すべてはスプートニクから始まった。当時は冷戦における大きな敗北と思われたスプートニクは、20世紀、そしておそらく21世紀においても最も重要な技術の一つを生み出すきっかけとなった。
1957年10月4日のことでした。MITの科学者たちは、ロシアの小型衛星が発信する無線信号の周波数が、接近するにつれて増加し、遠ざかるにつれて減少することに気づきました。これはドップラー効果によるもので、車が猛スピードで通過する際にクラクションの音色が変化するのと同じ現象です。
このことから、科学者たちは壮大なアイデアを思いつきました。衛星が発信する無線信号の周波数を測定することで地上から衛星を追跡でき、逆に地上の受信機の位置は衛星からの距離で追跡できるのです。つまり、これが現代のGPSの概念的基盤です。スマートフォンや車のダッシュボードに搭載されているGPS受信機は、頭上を漂う4つ以上の衛星からの無線信号を受信するまでの時間を測定することで、自身の位置、速度、高度を学習します。
GPSはスプートニク以来、長い道のりを歩んできました。その道のりにおける主要なマイルストーンをご紹介します。
1959年、海軍は世界初の本格的な衛星航法システム「TRANSIT」を開発しました。潜水艦の位置特定を目的として設計されたこのシステムは、当初は6基の衛星を搭載していましたが、最終的には10基にまで増強されました。潜水艦は衛星からの信号を受信するのに何時間も待たされることもありましたが、このモデルは宇宙空間の衛星から継続的に信号を受信する真のGPSの基盤となりました。
1963年、エアロスペース・コーポレーションは、地上の受信機に継続的に信号を送信し、地表または空中を高速で移動する車両の位置を特定できる宇宙衛星システムを提案する軍事研究を完了しました。この研究は、今日私たちが知っているGPSの概念を初めて提示しました。地上の車両に搭載された受信機は、衛星からの無線信号の送信時間を測定することで、正確な位置座標を導き出します。
1974年、軍は11年間にわたるGPSシステムの開発を経て、24機の衛星からなるGPSシステム「NAVSTAR」の最初の衛星を打ち上げた。この衛星とその後の多くの衛星は、NAVSTARのコンセプトを試験することを目的としていた。
1978～1985年、軍はNAVSTARシステムの試験のため、さらに11機の試験衛星を宇宙に打ち上げました。NAVSTARシステムは当時、単に「GPSシステム」と呼ばれていました。これらの衛星には原子時計が搭載され、送信時刻をより正確に測定しました。これらの衛星の一部（1980年以降）には、核兵器の発射または爆発を検知するためのセンサーが搭載されていました。
1983年、大韓航空7便がカムチャッカ半島上空のソ連領空にコースを外れて進路を外れたためロシア軍に撃墜された直後、レーガン大統領は航行と航空の安全性を向上させるため、民間の商用航空機すべてにGPSシステム（完成次第）の使用を許可することを提案した。
1985年、政府は民間企業と契約し、「航空機搭載型、船舶搭載型、携帯型」のGPS受信機を開発。
1989年、空軍は長年の試験を経て、ついに初の完全運用可能なGPS衛星を宇宙に打ち上げました。空軍は当初、この衛星をスペースシャトルで打ち上げる予定でしたが、1986年のチャレンジャー号の事故を受けて計画を変更し、デルタIIロケットを使用しました。
1989年、マゼラン社は、米国で初めて携帯型ナビゲーションデバイス「マゼランNAV 1000」を市場に投入したと主張しました。
1990国防総省は、軍事上の敵対勢力が GPS システムを悪用するのではないかと懸念し、システムの精度を意図的に下げることに決定した。
1994年、 FAAとビル・クリントンは世界中の航空業界に対し、GPSシステムを「予見可能な将来」まで無料で使い続けることができると伝える。
1995年GPSシステムの初版は、27基の完全運用可能なGPS衛星からなる「コンステレーション」の最後の1基が宇宙に打ち上げられた1995年にようやく完了しました。この27基のうち3基は、故障した24基の運用衛星を迅速に交換するための予備機として使用されました。重量3,000～4,000ポンドのこれらの衛星は、1日に地球を2周しました。これらの衛星のうち少なくとも4基は、地球上のどこからでも昼夜を問わず観測できるように配置されていました。
1998年、アル・ゴア副大統領は、GPS衛星から2つの追加信号を発信させ、民間（非軍事）用途、特に航空機の安全性向上に利用する計画を発表しました。この計画（「GPS III」と呼ばれる）は2000年に議会で承認されました。
1999年、携帯電話メーカーのベネフォンは、初の市販GPS搭載携帯電話「Benefon Esc!」を発売しました。このGSM携帯電話は主にヨーロッパで販売されましたが、その後、GPS対応の携帯電話が数多く登場しました。
2000年、国防総省は湾岸戦争前に導入したGPSの意図的な性能低下を終了しました。GPSの精度は一夜にして10倍向上し、漁業から林業、貨物管理まで、あらゆる産業ですぐに利用されるようになりました。
2001年、 GPS受信機の技術が格段に小型化、低価格化するにつれ、民間企業はTom TomやGarvinの車載ナビゲーションデバイスのような個人用GPS製品を次々と発売し始めました。
2004年、クアルコムは、携帯電話がGPS信号と組み合わせて携帯電話信号を使用し、ユーザーの実際の位置から数フィート以内の位置を特定できるようにする「アシストGPS」技術を開発し、テストしたと発表した。
2005年、「ブロックII」と呼ばれる新世代GPS衛星の初号機がケープカナベラルから打ち上げられました。この新型衛星は、専用の民間用第二チャンネルで信号を送信しました。
2009年、米国会計検査院（GAO）は報告書を発表し、58億ドルを投じたGPS衛星のアップグレード計画は技術的問題、予算超過、遅延が多発し、2010年には一部の衛星が故障する可能性があると警告した。これを受け、空軍は「性能基準を継続的に超過できなくなるリスクはわずかだ」と述べ、懸念を払拭しようと躍起になった。
2010～2011年空軍は2010年と2011年にそれぞれ1基ずつ、2つの新しいGPS衛星を打ち上げました。これらの衛星は、2014年に次世代の「ブロックIII」衛星の打ち上げが開始されるまで、衛星群の運用を維持することを目的としています。新しいブロックIII衛星は、民間GPS信号を追加し、既存のGPSサービスのパフォーマンスを向上させます。
2012年現在、空軍は31基の運用中のGPS衛星と、必要に応じて再稼働可能な3基の退役衛星からなる衛星群を管理しています。この衛星群は、少なくとも24基のGPS衛星が95%の稼働率で稼働するように管理されています。10月4日、空軍は次期GPS衛星群となるGPS IIF-3衛星を宇宙に打ち上げる予定です。
出典: ランド研究所、米国海軍天文台、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス、GPS.gov
