Omega (sistema de navegación)

Para obtener una posición en cualquier sistema de navegación, se requieren dos mediciones. Normalmente, estas se toman con respecto a objetos fijos, como puntos de referencia importantes o la ubicación conocida de torres de transmisión de radio. Midiendo el ángulo con respecto a dos de estos puntos, se puede determinar la posición del navegante. Alternativamente, se puede medir el ángulo y la distancia a un solo objeto, o la distancia a dos objetos.

La introducción de los sistemas de radio durante el siglo XX aumentó drásticamente las distancias a las que se podían realizar mediciones. Dicho sistema también exigía una mayor precisión en las mediciones: un error de un grado en el ángulo podía ser aceptable al determinar la posición de un faro a pocos kilómetros de distancia, pero resultaba de poca utilidad al utilizarlo en una estación de radio a 480 kilómetros (300 millas) de distancia. Se desarrollaron diversos métodos para obtener posiciones con imprecisiones angulares relativamente pequeñas, pero incluso estos generalmente solo eran útiles para sistemas de corto alcance. 

La misma electrónica que hacía funcionar los sistemas de radio básicos introdujo la posibilidad de realizar mediciones de retardo de tiempo muy precisas y, por lo tanto, mediciones de distancia de gran exactitud. El problema radicaba en saber cuándo se iniciaba la transmisión. Con el radar , esto era sencillo, ya que el transmisor y el receptor solían estar en la misma ubicación. Medir el retardo entre el envío de la señal y la recepción del eco permitía una medición precisa del alcance.

Para otros usos, como la navegación aérea , el receptor debía conocer la hora exacta de transmisión de la señal. Esto no era posible con la electrónica de la época. En su lugar, se sincronizaban dos estaciones utilizando una de las señales transmitidas como disparador para la segunda señal tras un retardo fijo. Comparando el retardo medido entre las dos señales con el retardo conocido, se determinaba que la posición de la aeronave se encontraba a lo largo de una línea curva en el espacio. Al realizar dos mediciones de este tipo en estaciones muy distantes, las líneas resultantes se superponían en dos puntos. Estos puntos solían estar lo suficientemente separados como para permitir que los sistemas de navegación convencionales, como la navegación a estima , descartaran la solución de posición incorrecta.

El primero de estos sistemas de navegación hiperbólica fue el Gee y el Decca del Reino Unido , seguidos por los sistemas LORAN y LORAN-C de Estados Unidos. El LORAN-C ofrecía una navegación precisa a distancias superiores a los 1000 kilómetros (620 millas) y, al ubicar "cadenas" de estaciones alrededor del mundo, proporcionaba una cobertura moderadamente amplia. 

La clave del funcionamiento del sistema hiperbólico residía en el uso de un transmisor para emitir la señal maestra, que los transmisores secundarios utilizaban como señal de activación. Esto limitaba el alcance máximo del sistema. Para distancias muy cortas, de decenas de kilómetros, la señal de activación podía transmitirse por cable. Para distancias largas, la señalización inalámbrica resultaba más práctica, pero todos estos sistemas presentaban limitaciones de alcance de diversa índole.

Es posible la comunicación por radio a muy larga distancia mediante técnicas de onda larga (bajas frecuencias), lo que permite un sistema hiperbólico a escala planetaria. Sin embargo, a esas distancias, las señales de radio no viajan en línea recta, sino que se reflejan en diversas regiones sobre la Tierra, conocidas colectivamente como ionosfera . A frecuencias medias, esto parece "curvar" o refractar la señal más allá del horizonte. A frecuencias más bajas, VLF y ELF, la señal se refleja en la ionosfera y el suelo, lo que le permite viajar grandes distancias en múltiples "saltos". No obstante, es muy difícil sincronizar varias estaciones utilizando estas señales, ya que podrían recibirse varias veces desde diferentes direcciones al final de distintos saltos.

El problema de la sincronización de estaciones muy distantes se resolvió con la introducción del reloj atómico en la década de 1950, que se comercializó en formato portátil en la década de 1960. Según el tipo (por ejemplo, rubidio , cesio , hidrógeno ), los relojes tenían una precisión del orden de 1 parte en 10¹⁰ ^a mejor que 1 parte en ^10¹² o una desviación de aproximadamente 1 segundo cada 30 millones de años. Esto es más preciso que el sistema de cronometraje utilizado por las estaciones maestras y secundarias.

Para entonces, los sistemas Loran-C y Decca Navigator dominaban las funciones de alcance medio, mientras que el alcance corto estaba bien cubierto por los sistemas VOR y DME . El elevado coste de los relojes, la falta de necesidad y la precisión limitada de un sistema de onda larga eliminaron la necesidad de dicho sistema para muchas funciones.

Sin embargo, la Armada de los Estados Unidos tenía una necesidad específica de un sistema de este tipo, ya que estaba en proceso de implementar el sistema de navegación por satélite TRANSIT . TRANSIT fue diseñado para permitir mediciones de ubicación en cualquier punto del planeta, con la precisión suficiente para servir de referencia a un sistema de navegación inercial (INS). Las correcciones periódicas reiniciaban el INS, que luego podía utilizarse para la navegación durante períodos de tiempo y distancias más prolongadas.

Se creía que TRANSIT generaba dos posibles ubicaciones para cualquier medición, una a cada lado de la subtrayectoria orbital. Dado que la medición es el desplazamiento Doppler de la frecuencia portadora, la rotación de la Tierra es suficiente para resolver la diferencia. La superficie terrestre en el ecuador se mueve a una velocidad de 460 metros por segundo, o aproximadamente 1000 millas por hora.

Omega fue aprobado para su desarrollo en 1968 con ocho transmisores y la capacidad de alcanzar una precisión de 6,4 km (4 millas) al determinar una posición. Cada estación Omega transmitía una secuencia de tres señales de muy baja frecuencia (VLF) (10,2 kHz, 13,6 kHz, 11,333... kHz en ese orden) más una cuarta frecuencia que era única para cada una de las ocho estaciones. La duración de cada pulso (que oscilaba entre 0,9 y 1,2 segundos, con intervalos de silencio de 0,2 segundos entre cada pulso) variaba según un patrón fijo y se repetía cada diez segundos; este patrón de 10 segundos era común a las 8 estaciones y estaba sincronizado con el ángulo de fase de la portadora, que a su vez estaba sincronizado con el reloj atómico maestro local. Los pulsos dentro de cada grupo de 10 segundos se identificaban con las primeras 8 letras del alfabeto en las publicaciones de Omega de la época.   

La envolvente de los pulsos individuales podía utilizarse para establecer la sincronización interna de un receptor dentro del patrón de 10 segundos. Sin embargo, era la fase de las señales recibidas dentro de cada pulso la que se utilizaba para determinar el tiempo de tránsito del transmisor al receptor. Mediante geometría hiperbólica y principios de radionavegación, se podía obtener una posición con una precisión del orden de 5 a 10 kilómetros (3,1 a 6,2 millas) en todo el mundo a cualquier hora del día. Omega empleaba técnicas de radionavegación hiperbólica y la cadena operaba en la porción VLF del espectro entre 10 y 14 kHz . Cerca del final de su vida útil de 26 años, Omega evolucionó hasta convertirse en un sistema utilizado principalmente por la comunidad civil. Al recibir señales de tres estaciones, un receptor Omega podía localizar una posición con una precisión de 4 millas náuticas (7,4 km) utilizando el principio de comparación de fase de las señales. ^{[ 1 ]}  

Las estaciones Omega utilizaban antenas muy extensas para transmitir en frecuencias muy bajas (VLF). Esto se debe a que la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia (longitud de onda en metros = 299.792.458 / frecuencia en Hz), y la eficiencia del transmisor se degrada considerablemente si la longitud de la antena es menor que 1/4 de la longitud de onda. Utilizaban mástiles arriostrados, aislados o conectados a tierra, con antenas tipo paraguas, o bien tendidos de cables que cruzaban valles y fiordos. Algunas antenas Omega eran las construcciones más altas del continente donde se ubicaban o aún se ubican.

Cuando seis de las ocho estaciones de la cadena entraron en funcionamiento en 1971, las operaciones diarias fueron gestionadas por la Guardia Costera de los Estados Unidos en colaboración con Argentina , Noruega, Liberia y Francia. Las estaciones japonesa y australiana entraron en funcionamiento varios años después. El personal de la Guardia Costera operaba dos estaciones estadounidenses: una en LaMoure, Dakota del Norte , y la otra en Kaneohe , Hawái , en la isla de Oahu .

Debido al éxito del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) , el uso de Omega disminuyó durante la década de 1990, hasta el punto de que el costo de operación de Omega dejó de ser justificable. Omega fue clausurada definitivamente el 30 de septiembre de 1997. Varias de las torres fueron demolidas poco después.

Algunas de las estaciones, como la estación LaMoure , se utilizan ahora para comunicaciones submarinas .

El transmisor Omega de Bratland (estación A – 66°25′15″N 13°09′02″E / 66.420833°N 13.150555°E / 66.420833; 13.150555 ( Edificio del transmisor Omega de Bratland ) ) situado cerca de Aldra era el único transmisor Omega europeo. Utilizaba una antena muy inusual, que consistía en varios cables tendidos sobre un fiordo entre dos anclajes de hormigón separados por 3.500 metros (11.500 pies) , uno en 66°25′27″N 013°10′01″E / 66.42417°N 13.16694°E / 66.42417; 13.16694 ( Transmisor Omega de Bratland, Anchor Point Este ) y el otro en 66°24′53″N 013°05′19″E / 66.41472°N 13.08861°E / 66.41472; 13.08861 ( Transmisor Omega de Bratland, Anchor Point Oeste ) . Uno de los bloques estaba ubicado en la Noruega continental, el otro en la isla de Aldra . La antena fue desmantelada en 2002. 

El transmisor Trinidad Omega (estación B hasta 1976, reemplazada por la estación en Paynesville, Liberia), ubicado en Chaguaramas , Trinidad y Tobago (en 10°41′58″N 61°38′19″W / 10.69938°N 61.638708°W / 10.69938; -61.638708 ), utilizaba un cable tendido sobre un valle como antena. Los edificios del sitio aún se conservan.

El 26 de abril de 1988, un incendio forestal en las cercanías se propagó rápidamente al cercano búnker de armas y municiones de Camp Omega, provocando una explosión. Cuatro bomberos y dos soldados fallecieron al intentar controlar la situación, y varios agentes de seguridad nacional resultaron heridos. La explosión fue registrada en la escala de Richter y se encontraron restos del búnker a cientos de metros de distancia. El gobierno de Trinidad y Tobago designó el 26 de abril de cada año como el Día de Homenaje a los Agentes de Seguridad Nacional caídos en combate.

El transmisor Omega de Paynesville (estación B – 06°18′20″N 010°39′44″W / 6.30556°N 10.66222°W / 6.30556; -10.66222 ) se inauguró en 1976 y utilizaba una antena tipo paraguas montada en un mástil arriostrado de celosía de acero de 417 metros de altura . Fue la estructura más alta jamás construida en África. La estación fue entregada al gobierno liberiano tras el cierre del Sistema de Navegación Omega el 30 de septiembre de 1997. El acceso a la torre era libre y era posible escalar el mástil abandonado hasta su demolición el 10 de mayo de 2011. El área que ocupaba el transmisor se utilizará para construir un moderno complejo comercial que proporcionará espacio adicional para los comerciantes locales y reducirá la congestión en el Mercado de la Luz Roja de Paynesville, el mercado de alimentos más grande de Liberia. ^{[ 5 ]}

El transmisor Omega de Kaneohe (estación C – 21°24′17″N 157°49′51″W / 21.404700°N 157.830822°W / 21.404700; -157.830822 ) fue una de las dos estaciones operadas por la Guardia Costera de los Estados Unidos. Fue inaugurado en 1943 como un transmisor VLF para comunicaciones submarinas. La antena era un cable tendido sobre el valle de Haiku . A finales de la década de 1960, se convirtió en un transmisor OMEGA.

El transmisor Omega de LaMoure (estación D), situado cerca de LaMoure, Dakota del Norte , EE. UU., en las coordenadas 46°21′57″N 98°20′08″W / 46.365944°N 98.335617°W / 46.365944; -98.335617 , era la otra estación operada por la Guardia Costera de los Estados Unidos (USCG). Utilizaba un mástil arriostrado de 365,25 metros de altura (1198,3 pies) aislado del suelo como antena. Tras el cierre de OMEGA, la estación se convirtió en NRTF LaMoure , un sitio de comunicaciones submarinas VLF . 

El transmisor Omega de Chabrier (estación E), ubicado cerca de Chabrier en la isla de Reunión , en el Océano Índico, en las coordenadas 20°58′27″S 55°17′24″E / 20.97417°S 55.29000°E / -20.97417; 55.29000 , utilizaba una antena tipo paraguas instalada en un mástil arriostrado de 428 metros de altura . El mástil fue demolido con explosivos el 14 de abril de 1999.

Estación F, Trelew, Argentina. Demolida en 1998.

Estación G, cerca de Woodside, Victoria. Dejó de emitir señales Omega en 1997, se convirtió en una torre de comunicaciones submarinas y fue demolida en 2015.

El transmisor Omega de Shushi-Wan (estación H), situado cerca de Shushi-Wan en la isla de Tsushima , en las coordenadas 34°36′53″N 129°27′13″E / 34.61472°N 129.45361°E / 34.61472; 129.45361, utilizaba como antena un mástil tubular de acero de 389 metros de altura (1276 pies) , aislado del suelo. Este mástil, construido en 1973 y que era la estructura más alta de Japón (y quizás el mástil tubular de acero más alto jamás construido), fue desmantelado en 1998 con una grúa. En su antiguo emplazamiento, se construyó un monumento de aproximadamente 8 metros de altura (26 pies) que consta de la base del mástil (sin el aislante) y un segmento. En el lugar donde se encontraba el antiguo edificio de la hélice, ahora hay un parque infantil.