Потрясающие перспективы

Вoлжcкий автoзавoд начал внедрение штатнoй навигациoннoй cиcтемы. Чтo этo — причуда некoмпетентных тoп-менеджерoв или, наoбoрoт, их прoзoрливocть, и даннoе нoвoвведение являетcя первым шагом к получению пропуcка в будущее мирового автомобилеcтроения ? Попробуем в этом разобратьcя, но прежде вcего познакомимcя c ГЛОНАСС.


Доcтижение мирового уровня

Развитие глобальной навигационной cпутниковой cиcтемы (ГЛОНАСС) поддерживаетcя у наc на cамом выcоком уровне, ей уделяетcя пристальное внимание мировой общественности. На то есть весьма веские основания. Она уже находит довольно широкое применение. И не только в военном деле, где ее значение для нужд национальной обороны невозможно переоценить (например, чего стоит одно только наведение маневрирующих боевых частей межконтинентальных баллистических ракет), но и в гражданском секторе — геодезии и картографии, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте (в том числе автомобильном). Причем не только в России, но и в других странах мира, так как согласно Указу Президента РФ от 17 мая 2007 года № 638 доступ к гражданским навигационным сигналам ГЛОНАСС предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Пока подобными технологиями владеют только два государства — Соединенные Штаты (GPS) и Российская Федерация. Активно развертывает свою систему Китай (KOMPASS/Beidou). Готовится к запуску в самое ближайшее время первых штатных спутников объединенная Европа (Galileo).

ГЛОНАСС — космическая навигационная система второго поколения, пришедшая на смену таковым, построенным на основе спутников «Циклон» и «Цикада». Генеральным заказчиком наряду с Министерством обороны определено Федеральное космическое агентство. Головной организацией по созданию, развитию и целевому использованию космической системы ГЛОНАСС, включая функциональные дополнения, аппаратуру потребителей и наземный комплекс управления, выступает ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» (ОАО «Российские космические системы», г. Москва). Полную ответственность за создание, правильную и четкую работу космической составляющей, включающей ракетно-космический компонент (средства выведения, технический и стартовый комплексы), орбитальную группировку, наземный комплекс управления (управление спутниками, расчет и закладка навигационно-временной информации на борт всех космических аппаратов с Земли) несет ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» (ОАО «ИСС», г. Железногорск Красноярского края). Оно же является единственным в России разработчиком и изготовителем навигационных космических аппаратов (НКА).

Полностью развернутая орбитальная группировка должна содержать 24 активных спутника, расположенных по восемь единиц в трех плоскостях. Эти плоскости сдвинуты друг относительно друга по экватору на 120°. НКА движутся по круговым орбитам с высотой 19 100 км и углом наклонения 64,8°. Период обращения составляет 11 ч 15 мин.

Навигационные определения обеспечиваются независимо от времени суток, года и метеоусловий глобально по всей поверхности Земли, в воздушном и околоземном космическом пространстве до высот 2000 км. Их точность в стандартном режиме составляет примерно 10 м по плановым координатам (в дифференциальном режиме порядка 1 м), 15 м по высоте и 2,5 см/с по скорости. Однако следует заметить, что к числовым значениям точности определений надо относиться осторожно. В разных источниках можно найти цифры, значительно отличающиеся друг от друга. Это объясняется тем, что на нее оказывает влияние большое количество разнообразных факторов, и в зависимости от их сочетания для конкретного определения получается та или иная величина. В целом считается, что точность определения координат по ГЛОНАСС пока отстает от аналогичных показателей по GPS.

Предполагается, что всего на орбите должны находиться 30 НКА, из которых шесть будут в резерве (по два в каждой из плоскостей). И еще предусмотрено иметь два спутника в качестве наземного резерва. По состоянию на середину сентября 2011 года в отечественной навигационной системе в активном режиме функционировало 23 спутника, еще три числились в резерве, а один, запущенный 26 февраля текущего года, не введен в действие. Все они, кроме последнего (о нем подробно несколько позднее), относятся к серии «Глонасс-М» (первый запуск НКА данного типа состоялся в 2003 году). Система в своем нынешнем виде обеспечивает практически полную глобальную доступность навигационных услуг. Есть лишь небольшие перерывы в навигационном обслуживании в районе экватора.

К сожалению, неудачный запуск трех НКА «Глонасс-М», имевший место 5 декабря 2010 года, не позволил завершить формирование спутниковой группировки. Что сказать по этому поводу? Бывает, дело очень сложное, и от неудач не застрахован никто. Тем более что предварительно на ноябрь 2011 года намечено выведение на орбиту при помощи ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» новой «тройки».


Основной компонент

НКА «Глонасс-М» излучает четыре навигационных сигнала с частотным разделением в диапазонах L1 (~ 1,6 ГГц) и L2 (~ 1,25 ГГц). Важнейшим компонентом спутника является высокоточный стандарт частоты, характеристики которого непосредственно влияют на потенциальную точность навигации. Кроме того, от его работоспособности зависит общий ресурс спутника, поэтому на один НКА устанавливаются сразу несколько комплектов стандартов частоты.

В ОАО «И С С» имеется резервный центр управления — Информационно-вычислительный комплекс Главного конструктора, который позволяет отслеживать работу всех спутников, а при возникновении каких-либо неполадок помогает разобраться с ними и обеспечивает их устранение.

Практически все программное обеспечение, заложенное в НКА. можно перезагрузить с Земли. Это приходится делать в случае возникновения каких-либо сбоев в работе бортового оборудования, а они могут появиться даже через несколько лет штатной эксплуатации, Имеющиеся на спутниках бортовые вычислительные устройства проводят диагностику НКА и при необходимости в автоматическом режиме переключаются на резервные комплекты аппаратуры.

В феврале 2011 года состоялся первый запуск перспективного НКА «Глонасс-К», и тем самым начались его летно-конструкторские испытания. Это спутник третьего поколения в данной навигационной системе. В его основе лежит негерметичная платформа «Экспресс-1000», также разработанная в ОАО «L4CC». Его корпус, изготовленный из сотовых конструкций, имеет форму параллелепипеда и укомплектован бортовой аппаратурой, способной функционировать в условиях открытого космоса. Отсутствие термоконтейнера дает существенное снижение массы спутника, которая равна 935 кг (у «Глонасс-М» она составляет 1415 кг). Мощность системы электропитания, обеспечивающей работоспособность всей бортовой аппаратуры, увеличена примерно до 1,6 кВт.

Одним из важнейших функциональных улучшений «Глонасс-К» является то, что он должен излучать новый гражданский навигационный сигнал с кодовым разделением в частотном диапазоне L3 (~ 1,2 ГГц). Это позволит обеспечить высокую точность навигационных определений и существенно усовершенствовать наземную аппаратуру потребителей.

Применение перспективных НКА при условии развертывания полной орбитальной группировки и завершении проводимой ныне модернизации наземного комплекса управления дает возможность повысить гарантированную точность навигационных определений ГЛОНАСС в 2-2,5 раза и довести ее для гражданских пользователей примерно до 2,8 м.

Совместно с ОАО «ИСС» в создании спутников нового поколения принимают участие ОАО «Российский институт радионавигации и времени», отвечающее за бортовое синхронизирующее устройство, ОАО «Российские космические системы», разрабатывающее основную специальную бортовую аппаратуру (в том числе включающую и бортовой информационно-навигационный комплекс), ОАО «Системы прецизионного приборостроения», которое также поставляет бортовое оборудование. И что особенно важно, вся аппаратура, примененная на новом спутнике, изготовлена в России. Сейчас в ОАО «ИСС» проходит испытания второй летный экземпляр «Глонасс-К».


Совершенно другой уровень

Конкурентоспособность навигационной системы в целом определяется двумя факторами: точностью и доступностью навигационных определений. В ее повышении существенную роль играет функциональное дополнение — система дифференциальной коррекции и мониторинга навигационных полей (СДКМ). Она формирует корректирующую информацию и информацию о состоянии навигационных полей и доставляет ее пользователям. СДКМ располагает сетью контрольно-корректирующих станций (пунктов сбора измерений), которые находятся на территории РФ. Но этого недостаточно, и желательно разместить их также в других местах. Поэтому по данной проблеме с рядом стран ведутся переговоры, однако здесь имеются сложности политического характера, а в Антарктиде уже введены в действие две станции.

Дифференциальные поправки могут доставляться потребителям разными путями: радиоканалом, через Интернет, по волоконно-оптическим линиям связи. Но предпочтительнее всего передавать эту информацию через спутник-ретранслятор. Тогда ее получение будет осуществлять сам приемник навигационных сигналов, однако для этого он должен иметь соответствующее программное обеспечение.

В составе российской орбитальной группировки СДКМ предусмотрено иметь три космических аппарата. Находясь на геостационарных орбитах (т.е. будут казаться неподвижными для наблюдателя с Земли), они обеспечат доставку потребителям корректирующей информации на большей части территории России (исключение составят только полярные районы). Первый из спутников-ретрансляторов («Луч-5А») скоро займет свое место над европейской частью нашей страны, а затем к нему присоединятся «Луч-5Б» и «Луч-4».

Дальнейшее повышение точности навигационных определений (до 2-3 см) можно получить с помощью региональной или локальной дифференциальных систем. В них используется одна или несколько базовых станций, абсолютные координаты которых известны и привязаны к национальной системе координат. Однако это не всё — используя специальные алгоритмы обработки и при условии нахождения не далее 3-5 км от базовой станции можно достигнуть точности в несколько миллиметров. Но и данная величина, оказывается, не предел для современной техники — уже создана аппаратура, в которой с помощью ГЛОНАСС в реальном масштабе времени получены еще более высокие результаты.

Глобальная навигационная система велика и сложна. Она находится в постоянном обновлении. Дальнейшее ее совершенствование будет осуществляться в соответствии с Федеральной целевой программой «Поддержание, развитие и использование ГЛОНАСС» на 2012-2020 годы, подготовка которой находится в завершающей стадии. А двигаться есть куда, например, в китайском направлении. В KOMPASS/Beidou задумано создать несколько ярусов, в том числе на средней круговой, геостационарной и наклонной геосинхронной орбитах, что позволит в определенных регионах улучшить доступность навигационных определений. Для ГЛОНАСС также предлагается дополнительно использовать НКА на геостационарной, а также высокоэллиптической или наклонной геосинхронной орбитах. Надо же, как все изменилось — в высокотехнологичных разработках стали ориентироваться не на «продвинутый» Запад, а на Китай.