• Новости
• Блоги
• Аналитика
• Новости компаний
• В СНГ и в мире
• Анонсы

ГЛОНАСС третьего поколения

Сложно поверить, но с момента запуска первого российского спутника глобальной навигационной системы прошло уже 30 лет. ГЛОНАСС входит в новую фазу, особенности которой обусловлены растущими потребностями гражданских пользователей.

Как и американская GPS, ГЛОНАСС создавалась как система военного назначения. В 1995 г. действовала полная орбитальная группировка; затем наступил период деградации, когда на орбите функционировало пять-шесть КА, которые, по сути, не решали поставленных задач. В результате реализации ФЦП «Глобальная навигационная система» на период 2002–2011 гг. группировка восстановлена и сейчас работает в полном составе: 31 КА, из которых по целевому назначению штатно используются 24. Более того, впервые в истории ГЛОНАСС появились космические аппараты, составляющие орбитальный резерв системы.

Следует отметить, что до недавнего времени ГЛОНАСС была представлена исключительно космическим комплексом – орбитальной группировкой и наземными системами управления. В 2008 г. были утверждены тактико-технические требования к ГЛОНАСС, определившие состав системы (рис. 1). В ГЛОНАСС были включены все составные части, которые задают ее характеристики, – и с этого момента началось координированное развитие системы в целом.

ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» на 2012–2020 гг. (утверждена постановлением Правительства РФ №189 от 3 марта 2012 г.) предполагает развитие космического сегмента, смену поколений спутников. В 1982 г. был выведен на орбиту первый спутник «Глонасс» (всего запущен 81 спутник первого поколения), в 2003 г. – первый «Глонасс-М» (всего 33 спутника). Спутники третьего поколения «Глонасс-К» – это аппараты с улучшенными характеристиками, которые наряду с сигналами с частотным разделением будут излучать сигналы с кодовым разделением. Первый «Глонасс-К» запущен 26 февраля 2011 г. и вполне успешно проходит летные испытания.

Для поддержания орбитальной группировки в 2012–2020 гг. программой предусмотрены запуски как «Глонасс-М», так и «Глонасс-К». Планируется, что с 2015–2016 гг. орбита будет восполняться только спутниками «Глонасс-К» – и в 2020 г. орбитальная группировка будет состоять из 30 спутников. Решается задача использования по целевому назначению более 24 КА. Кроме того, в 2012 г. завершается модернизация наземного комплекса управления, планируется расширить сеть измерительных станций в России и за рубежом.

Сейчас ГЛОНАСС входит в новую историческую фазу. К настоящему времени развернуты основные элементы системы дифференциальной коррекции и мониторинга навигационных полей (СДКМ) – комплекс сбора измерений, включающий станции сбора измерений на территории России и за рубежом, центр СДКМ и комплекс доставки информации потребителям. Основу орбитальной группировки СДКМ составляют космические аппараты многофункциональной космической системы ретрансляции «Луч», размещаемые на геостационарной орбите. В конце 2011 г. был запущен КА «Луч-5А». Он будет передавать поправки к измерениям, выполняемым по спутникам ГЛОНАСС, что повысит точность этой системы. Полная группировка из трех КА «Луч» будет развернута к 2014 г. Дополнительно излучаемые спутниками «Глонасс-К» новые навигационные радиосигналы с кодовым разделением и развертывание СДКМ не только обеспечат повышение качества навигационных услуг ГЛОНАСС, но и создадут благоприятные предпосылки для построения региональной высокоточной навигационной системы. С ее помощью потребители смогут решать навигационные задачи с сантиметровой точностью как на территории России, так и в государствах Европы, Ближнего и Дальнего Востока.

Один из принципиальных вопросов, который обозначен уже в самом названии ФЦП, – использование ГЛОНАСС. Взаимосвязанное развитие технологий и потребностей пользователей влечет за собой и рост требований к системе навигации. Так, освоение природных ресурсов на шельфе и труднодоступных месторождений требует точности навигационных определений до 0,1 м; развитие Северного морского пути, преодоление транспортной недоступности Сибири и Дальнего Востока – до 0,5 м; для научных исследований с целью прогнозирования природных явлений и навигационного обеспечения промышленно развитых регионов необходима точность 0,06 м. Сейчас у ГЛОНАСС точность навигационных определений составляет 2,8 м (у GPS – 1,8 м). Добиться сантиметровой точности, в первую очередь за счет дополняющих систем, в том числе и наземного базирования, вполне реально – и в этом направлении сейчас ведутся серьезные исследования.

Надо отметить, что в настоящее время четко сформировались две мировые тенденции в развитии навигационных спутниковых систем, продиктованные стремлением их владельцев обеспечить пользователям гарантированное обслуживание с заданным качеством. Это формирование некоторой избыточности КА на орбите (больше минимально необходимого их количества), а также создание и использование дополняющих и ассистирующих систем (функциональных дополнений).

Сейчас в мире действуют две глобальные навигационные спутниковые системы – GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ), работы по развертыванию ГНСС ведут Европейский союз (Galileo) и Китайская Народная Республика (Compass (M)). Все существующие и создаваемые ГНСС имеют свои особенности (рис. 2). Повышение точности и контроль целостности системы GPS в составе 30 среднеорбитальных (СО) КА осуществляются через четыре спутника системы WAAS на геостационарных орбитах (ГСО), излучающих навигационные сигналы (кроме того, прорабатывается возможность организации дополнительного канала информационной поддержки потребителей с использованием низкоорбитальных (НО) КА системы Iridium). Система Galileo включает среднеорбитальную группировку из 27 КА (сейчас запущены два КА, сделан заказ еще на восемь спутников, и по планам европейских коллег после 2015 г. следует ожидать развертывания системы в полном объеме); функциональные дополнения обеспечит система EGNOS с тремя КА на ГСО. Очень интересен опыт Китая: наряду с глобальной составляющей Compass/Beidou (27 КА Compass-M, из них пока запущен только один) будут использоваться еще два «региональных яруса» спутников – навигационно-связных КА Compass-G на ГСО и КА Compass-I на круговых геосинхронных орбитах (ГСНО). Всего в системе будет 35 КА.

Интеграция – не утопия

Характерная особенность конкурирующих ГНСС – растущая потребность в интеграции. В рамках международного комитета по ГНСС при ООН выработан ряд принципов интеграции глобальных навигационных спутниковых систем. Во-первых, это их совместимость («не мешать друг другу»), которая обеспечивается механизмами регламентации. Степень совместимости определяется эффективностью обслуживания пользователей ГНСС.

Второй уровень интеграции – взаимодополняемость («вместе лучше, чем поодиночке»). Этот принцип хорошо иллюстрирует пример взаимодополняемости GPS и ГЛОНАСС. Если на открытой местности каждая из систем обеспечивает 100% доступности, то в условиях сильно пересеченной местности либо городской застройки картина резко меняется. Например, в Москве доступность и той и другой системы по отдельности составляет в среднем 75% (т. е. в течение суток пользователь оперативно обслуживается в среднем около 18 часов), а объединение ресурсов обеих группировок повышает доступность практически до 100%. Вопрос о взаимодополняемости решается путем разработки совмещенных приемников.

Третий уровень интеграции – взаимозаменяемость («любых четырех достаточно»), когда для решения задач навигации и получения точного времени необходимо созвездие из любых четырех КА, независимо от того, к какой системе они относятся. Этот уровень требует более тесного согласования – математических моделей движения, систем координат и многого другого. Если на первых двух уровнях достаточно регламентации и координации работ, то здесь уже необходимо достигать взаимного согласия. К нему следует стремиться, но, к великому сожалению, это вопрос не сегодняшнего дня. И еще более отдаленным представляется самый верхний уровень интеграции – единая мировая ГНСС, которая может быть построена только при всеобщем согласии.  

М и р н ы й   Г Л О Н А С С

Сегодня трудно назвать область социально-экономической деятельности, где ГЛОНАСС не нашла бы практического применения. Даже при том что четкий приоритет отдается сфере безопасности и обороны, для гражданских целей реализуется множество проектов, от международного и федерального масштаба до уровня муниципальных образований и отдельных предприятий.

Международный уровень. Проект МАКСМ предполагает создание с использованием спутниковых навигационных систем Международной аэрокосмической системы глобального мониторинга – единого общепланетного «информационного пространства безопасности» в интересах снижения глобальных рисков и парирования возникающих угроз (в рамках научно-исследовательской работы выполнен системный проект, заключено более 80 соглашений о сотрудничестве с различными организациями в 36 странах).

Федеральный уровень. Идет создание системы экстренного реагирования при авариях на транспорте «ЭРА ГЛОНАСС» (полноценный ее запуск планируется в конце 2013 г.); ведется проект «Социальный ГЛОНАСС» (одобрен Общественной палатой РФ, поддержан Агентством стратегических инициатив). Разработан опытный образец специализированной навигационно-информационной системы, обеспечивающей сохранность документов строгой отчетности в период подготовки и проведения избирательных компаний (к 2013 г. планируется развертывание системы «Выборы-НС» в полном объеме). Создается федеральная система мониторинга критически важных и(или) потенциально опасных объектов инфраструктуры РФ и опасных грузов (базовые элементы системы развернуты, функционирует отраслевой центр мониторинга грузов Роскосмоса; создание полномасштабной системы планируется в 2015 г.). Проект создания Государственной автоматизированной системы комплексного мониторинга объектов инфраструктуры и ресурсов России (ГАС «МИР») одобрен экспертной группой комитета Госдумы РФ по транспорту и рекомендован к реализации. Создана межвузовская система дистанционного обучения и подготовки квалифицированных специалистов по спутниковой навигации для различных отраслей экономики, ежегодно проводится международная школа по спутниковым технологиям по двум направлениям – спутниковая навигация и дистанционное зондирование Земли (в этом году состоялась первая международная школа по спутниковой навигации в Коломне, в планах – проведение подобных школ не только на территории России, но и за рубежом).

Региональный уровень. Здесь речь идет о создании систем мониторинга дорожно-транспортной инфраструктуры, высокоточного мониторинга смещений инженерных сооружений с использованием технологий ГЛОНАСС/GPS, мониторинга рыбопромысловых судов, высокоточного спутникового позиционирования, управления пространственными данными.