GPS: Global Positioning System

No dia 04 de Outubro de 1957 foi lançado o Sputnik 1. Construído pela União Soviética, foi o primeiro satélite artificial da história. Uma esfera metálica de alumínio altamente polida, possuindo cerca de 58 cm de diâmetro e 83,6 kg, que marcou o início da Era Espacial, no auge da Guerra Fria.

O lançamento serviu para intensificar a corrida armamentista e aumentar a rivalidade entre os Estados Unidos da América e a União Soviética. O satélite soviético era muito mais pesado do que qualquer coisa que os Estados Unidos estavam desenvolvendo na época, e seu lançamento bem-sucedido foi rapidamente seguido pelos seus dois sucessores: o Sputnik 2, que carregava a bordo a cadela Laika, o primeiro ser vivo a ser enviado ao espaço; e o Sputnik 3, que já pesava mais de uma tonelada e permaneceu em órbita por aproximadamente dois anos.

Réplica do Satélite Sputnik 1

Fonte: Korolev (via Wikimedia Commons)

Com o objetivo de acompanhar o Sputnik I, os físicos estadunidenses William Guier e George Weiffenbach, do Applied Physics Laboratory (APL), usaram um receptor de rádio e conhecimento avançado em processamento de sinais para analisar o sinal transmitido pelo satélite. Para isso, não focaram somente no sinal em si, mas na variação desse sinal, nomeada como Efeito Doppler. 

Ilustração do Efeito Doppler

Referência: Efeito doppler: O que é, som, luz e fórmulas - Toda Matéria

Este efeito trata-se de uma mudança na frequência ou no comprimento de onda percebido por um observador em movimento relativo à fonte da onda. Para ajustar os desvios Doppler, os físicos consideraram o modelo predito pelas leis de Kepler.

O vice-diretor do APL, Frank T. McClure, ao perceber que era possível analisar a variação desses sinais, pensou: se podemos determinar a órbita de um objeto conhecendo nossa posição, então podemos determinar nossa posição conhecendo a órbita de um objeto. Isso significa que, ao comparar as curvas previstas para diferentes localizações, o sistema pode calcular a posição exata do receptor. Ou seja, medir a passagem de um único satélite restringe a posição a uma série de pontos possíveis, segundo o princípio de triangulação hiperbólica. Esse princípio refere-se à técnica de multilateração, que utiliza a diferença de tempo na recepção dos sinais, de modo que a localização de um dispositivo emissor é feita pela triangulação dos dados de sinal que emite, os quais são recebidos por receptores localizados em um espaço conhecido.

Essa ideia genial iniciou o desenvolvimento do primeiro sistema de navegação por satélite do mundo, chamado TRANSIT. Entrando em operação em 1964, sendo usado pela Marinha dos EUA. Navios e submarinos precisavam esperar em torno de 1 minuto e 40 segundos para que o satélite entrasse no campo de visão e registrasse o Desvio Doppler do sinal recebido e a mensagem de navegação, que durava em torno de 10 a 20 minutos. Ou seja, apesar de ter sido uma ferramenta de grande ajuda, exigia um tempo considerável para ser usada. Esse projeto foi o precursor direto do que viria a ser o GPS.

A ideia do GPS moderno foi proposta em 1973 pelo Departamento de Defesa dos EUA, com o objetivo de fornecer navegação precisa em qualquer lugar do mundo. O primeiro satélite GPS, o NAVSTAR 1, foi lançado em 1978, inaugurando uma era de revolução na navegação.

O objetivo inicial era criar um sistema de navegação global que pudesse fornecer informações precisas de localização para forças militares. No entanto, em maio de 2000, o presidente Clinton ordenou ao governo americano que descontinuasse a exclusividade aos militares e tornasse o GPS acessível a usuários civis e comerciais em todo o mundo. Por isso, o nome “GPS” foi escolhido por ser simples e fácil de lembrar, substituindo o nome técnico original, NAVSTAR. Isso reflete a intenção dos EUA de popularizar a tecnologia além de seu uso militar.

O GPS moderno funciona graças a uma constelação de satélites que orbitam a Terra e enviam sinais de rádio continuamente. Cada um desses satélites possui um relógio extremamente preciso, chamado de relógio atômico, que marca a hora exata em que o sinal foi transmitido. Junto com essa informação de tempo, o satélite também envia dados sobre sua própria posição na órbita.

Imagem de radares que monitoram satélites e detritos espaciais na Terra.

Fonte:LeoLabs

Quando um celular ou aparelho de GPS recebe esse sinal, ele compara o horário enviado pelo satélite com o horário registrado pelo próprio aparelho. A diferença entre esses dois tempos mostra quanto tempo o sinal demorou para viajar do satélite até o receptor. Como a velocidade de propagação desse sinal é a da luz, o aparelho consegue calcular a distância até o satélite multiplicando tempo por velocidade da luz. Essa distância calculada é chamada de pseudodistância, porque ainda pode conter pequenos erros, principalmente devido à imprecisão do relógio comum do celular.

Com a distância de até de um satélite apenas, o aparelho saberia que está em algum ponto de uma esfera em torno dele. Com dois satélites, a posição já se restringe à interseção de duas esferas. Com três, restam apenas dois pontos possíveis, e um deles pode ser descartado por não fazer sentido (por exemplo, estar no espaço). Porém, ainda existe um problema: o relógio do celular não é tão preciso quanto o dos satélites, e isso introduz um erro em todos os cálculos. Para corrigir isso, o aparelho precisa de um quarto satélite. Assim, é possível resolver matematicamente quatro incógnitas: as três coordenadas da posição (latitude, longitude e altitude) e o erro do relógio do receptor. Depois de realizar esse cálculo, o GPS converte a posição obtida para um sistema de referência global, como o WGS84, e exibe a localização no mapa. Esse processo todo acontece em questão de segundos.

Um detalhe curioso é que os engenheiros tiveram que levar em conta os efeitos da teoria da relatividade de Einstein. Isso porque os satélites estão em alta velocidade em relação à Terra e em um campo gravitacional mais fraco, o que faz o tempo passar em ritmos diferentes em comparação ao nível do solo. Se não fossem feitas correções relativísticas, os erros se acumulariam em poucos minutos e a posição calculada ficaria totalmente incorreta.

No dia a dia, a precisão de um GPS comum em celulares varia de 3 a 10 metros. Com correções adicionais, pode chegar a 1–3 metros, e em aplicações profissionais, a centímetros. Além disso, os receptores modernos não dependem apenas do GPS americano: eles conseguem combinar sinais de outros sistemas de navegação por satélite, como o GLONASS (Rússia), o Galileo (União Europeia) e o BeiDou (China), aumentando ainda mais a confiabilidade e a precisão da localização.

Uma pequena linha do tempo do contexto da criação do GPS

Fonte: Evolution of GPS: From Military to Modern Applications

O GPS tornou-se essencial no mundo moderno. Ele não só guia pessoas em viagens e rotas do dia a dia, mas também sustenta setores inteiros, como aviação, transporte marítimo, agricultura, telecomunicações e até operações de resgate. Em poucas décadas, passou de uma ferramenta militar da Guerra Fria a uma tecnologia indispensável, moldando a forma como nos orientamos, nos comunicamos e organizamos a vida em escala global.

Referências: 

FLUENT WAY IDIOMAS. O papel dos EUA na criação do GPS: fatos e curiosidades. Disponível em: https://fluentwayidiomas.com/o-papel-dos-eua-na-criacao-do-gps-fatos-e-curiosidades/. Acesso em: 09 set. 2025.YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A.; 

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STEPHENS, Holly. The History of GPS. Spytec Blog, 2 jul. 2025. Disponível em: https://spytec.com/blogs/news/the-history-of-gps. Acesso em: 03 set. 2025.

TRIMBLE. The History of the Global Positioning System. Disponível em: https://applanix.trimble.com/en/resources/external-publications/the-history-of-the-global-positioning-system-2. Acesso em: 03 set. 2025.

YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A.; Física II: Sears e Zemansky – Termodinâmica e Ondas. 14. ed. Tradução de Daniel Vieira. Revisão técnica de Adir Moysés Luiz. São Paulo: Pearson, 2016.