Cпутниковые системы разных стран
Потенциальные возможности спутниковой навигации появились с момента запуска первого ИСЗ. В настоящее время, спутниковые системы навигации широко используются для обеспечения навигации и позиционирования с высокой точностью для всех потребителей на любом месте и в любое время.
Глобальная Система Позиционирования(GPS) разработана и поддерживается на государственном уровне США. Спутниковая Система Глобальной Навигации (GLONASS) разработана в России. Обе эти навигационные системы уже функционируют.
Европейский Союз запланировал создать еще одну глобальную навигационную систему (GNSS) Galileo с бюджетом 3.8 миллиарда долларов еще в 1999.
Кроме того, другие страны: Китай, Индия и Япония также планируют строить свои собственные спутниковые системы навигации.
Основные услуги, которые предоставляют действующие навигационные системы, заключаются в позиционировании, то есть в определении местоположения объекта с в системе географических координат, измерение скорости перемещения объекта и передачи сигналов точного времени.
Использование этих услуг оказывает большое влияние на развитие новых технологий и стиль жизни людей. Спутниковая навигация стала важной инфраструктурой, так же необходимой, как дорожная сеть или сеть распределения электроэнергии. Некоторые эксперты полагают, что к 2015 году терминалы с функциями навигации будут распространены и востребованы подобно сотовым телефонам. По этим оценкам прекращение услуг навигации на 2 дня будет эквивалентно 1 миллиарду долларов убытков.
Прибыль спутниковой индустрии, которая работает на навигацию, достигает на данный момент 40 миллиардов долларов в год. Прибыль, которую принесут спутниковые системы навигации 2025 г., оценивается в размере 450 миллиардов EUR.
GPS(США)
Система GPS является единственной спутниковой системой навигации в настоящее время, которая обеспечивает предоставление услуг в глобальном масштабе.
Спутниковая группировка состоит из 24 непрерывно работающих спутников, расположенных в 6 орбитальных плоскостях, с наклонением 64.5о к плоскости Геостационарной орбиты(ГСО). Имеются и резервные спутники. Каждый спутник излучает так называемый Р код, обработка которого в GPS приемнике обеспечивает точность выше 10 м, и С/А код, обеспечивающий точность около 20 м.
С тех пор, как первый GPS спутник был запущен в феврале 1978 г., было запущено более, чем 50 спутников, начиная с GPS-I и далее 12 спутников GPS-IIR, 16 — GPS-II/IIA и 2 — GPS-IIR-M. Параметры GPS постепенно улучшались.
Первый спутник GPS-III будет запущен в 2012/2013, а новая спутниковая группировка заработает в новом составе к 2017/2018. Согласно текущему прогрессу, первый запуск спутника GPS-III вероятно будет отложен на 2015.
По сравнению с существующей системой GPS-III будет иметь следующие особенности.
— ожидаемый срок жизни спутника — 12-18 лет;
— стоимость каждого спутника — 100-120 миллион долларов;
— запуск двух спутников будет организован одной ракетой;
— способность борьбы с возможными помехами будет существенно усилена и интенсивность сигнал возрастет на 20 дБ;
— точность местоопределения составит 1 м без организации дополнительных мер, а такой недостаток GPS системы, как уязвимость от внешнего воздействия будет устранен.
Будут добавлены дополнительные услуги связи, приема и передачи сигналов бедствия и поиска объектов.
Российская ГЛОНАСС
ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система была разработана в 1978 г. Орбитальная группировка в полном составе из 24 спутников в 3-х орбитальных плоскостях с наклонением орбиты 64.5о была введена в действие в 1995 г.
Точность местоопределения — 30 метров для C/A-кода и около 10 метров для P-кода. С 1998, из-за недостатка ассигнований, орбитальная группировка GLONASS не поддерживалось должным образом. В результате, число действующих спутников сократилось на 9.
В 2005 правительство РФ одобрило Федеральную Программу Космических исследований на 2006-2015 г. с бюджетом 23.6 миллиард рублей. Россия собиралась иметь 18 действующих спутников к концу 2007 и 24 действующих спутника к концу 2010. В то же самое время Россия и Индия договорились далее разрабатывать систему GLONASS вместе.
Первый модифицированный спутник GLONASS-M был запущен 26 Декабря 2004. Тестирование спутника было успешно завершено и спутник введен в эксплуатацию. Спутник GLONASS-M передает два сигнала для гражданских потребителей и имеет ожидаемый срок эксплуатации 7 лет. Точность местоопределения и точность сигналов времени возросли в два раза благодаря точной температурной стабилизации часов Cs. Надежность и целостность системы GLONASS также улучшены. Девять новых спутников GLONASS-M разрабатываются в НПО ПМ
Новое поколение спутников GLONASS-K также разрабатывается в НПО ПМ. Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.
Спутники GLONASS-К будут передавать 3 сигнала в интересах гражданских потребителей и объединенный информационный пакет, который предоставить возможность оказания дополнительных услуг по спасению, поиску и связи в чрезвычайных ситуациях. Всего планируется заказать 27 спутников GLONASS-K.
Европейская Система Galileo
Программа GALILEO создается по инициативе Европейской Комиссии и (EC) и Европейского Космического Агентства (ESA) с целью обеспечения Европы собственной независимой глобальной навигационной системой и создания конкуренции, в первую очередь с GPS.
Совет Европейского Союза решил создать гражданскую систему навигации в Феврале 1999. Новая программа вскоре была названа Galileo, с бюджетом 80 миллионов Евро. Общие же затраты на систему GALILEO (30 спутников и земной сегмент) оцениваются в 3800 млн EUR. Создание системы разбито на 3 фазы.
В фазу разработки система GALILEO с бюджетом 1.1 миллиард Евро вошла в марте 2002. Четыре спутника будут запущены для тестирования и проверки принципиальных решений.
Следующая фаза развертывания системы GALILEO будет финансироваться на 1/3 из бюджетных источников и на 2/3 частными компаниями.
Последняя фаза штатного функционирования предусматривает самоокупаемость системы GALILEO.
Изначально у истоков GALILEO стояли 28 государств, входящих в ESA. При этом к GALILEO присоединились Китай, Израиль, Украина, Индия, Саудовская Аравия, Марокко и Корея. Так участие Китая предусматривало Договором от 2003 г финансирование в размере 200 млн EUR, из которых 70 млн – на первой фазе. В 2005 г. этот Договор был пересмотрен. Договора с другими выше перечисленными странами так же предусматривают их участие в GALILEO на определенных условиях.
Ведутся переговоры с Россией по взаимодействию между ГЛОНАСС и GALILEO. Такие государства, как Австралия, Аргентина, Бразилия, Япония, Малайзия, Мексика и Норвегия так же заинтересованы в участии в GALILEO.
Полная орбитальная группировка будет насчитывать 30 спутников в трех орбитальных плоскостях и круговых орбитах высотой 23616 км от Земли и наклонением орбиты 56о. В каждой из плоскостей будут находиться 9 рабочих и 1 резервный спутник. Каждый спутник будет иметь вес 700 кг, мощность 1600 Вт, размеры 2.7х1.1х1.2 м и ширину при развернутых солнечных батареях 13 м.
GALILEO будет передавать 10 сигналов различного назначения, что позволит обеспечить следующие виды услуг:
— доступные всем услуги по определению местоположения с точностью лучше, чем 9 м для массового потребителя;
— коммерческие услуги по определению местоположения с точностью выше, чем 1 м;
— услуги для служб спасения для всех видов транспорта;
— услуги для государственных служб, таких как полиция, пожарные, скорая помощь, для военных целей и для других служб жизнеобеспечения;
— услуги по поиску и спасению в дополнении к спутниковой системе COSPAS-SARSAT.
28 декабря 2005 г. первый спутник в системе GALILEO – GIOVE-A был запущен с космодрома Байконур ракетой Союз-Фрегат. К 2006 испытания были полностью завершены.
Выполнение программы GALILEO позволит создать 140 тысяч новых рабочих мест только в Европе, а после ее ввода в эксплуатацию годовой эффект будет достигать 10 млрд EUR.
Существуют проблемы с присоединением к GALILEO стран – не членов EU. Доступ к услугам с высокой точностью измерений будет для этих стран запрещен, что не устраивает, например Китай.
Индийская Спутниковая Региональная Система Навигации IRNSS
Правительство Индии одобрило 9 Мая 2006, проект развертывания Индийской Спутниковая Региональная Система Навигации (IRNSS) с бюджетом 14.2 миллиарда Рупий в течение следующих 6-7 лет. Спутниковая группировка IRNSS будет состоять из семи спутников на геосинхронных орбитах. Причем четыре спутника из семи в IRNSS будут размещены на орбите с наклонением в 29о по отношению к экваториальной плоскости. Все семь спутников будет иметь непрерывную радио видимость с Индийскими управляющими станциями.
Спутники IRNSS будут использовать платформу, подобную той, которая используется на русском метеорологическом спутнике Kalpana-1 с массой 1330 кг и мощностью солнечных батарей 1400 Вт. Полезная нагрузка будет включать два 40 Вт твердотельных усилителя.
Земной сегмент IRNSS будет иметь станцию мониторинга, станцию, резервирования, станцию контроля и управления бортовыми системами. Государственная компания ISRO является ответственной за развертывание IRNSS, которая будет находиться целиком под контролем Индийского правительства. Навигационные приемники, которые будут принимать сигналы IRNSS, так же будут разрабатываться и выпускаться индийскими компаниями.
Китайская Навигационная Спутниковая Система Compass
Китай, являющийся наиболее быстро развивающейся страной в мире, также начал строительство своей собственной спутниковой системы навигации Compass.
Космический сегмент спутниковой системы навигации Compass будет сформирован из 5 спутников на Геостационарной орбите (ГСО) и 30 спутников на средней земной орбите.
Два типа услуг будут предусмотрены. Для общего пользования будет передаваться сигнал, обработка которого позволит добиться точности местоопределения в 10 м, скорости в 0.2 м/с и определения текущего времени с точностью 50 нс.
Ограниченный круг пользователей получит возможность измерений с большей точностью.
Три спутника на ГСО были выведены в 2000 г. Такая система их трех спутников в настоящее время предоставляет услуги местоопределения, точного времени и связи и успешно дополняет GPS.
Китай желает сотрудничать с другими странами в разработке спутниковой навигации, чтобы обеспечить взаимодействие Compass с другими глобальными навигационными системами.
Японская Quasi-Zenith навигационная система QZSS
Первоначально Японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. В марте 2006 Японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнется второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объем услуг. Новая дата для запуска первого спутника была перенесена на 2010 г.
Всего в спутниковый сегмент войдут 3 спутника, орбиты которых будут выбраны таким образом, чтобы их подспутниковые точки описывали на земной поверхности одну и ту же траекторию с одинаковыми временными интервалами. При этом, по крайней мере один спутник будет виден под углом места более 70 градусов в любое время на территории Японии и Кореи. Эта особенность и определила название навигационной системы Quasi-Zenith. Антенны спутников будут передавать сигналы практически во всей зоне видимости спутников, обеспечивая навигацию и передачу сигналов точного времени. Однако сигналы L1-SAIF, которые включают в себя различные поправки, позволяющие повысить точность измерений с помощью сигналов GPS и, возможно, GALILEO, будут передаваться с помощью параболической антенны только на Японию.
Сигналы, которые будут излучать спутники QZSS, полностью совместимы с сигналами будущей GPS. Японская QZSS в основном предназначена для улучшения характеристик GPS на национальной и некоторых соседних территориях. Ожидается, что внедрение QZSS позволит существенно повысить эффективность решения навигационных и других задач и придаст ускорение внедрению новых применений для навигации, которые требуют большей точности и надежности.
Почему нужно участвовать в развитии навигационных систем
В ближайшей перспективе будут одновременно работать три глобальных навигационных спутниковых системы GPS, GLONASS и GALILEO. Практически во всех странах в настоящее время широко используется только GPS, нормальное функционирование которой целиком зависит от правительства США. В некоторых областях, как например диспетчеризация полетов самолетов, использование GPS является неотъемлемой важнейшей составной частью инфраструктуры.
В то же время навигационные системы в ближайшем будущем составят неотъемлемую часть инфраструктуры государства, и напрямую будут влиять не только на безопасность, но и на развитие промышленного производства в целом.
Ни одно государство не может и не хочет, в своем развитии, зависеть в какой-либо области от другого, хотя и дружественного в данный момент, государства. Поэтому поиск альтернативы GPS и привел к созданию GALILEO и присоединению к ней многих развитых государств. Преимущества, которые появляются от присоединения к альтернативной навигационной системе на этапе ее развития следующие:
— диверсификация рисков, связанных с работой GNSS, посредством диверсификации инфраструктуры земного сегмента и используемого оборудования;
— создание новых рабочих мест при условии разработки и экспорта нового оборудования для GNSS;
— возможность заблаговременного внедрения технологических преимуществ использования GNSS в системы связи, транспорта и развитие новых технологий.
Источник
Навигационные спутниковые системы мира
Многие слышали такие слова, как GPS, ГЛОНАСС, GALILEO. Большинство знает, что эти понятия означают навигационные спутниковые системы (далее — НСС).
Аббревиатура GPS относится к американской НСС NAVSTAR. Эта система была разработана для военных целей, но была использована и для решения гражданских задач — определение местоположения для воздушных, сухопутных, морских пользователей.
В Советском союзе разработка собственной НСС ГЛОНАСС была скрыта за завесой секретности. После распада СССР работы в этом направлении длительное время не велись, поэтому NAVSTAR стала единственной глобальной системой, которая применялась для определения местоположения в любой точке планеты. Но только США доступно другое предназначение этой системы – наведения оружия массового поражения на цель. И еще один не маловажный фактор – по решению военного ведомства США может быть отключен «гражданский» сигнал с американских навигационных спутников и пассажирские самолеты, корабли потеряют ориентацию. Эта монополия на управление спутниковой системой со стороны США не устраивает многие страны, включая Россию. Поэтому многие страны Россия, Индия, Япония, страны Европы, Китай, стали разрабатывать свои собственные НСС позиционирования. Все системы являются системами двойного назначения – они могут передавать два вида сигналов: для гражданских объектов и повышенной точности для военных потребителей. Основной принцип работы навигационной системы – полная автономность: система не принимает никаких сигналов от пользователей (беззапросная) и имеет высокую степень помехозащищенности и надежности.
Создание и эксплуатация любой НСС — очень сложный и дорогостоящий процесс, который из-за военной направленности должен принадлежать только государству страны-разработчика, поскольку является стратегическим видом вооружения. В случае вооруженного конфликта технология спутниковой навигации может быть использована не только для наведения оружия, но и для десантирования грузов, поддержки передвижения военных подразделений, осуществления диверсионных и разведывательных операций, что даст значительное преимущество стране, обладающей собственной технологией спутникового позиционирования.
Российская система ГЛОНАСС использует принцип определения позиции такой же, как у американской системы. В октябре 1982 года первый спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту Земли, но в эксплуатацию система была введена только в 1993 году. Спутники российской системы беспрерывно излучают сигналы стандартной точности (СТ) — в диапазоне 1, 6 ГГц и высокой точности (ВТ) — в диапазоне 1,2 ГГц. Прием сигнала СТ доступен любому пользователю системы и обеспечивает определение горизонтальных и вертикальных координат, вектора скорости, а также времени. Например, для точного указания координат и времени необходимо принять и обработать информацию не менее, чем от четырех спутников системы ГЛОНАСС. Вся система ГЛОНАСС состоит из двадцати четырех спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте около 19100 км. Период обращения каждого из них составляет 11 часов и 15 минут. Все спутники располагаются в трех орбитальных плоскостях — в каждой по 8 аппаратов. Конфигурация их размещения обеспечивает глобальное покрытие навигационным полем не только поверхность земли, но и околоземное пространство. В систему ГЛОНАСС входят Центр управления и сеть станций измерения и контроля, которые располагаются на всей территории России. Каждый потребитель, принимающий навигационный сигнал со спутников ГЛОГАСС, должен иметь навигационный приемник и аппаратуру обработки, позволяющей вычислить собственные координаты, время и скорость.
В настоящее время система ГЛОНАСС не обеспечивает 100% доступ к своим услугам для пользователей, но предполагает наличие трех спутников на видимом горизонте России, что по заявлению специалистов делает возможным вычислять пользователям свое местоположение. Сейчас на орбите Земли находятся спутники «ГЛОНАСС-М», но после 2015 года планируется их заменить на аппараты нового поколения — «ГЛОНАСС-К». Новый спутник будет иметь улучшенные показатели (увеличен гарантийный срок, появиться третья частота для гражданских потребителей и т.д.), аппарат будет в два раза легче — 850 кг вместо 1415 кг. Также для поддержания работоспособности всей системы потребуется только один групповой запуск «ГЛОНАСС-К» в год, что существенно снизит общие расходы. Для внедрения системы ГЛОНАСС и обеспечения ее финансирования, аппаратура этой навигационной системы устанавливается на всех вводимых в эксплуатацию транспортных средствах: самолетах, судах, наземном транспорте и т.д. Другое основное предназначение системы ГЛОНАСС — обеспечение национальной безопасности страны. Однако, по мнению экспертов, будущее российской навигационной системы не является безоблачным.
Система Galileo создается с целью обеспечения европейских потребителей самостоятельной навигационной системой — независимой, в первую очередь, от США. Финансовый источник этой программы составляет около 10 млрд. евро в год и финансируется на одну треть из бюджета, а на две трети из средств частных компаний. Система Galileo включает 30 спутников и наземные сегменты. Изначально Китай, наравне с другими 28 государствами присоединился к программе GALILEO. Россия вела переговоры по взаимодействию российской системы навигации с европейской GALILEO. Кроме европейских государств к программе GALILEO присоединились Аргентина, Малайзия, Австралия, Япония и Мексика. Планируется, что GALILEO будет передавать десять видов сигналов для предоставления следующих видов услуг: определение местоположения с точностью от 1 до 9 метров, обеспечение информацией служб спасения всех видов транспорта, предоставление услуг государственным службам, скорой помощи, пожарным, полиции, военным специалистам и службам, обеспечивающим жизнедеятельности населения. Еще одна немаловажная деталь — программа GALILEO обеспечит создание около 150 тыс. рабочих мест.
В 2006 году Индия также приняла решение о создании собственной навигационной системы IRNSS. Бюджет программы около 15 млрд. рупий. На геосинхронные орбиты планируется вывести семь спутников. Работы по развертыванию индийской системы ведет государственная компания ISRO. Все аппаратные средства системы будут разрабатываться только индийскими компаниями.
Китай, желающий занять ведущую позицию на геополитической карте мира, разработал собственную спутниковую навигационную систему «Бэйдоу» (Beidou). В сентябре 2012 года два спутника, входящие в эту систему, были успешно запущены с космодрома Сичан. Они пополнили список 15 космических аппаратов, выведенных китайскими специалистами на околоземную орбиту в рамках создания полноценной спутниковой навигационной системы.
Реализация программы началась китайскими разработчиками еще в 2000 году с запуска двух спутников. Уже в 2011 году на орбите находилось 11 спутников, и система вошла в стадию экспериментальной эксплуатации.
Развертывание собственной навигационной спутниковой системы позволит Китаю не зависеть от крупнейших мировых систем американской (GPS) и российской (ГЛОНАСС). Это повысит эффективность китайских отраслей экономики, особенно, таких, которые связаны с телекоммуникациями.
Планируется, что к 2020 году в китайской НСС будет задействовано около 35 спутников, и тогда система «Бэйдоу» сможет контролировать весь земной шар. Китайская НСС предусматривает следующие виды услуг: определение местоположения с точностью до 10 м, скорости до 0,2 м/с и времени до 50 нс. Особенный круг пользователей будет иметь доступ к более точным параметрам измерений. Китай готов на взаимодействие с другими странами по разработке и эксплуатации спутниковой навигации. Китайская система «Бэйдоу» полностью совместима с европейской Galileo, российской ГЛОНАСС и американской GPS.
«Бэйдоу» эффективно применяется при подготовке прогнозов погоды, предупреждении стихийных бедствий, в области транспорта наземного, воздушного и морского, а также геологоразведке.
В планах Китая постоянное усовершенствование своей спутниковой навигационной системы. Увеличение количества спутников позволит расширить зону обслуживания всего азиатско-тихоокеанского региона.
Источник
