|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Космическая глобальная радионавигация: роль и место российской системы ГЛОНАССВажной особенностью ГНСС является ее многоспутниковый космиче-ский сегмент. Лица, принимающие решения о создании ГНСС, осведомлены о том, что начальные затраты на развертывание сегмента будут значительными (необходим точный расчет сил и средств, так как при неполном развертывании система не может быть использована по назначению) и спутники должны иметь достаточно большие сроки службы (в противном случае суще-ственно возрастают текущие расходы на поддержание штатного состава космического сегмента). Для достижения глобальности навигационно-временного обеспечения в штатном составе космического сегмента четырех упомянутых проектов должно быть: GPS – 24 спутника семейства NAVSTAR GPS (серии -2, -2A, -2R и -2RM) в шести плоскостях орбит высотой 20,2 тыс. км и наклонением 550; ГЛОНАСС – 24 спутника серии ГЛОНАСС-М в трех плоскостях орбит высотой 19,1 тыс. км и наклонением 64,80; Galileo – 30 спутников серии GALILEO в трех плоскостях орбит высотой 23,6 тыс. км и наклонением 560; Compass – 51 спутник (в перспективе 66), в том числе 12 – серии COMPASS-M в шести плоскостях орбит высотой 20,2 тыс. км и наклонением 550 (в перспективе – до 27 спутников), 30 – серии COMPASS-MG в трех плоскостях орбит высотой 27,73 тыс. км и наклонением 560, 9 – серии COMPASS-H в шести плоскостях орбит высотой 36 тыс. км и наклонением 500. Кроме того, для систем GPS и ГЛОНАСС (в перспективе – Galileo) созданы три (американское WAAS, европейское EGNOS и японское MSAS) региональных дифференциальных дополнения с радионавигационным обору-дованием на геостационарных спутниках (три, три и два соответственно) и еще несколько таких дополнений проектируется (в частности, в Индии на основе трех геостационарных спутников системы GAGAN, в Нигерии пока на основе одного геостационарного спутника). Глобальность действия радионавигационной спутниковой системы, безусловно, означает ее направленность на обеспечение военных потребителей на транспортных средствах с высокой маневренностью в любом районе Земли. К таким транспортным средствам относятся, в частности, ракеты (в обычном, неядерном оснащении), подводные лодки, корабли и самолеты – носители ракет. Все разговоры о судах и яхтах, самолетах бизнес-класса и пр. к делу не относятся: гражданские море- и воздухоплаватели используют, при крайней необходимости, услуги других систем радионавигации, в том числе дифференциальных дополнений ГНСС. А для приложений внутри страны достаточно создания региональной (национальной) системы, как, например, действующая китайская радионавигационная спутниковая система Beidou (3 спутника на орбитах высотой 36 тыс. км и наклонением 0 – 10), японский проект QZSS (3 спутника на орбитах высотой 39970/ 31602 км и наклонением 450 с подапогейной точкой на долготе Японии) и индийский проект IRNSS (4 спутника на геосинхронных орбитах с наклонением 290 с подапогейными точками 550 и 1120 в. д.). Система ГЛОНАСС, российское достояние, должна обеспечивать в соответствии с международными правилами (главное из них в случае радионавигации – никому не создавать помех) поставленные задачи навигационно-временных определений для российских государственных (военных и гражданских) и других потребителей в любом месте Земли и околоземного космического пространства. В ходе 35 запусков с помощью ракет-носителей «Протон/DM-2» с октября 1982 г. на орбиты выведены 95 навигационных спутников, в том числе с декабря 2001 г. – 18 спутников второго поколения серии ГЛОНАСС-М. В 1993 г. система ГЛОНАСС была принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой ограниченного состава, а в 1995 г. в космическом сегменте было 24 спутника. Система проектировалась, создавалась и развивалась как система военного назначения (официальное наименование – «Ураган»). В перспективе именно эти задачи она должна решать в первую очередь. На выполнение военных задач системы ГЛОНАСС/«Ураган» должны быть направлены основ-ные ресурсы работ по восстановлению, поддержанию и совершенствованию системы, чтобы среди других ГНСС ее роль была неоспорима, а место было среди первых. Необходимо только совершенствование всех сегментов воен-ной части системы ГЛОНАСС – космического, наземного, а также аппаратуры потребителей (АП). Во всех проектах ГНСС реализуются сходные модификации беззапросного метода измерения дальности (в китайском планируется продолжить использование применяемого в системе Beidou запросного метода), что обу-словливает наличие в точках излучения и приема радионавигационного сигнала эталонов времени с высокой стабильностью (например, для обеспечения ошибки измерения дальности 1 м относительная нестабильность эталонных колебаний составляет 3х10-14). При беззапросном методе применяется пассивный режим функционирования АП, безопасный для потребителей во многих отношениях. Системе ГЛОНАСС, гражданской ее части, присущ ряд недостатков (которые, впрочем, присутствуют и в действующей системе GPS, и в развертываемой Galileo). О них можно почитать в Интернете («глонассоведы» расписали все «в цветах и красках»). Несмотря на это, проект системы ГЛОНАСС наряду с другими имеет безусловные перспективы, прежде всего в военной сфере. Однако проблема проекта системы ГЛОНАСС с 1996 г. состояла только в том, что долгое время руководство России и заказчики, в распоряжении которых находилась такая уникальная система, не предпринимали практических шагов для ее поддержания, восстановления полной группировки спутников и ввода в строй. В это трудно поверить, но дело шло к ликвидации системы ГЛОНАСС. В 1996, 1997 и 1999 гг. запусков спутников не производилось (предназначавшиеся для этого ракеты-носители использовались для коммерческих запусков спутников зарубежных стран), в 1998 г. был один запуск (3 спутника). С 2000 г. запуски производятся раз в год (по 3 спутника), причем с 2001 г. – модернизированных спутников серии ГЛОНАСС-М. В 2001 г. распоряжением Президента РФ правительству было поручено принять меры по сохранению и развитию системы ГЛОНАСС, а генеральным заказчиком системы наряду с Министерством обороны было определено Российское авиационно-космическое агентство (в настоящее время – ФКА). Только в августе 2001 г. Правительством РФ была принята Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», которая определила основные направления работ в 2002 – 2007 гг. и 2007 – 2011 гг. Подошел срок завершения первого этапа программы, а в результате – лишь попытки поддержать усеченный состав многоспутниковой системы путем ежегодного вывода на орбиты одной ракетой-носителем трех навигационных спутников с недопустимо короткими сроками функционирования платформ. В том виде, в котором продолжала развертываться российская система, она могла лишь служить источником дополнительных навигационных ориентиров для гражданской части ГНСС, сначала американской, а позже – систем Galileo и Compass. При этом любая АП будет иметь возможность не только выбирать лучшие четыре из 8 – 10 спутников системы GPS, но и привлекать спутники системы ГЛОНАСС, а с развертыванием системы Galileo – лучшие из 16 – 20 спутников систем GPS и Galileo и спутников системы ГЛОНАСС, тем самым повышая надежность навигационно-временных определений, особенно в сложных условиях (города, горная местность, фьорды и т. п.). В январе 2006 г. Президент РФ поставил задачу ускоренного восстановления системы, ее использования в стране (в 2007 г.) и мире (в 2009 г.). В 2006 г. проведена корректировка федеральной целевой программы, в соответствии с которой в 2007 г. предполагалось довести количество орбитальных спутников до 18, а в 2009 г. – до 24 (по два запуска в 2007 – 2009 гг.). В 2009 г. намечалось вывести на орбиту первый спутник новой серии ГЛОНАСС-К. В августе 2006 г. на совещании военно-промышленной комиссии были рассмотрены вопросы организации работ по развитию и целевому использованию системы ГЛОНАСС. В ноябре 2006 г. головной организацией по системе ГЛОНАСС вместо НПО ПМ стало ФГУП «Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения» (РНИИ КП), ранее бывшее соисполнителем проекта, а его генеральный директор Юрий Урличич был назначен генеральным конструктором системы ГЛОНАСС. В декабре 2006 г. на совещании военно-промышленной комиссии были рассмотрены вопросы повышения тактико-технических характеристик системы, обеспечения ее конкурентоспособности, усиления координации работ по созданию АП (ГЛОНАСС и GPS+ГЛОНАСС), а также коммерческого использования системы ГЛОНАСС. В декабре 2006 г. состоялась третья и, по-видимому, первая конструктивная российско-американская встреча рабочей группы по вопросам взаимодополняемости и совместимости систем ГЛОНАСС и GPS. Обсуждены проблема использования частотного разделения сигналов спутников системы ГЛОНАСС и целесообразность перехода на кодовое разделение, принятое в системах GPS и Galileo (решение по этому вопросу российская сторона планировала принять до конца 2007 г.), для более полного извлечения выгод от взаимодополняемости систем для гражданских применений. С 1 января 2007 г. Министерство обороны РФ сняло все ранее установленные ограничения на точность определения координат местоположения потребителей на территории страны. С начала 2007 г. Президент РФ Владимир Путин и министр обороны, а затем первый заместитель председателя Правительства РФ Сергей Иванов неоднократно высказывались по проблеме навигационной безопасности страны. В апреле 2007 г. в Москве состоялся международный форум по спутниковой радионавигации, организованный ФКА, Мининформсвязи и столичным правительством. В частности, было объявлено, что до 2009 г. в системе ГЛОНАСС будет развернута штатная орбитальная группировка в количестве 24 спутников, причем до конца 2007 г. намечено осуществить два запуска по три спутника в каждом. Юрий Урличич заявил, что до конца 2007 г. в продаже появится недорогая АП системы ГЛОНАСС. Заместитель руководителя ФКА Ю. Носенко напомнил, что в 2007 г. на работы по системе ГЛОНАСС намечено выделить из бюджета около 10 млрд руб., а на создание АП также привлечь внебюджетные средства (сотни миллионов рублей). Начальник штаба Космических войск Александр Квасников объявил, что проводятся испытания переносной АП, в перспективе запуски спутников серии ГЛОНАСС-М будут осуществляться с помощью ракет-носителей «Союз-2» (по одному спутнику) на полигоне Плесецк. В мае 2007 г. Президентом России был подписан Указ «Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития Российской Федерации». И, наконец, с 24 по 25 мая 2007 г. в Подмосковье под руководством РНИИ КП прошел совет главных конструкторов по вопросам развития орбитальной группировки, функциональных дополнений, а также возможности коммерческого использования системы ГЛОНАСС. Совет рассматривал вопросы в закрытом режиме, открыто обсуждались только основные направления и перспективы коммерческого использования системы и технологий спутниковой навигации. В новых благоприятных условиях роль и место системы ГЛОНАСС в ряду ГНСС США, Европы и Китая, наконец, приобретают конкретные очертания. При штатном развертывании системы ГЛОНАСС все спутники всех ГНСС будут создавать навигационное поле общего применения (от 24 – 30 спутников в зоне радиовидимости АП, на подходе еще 12 китайских спутников) для гражданских потребителей и отдельные навигационные поля санкционированного применения (от штатного состава космического элемента каждой системы) для военных потребителей. Россия располагает технической системой, имеющей 25-летнюю историю. Этот опыт можно использовать при совершенствовании военной части космического и наземного сегментов и АП (в противном случае требуется проектирование и развертывание принципиально новой системы). Естественно, для нашей военной подсистемы американцы, европейцы и китайцы ничего делать не будут по военно-политическим причинам. Как и следовало ожидать, ничем завершились попытки Китая получить доступ к защищенным сигналам систем GPS, Galileo и ГЛОНАСС, после чего китайцы активно стали заниматься созданием собственной ГНСС). В свое время американцы постоянно «вставляли палки в колеса» европейскому проекту, в частности его военной части (угроза потери части доходов от предоставления доступа к точным сигналам системы GPS), пока не поняли, что стремление Европы к навигационной независимости от США не преодолеть, в военной части обоих проектов можно договориться, а в гражданской и коммерческой – сотрудничество необходимо при конкуренции в области АП, где у американцев преимущество первопроходца. Военная часть системы ГЛОНАСС будет воссоздаваться с учетом накопленного опыта и технологий, без оглядки на США, Европу или Китай. Тем более что наметилась тенденция четкого разделения военной и гражданской аппаратуры навигационных спутников (например, у американцев на спутниках третьего поколения GPS-3). Главное условие восстановления космического элемента системы ГЛОНАСС состоит в создании надежной платформы для навигационных спутников. Действительно, при семилетней гарантии активного существования спутника серии ГЛОНАСС-М к концу мая 2007 г. средний срок функционирования платформ отечественных навигационных спутников не превышал трех лет, а максимальный срок службы действующего спутника системы ГЛОНАСС составлял 6,5 лет (спутник серии ГЛОНАСС, выведенный на орбиту в октябре 2000 г.), однако это рекорд (для сравнения: только один спутник системы GPS проработал так мало). Фактически в начале июля 2007 г. из 17 управляемых спутников для навигационно-временных определений были пригодны только 12 (из них в одной плоскости – 6, во второй – 2 и в третьей – 4), так как с февраля по июль 2007 г. были «временно выведены на техобслуживание» 4 ИСЗ (для сравнения: в системе GPS аналогичный временный вывод из эксплуатации занимает, как правило, не более суток). С начала развертывания системы ГЛОНАСС (1982 г.) заказчику было поставлено 95 спутников (все они выведены на орбиты, в том числе 13 – экспериментальных, 64 – серии ГЛОНАСС и 18 – серии ГЛОНАСС-М). Для сравнения: американские подрядчики с начала развертывания системы (1978 г.) до ее ввода в эксплуатацию (1994 г.) поставили заказчику 35 спутников (все они выведены на орбиты, в том числе 11 экспериментальных серии NAVSTAR в 1978 – 1985 гг. и 24 – серий NAVSTAR-2 и -2A в 1989 – 1994 гг.), а после 1994 г. было запущено еще 15 спутников (1 – серии NAVSTAR-2A, 14 – серии NAVSTAR-2R) для поддержания группировки, а также начато развертывание спутников, оснащенных новым навигационным оборудованием (на орбиты в 2005 – 2006 гг. выведены 3 спутника серии NAVSTAR-2RM). Генеральный конструктор и генеральный директор НПО ПМ Николай Тестоедов в мае 2007 г. сообщил, что его компания в состоянии удвоить темпы выпуска новых навигационных спутников. В 2006 г. было выпущено 4 космических аппарата, в 2007 г. планируется 11, в 2008 г. – 12. Параллельно развертывается производство аппаратов нового поколения. Таким образом, НПО ПМ намерено выпустить еще 27 спутников серии ГЛОНАСС-М. Один очень хороший человек в таких случаях на полях рукописи рисует ежика («ежу понятно»): если выводить в год только по три спутника со сроком службы три года, тогда это будет только бесконечный процесс замены вышедших из строя и запущенных три года назад спутников с поддержанием группировки максимум из 9 действующих спутников (естественно, в одном запуске три спутника выводятся в одну и ту же плоскость орбиты, а неисправности возникают у спутников из разных плоскостей). Даже если осуществлять четыре удачных запуска (по три спутника в каждом) в год, то через два года в системе будет 24 спутника, но уже через год потребуется ежегодно осуществлять как минимум по четыре запуска для замены выходящих из строя и восполнения группировки до 24 действующих спутников. Нет данных о расчетных сроках службы составных элементов навигационного оборудования спутников, в частности, стандартов частоты (по системе GPS эти данные общедоступны, в том числе в сети Интернет). Не исключено, что именно короткие сроки службы стандартов определяют длительность службы спутников системы ГЛОНАСС. Но в таком случае России вообще не стоит восстанавливать систему ГЛОНАСС и следует остановиться на применении доплеровских средств космической навигации. Сегодня для установки навигационной полезной нагрузки ГНСС, срок службы которой, по опыту американцев, во многом зависит от продолжительности работы комплекта бортовых стандартов частоты, требуется надежная платформа с расчетным сроком функционирования не менее 15 лет. Спутник нового поколения серии ГЛОНАСС-К, по замыслу создателей платформы «Экспресс-1000» из НПО ПМ, будет иметь «расчетный срок активного существования» 10 лет. Первый запуск спутника серии ГЛОНАСС-К, оснащаемого дополнительным навигационным передатчиком на третьей частоте, планируется НПО ПМ в 2009 – 2010 гг., причем небольшая масса спутника позволит запускать их парами ракетой-носителем «Союз-2» на полигоне Плесецк (всего намечено изготовить 27 спутников этой серии). Такие спутники, по планам НПО ПМ, будут заменяться спутниками серии ГЛОНАСС-КМ, для которых разрабатываются технические требования (начало летных испытаний намечено на 2015 г.). Роль и место системы ГЛОНАСС зависят также от принятия концептуальных решений о путях развития гражданской части системы и о коммерческом использовании системы. При развитии гражданской (и, может быть, коммерческой) части системы необходима координация работ с США, Европой, Китаем, Японией, Индией и другими странами. Наработок в области совершенствования навигацион-ных сигналов, стандартов частоты, бортового оборудования в целом, наземного сегмента, аппаратуры потребителей – выше головы, тем более что в сложившихся условиях использование американского и европейского опыта позволяет российским разработчикам экономить время на проведение дополнительных НИОКР. Если же технологические возможности наших предприятий не позволяют пока самостоятельно создать бортовое оборудование для навигационно-временного обеспечения гражданских и коммерческих потребителей, то при-дется думать об установке на наших радионавигационных спутниках оборудования зарубежного производства (соответствующие предложения имеются), как это произошло с нашими спутниками связи серии «Экспресс-АМ». Коммерческие перспективы системы ГЛОНАСС, не предназначавшейся для этого по проекту, весьма туманны. Здесь можно отметить американский и европейский опыт. Расчеты американцев еще в 1970-е гг. показали, что система GPS не окупится никогда, а коммерческий рынок будет обеспечиваться лишь малой частью возможностей этой системы. Поэтому доступ к незащищенным навигационным сигналам они оставили открытым (впрочем, первоначально применялись способы загрубления получаемых с их помощью навигационно-временных решений, однако толку от этого было мало, и от них отказались в мирное время, одновременно улучшив собственные конкурентные условия по сравнению с еще перспективной европейской системой). Доходы американским компаниям обеспечивают продажи на коммерческом рынке гражданской АП и по межправительственным соглашениям – военной АП странам-союзницам. Первоначальные оценки в Европе показали, что доход может принести предоставление навигационно-временных услуг с гарантированной надежностью и точностью, поэтому несколько из 10 навигационных сигналов, кото-рые планируется передавать от каждого навигационного спутника системы Galileo, предназначены для коммерческого применения (то есть потребители должны оплачивать предоставляемые навигационно-временные услуги). Од-нако представители европейского коммерческого сектора в 2006 г. отказались от планов финансировать половину стоимости работ по развертыванию системы Galileo (теперь эти расходы взяли на себя Европейский союз и Европейское космическое агентство), тем самым показав, что коммерческие перспективы проекта достаточно рискованные. Этому способствуют предоставление американцами в своей системе бесплатного доступа к открытым сигналам (их количество постепенно увеличивается, сначала до трех, а затем – до четырех) и отмена (на мирное время) искусственного загрубления их точности – кто будет платить за то, что можно взять даром? Доходы европейским компаниям, скорее всего, обеспечат продажи на коммерческом рынке гражданской АП (как в США) и предоставление платных навигационно-временных услуг отдельным категориям потребителей. В России единственное место коммерции – гражданское применение системы, так как внутри страны можно действовать исходя из известного принципа: «не будут брать – отключим газ» и принудить правительственных потребителей к использованию АП отечественного производства. В Указе Президента отмечено, что «аппаратура спутниковой навигации, приобретаемая для нужд федеральных органов исполнительной власти и подведомственных им организаций, должна функционировать с использованием сигналов системы ГЛОНАСС». Однако в этом документе ничего не сказано об отечественном производстве такой аппаратуры (по-видимому, будет разослано дополнительное разъяснение). Тем не менее, в 2007 г. одно из российских предприятий получило контракт РНИИ КП на создание 3 тыс. комплектов АП. В Указе Президента также упоминается «создание детальных цифровых навигационных карт для гражданских потребителей», но это скорее относится к картографии и съемке земной поверхности с высоким разрешением (здесь есть несомненные коммерческие перспективы в связи с отменой всех ограничений на точность определения местоположения потребителя на территории РФ), чем к спутниковой радионавигации. Генеральный директор компании «Российский институт радионавигации и времени» в мае 2007 г. заявил, что первая коммерческая АП системы ГЛОНАСС появится в открытой продаже в конце 2007 г. Это должен быть многофункциональный конкурентоспособный прибор, сопоставимый по стоимости с американским оборудованием. До 2011 г. предусматривается создать (привлечено 10 российских компаний) профессиональную аппаратуру, которая будет работать в двух системах (GPS и ГЛОНАСС). Однако у российских потенциальных коммерсантов от космической радионавигации по сравнению с их американскими и европейскими коллегами ситуация хуже некуда. Мало того, что имеется бесплатная американская ус-луга от 24 спутников (ее точности для потребителей более чем достаточно, а специализированные потребители незащищенных сигналов, предприняв дополнительные несложные меры, доводят точность определения местоположения до нескольких метров), еще через 3 – 4 года появится (в этом уже можно не сомневаться) европейская система, также с бесплатными услугами от 30 спутников (с немного лучшими характеристиками точности и надежности), да и китайцы в апреле 2007 г. вывели на орбиту первый спутник серии COMPASS-M национальной ГНСС. Исходя из изложенного, все разговоры по поводу коммерческого применения системы ГЛОНАСС относятся к области фантазий, которые усугубляются проблемами, связанными с применением в персональной АП современных технологий и с чрезвычайно высокой конкуренцией на рынке коммерческой АП. В России сегодня широко используются зарубежные коммерческие АП различных классов (по GPS и ГЛОНАСС), которые постоянно совершенствуются и полностью удовлетворяют растущие запросы потребителей. Особых изменений в связи с активизацией работ по системе ГЛОНАСС в этой области не предвидится. Дополнительное финансирование и привлечение российских компаний на рынок коммерческой АП ничего не дадут, и в ближайшие годы обстановка скорее всего будет развиваться аналогично той, которая была при развертывании наземных систем персональной подвижной радиосвязи – «мобильники» в стране были и есть любых зарубежных производителей, кроме российских («отверточная» сборка не в счет). Технологические особенности производства навигационной АП мало отличаются от технологий создания терминалов подвижной связи (тот же диапазон частот и формы сигналов), поэтому, если российские предприятия были не в состоянии освоить промышленные технологии подвижной связи, то они вряд ли смогут конкурировать при производстве навигационной АП. Более того, в ближайшей перспективе каждый терминал персональной подвижной связи (в его состав входит мобильный телефон) будет сопряжен с навигационной АП. Догадайтесь, каким терминалам отдадут предпочтение россияне – зарубежным или отечественным? Дабы завершить обзор на более оптимистичной ноте, отметим, что в соответствии с упомянутым Указом Президента Правительство РФ до 31 декабря 2011 г. должно утвердить федеральную целевую программу по поддержанию, развитию и использованию системы ГЛОНАСС на 2012 – 2020 гг. Роль систем глобального позиционирования в современном мире трудно переоценить. Помимо традиционного военного применения, подобные системы нашли широкое применение в гражданских сферах, таких как диспетчеризация и логистика, охранно-поисковые системы, системы синхронизации и точного времени в телекоммуникациях. Таким образом, коммерческое применение российской ГЛОНАСС кажется вполне разумным и обоснованным. Вместе с тем, трудно не согласиться, что попытка хоть как-то потеснить на этом рынке американскую систему GPS/NAVSTAR – на данный момент выглядит, мягко говоря, не убедительно. И дело здесь не только в проблемах спутникового сегмента. Возьмем, к примеру, абонентские устройства гражданского назначения. Очевидно, что потребитель стремится как можно более выгодно вложить свои деньги, ориентируясь на такие показатели как соотношение «цена – качество» и «цена – функциональность». Проведенные нами сравнительные испытания приемника системы GPS/NAVSTAR (зарубежный образец, чипсет SIRF STARIII) и ГЛОНАСС (отечественный, двухрежимный GPS/ГЛОНАСС) гражданского применения показали существенное отставание характеристик российской разработки. Фактически, по всем важнейшим критериям – массо-габаритные характеристики, чувствительность, цена, точность позиционирования, эргономичность – пальму первенства взял «иностранец», причем с существенным отрывом. Исходя из этого, представляется необходимым сконцентрироваться не только на проблемах восстановления орбитальной группировки ГЛОНАСС, но и доведению абонентских устройств до уровня технологической конкурентоспособности. В противном случае, использование отечественной системы будет лишь уделом госструктур. Главная страница / Архитектура отрасли |