Неглобальные спутниковые системы

Подготовка очередного спутника системы ГЛОНАСС – сложный технологический процесс. Фото Reuters

Одним из самых заметных вкладов космонавтики в повседневную жизнь стало создание спутниковой навигации. Так, в военной сфере точная навигация стала критически важным элементом. Именно поэтому все крупные державы стремятся иметь свою навигационную группировку. Сначала появилась американская система GPS, затем – советская ГЛОНАСС.

GPS (Глобальная система позиционирования) – универсальная система отслеживания и навигации в режиме реального времени. GPS полностью контролируется и управляется правительством США, что может вызывать опасения по поводу возможного отключения или ограничения доступа к сигналам.

Сигналы GPS относительно слабы и могут быть заблокированы или подавлены различными средствами радиоэлектронной борьбы. Для нормальной работы GPS-приемнику требуется беспрепятственный обзор неба, что может быть проблематично в условиях плотной застройки. Сигнал не охватывает все районы. Например, в широтах полярного круга сигнал почти отсутствует.

К сожалению, создание любой глобальной системы обходится слишком дорого. Стоимость программы GPS, например, на данный момент, не включая стоимость пользовательского оборудования, но включая затраты на запуск спутников, оценивается в 5 млрд долл. США. Кроме того, эти системы можно отключить в самый критический момент.

Так произошло с Индией во время пограничного вооруженного конфликта между Индией и Пакистаном в 1999 году (Каргильская война). Тогда США отказали в запросе на использование высокоточного защищенного канала GPS для индийской армии. Поэтому неудивительно, что Индия создала собственную неглобальную спутниковую систему NavIC.

Индийская региональная навигационная спутниковая система (IRNSS) (с 2016 года – NavIC) – это автономная система, предназначенная для предоставления геопространственной информации о местоположении в пределах Индийского субконтинента. Проект был разработан Индийской организацией космических исследований (ISRO) и одобрен правительством Индии в 2006 году. Основная зона обслуживания охватывает Индию и территорию до 1500 км от индийской границы. В составе системы находится восемь спутников, работающих на геонсинхронных орбитах на высоте 36 000 км.

Система позволяет осуществлять наземную, воздушную и морскую навигацию; управление автопарком и отслеживание транспортных средств; интеграцию с мобильными телефонами; картографирование и сбор геодезических данных; помощь туристам и путешественникам с наземной навигацией.

Не секрет, чтобы определить свое местоположение, нужно принимать сигналы минимум от четырех спутников, видимых одновременно. Эти локальные системы усиливают сигнал и точность позиционирования в своем регионе, дополняя глобальные. А в случае отключения GPS или Galileo – обеспечивают автономную навигацию. При этом они дешевле в разы.

Другой пример – Япония. Одна из самых урбанизированных стран мира, мегаполисы там плотно застроены высотками. GPS-сигнал плохо «виден». Орбиты спутников японской неглобальной спутниковой системы QZSS специально выбраны так, чтобы они большую часть времени «висели» высоко над горизонтом, это обеспечивает устойчивый прием даже в «бетонных каньонах». Поэтому у Японии находится один спутник на геостационарной орбите и три на высокоэллиптической орбите.

Японская QZSS работает с сигналом диапазона L6, который обеспечивает высокоточное позиционирование с сантиметровой точностью. Система обеспечивает более точную информацию о местоположении на местности со сложным рельефом, например в горах, совмещая свои данные с информацией от GPS-спутников.

Китайская Beidou – это проект, который используется для прогнозирования стихийных бедствий, в интересах беспилотной сельскохозяйственной техники, для дронов-доставщиков, навигации поездов, автомобилей, самолетов, а также для препятствования совершения экологических правонарушений.

Еще есть несколько систем неглобальной спутниковой навигации. Это, в частности, французская DORIS (Determination d’Orbite et Radiopositionnement Integre par Satellite – «Определение орбиты и интегрированное спутниковое радиопозиционирование»). Система изначально разрабатывалась в научных целях, для решения задач геодезии и геофизики. DORIS позволяет измерять скорость с точностью не хуже 0,3 мм/с (sic!) и определять орбиту с ошибкой по высоте не более 5 см. Она может отслеживать до семи маяков одновременно. Система работает в режиме рутинной высокоточной навигации.

Выбор системы передачи только на спутник позволяет полностью автоматизировать операции маяков и линии связи по централизованной доставке данных в центр обработки. DORIS оснащена аппаратурой обнаружения отказов процессора и памяти, а также двукратным резервированием всего программного обеспечения. Интересно отметить, что система DORIS используется в разных странах, в том числе в России (Красноярск, урочище Бадары (Тункинский район, Республика Бурятия), Южно-Сахалинск, Парамушир).

Европейская система Galileo. Она создана Европейским космическим агентством в рамках проекта Трансъевразийской сети. Общие затраты оцениваются в 4,9 млрд евро. Архитектура Galileo позволяет улавливать сигналы от американской инфраструктуры и использовать их для собственной навигации. Galileo – часть транспортного проекта «Трансъевропейские сети» (Trans-European Networks). Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. «Галилео» введена в строй 15 декабря 2016 года при тогдашней группировке из 18 спутников. По данным на февраль 2025 года, сейчас в ней 27 спутников.

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Galileo не контролируется национальными военными ведомствами. Однако в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности.

Спутники «Галилео» выводятся на круговые геоцентрические орбиты высотой 23 222 км (или 29 600 км от центра Земли). На каждой из орбит при полном развертывании системы будет находиться восемь действующих и два резервных спутника. Эта конфигурация спутниковой группировки обеспечит одновременную видимость из любой точки земного шара по крайней мере четырех аппаратов. За счет более высокой, чем у спутников GPS, орбиты на широте полярного круга будет обеспечена точность до одного метра. Расчетный срок эксплуатации спутника превышает 12 лет.

Ряд зарубежных компаний также занимается разработкой альтернатив GPS, в том числе неглобальных навигационных систем. Это, в частности, калифорнийская компания Xona Space Systems. Стартап разрабатывает сверхточную технологию спутниковой навигации нового поколения.

Американские компании Anello Photonics и Advanced Navigation тестируют наземные решения: навигационные устройства, которые используют гироскопы и акселерометры для определения местоположения транспортного средства на основе его собственных движений.

Французский аэрокосмический и оборонный конгломерат Safran разрабатывает систему, которая распределяет данные по оптоволоконным сетям. Они формируют основу глобальной инфраструктуры интернета.

Таким образом, неглобальная спутниковая навигация может предложить более точные и быстрые услуги позиционирования в определенных регионах. Это может быть полезно в ситуациях, где важны локальные навигационные решения.

Сигнал неглобальных систем более устойчив к подавлению в сравнении со спутниковым. Также он защищен от подмены: специальный алгоритм обеспечивает его постоянное изменение. Они могут работать вместе с глобальными системами. Это позволяет увеличивать зоны покрытия и обеспечивать надежную навигацию даже в тех местах, где работа одной системы может быть затруднена. Неглобальные системы могут обеспечивать точность позиционирования беспилотных транспортных средств, необходимую для безопасности движения, например в пределах 10 см.

Конечно, у неглобальных навигационных систем, как у любых других, есть свои недостатки. В частности, некоторые системы работают только на суше и в прибрежных регионах, обеспечивая только боковое позиционирование, а не вертикальную навигацию. Ряд неглобальных систем уязвим для вредоносных помех. Некоторые спутники сталкиваются с рисками случайных столкновений с другими спутниками и космическим мусором.

Тем не менее неглобальные навигационные системы необходимо развивать, потому что именно они обеспечивают навигацию в условиях, когда сигналы глобальных систем недоступны или ненадежны. Это особенно актуально для наземных объектов, специализированной техники и беспилотных транспортных средств.