Global Navigation Satellite System (GNSS) adalah nama kolektif untuk semua konstelasi satelit yang menyediakan layanan Posisi, Navigasi, dan Waktu (PNT) global. Sejarah GNSS adalah narasi perpaduan antara fisika, kebutuhan militer, dan kemajuan teknologi sipil.
I. Asal Usul Fisika dan Konsep Awal
Fondasi GNSS tidak dimulai dengan satelit, melainkan dengan pemahaman mendalam tentang gelombang radio dan relativitas.
A. Efek Doppler (1957)
Titik balik sebenarnya terjadi pada tahun 1957, setelah peluncuran Sputnik 1 oleh Uni Soviet. Ilmuwan Amerika, Richard B. Kershner dan George C. Weiffenbach, memantau transmisi radio Sputnik dan menemukan fenomena:
Saat satelit mendekat, frekuensi sinyalnya tampak tinggi.
Saat satelit menjauh, frekuensi sinyalnya tampak rendah.
Ini adalah Efek Doppler. Mereka segera menyadari bahwa dengan mengukur perubahan frekuensi ini (Doppler Shift), posisi penerima di Bumi dapat dihitung jika posisi orbit satelit diketahui. Penemuan ini memicu pengembangan sistem navigasi satelit pertama.
B. Sistem Transit (1964)
Berdasarkan prinsip Doppler, Angkatan Laut AS mengembangkan NAVSTAR Transit (atau NNSS). Transit adalah sistem navigasi satelit operasional pertama di dunia, yang dirancang untuk kapal selam rudal balistik.
Kelemahan: Transit hanya terdiri dari lima satelit di orbit kutub rendah. Hal ini berarti pengguna hanya bisa mendapatkan pembaruan posisi setiap satu jam sekali, bukan secara kontinu (real-time).
C. Relativitas Khusus dan Umum
Untuk mencapai akurasi meter yang dibutuhkan GPS, para ilmuwan harus mengatasi tantangan fisika yang sangat fundamental: Relativitas.
Relativitas Khusus (Kecepatan Tinggi): Karena satelit GPS bergerak sangat cepat ($~14.000$ km/jam), jam atom mereka tampak berjalan lebih lambat bagi pengamat di Bumi.
Relativitas Umum (Gravitasi Rendah): Karena satelit berada pada gravitasi yang lebih lemah (di orbit MEO), jam mereka berjalan lebih cepat dibandingkan jam di Bumi.
Tanpa koreksi yang rumit, kedua efek ini akan menghasilkan kesalahan posisi kumulatif lebih dari 10 kilometer per hari. Oleh karena itu, jam atom pada satelit GPS sengaja dibuat berdetak sedikit lebih lambat di Bumi sebelum peluncuran, untuk mengkompensasi efek relativistik ini.