Космическая навигация: очевидное и невероятное
31.08.2004 13:28
...«белые пятна»...

А начиналось все с запуска первого искусственного спутника Земли. Например, из архивных материалов 9 НИИ ВМФ бывшего СССР можно почерпнуть такие забавные факты.

В середине 1950-х в институт был переведен с флота офицер Фуфаев Вадим Алексеевич. Сразу взяться за науку ему было трудно, затягивали соблазны почти вольной жизни. После очередного замечания командира о необходимости определиться с темой научной работы, Вадим Алексеевич в шутку заявил: «Буду заниматься навигацией по искусственным спутникам Земли».

Это заявление вызвало веселье в рядах сослуживцев и бурное негодование командира. Уже был подготовлен приказ о наказании, но накануне его подписания стало известно о запуске первого спутника, после чего предложенная в шутку работа перестала казаться столь нереальной и бесполезной. Навигация по искусственным спутникам стала одной из основных тем института, положившей основу создания спутниковых навигационных систем в Советском Союзе.

Первые спутниковые навигационные программы были созданы в средине 1960-х одновременно в СССР и США. Это были низкоорбитные доплеровские системы, при работе с которыми необходимо было провести в течение 7 – 15 минут сеанс приема сигнала спутника, после чего на основе накопленных непрерывных измерений доплеровского сдвига частоты производился расчет координат.

Точность работы системы существенно ухудшалась в движении. Периодичность определения координат (обсерваций) не превышала 2 раза в час. Все это, а также высокая стоимость приемников, ограничило использование систем Transit, Цикада, Цикада-М на кораблях и подводных лодках ВМФ, на больших торговых и рыболовецких судах, а также в геодезии.


В 1970-х годах началась разработка принципиально новых спутниковых систем навигации – глобальных навигационных спутниковых систем GPS Navstar (США) и ГЛОНАСС (СССР). Спутники в этих системах размещаются в нескольких орбитальных плоскостях (6 в GPS и 3 в ГЛОНАСС) на средних орбитах высотой около 20 000 км таким образом, чтобы в любой момент времени в любой точке Земли в зоне видимости находились не менее 4-х спутников.

Принцип определения координат дальномерный, а расстояние до спутника определяется в приемнике потребителей по фазе принятого радиосигнала спутника. Благодаря такому построению полностью развернутые ГНСС обеспечивают в масштабах Земли и околоземного пространства глобальное и непрерывное определение координат, высоты, времени и скорости.

Обе системы имеют открытый и закрытый (шифрованный) сигнал. Открытый сигнал предоставлен для бесплатного использования, гарантии чего даны как Соединенными Штатами, так и Российской федерацией. Закрытый сигнал предназначен для использования военными, и доступ к нему обеспечивается только союзникам по отдельному соглашению.

Первый спутник GPS был выведен на орбиту в 1977 году, первый спутник ГЛОНАСС – в 1982 году. Несмотря на то что обе системы, ГЛОНАСС и GPS, создавались и разворачивались практически одновременно, имеют близкие потенциальные возможности, судьба у них совершенно разная.

Благодаря продуманной политике развития потребительского сегмента системы, поддержки внутреннего военного и гражданского рынка технологий, лоббирования в международных организациях, GPS стала основой развитой индустрии разнообразных приборов с оборотом в миллиарды долларов. С каждым годом применение приемников GPS расширяется, превращая его в изделие массового спроса.

ГЛОНАСС же пережила тяжелейший кризис, связанный с распадом СССР, прекращением финансирования военных программ и практическим отсутствием внутреннего рынка аппаратуры ГЛОНАСС в гражданском секторе. Количество работающих спутников в системе с 1996 года сократилось с 24 до 11, что существенно ограничивает её возможности. В последние годы наметилась тенденция улучшения ситуации: в Российской Федерации принята и выполняется федеральная программа развития ГЛОНАСС, законодательно закреплено обязательное использование её на транспорте и в системах связи внутри страны, что подстегнуло коммерческое использование ГЛОНАСС, привлекло дополнительные средства в разработку и производство аппаратуры.


В конечном счете от наличия нескольких ГНСС потребитель только выиграет, поскольку совместное использование сигналов разных систем обеспечивает улучшение доступности, точности и достоверности, уменьшает зависимость от владельцев системы. В связи с этим, безусловно, большой интерес представляет европейский проект Galileo, предполагающий создание европейской ГНСС, в которой также предусмотрен бесплатный открытый сигнал. Таким образом, с развертыванием Galileo, начиная с 2008 года, потребителям будут доступны сигналы трех разных ГНСС.


Кроме собственно ГНСС, доступны для использования широкозонные системы космического базирования WAAS и EGNOS, дополняющие GPS.
WAAS (введена в эксплуатацию с 2004 г.) действует над территорией западного полушария, EGNOS (планируемый срок ввода в эксплуатацию 2005 г.) – над Европой, Африкой и Ближним Востоком.