Космос и Человечество

Испокон веков проблема определения собственного местоположения волновала всех, кто перемещался по земной поверхности на большие расстояния — особенно в эпоху великих географических открытий, когда сотни людей отправлялись в «неведомые страны», наносили на карты новые континенты, прокладывали сухопутные и морские торговые пути...

Географическую широту при условии чистого неба можно было измерить с помощью секстанта. Измерение долготы представляло собой значительно более сложную задачу. Для ее решения использовались наблюдения покрытий звезд Луной, затмений спутников Юпитера. Эти методы подразумевали наличие хорошей погоды и стационарной площадки для установки приборов.

С наступлением космической эры древняя проблема путешественников и мореплавателей оказалась как никогда близка к своему решению. Уже опыт слежения за первым спутником в 1957 г. показал, что измерение доплеровского сдвига частоты радиосигнала, излучаемого движущимся по известной орбите передатчиком, может быть использовано для определения географических координат точки наблюдения. В 1958-59 гг. в Ленинградской военно-воздушной инженерной академии им. А.Ф.Можайского, Институте теоретической астрономии АН CCCP, Институте электромеханики АН CCCP двух морских НИИ и Горьковском НИРФИ проводились исследования по теме «Спутник», ставшие впоследствии основой для советской низкоорбитапьной навигационной спутниковой

системы «Цикада». В 1963 г. начались работы по ее построению. В 1967 г. на орбиту был выведен первый навигационный спутник «Космос-192».

Характерной чертой радионавигационных спутниковых систем первого поколения было применение низкоорбитальных искусственных спутников Земли (ИСЗ) и использование для вычисления координат объекта сигнала единственного видимого в данный момент спутника. В дальнейшем космические аппараты системы «Цикада» были оборудованы аппаратурой для обнаружения терпящих бедствие кораблей и самолетов.

Параллельно в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL, John Hopkins University, Baltimore, Maryland) изучалась возможность определения точного положения и параметров движения спутника относительно наземного пункта по характеристикам излучаемого им сигнала.

На основе этих исследований в 1964 г. в США создается доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения Transit. Основное ее назначение — навигационное обеспечение пуска с подводных лодок баллистических ракет Polaris. «Отцом» системы считается тогдашний директор APL Ричард Кершнер (Richard Kershner). Для коммерческого использования она стала доступной в 1967 г.

В середине 1970-х годов началось создание систем нового поколения на основе самых передовых технологий.

Всемирно известная Global Positioning System (GPS) является частью комплекса NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range — Навигационная система определения времени и дальности). Разработку этого комплекса Министерство обороны США начало еще в 1973 г., 22 февраля 1978 г. был произведен первый тестовый запуск, а в марте 1978 г. началась его эксплуатация. Первый спутник был

выведен на орбиту 14 июля 1974 г., последний — из 24, необходимых для полного покрытия земной поверхности — заработал в 1993 г. Гражданский сегмент военной спутниковой сети принято обозначать аббревиатурой GPS. Коммерческая эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась в 1995 г. В настоящий момент на орбите находится 32 спутника — 24 основных и 8 резервных (на случай сбоев).

В СССР Технические предложения по высокоорбитапьной спутниковой навигационной системе ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) были разработаны в красноярском НПО прикладной механики в начале 1976 г. и рассмотрены межведомственной комиссией в августе того же года. Летные испытания системы начались в 1982 г запуском спутника «Космос-1413». Систему официально приняли в эксплуатацию в сентябре 1993 п с неполной комплектацией орбитальной группировки. Развертывание всей космической структуры планировали закончить в 1995 г. Но из-за экономических проблем работы были приостановлены. В настоящий момент на орбите находится 20 спутников, из них 2 — на техобслуживании. Еще 6 спутников должны быть запущены до конца этого года.

Изначально предполагалось, что название Global Positioning System будет относиться к любым спутниковым системам позиционирования. Американскую службу официально именовали NAVSTAR. Но поскольку она оказалась единственной полностью развернутой глобальной навигационной системой, то ее стали называть GPS NAVSTAR, a чаще — просто GPS.

Хотя американской навигационной системой пользуются во всем мире, ее главный козырь — высокоточное наведение оружия — остается в руках Пентагона. Вдобавок Минобороны США может отключить сигнал со спутников для гражданских пользователей во всем мире (включая пассажирские самолеты и корабли) или выборочно для какого-то географического региона. Разумеется, данное обстоятельство вынуждает другие страны, имеющие выход в космос (Россия, Евросоюз, Индия, Китай, Япония), разрабатывать или совершенствовать свои собственные системы спутникового позиционирования.

В международных документах все эти комплексы, включая GPS, обозначаются как GNSS (Global Navigation Satellites System) — глобальные навигационные спутниковые системы.

GNSS предназначены для определения не только местоположения, но и скорости движения объекта, а также точного времени для морских, воздушных, сухопутных и прочих потребителей. NAVSTAR и ГЛОНАСС — системы двойного назначения, которые разрабатывались по заказу и под контролем военных, что определяет их первоочередную и главную задачу. Все действующие ныне спутники передают два вида сигналов: стандартной точности — для гражданских пользователей и высокой точности — для военных (этот сигнал закодирован, доступ к нему может предоставить только Минобороны). Навигационные системы являются независимыми (полностью автономными) и беззапросными (пользовательская аппаратура только принимает сигнал, не посылая запрос на спутник).

Системы NAVSTAR и ГЛОНАСС состоят из трех основных компонентов: подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления, а также навигационной аппаратуры потребителей. Спутники, разбитые на группы, вращаются в своих орбитальных плоскостях на постоянном расстоянии около 20 тыс. км от поверхности Земли. Для получения сигнала в любое время, в любой точке земного шара и в сотне километров над поверхностью требуется 24 спутника. Их орбиты распределены таким образом, чтобы над горизонтом всегда гарантированно находились минимум четыре спутника, а все «созвездие» построено так, что, как правило, одновременно доступно не менее шести из них. У полностью развернутой спутниковой системы имеются также резервные устройства — по одному в каждой плоскости (у GPS таких плоскостей шесть, у ГЛОНАСС — три). Их оперативно задействуют в случае выхода из строя одного из основных спутников. Впрочем, в штатном режиме они тоже не бездействуют и участвуют в работе системы, улучшая точность позиционирования, а также могут быть использованы и для улучшения покрытия какого-то отдельного региона. Спутники в ограниченных пределах могут быть перегруппированы по команде с Земли, но, в связи с небольшим запасом топлива на борту, делается это только в исключительных случаях. Обычно в течение срока службы производят лишь небольшую коррекцию движения. На борту спутника размещено несколько (три-четыре) эталонов времени и частоты («атомные часы»), но работает всегда только один эталон.

Астроэра.нэт

Следующая >