История спутниковой навигации

Несмотря на широкое распространение недорогих и точных приемников американской GPS, интерес во всем мире к национальным системам спутникового позиционирования продолжает нарастать. Фактически космические системы позиционирования пытаются создать (самостоятельно или в сотрудничестве) все страны, едва преодолевшие необходимую для этого технологическую планку. Все это происходит на фоне показательно доступных за пределами России услуг американской системы GPS (и, к тому же, бесплатно), причем с беспрецедентно высокой точностью. Встает вопрос - какова роль и место систем спутникового позиционирования в наши дни, какие у них перспективы? И, самое главное, – какая политика в этой области была бы наиболее уместна в нашей стране сегодня?

История спутниковой навигации

Навигационные системы первого поколения, построенные на базе низкоорбитальных спутников, разрабатывались и вводились в строй в 60–70 гг. В США была разработана система навигации для ВМС под названием NNSS (Navy Navigation Satellite System), впоследствии получила наименование TRANSIT. В ее состав входили спутники типа Oscar и Nova.

С 1967 г. TRANSIT находится в открытом коммерческом использовании, позволяя с помощью малогабаритных приемников GEOCEIVER определять координаты с субметровой точностью. С помощью этой системы, в частности, в СССР и затем в России в 1984–1993 гг. была создана допплеровская геодезическая сеть. Помимо этого, в нашей стране разрабатывалась собственная аналогичная система – ЦИКАДА. К этому типу систем можно отнести и международную систему обнаружения терпящих бедствие КОСПАС-SARSAT. Но настоящую революцию в навигации и геодезии произвели спутниковые системы следующего поколения – GPS в США и ГЛОНАСС в СССР.  

GPS (Global Positioning System) – глобальная система позиционирования. Известна так же под именем NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Разработка GPS началась в 1973 г., в 1978 г. начат вывод спутников системы на орбиту. Признана готовой к эксплуатации в 1995 г., хотя еще до этого спутниковая навигация широко применялась как на транспорте и в быту, так и военными – в частности, в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г.

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) – стала разрабатываться в СССР также в середине 70-х гг. и в 1993 г. была официально принята в эксплуатацию МО РФ (Министерство обороны России). Американская GPS и отечественная ГЛОНАСС концептуально аналогичны и отличаются некоторыми аспектами технической реализации. В их основе - орбитальные группировки спутников на круговых орбитах. Высота орбит такова, что спутники совершают примерно два оборота вокруг Земли в сутки (у GPS – высота орбиты 20150 км и период обращения 11 часов 57 минут, у ГЛОНАСС – 19100 км и 11 часов 16 минут соответственно). Спутники распределены по нескольким орбитальным плоскостям – в ГЛОНАСС их три, в GPS – шесть. В обеих системах в полной конфигурации действуют 24 спутника плюс 3 резервных. Пользовательские приемники позволяют определить местоположение, регистрируя излучаемые видимыми в данной точке спутниками сигналы. Обе системы фактически дают возможность определять не только координаты, но и время с высокой точностью. Сама эта точность зависит от целого ряда факторов – как технических, так и политических. При использовании обычного приемника GPS удается получать точность порядка единиц метров. До 2000 г. сигнал GPS, предназначенный для обычных пользователей, намеренно искажался, что вело к снижению точности (так называемый режим селективного доступа).

Историческим стало решение президента Клинтона. Он 1 мая 2000 г. специальным распоряжение отменил загрубление сигналов. Ситуация изменилась разительно. Специальные режимы работы (дифференциальный, двухчастотный, фазовые измерения) позволяют получать точность намного более высокую. Например, измерения фазы несущей в GPS-приемниках (реализованные в серийной и имеющейся на рынке аппаратуре) позволяют получать точность определения расстояний между приемниками порядка 1 см + 1 мм на 1 км расстояния между ними. Не совсем ясно, какой уровень точности сможет обеспечивать ГЛОНАСС даже при гипотетической ситуации полного развертывания. Сообщалось, что ее удалось улучшить до 1 метра. Но и это не все. Открытость GPS привела не только к быстрому насыщению рынка недорогими, надежными и эффективными приемниками различных классов, но и к развитию большого числа вспомогательных сервисов и систем, значительно улучшивших точность позиционирования. К ним, в первую очередь, относятся широкозонные и региональные дифференциальные подсистемы. К числу первых относятся WAAS (Wide Area Augmentation System) на американском континенте, европейская EGNOS и японская MSAS, передающие через геостационарные спутники корректирующую информацию на приемники пользователей. Региональные дифференциальные системы начинают развиваться и в России, однако законодательные требования, обессмысливающие использование GPS, являются главным тормозом в их развитии. Были опубликованы сообщения о двух событиях в области высокоточного спутникового позиционирования. Во-первых, китайская национальная система позиционирования на базе геостационарных спутников «Бэйдоу» с успешным запуском третьего из них стала способна обеспечивать пользователей данными об их положении в трех измерениях (широта, долгота, высота). Во-вторых, после долгих споров страны-участницы ESA вынесли окончательный вердикт – европейская система позиционирования «Галилео» будет создана. Проект «Галилео» предусматривает развертывание орбитальной группировки из 30 спутников, в том числе резервных. Первый спутник должен выйти на орбиту в конце 2004 г., а к 2008 г. а система достигнет полной операционной готовности. Согласно расчетам, «Галилео» позволит значительно повысить точность прямого определения местоположения пользователя, доведя ее до одного метра без использования специальных режимов и дополнительных подсистем. Стоимость проекта составит ориентировочно $3,6 млрд.