Um telemóvel poderá utilizar o GPS sem sinal de rede, bastando comunicar directamente com o satélite?

Sim, pode, mas:

• Não comunica com o satélite GPS, ele ouve o satélite GPS. Não há comunicação bidireccional com um satélite GPS. Os satélites GPS são apenas de transmissão (como as estações de rádio FM).
• Levará muito tempo. Os satélites GPS transmitem muito lentamente (50 bits por segundo) porque estão muito distantes e têm uma potência tão baixa. Para transmitir os dados completos para calcular a localização (o que é chamado de efeméride, que descreve onde os satélites estão) leva cerca de 15 minutos. Sinais GPS - Wikipedia descreve o formato de comunicação.

Este é o pior caso. Na prática, se você estiver fazendo um "começo quente" (por exemplo, você usou GPS nas últimas horas) é muito menos (talvez 30 segundos), e normalmente você só precisa de uma parte da efeméride para saber onde você está, então 5 a 6 minutos é típico.

Isto se compara a cerca de 15 segundos em céus abertos se você tiver uma conexão de rede (usando uma técnica chamada GPS assistido - Assisted GPS - Wikipedia).