Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС)

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС, англ. GLONASS) – российская спутниковая система навигации, предназначенная для навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Она позволяет в абсолютно любой точке земного шара, а также в космическом пространстве вблизи планеты определять местоположение и скорость объектов.

Толчком к началу практических работ в области спутниковой радионавигации послужил успешный запуск в СССР первого искусственного спутника Земли в октябре 1957 года.

Использовать спутники для навигации первым предложил профессор Валентин Шебшаевич. Такая возможность была открыта им при исследовании приложений радиоастрономических методов в самолетовождении.

Данные исследования были использованы в 1963 году при опытно-конструкторских работах над первой отечественной низкоорбитальной системой "Цикада", предназначенной для морской и воздушной навигации.

В 1967 году на орбиту был выведен первый навигационный отечественный спутник "Космос-192". Система "Цикада" была сдана в эксплуатацию в составе четырех спутников в 1979 году.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации.

Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям подавляющего состава потенциальных потребителей. В 1976 году вышло постановление правительства СССР о ее разработке.

На основе проведенных многосторонних исследований отечественными специалистами для навигационной системы была выбрана штатная орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19100 километров.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты 12 октября 1982 года с запуском первого космического аппарата серии "Глонасс" ("Космос-1413"). Развертывание системы продолжилось с темпом один-два запуска космических аппаратов в год и к концу 1988 года на орбите находились уже шесть спутников. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию в интересах министерства обороны РФ с орбитальной группировкой ограниченного состава из 12 спутников. В декабре 1995 года орбитальная группировка была развернута до полного состава (24 спутника), который необходим для полного охвата территории всего земного шара. Однако в то время большим недостатком было практически отсутствие гражданской навигационной аппаратуры и соответственно гражданских потребителей системы.

В связи с экономическими проблемами во второй половине 1990-х годов орбитальная группировка ГЛОНАСС не восполнялась и практически деградировала.

К 2002 году она насчитывала только семь космических аппаратов, что не могло обеспечить территорию России навигационными сигналами системы ГЛОНАСС хотя бы с умеренной доступностью. Точностные характеристики уступали более чем на порядок американской системе навигации GPS, а срок активного существования космических аппаратов составлял три-четыре года.

Чтобы переломить ситуацию, распоряжением президента РФ от 18 февраля 1999 года система ГЛОНАСС была определена как система двойного назначения, применяемая в научных, социально-экономических целях, в интересах обороны и безопасности России, а в 2001 году принята федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система" на период 2002-2012 годов.

В результате ее реализации орбитальная группировка была полностью восстановлена. С 2012 года система развивалась в рамках новой федеральной целевой программы "Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы". Ее целями являлись расширение внедрения отечественных спутниковых навигационных технологий и услуг с использованием системы ГЛОНАСС в интересах специальных и гражданских (в том числе коммерческих и научных) потребителей, международного использования спутниковых навигационных российских технологий за счет поддержания и развития системы ГЛОНАСС.

Система ГЛОНАСС состоит из подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления и навигационной аппаратуры потребителей.

Подсистема космических аппаратов штатно включает 24 спутника, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 километров, наклоненных к экватору под углом 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости штатно размещаются по восемь спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°.

Выбранная структура орбитальной группировки обеспечивает движение всех космических аппаратов по единой трассе на поверхности Земли с ее повторяемостью через восемь суток и позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем. Кроме того, такие характеристики обеспечивают высокую устойчивость орбитальной группировки системы ГЛОНАСС, что практически позволяет обходиться без коррекции орбит космических аппаратов в течение всего срока их активного существования.

По состоянию на 10 октября 2022 года в составе орбитальной группировки ГЛОНАСС находилось 26 космических аппаратов, из них 22 использовались по целевому назначению.

Космические спутники для ГЛОНАСС были спроектированы в конструкторском бюро НПО прикладной механики (ныне – АО "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева", АО "ИСС") в городе Красноярск-26 (Железногорск, Красноярский край). С 1982 года по 2005 год в эксплуатацию вводились космические аппараты (КА) "Глонасс", со сроком активного гарантийного существования три года.

В настоящее время основу орбитальной группировки составляют спутники модифицированной серии "Глонасс-М" со сроком активного существования семь лет, первый из которых был запущен в 2003 году, и космические аппараты нового поколения "Глонасс-К", работоспособность которых составляет 10 лет. В отличие от спутников "Глонасс-М, где доля зарубежных комплектующих доходит до 80%, в "Глонасс-К" значительно больше половины электроники российской разработки.

"Глонасс-К" имеют меньшую массу и обладают рядом других усовершенствований. Помимо излучения навигационных сигналов они способны передавать информацию с аварийных радиобуев Международной космической системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. Запуск первого спутника был успешно произведен в феврале 2011 года с космодрома Плесецк.

В настоящее время в АО "ИСС" создают усовершенствованные навигационных спутники – "Глонасс-К2", которые отличаются от спутников прошлого поколения большим количеством излучаемых навигационных сигналов, позволяющим повысить качество навигационного обслуживания в России.

В феврале 2021 года генеральный директор "Роскосмоса" Дмитрий Рогозин заявлял, что точность спутников "Глонасс" составляет 2,6 метра, а с появлением аппаратов нового поколения "Глонасс-К2" она улучшится до 1,3 метра. https://ria.ru/20210605/glonass-1735743775.htmlТакже будет повышена помехоустойчивость навигации, что крайне актуально в современных условиях. "Глонасс-К2" планируется запустить в космос в конце 2022 года. Эти космические аппараты будут основой российской навигационной спутниковой группировки вплоть до 2050 года.

Подсистема контроля и управления (ПКУ) состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования космических аппаратов, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени. Навигационной аппаратурой потребителей системы ГЛОНАСС выполняются беззапросные измерения до четырех спутников ГЛОНАСС, а также прием и обработка навигационных сообщений. В навигационном сообщении описывается положение спутника в пространстве и времени.

В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три координаты потребителя, три составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется "привязка" шкалы времени потребителя к шкале Госэталона координированного всемирного времени UTC (SU).

Интерфейс между подсистемой космических аппаратов и навигационной аппаратурой потребителей состоит из радиолиний L-диапазона частот. Космические аппараты модификации "Глонасс-М" в поддиапазонах L1 и L2 излучают навигационные сигналы стандартной точности (СТ), доступные любым потребителям, и сигналы высокой точности (ВТ), доступные только специальным потребителям. Сигнал ВТ модулирован специальным кодом и предназначен для использования в интересах министерства обороны РФ.

КА модификации "Глонасс-К" наряду с радиосигналами L1 и L2 с частотным разделением, полностью аналогичным сигналам КА "Глонасс-М", дополнительно излучает в диапазоне L3 радиосигналы открытого доступа с кодовым разделением.

В настоящее время существует широкий спектр задач навигационного и координатно-временного обеспечения, условий и областей применения спутниковых навигационных технологий, требующих дальнейшего совершенствования системы ГЛОНАСС, включая навигационную аппаратуру потребителей. В первую очередь это относится к высокоточным применениям системы ГЛОНАСС, для реализации которых необходимо обеспечение дециметрового и сантиметрового уровней точности в реальном масштабе времени, а также к применениям, связанным с обеспечением безопасности при эксплуатации авиационного, морского и наземного транспорта. Требуется повышение оперативности навигационных решений и устойчивости системы ГЛОНАСС к воздействию помех. Существует значительное количество применений, где предъявляются требования обеспечения миниатюризации и высокой чувствительности навигационной приемной аппаратуры.

В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Госкорпорация "Роскосмос" и АО "Российские космические системы", головная организация по ГЛОНАСС.

Усовершенствование спутниковой навигационной системы осуществляется путем модернизации космических аппаратов, а также развитием системы функциональных дополнений, которая предоставляет потребителям дополнительную информацию, позволяющую повысить точность и достоверность определения пространственных координат, скорости движения и времени.

Комплексом высокоточного широкозонного функционального дополнения системы ГЛОНАСС является система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ), обеспечивающая воздушные суда гражданской авиации высокоточным навигационным сервисом SBAS, позволяющим им выполнять операции захода на посадку. Одним из компонентов СДКМ является сеть унифицированных станций сбора измерений (УССИ), охватывающую территорию России и сопредельных государств. На начало 2022 года сеть состояла из 46 станций, дислоцированных в РФ, и семи УССИ за рубежом, включая Южную Америку и Антарктиду.

По сообщению Роскосмоса, точность определения местоположения с помощью ГЛОНАСС планируется улучшить до 10 сантиметров после 2030 года.

В соответствии с указом президента РФ доступ к гражданским навигационным сигналам системы ГЛОНАСС предоставляется как российским, так и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

С 1996 года по предложению правительства РФ ГЛОНАСС наряду с американской GPS используется Международной морской организацией и Международной организацией гражданской авиации.

Сегодня трудно найти сферу социально-экономического развития, в которой не могли бы использоваться услуги спутниковой навигации. Наиболее актуальным остается применение ГЛОНАСС-технологий в транспортной отрасли, включая морское и речное судоходство, воздушный и наземный транспорт. При этом, по данным экспертов, порядка 80% навигационного оборудования применяется на автомобильном транспорте. Еще одна область применения ГЛОНАСС в интересах спасения человеческих жизней – сочетание глобальной спутниковой навигации с Международной системой поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ.

Также основной сферой применения технологий спутниковой навигации становится персональная навигация.

Технологии ГЛОНАСС используются в городском и земельном кадастре, планировании и управлении развитием территорий, для обновления топографических карт. Научное сообщество активно использует навигационные данные для наблюдений и исследований Земли.

Технологии ГЛОНАСС применяются в космической отрасли, при строительстве, в сельском хозяйстве и т.д.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников