El GPS: Seguridad y precisión gracias a la relatividad

El sistema de posicionamiento global (global positioning system, GPS) se usó por primera vez hace solo 25 años, con un fin militar: la Operación Tormenta del Desierto, como bautizó el Pentágono a la primera guerra del Golfo (1990-1991). Fue esencial para que las tropas terrestres de la coalición pudieran orientarse por el desierto, un terreno con un perfil geográfico tan monótono que había sido hasta entonces la pesadilla de cualquier estratega.

Para entonces el sistema era “rudimentario”: solo contaba con 16 de los 24 satélites necesarios en órbita, y por tanto solo cubría 19 horas al día, en lugar de las 24 actuales.

Los tres inventores del GPS tuvieron una relación muy estrecha con el Ejército de Estados Unidos. Roger Easton, que murió hace dos años, era un físico del Laboratorio de Investigación Naval desde los años cincuenta; Ivan Getting, fallecido en 2003, era un ingeniero militar durante la II Guerra Mundial, cuando contribuyó a parar algunas de las bombas V-1 que los alemanes dirigieron contra Londres, y el ingeniero Bradford Parkinson sigue siendo un coronel retirado de las fuerzas aéreas.

Aún hoy, y pese a su universalización en la vida civil, el GPS sigue teniendo un uso militar esencial, y más avanzado que el civil. Según los datos de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, dos tercios de las municiones que se usan hoy contra el Estado Islámico (ISIS, en inglés) dependen de un modo u otro de sistemas de dirección por GPS.

En sentido estricto, las siglas GPS se refieren solo al sistema norteamericano de 24 satélites, que fue el primero en facilitar una versión civil pública a todo el planeta, lo que ocurrió bajo la Administración de Bill Clinton, a mediados de los años noventa. Rusia mantiene también su propia constelación (Glonass, por global navigation satellite system). La Unión Europea tiene desde 2007 su propio proyecto, llamado Galileo, y que estará en operación completa dentro de cuatro años, presupuesto mediante. Y China, que desde hace tiempo es una potencia espacial, lanzó sus dos primeros satélites de posicionamiento en 2000, y también prevé tener en órbita la red completa para 2020. Se llamará BeiDou-2.

El sistema determina la posición midiendo la distancia que separa el objeto de tres, cuatro o más satélites. Pero calcula la distancia midiendo el tiempo que la señal tarda en viajar del objeto a cada satélite, que es solo de una fracción de segundo. Esto implica dos cosas: la primera, que los satélites necesitan llevar incorporados los relojes más precisos que existen hoy, basados en las oscilaciones de los átomos de cesio. Son relojes avalados por la física cuántica, con un montón de conocimiento detrás. La segunda es nada menos que la relatividad de Einstein, el fundamento de la cosmología moderna.

Los satélites se mueven ahí arriba a 14.000 kilómetros por hora, lo bastante deprisa para que el tiempo transcurra más despacio allí que aquí, según la relatividad especial que Einstein formuló en 1905. Pero, además, como los satélites están a 20.000 kilómetros de altura, la gravedad allí es menor que en la tierra, y eso hace que el tiempo transcurra allí más deprisa, según la relatividad general que Einstein formuló 10 años después. Combinando un efecto con el otro, se puede calcular que los relojes atómicos de los satélites tienen un desfase de 38 microsegundos al día con los nuestros. Es lo bastante para causar un error de 11 kilómetros en el cálculo de la posición y, en consecuencia, arruinar por completo el sistema entero. En ese sentido, el GPS funciona gracias a Einstein.