№ 2 (45) 2009

GPS —

Global Positioning System, глобальная система позиционирования.

NAVSTAR —

NAVigation Satellites providing Time And Range, навигационные спутники предоставляющие данные о времени и местоположении.

Отключить GPS? Было бы желание

Известно три прецедента, когда гражданский сегмент GPS был отключен: во время проведения операции «Буря в пустыне», акций нАТО против Сербии, а также во время войны в Ираке. Хотя в третьем случае сервис для частных пользователей был отключен лишь на территории театра военных действий, чтобы иракская армия не смогла использовать гражданские приемники в военных целях. Известно также, что к системе GPS военные прибегали для наведения высокоточных снарядов. В противовес начали разрабатываться устройства военного и гражданского применения, способные вносить существенные помехи в работу систем навигации.

Естественно, в американской армии появились устройства, противодействующие глушению, на которые Пентагон выделяет значительные средства. Классическое противостояние щита и меча продолжается

Служба аварийного поиска

Сospas-Sarsat

Спутниковая система аварийного поиска Сospas-Sarsat была разработана в 1977 году совместно СССР (КОСПАС – космическая система поиска аварийных судов), США, Канадой и Францией (SARSAT – Search And Rescue Satellite-Aided Tracking) для содействия службам спасения. Она используется с 1982 года по сей день и состоит из двух частей – так называемых нССПС и ГССПС.

нССПС (низкоорбитальные спутники службы поиска и спасения) – это пять спутников на низкой околополярной орбите. ГССПС – шесть спутников на геостационарной орбите, приемные станции ГЕОСПОИ (станции приема и обработки информации от геостационарных спутников) и координационные центры системы. Сигнал бедствия принимается спутниками нССПС от аварийных радиобуев, которыми оснащены судна, авиалайнеры и другие объекты, и транслируется через ГССПС на ГЕОСПОИ. Координационные центры cистемы получают аварийные сообщения от ГЕОСПОИ и передают их в спасательно-координационные центры.

Только за 2006 год благодаря этой системе был спасен 1881 человек, а за все время ее функционирования – более 13 тыс. терпящих бедствие.

Galileo:

когда же она завертится?

Американская система спутниковой навигации GPS NAVSTAR

сегодня является единственной глобальной полноценно

функционирующей навигационной системой. Контролируемая

военными и правительством СOА, она доступна широкому

кругу гражданских пользователей и пользуется огромной

популярностью. Но у нее уже появляются конкуренты.

Виктор панькив

В наше время для любого государства залогом экономического процветания и политического влияния являются высокий уровень технологического развития вообще и состояние программ космических исследований в частности. Яркий пример стремления к лидерству в освоении космоса — создание глобальных спутниковых систем навигации странами, претендующими на региональное лидерство.

У Китая это проект региональной системы навигации Beidou (или «Северный Ковш» — китайское название созвездия Большой Медведицы), который планируется расширить до глобального уровня (программа Compass). У Индии — программа IRNSS, у России — ГЛОНАСС. Японская система называется QNSS. Нетрудно спрогнозировать появление такой системы в будущем у Ирана. Что примечательно, одна из ведущих стран ЕС, Франция, разрабатывает собственную навигационную систему с романтическим названием DORIS. Все системы используют один и тот же принцип работы, а также близкие либо одинаковые по значению частоты. Европейский Союз, не желая отставать от быстро развивающихся в военно-техническом плане стран, взялся за проект собственной глобальной системы спутниковой навигации — Galileo.

Перспективы

Современный рынок систем GPS-навигации, в котором 99,9% занимает американская система NAVSTAR GPS, охватывает миллионы пользователей по всему миру. По оценкам центра Industrial Economics & Knowledge (IEK) при Industrial Technology Research Institute (Тайвань), к 2010 г. объем мирового рынка GPS-устройств достигнет $10 млрд., а к 2017 г. — увеличится до $757 млрд.

В условиях стремительно развивающегося сервиса навигационных услуг ЕС пытается завоевать собственную нишу глобального рынка. Однако не только этим можно объяснить стремление к созданию собственной системы спутниковой навигации. Ведь, реализуя подобную программу, ЕС убивает сразу даже не двух, а нескольких зайцев. Во-первых, создав собственный сервис, ЕС займет определенный сегмент рынка, со всеми вытекающими позитивными последствиями для экономики. Во-вторых, это даст новый толчок развитию европейских наукоемких технологий. В-третьих — никто не отменял проект по созданию вооруженных сил Объединенной Европы. Для самостоятельных военных действий им необходимо иметь собственную глобальную систему навигации, так как доступ к навигационной службе, контролируемой извне, может оказаться попросту закрытым (см. врезку «отключить GPS? Было бы желание»).

По оценкам экспертов, количество пользователей Galileo уже к 2015 г. составит около 400 млн., а к 2022 г. — вырастет вдвое (конечно же, в случае своевременной сдачи в эксплуатацию). Объем рынка при этом составит около €400 млрд. Предприятия, задействованные в проекте, создадут в совокупности около 150 тысяч новых рабочих мест, а частным компаниям будут предложены миллионные контракты.

Осознавая возможные экономические и политические последствия, США всячески стремились замедлить, а то и свести на нет реализацию Galileo еще в зародыше, и, надо сказать, Евросоюз неосознанно подыгрывает им в этом «благородном» начинании.

Европейский проект

Концепция европейской глобальной спутниковой системы позиционирования Galileo (общее название GNSS Galileo — Global Navigation Satellite System, глобальная система спутниковой навигации) была предложена совместно Германией, Великобританией, Францией и Италией в 1999 году. Решение о начале работ над проектом принято ЕС и Европейским космическим агентством (ЕКА) 26 мая 2003 года. Стартовая проектная стоимость оценивалась в €1,1 млрд., окончательная — в €3,5 млрд.

И сразу же, в процессе утверждения частотных диапазонов будущей системы, не удалось избежать трений с американскими коллегами по поводу использования частот. Ведь Galileo изначально задумывалась как система, не контролируемая военными. Пентагон и ЕКА претендовали на одинаковые частотные диапазоны, и конфликт интересов был неизбежен.

 ______________________________________________

Американские и европейские договорились

о возможности «глушить» навигационные сигналы

друг друга, без полного отключения систем.

______________________________________________

В итоге, после четырех лет переговоров, 24 июня 2004 года между ЕС и США был заключен договор (GPS – Galileo Agreement), согласно которому Galileo принимается мировым стандартом сигнала открытого доступа в сфере навигационных услуг, т.е. становится доступным всем пользователям GPS. При этом Galileo выводится как на профессиональный рынок, так и на массовый, по всему миру, как коммерческая служба. Пользователи услуг спутниковой навигации смогут (в зависимости от типа приемника) вместе с GPS, или по отдельности, использовать сервис Galileo. Также американские и европейские военные получат возможность «глушить» сигналы друг друга, без полного отключения системы (это было условием американцев).

Программу Galileo планировалось осуществить в несколько этапов:

• наземные испытания (Galileo System Test bed v1);

• запуск тестовых спутников и проверка основных компонентов и узлов системы (Galileo System Test bed v2);

• так называемая стадия «закрепления» на орбите первой партии из четырех спутников (In-Orbit-Validation), с доработкой и исправлениями по итогам первых двух этапов;

• окончательная комплектация системы и введение в строй орбитальной группировки (Full Operational Capability).

Решение о распределении заказов на разработку и производство системы планировалось принять к концу 2004 года. К 2010 г. рассчитывали полностью укомплектовать созвездие спутников на орбите. В 2012 г. развертывание системы предполагалось завершить. Контроль над распределением финансирования был поручен созданной Евросоветом наблюдательной комиссии — GNSS Supervisory Authority. Но этим оптимистическим планам не суждено было осуществиться.

Детали

В случае успешной реализации GNSS Galileo будет состоять из 30 спутников, расположенных на трех средних орбитах MEO (Middle-Earth Orbit) с наклоном 56° к плоскости экватора и высотой 23 616 км. Отмеченный угол наклона выбран для лучшей наблюдаемости в средних широтах северного полушария. Выбор конфигурации орбитальной группировки основан на максимальном времени работы и быстрой замене вышедших из строя аппаратов без серьезных нарушений в работе

системы. На каждой орбите разместится группа из 9 работающих и одного резервного спутника.

Каждый спутник будет оснащен парой водородных атомных часов (Space Passive Hydrogen Maser, S-PHM), а также рубидиевым стандартом частоты (Rubidium Atomic Frequency Standard, RAFS). Водородные атомные часы дают ошибку примерно в 1 нс за сутки (что в три раза точнее, чем аналогичная система GPS NAVSTAR). У рубидиевого же стандарта частоты точность на порядок ниже, чем у атомных часов.

Наземные станции контроля также предполагается оснастить атомными часами на базе водородного мазера, которые обеспечат корректировку показаний времени спутников и приемников сигнала. Система спутниковой навигации Galileo будет иметь в своем распоряжении несколько служб:

• открытую общую службу, которая призвана предоставлять бесплатный сигнал, по точности сопоставимый с уже существующими службами повышенной надежности. Полученный сигнал будет применяться в авиации и судоходстве (диапазон L1=1559÷1591 МГц);

• службу повышенной надежности, предназначенную для использования в навигации судоходства и авиации (диапазоны L1=1559÷1591 МГц и E5=1164÷1215 МГц);

• коммерческую службу, которая будет предоставлять платный сигнал, позволяющий определять местоположение с точностью до 10 см (диапазон E6=1260÷1300 МГц);

• правительственную (с защищенным сигналом), предназначенную для использования спецслужбами и полицией;

• поисково-спасательную службу, которая станет дополнением к уже существующей службе спасения Cospas-Sarsat, и будет отличаться более качественным и мощным сигналом.

Кроме основной группы спутников на МЕО, дополнят Galileo спутники системы SBAS (Space Based Augmentation System), размещенные на геостационарной орбите. Они являются продолжением системы EGNOS (см. врезку «И GPS нужна поддержка»). SBAS предназначена для мониторинга состояния навигационной системы и ретрансляции сигналов о ее состоянии на наземные станции.

Таким образом, Galileo может стать наиболее технологически совершенной системой навигации в мире. Проект отличается сравнительно невысокой стоимостью, простой и оптимальной структурой, более высокой, чем у американской GPS NAVSTAR, точностью, а также широким спектром услуг. Предполагается, что для открытой общей службы точность определения координат на плоскости будет достигать 4 м, а по высоте — 8 м. Точность привязки по времени составит около 50 нс.

В пользу европейского проекта говорит также и отсутствие (на сегодня) контроля со стороны военных. Рядовые пользователи, получая данные как от GPS, так и от Galileo (а в будущем, возможно, и от ГЛОНАСС), смогут определять свое местоположение с более высокой точностью.

На старт

В рамках реализации первого этапа проекта в июле 2003 года у британской компании Surrey Satellite Technology было заказано изготовление тестового спутника GSTB-V2/A (Galileo System Test Bed Version 1; более распространенное название — GIOVE-A, Galileo In-Orbit Validation Element). Заказ на второй тестовый спутник GIOVE-B (GSTB-V2/B) 24 декабря 2004 года получил концерн Galileo Industries. Работы по изготовлению четырех основных спутников орбитальной группировки системы, общей стоимостью €150 млн., были поручены корпорации EADS Astrium — дочернему предприятию концерна EADs (European Aeronautic Defence and Space Company).

Кроме Galileo Industries, в который входят Alcatel Space Industries, Alenia Spazio, Astrium GmbH, Astrium Ltd. и Galileo Sistemas y Servicios, за право на производство и вывод на орбиту остальных спутников и создание компонентов инфраструктуры борются еще два консорциума. Это Eurely, в который входят Alcatel-Lucent, Finmeccanica и Vinci, а также iNavsat, состоящий из Thales Group, EADS и Inmarsat, соответственно.

На первом этапе для вывода спутников на орбиту было решено воспользоваться услугами компании «Старсем», использующей российские ракеты-носители «Союз». Утром 28 декабря 2005 в 6.19 по местному времени с космодрома «Байконур» ракетаноситель «Союз» вывела на орбиту высотой 23 000 км первый испытательный спутник GIOVE-A (рис. 1). Первый сигнал был зафиксирован 12 января 2006 года астрономической обсерваторией в Чилболтоне (Великобритания) и наземной станцией ЕКА в бельгийском городе Реду. Такая разность во времени между запуском спутника и началом функционирования обусловлена тем, что начало работы на орбите состоит из нескольких фаз:

• Launch and Early Operational Phase (запуск и ранняя операционная фаза), в течение которой производится ввод в строй всех систем аппарата;

• Commissioning Phase — фаза проверка всех систем, а также условий их функционирования (температуры среды, параметров орбиты), после чего начинается полноценное функционирование аппарата.

Спутник GIOVE-A (рис. 2) предназначался для проверки и настройки рубидиевого атомного стандарта частоты (RAFS) и нес на борту два образца данного прибора. Испытания подтвердили его высокие характеристики. Спутник также был оснащен лазерными отражателями, с помощью которых 14 наземных станций вычисляли точное положение спутника на орбите.

Благодаря этому спутнику ЕС также подтвердил свои права на частоты, выделенные под проект Galileo. По правилам Международного союза электросвязи (МСЭ, ITU), частоты должны начать использоваться не позднее чем через два года после выдачи лицензии.

Второй тестовый спутник GIOVE-B (рис. 3) должен был протестировать самую важную технологическую составляющую всей системы — атомные часы на основе водородного мазера (S-PHM). Однако во время сборки и наземного тестирования GIOVE-B возникли трудности технического плана. Запуск спутника был перенесен сначала на 2006-й, а затем на 2007 год. Потом возникли проблемы с финансированием. В итоге, запуск спутника состоялся 27 апреля 2008 года, а 7 мая компания EADS Astrium сообщила, что контрольный центр в городе Фучино (Италия) принял от спутника четкий и «непревзойденный по точности» сигнал.

Проблемы реализации

К сожалению, Galileo постигла участь некоторых крупных общеевропейских начинаний. Вместо перспективного и передового в научно-техническом плане проекта он превратился в долгострой. Всему виной политика и амбиции ведущих стран, участников проекта.

На протяжении всего периода, с 2003-го по 2008 год, не утихали дискуссии внутри ЕС. Проблемой, которая более всего повлияла на процесс реализации проекта, оказалось распределение финансирования. Предполагалось, что около €1 млрд. выделят за счет налогоплательщиков, а основные расходы возьмут на себя частные инвесторы. Но упомянутые выше корпорации не смогли поделить заказы и ответственность за выполнение работ. Естественно, страны — участницы проекта поддерживали национальных производителей, что иногда вносило в процесс политический подтекст. По сути, шла подковерная борьба лоббистских групп.

До недавнего времени нерешенным был также спор относительно штаб-квартиры Galileo. Франция настаивала на размещении ее в Тулузе, Германия же хотела видеть головной офис под Мюнхеном. В этом вопросе удалось достичь компромисса: штаб-квартира разместится в Тулузе, оперативный центр — в Лондоне, а два главных центра управления — в Оберпфаффенхофене и Фучино. Резервный центр управления будет построен в Испании.

Поскольку результатом участия частных корпораций стало катастрофическое отставание в реализации проекта (рис. 4), решили увеличить финансовую долю участия ЕС. Фактически, дальнейшее финансирование Galileo будет производиться за счет урезания программы поддержки сельского хозяйства и административного бюджета ЕС. Существовали опасения, что в результате привлечения бюджетных средств ЕС вместо европейских предприятий комплектующие могут поставлять другие страны, например, тот же Китай или Индия, поскольку Galileo изначально проводил активную политику по привлечению стран, не входящих в ЕС.

В 2003 году к программе присоединился Китай, который инвестировал €230 млн., но после проваленных сроков запуска европейской системы сконцентрировался на собственном проекте Beidou. В 2004-м договор о партнерстве в рамках Galileo подписал Израиль. Еще через год к проекту присоединились Украина, Индия и Саудовская Аравия. Последней на данный момент страной, заявившей о сотрудничестве, стала Южная Корея.

Нельзя не упомянуть о том, что согласно подписанным в 2005 году договорам украинские компании (в процессе переговоров упоминались КБ «Южное» и ОАО «Хартрон»), производящие комплектующие для систем навигации и космической техники, смогут принимать участие в тендерах. Хотя оценивать их перспективу довольно трудно. Стоит также отметить, что инициатором привлечения украинской стороны было ЕКА.

И вот, среди бюрократической рутины и противостояний, блеснул луч надежды — 24 апреля 2008 года ЕС одобрил новый план развития Galileo. Курировать реализацию поручено специально для этого учрежденной комиссии Galileo  Interinstitutional Panel (GIP), состоящей из представителей Еврокомиссии, Европарламента и Европейского совета. Все контракты теперь разделены по следующим категориям: ракеты-носители, спутники, программное обеспечение, контрольные центры и связь. При этом одна компания не сможет участвовать более чем в двух тендерах. Также к проекту стали подключаться страны Европы, ранее в нем не участвовавшие (3 апреля 2009 года присоединилась Норвегия). Ввод в строй проектного количества спутников перенесен с 2010-го на 2013 год.

Текущее положение дел

На 2009 год не запланирован ни один запуск. Тестовые спутники GIOVE-A и GIOVE-B все еще работают, поддерживая права на частоты, выделенные МСЭ. Для продолжения такой поддержки еще в 2007 году компания Surrey Satellite Technology получила заказ на спутник GIOVE-A2, который планировали запустить ориентировочно во второй половине 2008 года. Он должен был нести на борту более полную комплектацию оборудования и передавать большее количество сигналов. Однако точная дата запуска этого спутника не назначена до сих пор.

 ____________________________________________

На сегодняшний день она возросла более чем

вдвое по сравнению со стартовой.

____________________________________________

На официальных веб-сайтах Европейской транспортной комиссии и ЕКА (www.esa.int) нет никакой информации ни о точной дате запуска третьего тестового спутника, ни, тем более, о дальнейших планах. Вполне возможно, что причиной задержек также стали проблемы технической реализации проекта, которые не хотят афишировать.

Все имеющиеся разногласия и несогласованность действий между странами ЕС не только отодвигают на неопределенный срок завершение проекта, но и увеличивают его стоимость.

На сегодняшний день она возросла более чем вдвое по сравнению со стартовой.

А ведь для европейцев данный проект — это еще один шаг к технологической независимости, а значит, и к усилению независимости политической.

Вполне возможно, что существующими разногласиями внутри ЕС могут воспользоваться США и ввести в строй систему GPS третьего поколения, которая предоставит частным пользователям широкий спектр бесплатных услуг по навигации, что поставит под сомнение все усилия ЕС. Отметим, что компенсировать все затраты на Galileo планировалось за счет введения платных услуг для широкого круга пользователей и продажи приемников Galileo, которые будут производить европейские компании.

Грянувший «внезапно» всемирный экономический кризис вполне может если и не поставить крест на амбициозном проекте, то отодвинуть ввод системы в эксплуатацию на еще более отдаленный срок. В любом случае — все в руках европейцев.

Виктор ПАньКИв,

СиБ

№ 2 (май) 2009

GPS нужна поддержка

Система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System, Европейская геостационарная система навигационного покрытия) создана в 1993 году для улучшения работы GPS на территории Европы. Ее сухопутная часть состоит из равномерно распределенных по Европе наземных базовых станций мониторинга системы, задачей которых является прием сигналов и слежение за спутниками GPS, а также главной станции, которая собирает и анализирует всю информацию.

В результате обработки информации вычисляются погрешности определения координат, которые передаются через геостационарные спутники конечному пользователю. на данный момент система использует три геостационарных спутника: два из серии Inmarsat-3 и один – Artemis. названия спутников соответствуют названиям компаний-владельцев, каждая из которых имеет независимую сеть контрольных станций (кстати, номера спутников соответствуют номерам приемников Garmin: «124» у Artemis, «120» и «126» – у Inmarsat-3).

На сегодня система работает в тестовом режиме с охватом территории Европы, за исключением европейской части России (там нет наземных станций). Для обеспечения поддержки системы Galileo будут использованы два спутника серии Inmarsat-4, запущенные в 2005 году, – между прочим, украинской ракетой носителем Zenit-3SL с морской платформы (Sea Launch).

сервисы NAVSTAR GPS

Сейчас американская глобальная система навигации предоставляет следующий набор сигналов (услуг):

1. Сигнал на частоте L1=1575,42 МГц – для гражданских пользователей (С/A-код), закодированный точный сигнал (P-код) плюс сигнал спутников нового поколения (в рамках введения двухсигнальной навигации). С 2003 года добавлен новый военный код (М-код).

2. Закодированный сигнал (P(Y)-код) для военных и авторизованных пользователей на частоте L2=1227,60 МГц. С 2003 года добавлен обновленный гражданский L2C- и военный М-коды.

3. Сигнал L3=1381,05 МГц – используется системой обнаружения ядерных взрывов и других высокоэнергетических событий в инфракрасном диапазоне (в том числе и запусков ракет Scud Ираном).

4. Частоту L4=1379,913 МГц предлагается использовать для дополнительных ионосферных коррекций.

5. Частота L5=1176,45 МГц предназначена для гражданской службы спасения и попадает в диапазон частот для навигации воздухоплавания; введена в 2007 г. (транслируется только спутниками Block IIF); всеми спутниками начнет транслироваться с 2014 года.