В течение недели два спутника “ГЛОНАСС-М” перестали передавать сигнал. Вслед за этим агентства сообщили, что “ГЛОНАСС” перестал работать по всему миру, хотя пресс-служба Роскосмоса заявила, что причин для паники нет. При этом “ГЛОНАСС” остается единственной, кроме американской GPS, системой глобального позиционирования. Что на самом деле происходит с ГЛОНАСС и чем она отличается от американской системы, разбирался Антон Первушин.
До самого последнего времени система ГЛОНАСС работала в штатном режиме: группировка включает 25 космических аппаратов, из которых 24 используются по назначению.
Однако 19 апреля пропал сигнал от спутника «ГЛОНАСС-М» № 734. Восстановить связь с ним не удалось, и его решено заменить на аппарат из резерва, запуск которого намечен на июнь. А 24 апреля был потерян сигнал уже от спутника «ГЛОНАСС-М» № 723, после чего СМИ сообщили о полном отказе ГЛОНАСС. Однако гражданские пользователи не заметили разницы: для нормальной работы на территории России достаточно 18 спутников, кроме того система дублируется GPS.
The Insider опросил независимых экспертов, в частности действительного члена Российской академии космонавтики им. Циолковского Александра Железнякова, и они подтвердили, что ГЛОНАСС работает в пределах нормы и этот инцидент не первый. Что касается спутника N723, то по словам пресс-службы Роскосмоса, он действительно стал передавать некорректный сигнал и выведен на профилактику.
Но все же проблемы существуют. ГЛОНАСС остается одной из самых дорогостоящих космических программ в России: на нее тратятся сотни миллиардов рублей, а коммерческой отдачи почти нет. Интересно сравнить выступление вице-премьера Сергея Иванова десятилетней давности с недавним интервью вице-премьера Дмитрия Рогозина. Хотя прошло десять лет, оба чиновника одинаковыми словами говорят о том, что компании, развивающие и обслуживающие ГЛОНАСС, остаются неконкурентоспособными, нерационально используют государственное финансирование и не могут предложить пользователям достойный спектр услуг, включая точность определения координат. Кроме того, российская элементная база заметно отстает от западных образцов, что сказывается на долговечности оборудования.
Рождение GPS
Принцип действия системы глобального позиционирования (Global Positioning System) довольно прост и основан на измерении расстояний от навигационных спутников с хорошо известной траекторией. Замеряя скорость запаздывания сигнала от мобильного GPS-навигатора, два спутника определяют ваше положение над уровнем моря, третий по атомным часам увязывает его с текущим временем, а четвертый ― дает поправку по высоте. Серийный GPS-навигатор ловит сигналы от всех находящихся над горизонтом спутников (до 12 штук), что повышает точность и избавляет от сбоев при потере сигнала одного из спутников.
Американская система GPS использует спутниковую группировку NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range). Хотя штатно она состоит из 24 спутников, американцы держат на орбите 32. Спутники обращаются по шести высоким орбитам с радиусом 24 560 километров (то есть около 20 тысяч километров над поверхностью Земли). Для сравнения: высота орбиты Международной космической станции ― 400 километров. Это позволяет из любой точки и в любое время «видеть» не менее шести спутников, причем три или четыре из них будут находиться достаточно высоко над горизонтом.
Первоначально GPS разрабатывалась для наведения крылатых и баллистических ракет, а также высокоточных бомбардировщиков нового поколения. Первые спутники NAVSTAR были запущены на орбиту в 1978 году, и долгое время американское правительство опасалось предоставлять столь изощренный инструмент гражданским пользователям. В 1983 году, после того как южнокорейский «Боинг-747» из-за навигационной ошибки оказался в советском воздушном пространстве и был сбит истребителем-перехватчиком, президент Рональд Рейган пообещал, что система GPS станет доступна всем. Вплоть до 2000 года операторы GPS вносили в спутниковые сигналы искусственные ошибки, увеличивающие погрешность примерно на 100 метров. Военным доступ к более точной информации давали специальные шифры. Теперь же американская GPS дают любому пользователю координаты с точностью до метра (хотя военные и оставили за собой право «загрублять» погрешность над той или иной территорией).
Помимо земного тяготения, на движение спутников влияют многие факторы: давление солнечного света, земное магнитное поле и даже сопротивление верхних слоев атмосферы, летом “разбухающей” от нагрева. В совокупности все это меняет траекторию движения спутника и даже может вывести его из строя. GPS нуждается и в постоянном обновлении спутников, и в ежедневном уточнении положения аппаратов. К спутнику через специальный телескоп посылается лазерный сигнал, уголковый отражатель возвращает его, а по времени «путешествия» сигнала атомные часы с высочайшей точностью определяют расстояние от станции до спутника. Полученные данные загружаются на спутник, и он тут же начинает транслировать на GPS-навигаторы информацию о своем новом положении. Координаты станций лазерной локации постоянно уточняются ― погрешность при этом не превышает одного сантиметра! В результате точность измерений позволяет, например, следить за дрейфом материковых плит, которые движутся со скоростью несколько сантиметров в год.
ГЛОНАСС как симметричный ответ
Разумеется, в Советском Союзе не могли остаться равнодушными к «агрессивным» планам США. На тех же принципах была разработана ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система).
Первый спутник для ГЛОНАСС был запущен ракетой «Протон» 12 октября 1982 года под названием «Космос-1413». Параметры советской системы несколько отличались от американской. В полном виде она включает 24 спутника, которые вращаются по трем орбитам высотой 19 100 километров от поверхности Земли.
Официально ГЛОНАСС была принята в эксплуатацию осенью 1993 года. При этом Борис Ельцин поставил задачу развернуть все 24 спутника к 1995 году, и это было сделано в срок. Но 1995 год стал единственным годом, когда ГЛОНАСС давала своим военным потребителям надежные данные. Финансирование системы было урезано до опасного предела, и спутники один за другим начали выходить из строя. Погрешность стала достигать 24 километров, а спутники не покрывали даже территорию России.
Поскольку под угрозой оказалась национальная безопасность страны, президент Ельцин пытался спасти положение, по примеру американцев привлекая частных инвесторов. В 1999 году российской системе был придан статус «системы двойного назначения», чтобы ею могли пользоваться гражданские организации и частные лица.
В 2001 году была принята Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», главной задачей которой было полное обновление спутниковой группировки к 2011 году. Спутники «ГЛОНАСС» («Ураган») советской разработки с рабочим ресурсом в три года были заменены спутниками «ГЛОНАСС-М» с семилетним ресурсом. На смену им приходят аппараты «ГЛОНАСС-К1» со сроком «жизни» десять лет. Модернизация увеличивает и точность определения координат, сегодня она составляет 2,8 метра.
Президент Путин в прошлом году потребовал повысить точность ГЛОНАСС до уровня GPS или даже превзойти последнюю. Для этого предполагается до 2020 года ввести более совершенные спутники «ГЛОНАСС-К2». Кроме того, официально объявлено, что в текущем году государственный оператор АО «ГЛОНАСС» должен полностью перейти на самоокупаемость.
При этом растет конкуренция - свои системы глобального позиционирования развивают Европейский Союз и Китай. Конечно, от этой «борьбы за позиционирование» выиграет потребитель - чем больше работающих спутников находится над горизонтом, тем выше точность и надежность мобильного GPS-навигатора.
Однако, как сочетается призыв к немедленной самоокупаемости российской системы с тревожными оценками руководства самой отрасли, ее недостаточной точностью, узким спектром услуг, а в итоге неконкурентоспособностью, - ответа пока нет.