर परीक्षण मोड में केवल एक उपग्रह से संकेत लेने के लिए लॉक किया गया था। 500 kV की दो विद्युत पारेषण लाइनें सेवा से बाहर हो गईं। यह उदाहरण दिखाता है कि समय निर्धारण प्रणालियों को सावधानी से तैयार करने और उनके लिए बैकअप रखने की जरूरत क्यों है।

बैंक और वित्तीय बाजार इसका इस्तेमाल कैसे करते हैं?

• GPS समय लेन-देन और बिलिंग के लिए ऐसे समय चिह्न बनाने में मदद करता है जिनके समय की पुष्टि मानक समय से की जा सकती है। समय चिह्न बताता है कि कोई घटना कब हुई।
• राष्ट्रीय मानक एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) अपना समय पैमाना, UTC(NIST), NASDAQ और अन्य वित्तीय बाजारों तक पहुँचाता है। इसमें अनिश्चितता लगभग एक सेकंड के 10 अरबवें हिस्से के बराबर है।
• NIST का समय उपयोगकर्ताओं तक कॉमन-व्यू प्रेक्षणों (common-view observations) के जरिए पहुँचता है। दो स्थान अपनी घड़ियों की तुलना करने के लिए एक ही GPS उपग्रह से मिले संकेतों की तुलना करते हैं।

GPS से मिलने वाला समय कितना सटीक है?

• उपयोगकर्ताओं को एक सेकंड के 100 अरबवें हिस्से तक की सटीकता से समय मिल सकता है।
• किसी स्थिर स्थान पर विशेष समय मापने वाले रिसीवर के साथ, GPS 95% समय UTC(USNO) से 30 नैनोसेकंड के भीतर समय का संचार कर सकता है। UTC(USNO), अमेरिकी नौसेना वेधशाला (US Naval Observatory) का मानक समय है।

सटीक स्थान की जानकारी कई क्षेत्रों में काम करने में मदद करती है। यहाँ कुछ उदाहरण हैं।

• खेती: सटीक खेती में GPS को भौगोलिक सूचना प्रणाली (GIS) के साथ जोड़ा जाता है। GIS स्थान से जुड़े आँकड़ों पर काम करने का साधन है। इससे ट्रैक्टरों को रास्ता दिखाने, मिट्टी के नमूने लेने और फसल की उपज के नक्शे बनाने में मदद मिलती है।
• कम दिखाई देने पर खेती: GPS की मदद से किसान बारिश, धूल, कोहरे और अँधेरे में भी काम कर सकते हैं।
• विमानन: GPS उड़ान के सभी चरणों में तीन आयामों में स्थिति बताता है। यह जमीन से खतरनाक नजदीकी की चेतावनी देने वाली प्रणाली (Enhanced Ground Proximity Warning System) में भी मदद करता है।
• रेल: रेलवे GPS से इंजनों और रेल डिब्बों की स्थिति पर वास्तविक समय में नजर रखता है।
• सर्वेक्षण: अब एक सर्वेक्षक एक दिन में वह काम कर सकता है, जिसे करने में पहले पूरी टीम को कई सप्ताह लगते थे।
• बचाव और आपदाएँ: GPS खोज और बचाव में मदद करता है। इससे आपातकालीन सेवाएँ और आपदा राहत तेजी से पहुँचती हैं।
• प्राकृतिक खतरे: GPS सुनामी की शुरुआती चेतावनी देता है और भूकंप के बाद तेजी से निगरानी करने में मदद करता है। GPS से ज्वालामुखियों की निगरानी भी होती है।
• पर्यावरण: GPS से आग और तेल के फैलाव पर अधिक प्रभावी ढंग से नजर रखी जा सकती है।

खुले आसमान के नीचे GPS वाले स्मार्टफोन आम तौर पर वास्तविक स्थान से 4.9 m के भीतर स्थिति बताते हैं। इमारतों, पुलों और पेड़ों से सटीकता कम हो सकती है।

क्या GPS और अधिक सटीक हो सकता है?

• बेहतर रिसीवर अतिरिक्त सुधार संबंधी जानकारी का उपयोग कर सकते हैं। इसे ऑगमेंटेशन (augmentation) कहते हैं। इसकी मदद से वे वास्तविक समय में कुछ सेंटीमीटर तक की सटीकता हासिल कर सकते हैं।
• मई 2000 तक अमेरिका ने नागरिक उपयोग के लिए GPS की सटीकता जानबूझकर सीमित रखी थी। राष्ट्रपति क्लिंटन (Clinton) ने सिलेक्टिव अवेलेबिलिटी (Selective Availability) नाम की इस व्यवस्था को समाप्त कर दिया।
• इस व्यवस्था को बंद करने के बाद नागरिक उपयोग के लिए सटीकता दस गुना बेहतर हो गई।
• अंतरिक्ष से आने वाले सिग्नल की त्रुटि (Signal-in-space error) प्रसारित सिग्नल की त्रुटि बताती है। उपयोगकर्ता को मिलने वाली सटीकता रिसीवर और आसपास के वातावरण पर भी निर्भर करती है।

क्या गड़बड़ी हो सकती है?

• प्राकृतिक घटनाएँ और मानव-निर्मित सिग्नल GPS में बाधा डाल सकते हैं।
• सौर ज्वालाएँ GPS उपकरणों के काम में बाधा डाल सकती हैं।
• जैमिंग (Jamming) सिग्नलों को रोकती है या उनमें बाधा डालती है। स्पूफिंग (Spoofing) में झूठे सिग्नल भेजे जाते हैं, जो रिसीवर को गलत जानकारी दे सकते हैं। दोनों से बिजली ग्रिड की समय व्यवस्था को खतरा होता है।
• अमेरिका उपयोगकर्ताओं को स्थिति, दिशानिर्देशन और समय के लिए वैकल्पिक व्यवस्था रखने की पुरजोर सलाह देता है।
• अमेरिकी अंतरिक्ष बल (US Space Force) रोजाना हस्तक्षेप और स्पूफिंग के हीट मैप प्रकाशित करता है।

वैकल्पिक व्यवस्था क्यों जरूरी है?

• कई प्रणालियाँ एक ही समय पर GPS से मिलने वाले समय पर निर्भर होती हैं।
• GPS सिग्नलों में बाधा आने या उनसे गलत जानकारी मिलने पर वैकल्पिक व्यवस्था समय या दिशानिर्देशन दे सकती है।
• सही वैकल्पिक व्यवस्था का चुनाव प्रणाली और उसकी सेवा की जरूरत पर निर्भर करता है।

GPS उपग्रह से दिशानिर्देशन देने वाली प्रणालियों में से एक है। इस सूची में चार वैश्विक और दो क्षेत्रीय प्रणालियाँ हैं।

कौन-कौन सी प्रणालियाँ मौजूद हैं?

• वैश्विक: GPS (अमेरिका), GLONASS (रूस), Galileo (यूरोपीय संघ) और BeiDou (चीन)।
• क्षेत्रीय: NavIC (भारत) और QZSS (जापान)।
• वैश्विक नौवहन उपग्रह प्रणाली (GNSS) एक उपग्रह प्रणाली है, जिसका उपयोग स्थान पता करने, रास्ता खोजने और सटीक समय बताने के लिए होता है।

NavIC क्या है?

• नेविगेशन विद इंडियन कॉन्स्टेलेशन (Navigation with Indian Constellation, NavIC) भारत की स्वतंत्र क्षेत्रीय नौवहन प्रणाली है। इसका पहले नाम भारतीय क्षेत्रीय नौवहन उपग्रह प्रणाली (IRNSS) था।
• NavIC को 7 उपग्रहों के साथ काम करने के लिए बनाया गया था। इसका मुख्य सेवा क्षेत्र भारत और उसकी सीमा से 1500 km दूर तक फैला है।
• NavIC आम नागरिकों के लिए मानक स्थिति सेवा और रणनीतिक उपयोगकर्ताओं के लिए प्रतिबंधित सेवा प्रदान करता है।
• 29 जुलाई 2026 को तीन उपग्रह स्थान, नौवहन और समय की सेवाएँ दे रहे थे। ये IRNSS-1B, IRNSS-1I और NVS-01 हैं।
• स्थान पता करने की बुनियादी प्रक्रिया के लिए चार उपग्रह चाहिए। 29 जुलाई 2026 को NavIC अपने दम पर स्थान नहीं बता सकता था, लेकिन उसकी समय सेवा काम कर रही थी।
• NVS-02 का प्रक्षेपण 29 जनवरी 2025 को हुआ था। इसकी कक्षा ऊँची करने की प्रक्रिया विफल रही, क्योंकि ऑक्सीकारक की पाइपलाइन के पायरो वाल्व को उसे चालू करने वाला संकेत नहीं मिला।
• 29 जुलाई 2026 को NVS-03 के प्रक्षेपण के लिए तैयार होने की जानकारी दी गई थी।

GAGAN क्या है?

• जीपीएस एडेड जियो ऑगमेंटेड नेविगेशन (GPS Aided GEO Augmented Navigation, GAGAN) भारत की उपग्रह आधारित संवर्धन प्रणाली है। भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (ISRO) और भारतीय विमानपत्तन प्राधिकरण ने इसे बनाया है।
• GAGAN ऐसे सुधार संकेत भेजता है, जो GPS की सटीकता बढ़ाते हैं। यह संकेतों की विश्वसनीयता की जानकारी भी देता है। जब कोई संकेत किसी खास उपयोग के लिए पर्याप्त भरोसेमंद न हो, तो यह उपयोगकर्ताओं को चेतावनी देता है।
• यह 2015 से पूरी तरह काम कर रहा है। यह GSAT-8, GSAT-10 और GSAT-15 पर लगे पेलोड का उपयोग करता है।
• जून 2026 में DGCA ने GAGAN का उपयोग करके एक वाणिज्यिक जेट विमान को उतरने के लिए भारत की पहली उपग्रह आधारित लैंडिंग प्रणाली की सहायता से आगे बढ़ाया।
• NavIC अपने नौवहन संकेत देता है। GAGAN, GPS के सुधार संकेत और संकेतों की विश्वसनीयता की जानकारी देता है; यह GPS की जगह लेने वाली अलग प्रणाली नहीं है।