С целью совершенствования организации воздушного движения и извлечения выгод для эксплуатантов воздушных судов была разработана стратегия современных технологий в области спутников, связи и вычислительной техники. Данная стратегия получила название Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS).
Система GNSS имеет значительные преимущества по сравнению с обычными средствами радионавигации. Она характеризуется более высокой точностью, которая обеспечивается в любом месте земного шара и определяет стандартное всемирное время. В сочетании с другими датчиками на борту воздушного судна, вычислителями воздушных данных, спутниковой связью по линии передачи данных «диспетчер-пилот», автоматическим зависимым наблюдением и методами организации воздушного движения система GNSS позволяет производить полёты, отвечающие более жёстким стандартам на требуемые навигационные характеристики, и увеличить пропускную способность воздушной транспортной системы, снизив при этом общую стоимость полётов и повысив уровень их безопасности.
Данные системы являются очень актуальными, поскольку в первую очередь, они были разработаны в интересах министерств обороны. Помимо управления воздушным движением, спутники и система в целом способна совершать шпионскую деятельность, производить снимки поверхностей с целью определения местоположения войск противника, а также перехватывать радиосообщения для понимания замыслов врага. Именно поэтому каждая страна старается разработать собственную спутниковую радионавигационную систему.
Одной из самых первых систем спутниковой навигации была американская система GPS, которая ведёт своё начало с 1973 года. Помимо гражданских целей по типу определения мгновенного положения и скорости потребителей, а также синхронизации шкал времени, GPS использовалась и Министерством обороны США в качестве решения задач обороны и национальной безопасности. Покрытие орбитальной группировкой происходит в шести плоскостях, пронумерованных от A до F. Всего в составе числится 32 спутника, используется по целевому назначению 30, ещё 2 считаются временно выведенными с орбиты. Спутники располагаются на высоте 20200 км, а срок службы составляет от 7,5 лет. Сегмент управления GPS состоит из пяти контрольных станций и трёх наземных антенн, обслуживающих линию связи «вверх». Для слежения за всеми видимыми спутниками и накопления данных о расстоянии, получаемых по сигналам спутников, на контрольных станциях используются приёмники GPS. Информация от контрольных станций обрабатывается на главной станции управления, где определяется состояние эталонов времени (часов) спутников, состояние и характеристики орбит, а также обновляется навигационная информация каждого спутника. Эта информация от главной станции управления через наземные антенны передаётся на спутники.
Отечественная радионавигационная спутниковая система ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) была принята в опытную эксплуатацию в 1993 году, а в 1995 году развёрнута орбитальная группировка полного состава и начата штатная эксплуатация системы. Система ГЛОНАСС, хоть и была запущена позже GPS, имеет ряд преимуществ. Высоту орбиты спутников у российской системы выше. Покрытие ГЛОНАСС способно захватывать северные широты. Низкое же расположение спутников GPS дает неточные результаты в этих регионах. Также для работы не требуется постоянная синхронизация с вращением Земли. Скорость обработки и передачи данных в режиме реального времени у ГЛОНАСС выше, поскольку спутники вращаются независимо от планеты. Данная система покрывает земную поверхность в 3-ёх плоскостях — от 1 до 3. Всего в составе орбитальной группировки 26 спутников, из которых в эксплуатации 24 и ещё 2 находятся на этапе лётных испытаний. Располагаются данные спутники на высоте 19100 км, их срок службы составляет не менее 5 лет. Сегмент управления ГЛОНАСС состоит из главной станции управления, а также контролирующих и загрузочных станций и осуществляет контроль за спутниками, выполняет управляющие функции и определяет навигационные данные, которыми модулируются закодированные спутниковые навигационные сигналы. Данные о результате измерений, выполненные на контролирующих станциях, обрабатываются на главной станции управления и используются для вычисления навигационных данных, которые передаются на спутники через загрузочные станции.
Следом за США и Россией свою спутниковую радионавигационную систему разработало Европейское сообщество, назвав её «Galileo». Данная спутниковая система была разработана в июне 1999 года, всего в составе орбитальной группировки находится 32 спутника, из которых 25 используется по целевому назначению и 7 используется не по целевому назначению. Каждый аппарат «Галилео» весит 675 кг. Расчётный срок эксплуатации спутника превышает 12 лет. Высота орбиты составляет 23 222 км, количество плоскостей — 3, а период работы — чуть больше 14 часов. Полезная нагрузка заключается в следующих аспектах:
— закладка на борт навигационной информации, в том числе информации целостности и данных для синхронизации бортовой шкалы времени со шкалой времени системы в С-диапазоне. В дополнение к S-диапазону, использующемуся для передачи командной информации и телеметрии, проведения траекторных измерений, а также в качестве резервного канала закладки навигационной информации;
— шифрование команд управления, информации и сигналов услуги с государственным регулированием, в том числе программное и аппаратное разделение реализации санкционированных и открытых услуг;
— использование схемы гибкого изменения модуляции сигнала;
— управление шифрованием данных коммерческой услуги Galileo;
— удовлетворение требования к времени распространения критических сообщений о нарушении целостности, полученных от глобальных и региональных станций;
— обеспечение функционирования услуги поиска и спасания.
Наравне с система Запада, собственную РНС придумали и Восточные соседи. Создание китайской региональной национальной радионавигационной системы «Beidou» началось в 1994 году, а в 2000 году уже были запущены первые два спутника. Развитие системы началось в 2004 году. Третий этап развития произошёл уже в 2009 году.
На данный момент в состав орбитальной группировки Beidou входят 54 спутника, из которых расположены:
— на геостационарной орбите — 9 спутников;
— на наклонных геосинхронных орбитах — 12 спутников;
— на средних круговых орбитах — 33 спутника.
Из них 44 спутника используется по назначению, и 10 — не по назначению. Располагаются спутники на высотах в диапазоне 21500–37000 км, а пространство земли покрывают в 3-ёх плоскостях.
Данная система предоставляет следующие услуги:
— глобальную базовую навигационную услугу;
— услугу широкозонной системы функционального дополнения;
— услугу передачи коротких сообщений;
— услугу высокоточной навигации;
— услугу поиска и спасания.
Наземный комплекс управления системы Beidou включает несколько главных станций управления, станции закладки и глобальную сеть станций мониторинга. Подробной информации о количестве, местонахождении и разделении станций по функциональному назначению в открытых источниках не приводится. Известно, что для слежения за спутниками системы Beidou использовалось 5 командно-измерительных станций, находящихся на территории Китая, которых, по мнению китайских специалистов, явно недостаточно, поскольку они могут отслеживать менее 35 % траектории движения спутника.
Помимо явных лидеров среди стран, на международную арену по разработке собственных радионавигационных систем выходит Индия со своей РНС Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS). Программа создания была утверждена ещё в мае 2006 года, а первый спутник был запущен только 8 июля 2013 года. Формирование системы было закончено в 2016 году. Также в 2016 году система получила новое название — NavIC. Система NavIC предоставляет услуги с открытым и санкционированным доступом, включая обеспечение потребителей данными о целостности навигационного обеспечения и высокоточной. Система NavIC является первой независимой навигационной системой, предоставляющей потребителям с одночастотной аппаратурой ионосферные поправки на основе параметров ионосферной точечной сетки, обеспечивая тем самым точность определения местоположения потребителя, сопоставимую с точностью, получаемой при использовании двухчастотной аппаратуры. Количество спутников 8, а плоскостей, покрываемых земной шар — 2. Зона покрытия системы NavIC охватывает всю материковую часть Индии и территорию, простирающуюся на 1 500 км за ее пределами, в том числе большую часть бассейна Индийского океана.
Также достижениями в области радионавигационных систем может похвастаться такая страна, как Япония, с её разработкой квазизенитной спутниковой системы QZSS (Quazi-Zenith Satellite System) — региональной навигационной спутниковой системы, предназначенной для обслуживания потребителей в Тихоокеанско-Азиатском регионе. Работы по созданию QZSS начались в 2003 год у с разработки концепции, затем в период 2004–2005 годов, было выполнено проектирование и технико-экономическое обоснование проекта. Разработка рабочей документации на составные части QZSS началась в 2006 году, а к их изготовлению японские специалисты приступили в 2008 году. Первый спутник был успешно запущен на околоземную орбиту в сентябре 2010 года. В настоящий момент в системе полноценно работает 4 спутника в 3-ёх плоскостях, а также 1 спутник, выведенный из общего состава орбитальной группировки. Все функции и услуги аналогичны американскому GPS.
Таким образом, всё больше новых стран приходит к развитию собственных радионавигационных систем. Это объясняется желанием каждой страны в обеспечении безопасности воздушного движения для гражданских судов, и обеспечения защиты секретности для военных судов. Данные системы способны не только координировать полёты, но и, при желании производителя, осуществлять съёмку поверхности с целью демаскировки вражеских сил и средств. К тому же, обладатель данной системы с информацией, полученной ей, может в любой момент заблокировать доступ 3-им странам, активно пользующимся этой системой. Тем самым возникает ещё одна острая причина в создании независимой от других радионавигационной системы. Наша страна была одной из первой в этом направлении и система ГЛОНАСС в настоящее время всё также остаётся передовой спутниковой радионавигационной системой. Ей нет достойных аналогов, что делает систему единственной в своём роде.
Внедрение системы GNSS обеспечивает ряд видимых преимуществ:
— повышение безопасности полётов за счёт уменьшения риска, связанного с неточностью информации о местоположении, и более точного наведения;
— увеличение гибкости и эффективности полётов за счёт сокращения полётного времени и экономии топлива.
А потому на сегодняшний день вопрос о наличии и совершенствовании собственной радионавигационной системе актуален как никогда.
Литература:
- Дорохов Г. В., Корчинский А. Л., Шевченок И. В. Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы: учебное пособие / часть 3 / Филиал ВУНЦ ВВС «ВВА» в г. Челябинске, 2011–64 с.
- Кудряков С. А. Радиотехническое обеспечение полётов воздушных судов и авиационная электросвязь: учебное пособие / Москва / Инфра-М, 2021–298 с.
- Соколов С. К проблеме создания метрологического полигона / Армейский сборник, 2020, выпуск № 5, с. 62–67.
- Зализнюк А. Н., Флегонтов А. В., Волков А. А. Перспективы развития наземной навигации в Вооружённых Силах Российской Федерации / Военная мысль, 2022, выпуск № 9, с. 65–69.
- Якушенко С. А., Снежко В. К., Дворовой М. О. Развитие направлений применения аппаратуры спутниковой навигации потребителя в войсках связи / Военная мысль, 2019, выпуск № 3, с. 20–32.
- Прикладной потребительский центр ГЛОНАСС — Информационно-аналитический центр координатно-временного и навигационного обеспечения [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://glonass-iac.ru [Дата обращения: 10.10.2024].
