НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Все СНС построены исходя из основного принципа, согласно которому потребитель, находящийся в любой момент времени шара, должен иметь возможность определения координат точки стояния спутникового приемника.

В настоящее время созданы и функционируют:

1. GPS (The Global Positioning System), глобальная система позиционирования, США;

2. ГЛОНАСС (ГЛО бальная НА вигационная C путниковая С истема), РФ;

3. 3. GNSS ( Global Navigation Satellite System), система Европейского сообщества, способная обрабатывать сигналы как GPS, так и ГЛОНАСС; в этом случае система работает как одна. Одним из существенных параметров данной системы является целостность информации.

Если данные любого из спутников вызывают сомнение, они должны быть исключены из расчетов. При совместном использовании GРS/ГЛОНАСС появляется возможность обеспечить контроль целостности сигналов, поступающих от спутников, и переход на работу с теми сигналами, целостность которых подтверждена. Устойчивость системы значительно увеличивается, так как пользователи смогут выбирать рабочее созвездие из большего числа, доходящего до 16-20 видимых в радиодиапазоне спутников и пользоваться аппаратурой с числом каналов 40 и более.

По материалам, публикуемым ГИС-Ассоциацией России, предполагается, что европейский проект GNSS будет реализован в два этапа: GNSS-1 и GNSS-2.

На первом этапе (2001-2003 гг.) планировалось создание Европейской геостационарной системы навигационного дополнения (European Geostationary Navigation Overlay System - (EGNOS)),которая будет выполнять те же функции, что и GPS/ ГЛОНАСС в период с 2004 по 2015-2018 гг.

Основная часть проекта GNSS-2, базируется на новой спутниковой системе, получившей название "Галилео";; кроме того, упоминают о перспективах развития систем WAAS (Wide Area Augmentation system, Северная Америка), а также MTSAS (Multi-Transport Satellite Augmentation System, Япония).

Запуск первого экспериментального спутника по программе создания навигационной системы "Галилео" осуществлен в конце 2004 года. В 2005-2006 годах будут запущены до четырех рабочих спутников, которые обеспечат работоспособность системы в целом. После этого на орбиты будут выведены остальные аппараты, и к 2008 году система "Галилео" выйдет на эксплуатационный режим.

В группировку войдут около 30 рабочих спутников, размещенных на орбитах высотой 23616 км с наклонением 56º; область их действия покроет территорию до 75º северной широты.

Приемники системы "Галилео" смогут работать как в GPS, так и в ГЛОНАСС, обеспечивая в реальном времени метровую точность позиционирования в абсолютном режиме, обладая более высокой скоростью передачи данных.

В отличие от систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС, европейская система не будет находиться в ведении военной организации.

Кроме того, европейская система спутниковой навигации рассчитана таким образом, чтобы посекундно сообщать пользователю о состоянии работоспособности спутников (в GPS этот период составляет около 3 ч.).

Основными составными частями любой СНС являются:

 

· космический блок,

 

состоящий непосредственно из навигационных спутников и систем их технической поддержки. Плоскости орбит этих спутников перпендикулярны экватору и равномерно разнесены по долготе.

GPS включает 30-40 спутников, которые вращаются вокруг Земли на высоте около 20 тыс.км с периодом вращения 12 часов. Каждый спутник имеет на борту высокоточные атомные часы и постоянно посылает радиосигналы, используя собственный уникальный идентификационный код.

ГЛОНАСC, по официальным данным, насчитывает 20-30 ИСЗ; первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982 года. Система ГЛОНАСС была развернута к 1995 году. Тогда же были организованы работы по обеспечению серийного производства навигационной аппаратуры и представлению ГЛОНАСС в качестве элемента международной глобальной навигационной системы для гражданских потребителей.

Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется носителем тяжелого класса "ПРОТОН", носитель одновременно выводит три спутника ГЛОНАСС. Средний срок жизни спутника ГЛОНАСС составляет около 5 лет.

Приведем обобщенные сведения о географии расположения космодромов различных стран мира:

Россия и страны СНГ –

Байконур - основной космодром России и стран СНГ. Главные его достоинства - удаленность от густозаселенных районов и выгодное географическое положение (около 65º северной широты), позволяющее осуществлять запуски на орбиты различного назначения.

Байконур долгое время был «рекордсменом» по общему количеству произведенных с его стартовых площадок запусков космических кораблей и спутников различного назначения. Достаточно сказать, что 31 августа 1995 года с этого космодрома был произведен 3000-й запуск спутника связи «Горизонт» с помощью ракеты-носителя «Протон».

В 1962 году начались запуски советских искусственных спутников Земли серии «Космос». Они производились с другого космодрома - Капустина Яра, расположенного в нижнем течении Волги. Этот космодром продолжает использоваться и сегодня.

В 1997 году космодром Плесецк (Архангельская область), находившийся до этого в ведении министерства обороны, был подключен к реализации космических проектов невоенного назначения, в том числе и проектов международного сотрудничества в исследовании и использовании космического пространства.

В настоящее время на космодроме Плесецк действуют пусковые площадки, способные обеспечить запуски российских ракет-носителей, в том числе «Союз-4», «Молния-М», «Циклон-3» и другие.

Проект еще одного нового российского космодрома – в районе поселка Свободный, расположенного в 400 км западнее побережья Японского моря считают одним из наиболее перспективных объектов российской космонавтики благодаря наличию соответствующей инфраструктуры и выгодному географическому положению.

В рамках международного проекта «Морской старт», в котором участвуют российская ракетно-космическая корпорация «Энергия», украинское производственное объединение «Южное», американская корпорация «Боинг» и норвежская судостроительная компания «Квернер», Выборгский судостроительный завод в 1997 г. выпустил плавучий космодром, разработанный и собранный на базе нефтедобывающей платформы, с которого уже были выполнены несколько успешных стартов грузовых космических кораблей. Выгоды таких космодромов в том, что пусковые платформы можно оперативно размещать в акватории всего Мирового океана, в том числе и в максимально низких (экваториальных) широтах, что существенно (на десятки миллионов долларов США) снижает стоимость запусков. Экваториальный космодром обеспечивает снижение энергозатрат при запуске, упрощает процесс вывода спутников на синхронные (геостационарные) орбиты, позволяет выводить космические корабли для стыковки пятнадцать раз в сутки (при запусках с более высоких широт благоприятные для стыковок условия существуют два раза в сутки).

Совместный российско-украинский проект «Воздушный старт» предусматривает запуск космических аппаратов с борта самолетов «Руслан» АН-24-100;

 

Соединенные штаты Америки (США) –

 

крупнейший космодром расположен на южной оконечности полуострова Флорида – мысе Кеннеди (до 1964 г. – мыс Канаверал), он является частью Восточного ракетно-космического полигона США, который объединяет наземные средства для запусков космических кораблей по программам НАСА и ВВС США. Сеть станций слежения за запусками простирается по трассе полигона до района острова Вознесения. Комплекс на мысе Кеннеди был и остается базовым для всех космических программ США.

Другой крупный комплекс, так называемый Западный ракетно-космический полигон, находится на западном побережье, в штате Калифорния; важным его элементом является исследовательский центр в районе Хатингтон-Бич (Тихоокеанское побережье южнее Лос-Анджелеса). Этот космодром обслуживают станции слежения и другие наземные комплексы на побережье США южнее Сан-Франциско, на Гавайских островах, атоллах Уэйк, Эниветок, Кваджейлейн и в Австралии. В Индийском океане трасса Западного полигона смыкается с трассой Восточного. Считают, что Западный полигон имеет ряд географических преимуществ по сравнению с Восточным;

 

Франция –

 

из европейских государств Франция проявляет особую активность в исследовании и использовании космического пространства. Первые французские космические аппараты запускались с территории Алжира, однако основной космодром Куру (общая площадь комплекса составляет 460 квадратных миль) расположен на 5º 30′ с.ш. на территории Французской Гвианы. Этот комплекс позволил Франции приступить к повседневной эксплуатации надежных и конкурентоспособных ракет-носителей «Ариан-4» и «Ариан-5», выводящих на околоземные орбиты аппаратуру связи, навигации, разведки, дистанционного зондирования и др.;

Китай –

в центральной части страны имеются три космодрома: Шуаньченцзы (41º с.ш.; 100º в.д.), Тайюань (38º с.ш.; 112º в.д.) и Сичан (28º с.ш., 102º в.д.). Космические программы Китая предусматривают запуски космических аппаратов различного назначения;

Япония –

 

Япония имеет два космодрома: на острове Кюсю, в районе Кагосимы, и на острове Танегасима. Первый предназначен прежде всего для запусков малых научно-исследовательских спутников, второй является базой для запусков тяжелых (в том числе грузовых) ракет-носителей;

Индия –

 

эта страна производит запуски с островного космодрома Шрихариота (13º с.ш.; 80º в.д.). Индийские программы освоения космического пространства ориентированы прежде всего на решение практических задач связи, метеорологии, дистанционного зондирования и т.п.;

Австралия –

 

правительство Австралии предполагает ее участие в создании первого в мире международного коммерческого космодрома, который будет расположен на мысе Йорк (12º ю.ш.); при этом считают, что политическая и экономическая стабильность страны обеспечит потенциальным клиентам долгосрочный и надежный доступ к сооружениям космодрома.

Таким образом, есть все основания считать, что глобальные системы позиционирования в обозримом будущем будут иметь развитую структуру поддержки космического комплекса, а количество действующих навигационных космических аппаратов во всяком случае не будет снижаться.

Приведем некоторые обобщающие характеристики космических блоков СНС GPS и ГЛОНАСС:

 

Характеристика GPS ГЛОНАСС

 

Баллистическое построение 6 орбит 3 орбиты

по 4 ИЗС по 8 ИЗС

Высота полета ИСЗ на круговой

орбите, тыс. км. 20,2 19,1

Период обращения ИСЗ,

град. мин. 12 11-15

Наклон орбиты к экватору, град. 55 64,8

Несущие частоты (МГц) 1575,42 1602

(МГц) 1227,6 1246

Вес спутников, кг около 430

Скорость передачи цифровой

информации 50 бит/сек

Средняя квадратическая

погрешность определения

координат в абсолютном

режиме, м 10-15 15-20

Интервал передачи эфемерид

(текущих координат), сек 30

 

· блок наземного управления,

 

предназначен для высокоточных наблюдений ИСЗ с целью определения текущих изменений параметров их орбит, обработки результатов этих наблюдений и передачи их на спутники. Этот блок состоит из сети стационарных пунктов, оборудованных аппаратурой слежения за ИСЗ.

Блок управления GPS состоит из четырех наземных мониторинговых станций, расположенных в разных частях земного шара, и главной управляющей станции. Мониторинговые станции принимают радиосигналы от спутников и по ним отстраивают орбитальные модели для каждого спутника. По этим моделям рассчитываются точные параметры орбиты (эфемериды) и коэффициенты коррекции бортовых часов спутников. Полученные данные передаются на главную управляющую станцию, которая один раз в сутки передает эфемериды и коэффициенты коррекции часов на спутники.

Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осуществляют наземный комплекс управления. Он включает в себя Центр управления системой (г. Голицыно-2, Московская область) и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по территории России. Наземный комплекс управления осуществляет сбор, накопление и обработку траекторий и телеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контроль качества функционирования системы в целом.

 

· пользовательский блок

 

включает в себя наземных потребителей, обладающих спутниковой принимающей аппаратурой.

Радиосигналы, принятые от спутников, служат для определения расстояния между фазовым центром спутникового радиопередатчика и фазовым центром приемника. Для определения этого расстояния вычисляется время прохождения радиосигнала от спутника до приемника. Зная время прохождения радиосигнала и скорость распространения радиоизлучения в вакууме, вычисляют расстояния от приемника до спутников. Координаты фазового центра приемника определяются пространственной линейной засечкой от спутников с известными координатами.

Таким образом, пользовательский блок состоит из большого числа гражданских и военных приемников, которые преобразуют спутниковые радиосигналы в пространственные координаты и сигналы точного времени.