O Transit, também chamado de NAVSAT ou NNSS, sigla de Navy Navigation Satellite System, foi o primeiro sistema de navegação por satélite a entrar em operação. A Marinha dos Estados Unidos usava esse sistema de radionavegação sobretudo para determinar com precisão a posição de seus submarinos de mísseis balísticos Polaris. O Transit também era usado na navegação de navios de superfície e em levantamentos hidrográficos e geodésicos. O serviço de navegação por satélite funcionou sem interrupção a partir de 1964, inicialmente para os submarinos Polaris e, depois, também para usuários civis. No projeto DAMP, o navio de rastreamento de mísseis USAS American Mariner usava os dados do satélite para determinar sua posição com precisão antes de orientar os radares de rastreamento.
O Transit foi desenvolvido com financiamento da Marinha pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada, a ARPA, e pelo Applied Physics Laboratory, o APL, da Universidade Johns Hopkins. Richard Kershner dirigiu os trabalhos na universidade. Foi o primeiro sistema de posicionamento geográfico por satélite. Poucos dias depois de a União Soviética lançar o Sputnik-1, primeiro satélite artificial da Terra, em 4 de outubro de 1957, os físicos William Guier e George Weiffenbach, do APL, conversaram sobre os sinais de rádio que o satélite poderia estar emitindo. Ao analisar o efeito Doppler desses sinais durante uma única passagem, conseguiram determinar a órbita do Sputnik. Em março de 1958, Frank McClure, diretor do centro de pesquisa do APL, propôs inverter o procedimento. Se a posição do satélite fosse conhecida e previsível, o efeito Doppler permitiria localizar um receptor na Terra. McClure propôs um sistema de satélites baseado nesse princípio.
O desenvolvimento do Transit começou em 1958. O protótipo Transit 1A foi lançado em setembro de 1959, mas não entrou em órbita. O Transit 1B foi lançado com sucesso em 13 de abril de 1960 por um foguete Thor-Ablestar. Os primeiros testes bem-sucedidos ocorreram em 1960, e o sistema entrou em serviço na Marinha em 1964. Em outubro de 1968, quando o Transit foi declarado plenamente operacional, o APL havia construído 36 satélites para o programa e para experimentos relacionados.
O foguete Scout, da Chance Vought/LTV, foi escolhido para os lançamentos do programa porque oferecia o menor custo por unidade de massa colocada em órbita. A escolha impôs duas restrições ao projeto. Os satélites anteriores pesavam cerca de 136 kg cada, mas o Scout só podia levar aproximadamente 54 kg à órbita do Transit, embora essa capacidade tenha aumentado depois. Era preciso reduzir a massa do satélite e, ao mesmo tempo, fornecer mais energia do que nos projetos anteriores do APL. Os motores de combustível sólido do Scout também submetiam a carga a vibrações mais fortes durante o lançamento. Os equipamentos eletrônicos precisavam ser menores e resistir a essas vibrações.
Atender a essas exigências foi mais difícil do que o previsto. O primeiro protótipo de satélite operacional, o Transit 5A-1, entrou em órbita polar em dezembro de 1962, levado por um Scout. O voo permitiu testar uma nova técnica de abertura dos painéis solares e de separação do foguete, mas problemas no sistema de alimentação elétrica impediram o funcionamento esperado. O Transit 5A-2, lançado em 5 de abril de 1963, não entrou em órbita. O Transit 5A-3 foi lançado em junho de 1963 com um sistema de alimentação redesenhado. Uma falha de memória durante a fase propulsada do voo impediu o recebimento e o armazenamento da mensagem de navegação. O lançamento também prejudicou a estabilidade do oscilador, e o satélite não pôde ser usado para navegação. Ainda assim, o 5A-3 foi o primeiro satélite a obter estabilização por gradiente de gravidade, e seus demais subsistemas funcionaram bem.
Topógrafos usaram o Transit para determinar a posição de marcos geodésicos em locais remotos. A média de dezenas de determinações de posição permitia obter precisão inferior a um metro. No fim da década de 1980, a altitude do Monte Evereste foi corrigida após um novo levantamento de um marco próximo à montanha com um receptor Transit.
Milhares de navios de guerra, cargueiros e embarcações particulares usaram o Transit entre 1967 e 1991. Na década de 1970, a União Soviética começou a lançar seus próprios sistemas de navegação por satélite, como o Parus, de uso militar, e o Tsikada, de uso civil. Eles foram substituídos pelo GLONASS, da geração seguinte. Alguns navios de guerra soviéticos tinham receptores NavSat da Motorola.
O sistema de posicionamento global, ou GPS, tornou o Transit obsoleto, e o serviço de navegação terminou em 1996. Os avanços na eletrônica permitiram que os receptores GPS fizessem medições de satélites diferentes ao mesmo tempo, simplificando o cálculo da posição. O GPS usa mais satélites e permite determinar a posição continuamente. No Transit, era preciso esperar uma hora ou mais entre as determinações de posição.
Depois de 1996, os satélites passaram a ser usados no Navy Ionospheric Monitoring System, o NIMS, sistema de monitoramento da ionosfera da Marinha.
Os satélites OSCAR e NOVA do sistema ocupavam órbitas terrestres baixas e polares, a cerca de 1.100 km de altitude, com período orbital de aproximadamente 106 minutos. Uma constelação de cinco satélites era necessária para oferecer cobertura mundial com intervalos adequados entre as passagens. Também havia satélites de reserva em órbita. Ao fim do serviço, a constelação tinha seis OSCAR, três em operação e três de reserva. Esses OSCAR não pertenciam à série de satélites de mesmo nome usada por radioamadores em comunicações por satélite.
As órbitas cruzavam os polos e estavam distribuídas ao longo do equador para cobrir toda a Terra. Em geral, apenas um satélite ficava visível de cada vez, e a posição só podia ser calculada quando ele estava acima do horizonte. No equador, o intervalo entre as determinações de posição podia chegar a horas. Nas latitudes médias, caía para uma ou duas horas. Isso bastava para atualizar a posição antes do lançamento de um míssil balístico lançado de submarino, pois os submarinos faziam medições periódicas para corrigir seus sistemas de navegação inercial. O Transit, porém, não fornecia medições rápidas e contínuas de posição em tempo real.
Com os aperfeiçoamentos do sistema, uma única passagem podia fornecer uma posição com precisão de cerca de 200 m. O Transit também permitia sincronizar relógios com precisão de aproximadamente 50 microssegundos. Os satélites transmitiam mensagens criptografadas para os submarinos, além das informações de navegação abertas aos demais usuários.
Os satélites Transit usavam conjuntos de memória de núcleo magnético com capacidade de até 32 kilobytes para armazenar dados.
Determinação da posição na Terra
Para determinar uma posição em duas dimensões, normalmente é preciso fazer duas ou mais medições. O GPS pode combinar dezenas delas, conforme os satélites visíveis, para melhorar a precisão. No Transit, os poucos satélites estavam muito afastados uns dos outros, e geralmente apenas um ficava visível por vez. Era necessário obter as medições de outra maneira.
O Transit usava a variação de frequência causada pelo efeito Doppler. O satélite viajava a cerca de 27.000 km/h, o que podia aumentar ou diminuir em até 10 kHz a frequência da portadora recebida em terra. Durante a aproximação, o sinal chegava com frequência mais alta. No afastamento, a frequência recebida era mais baixa. Com as devidas correções, o instante em que a frequência recebida coincidia com a transmitida correspondia ao ponto de maior aproximação entre o satélite e o receptor. Isso fornecia uma das medições necessárias.
A outra medição vinha da forma da curva Doppler. Quando o satélite passava diretamente acima do receptor, sua velocidade angular era maior do que numa passagem lateral. Perto do horizonte, a mudança na velocidade relativa era menor. A rapidez da variação de frequência permitia calcular a distância lateral entre o receptor e a projeção da órbita no solo. O efeito Doppler causado pela rotação da Terra também permitia distinguir uma passagem a leste de outra a oeste da estação.