1. Cómo calcula un barco su posición cuando solo lo rodea el océano
Cuando todo lo que rodea a un barco es océano, no hay edificios ni montañas en los que apoyarse. Aun así, la nave puede conocer su posición con una precisión aproximada de 10 metros. Lo que utiliza son señales de radio que llegan desde muy alto en el cielo. Se dice que los satélites GPS orbitan a una altitud de aproximadamente 20.200 km [4]. Cada satélite envía continuamente información sobre su propia posición y la hora actual mediante ondas de radio. El receptor del barco mide cuánto tiempo tardó la señal en viajar desde el satélite hasta él y convierte ese tiempo en distancia [2].
Saber la distancia a un solo satélite solo indica que el barco está en algún lugar de la superficie de una esfera con ese radio. Según la explicación del Instituto Geográfico de Japón, se necesita conocer simultáneamente la distancia a 4 o más satélites para determinar la posición exacta del punto de observación [2]. Es similar a calcular la distancia a unos fuegos artificiales usando la diferencia de tiempo entre ver la luz y escuchar el sonido. Sin embargo, en el GPS no se usa luz y sonido, sino ondas de radio y la información horaria para obtener la diferencia de tiempo.
El error de este método (posicionamiento independiente) es de unos 10 m debido a factores como la posición del satélite y los retardos en las señales [2]. Aunque varía según las condiciones, es un margen útil para el océano abierto. Pero ten en cuenta que las ondas de radio viajan 1 metro en unos 3,3 nanosegundos. Si los relojes se desvían ligeramente, la distancia calculada cambia drásticamente. En la siguiente sección hablaremos de esos relojes.
2. Por qué un pequeño error en los relojes de los satélites causa grandes errores de posición
El tiempo que tarda una onda de radio en recorrer 1 metro es de unos 3,3 nanosegundos (3,3 veces la milmillonésima parte de un segundo). Este valor se calcula asumiendo que la velocidad de la luz es de aproximadamente 300 millones de m/s. Si los relojes se desajustan apenas, las distancias calculadas se desvían rápidamente en gran medida.
Sin embargo, los relojes de los satélites que vuelan sobre el cielo no avanzan a la misma velocidad que los relojes en tierra. Esto ocurre porque actúan efectos de la teoría de la relatividad. Según la explicación de Ashby, la corrección de frecuencia para los relojes satelitales es de aproximadamente 4,4645 × 10 elevado a -10, lo que equivale a unos 38,6 microsegundos por día. Si no se corrige esto, los errores de navegación superan los 11 km en un solo día [1].
Si multiplicamos esos 38,6 microsegundos por la velocidad de la luz, obtenemos unos 11,6 km. Este cálculo coincide con la cifra de "más de 11 km" mencionada en los materiales. Comparado con los 3,3 nanosegundos anteriores, 38,6 microsegundos es más de 10.000 veces mayor.
Por lo tanto, los relojes de los satélites se ajustan previamente para tener en cuenta las diferencias causadas por la relatividad. Que el punto de posición en un barco caiga dentro de un rango de unos 10 metros depende de ajustes, incluida la corrección previa de los relojes satelitales.
Así es como se obtiene el punto de posición. Pero, ¿en qué mapa se coloca ese punto?
3. Cómo se coloca la posición del barco en un mapa digital (la carta náutica)
Aunque un barco conozca su posición, necesita un mapa para verla. Los mapas marinos se llaman cartas náuticas y contienen información como la profundidad del agua, la ubicación de faros y la velocidad y dirección de las corrientes marinas. Con excepción de algunos barcos muy pequeños, todas las embarcaciones están obligadas a llevar cartas náuticas a bordo [5].
Las cartas electrónicas (ENC) son versiones digitalizadas de estas cartas de navegación según los estándares de la Organización Hidrográfica Internacional (IHO), almacenadas en medios electrónicos. En los barcos, se muestran en pantallas de sistemas de visualización de cartas electrónicas y sistemas de información (ECDIS). Sobre ellas se superponen la posición del propio barco, imágenes de radar y otros datos [5]. Es decir, el punto calculado por GPS se coloca directamente sobre la carta náutica.
Se puede configurar una alerta para avisar si el punto se acerca a zonas poco profundas o cerca de rocas. Sin embargo, según una advertencia emitida por un grupo asegurador británico de propietarios de barcos, dependiendo de la configuración de alarma y del modo de visualización en pantalla, algunos bancos aislados pueden no aparecer. Las cartas electrónicas son herramientas que requieren entender su configuración.
En Japón, las ENC son publicadas por el Departamento de Información Marina de la Guardia Costera y distribuidas cifradas por la Asociación Hidrográfica de Japón. Los datos se dividen en "celdas" por área marina y se eligen según el propósito de la navegación [6].
También se han establecido normas internacionales. En 2000, la Organización Marítima Internacional (OMI) modificó las reglas del convenio SOLAS para reconocer el ECDIS como un medio que cumple con los requisitos de llevar cartas náuticas. En revisiones posteriores, se obligó a instalarlo en nuevos barcos de pasajeros internacionales (de 500 toneladas brutas o más), entrando en vigor el 1 de enero de 2011 [7].
Nota de seguridad: Las cartas náuticas incluyen profundidad, ubicación de faros y velocidad/dirección de corrientes, siendo obligatorias para casi todos los barcos [5]. El ECDIS permite configurar líneas de contorno de seguridad y profundidades seguras, emitiendo alarmas al acercarse a aguas poco profundas o peligrosas.
4. Cada cuánto se actualizan las cartas náuticas electrónicas y por qué
El estado del mar cambia. Si se construye un nuevo faro o se descubre una zona poco profunda, el contenido de la carta náutica debe corregirse.
En Japón, los datos de actualización para las ENC se emiten cada viernes. Sin embargo, una vez vencido su plazo de uso, el dato ya no puede actualizarse. Si se utiliza una ENC mantenida al día junto con un dispositivo de copia de seguridad adecuado, se considera equivalente a llevar cartas náuticas en papel [6].
Es decir, las cartas electrónicas no son algo que compras y terminas; solo funcionan como sustituto de la carta si continúas incorporando actualizaciones. Si conoces tu posición con precisión de unos metros pero el mapa está desactualizado, el punto se colocará sobre un mapa viejo.
Entonces, ¿qué diferencia hay entre cómo usamos la ubicación en nuestros teléfonos móviles y cómo la usan los barcos?
5. Experimento: comparar el punto azul del teléfono con el uso de la posición en el mar
Prueba al aire libre: Junto a un adulto, observa el punto azul en el mapa de tu teléfono y compara su comportamiento en dos lugares: una plaza amplia donde el cielo está despejado y junto a un edificio alto. Aunque te quedes quieto unos 30 segundos, es posible que el punto se mueva un poco.
Según GPS.gov, los teléfonos inteligentes con GPS suelen tener una precisión dentro de un radio de aproximadamente 4,9 m en lugares con cielo despejado, pero la precisión empeora cerca de edificios, puentes o árboles [3]. Observa si la diferencia entre la plaza y el lado del edificio coincide con esta explicación.
Cuando un barco coloca su punto en una carta electrónica, suele navegar por el mar abierto, y ese punto se usa para tomar decisiones que evitan rocas y bancos de arena. El uso marítimo incluye conocer las condiciones del cielo y la posición, así como gestionar configuraciones y actualizaciones.
Consultar materiales: Las páginas explicativas de cartas náuticas de la Guardia Costera japonesa y la página de ENC de la Asociación Hidrográfica de Japón están disponibles en japonés. En las páginas del Instituto Geográfico sobre puntos geodésicos electrónicos y GNSS, puedes verificar el concepto de posicionamiento independiente [2].