Спутниковые системы в России

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Спутниковая система навигации

3. Орбитальная спутниковая группировка России

4. ГЛОНАСС

5. Заключение

6. Используемая литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день в  научной и другой специализированной литературе, а так же во многих официальных  документах, аббревиатуру GPS относят  исключительно к американской системе NAVSTAR, хотя изначально предполагалось, что так будут называть все  глобальные спутниковые системы  позиционирования. Спутниковая система NAVSTAR изначально разработана  для  нужд американского военного ведомства  на долгие годы стала законодателем  в области новых навигационных  технологий по всему миру и первой доступной гражданскому пользователю системой спутникового позиционирования. В СССР все работы над системой ГЛОНАСС были засекречены, а в  момент распада сверхдержавы, развалились  и многие отлаженные механизмы по разработке, выпуску и применению навигационных технологий. В России почти на десять лет забыли не только про навигационные технологии, но и про обороноспособность страны в целом, а космодром Байконур стал принадлежать бывшей “братской” республике. NAVSTAR и по сей день остаётся единственной полностью развёрнутой  глобальной спутниковой системой и  применяется для определения  местоположения во всём мире. Но только военные США могут использовать главный “козырь” этой системы - высокоточное наведение оружия массового поражения  и другого вооружения на цель, а  все гражданские пользователи во всём мире, включая  пассажирские самолёты и корабли, могут по решению Министерства Обороны США быть отключены от возможности принимать сигнал с  американских навигационных спутников.  Эта монополия не устраивает большинство  ученых из России, Европы, Индии, Китая  и Японии, которые разрабатывают  собственные системы спутникового позиционирования и в международных  документах все системы, включая GPS, получили аббревиатуру – GNSS (Global Navigation Satellites System (англ.) – Глобальная Навигационная Спутниковая Система). Американская же система NAVSTAR стала GPS NAVSTAR или чаще просто  GPS.

 

 

 

 

2. СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ.

Спутниковая система  навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

Основные  элементы.

Основные элементы спутниковой системы навигации:

- орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

- наземная система управления и контроля (наземный сегмент), включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

-аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем («спутниковые навигаторы»), используемое для определения координат;

- опционально: наземная система радиомаяков, позволяющая значительно повысить точность определения координат.

- опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Принцип работы.

Принцип работы спутниковых  систем навигации основан на измерении  расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с  большой точностью. Таблица положений  всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой  спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно  использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью  обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить  положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника  основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для  осуществления возможности измерения  времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы  излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные  часы. При работе спутникового приёмника  его часы синхронизируются с системным  временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между  временем излучения, содержащимся в  самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет  координаты антенны. Все остальные  параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются  на основе измерения времени, которое  объект затратил на перемещение между  двумя или более точками с  определёнными координатами.

В реальности работа системы  происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических  приёмов по их решению:

• отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
• неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
• неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;
• отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
• невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

 

Применение  систем навигации.

 

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым  системам, используются в следующих  отраслях:

• Геодезия: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек.
• Картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии.
• Навигация: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация.
• Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением.
• Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-ГЛОНАСС.
• Тектоника, Тектоника плит: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит.
• Активный отдых: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, Геокэшинг и др.
• Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам.

Современное состояние.

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию  следующие системы спутниковой  навигации:

GPS

Принадлежит министерству обороны  США. Этот факт, по мнению некоторых  государств, является её главным недостатком. Устройства поддерживающие навигацию  по GPS являются самыми распространёнными  в мире. Также известна под более  ранним названием NAVSTAR.

ГЛОНАСС

Принадлежит министерству обороны  России. Система, по заявлениям разработчиков  наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая  группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена  только в конце 2011 года. Отмечается малая распространенность клиентского  оборудования. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Бэйдоу

Развёртываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования  только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной работе.

На 28 декабря 2012 года выведено на орбиту Земли шестнадцать навигационных  спутников, из них по предназначению используется 11.^[1]

Согласно планам, к 2012 году она сможет покрывать Азиатско-Тихоокеанский  регион, а к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом.

Galileo

Европейская система, находящаяся  на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

IRNSS

Индийская навигационная  спутниковая система, в состоянии  разработки. Предполагается для использования  только в Индии. Первый спутник был  запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS - 7.

QZSS

Первоначально японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый запуск спутника для QZSS был запланирован на 2008 г. В марте 2006 японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнётся второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объём услуг.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОРБИТАЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ ГРУППИРОВКА РОССИИ.

Орбитальная спутниковая  группировка России в 2007 году состояла из 100 космических аппаратов. Из них 40 спутников оборонного назначения, 21 — двойного назначения и 39 космических  аппаратов научного и социально-экономического назначения.

Спутники  оборонного и двойного назначения (на текущий день).

В частности активно используются и развёртываются следующие спутниковые  системы:

ГЛОНАСС — глобальная навигационная система (полная группировка 24 спутника):

28 Глонасс-М;

1 Глонасс-К1.

ИССС — Интегрированная Спутниковая Система Связи (полная группировка 7+3 спутника):

3 Меридиан (запуск 7-го запланирован  на конец 2013);

2 Радуга-1М (запуск 3-го  запланирован на конец 2013).

Гоне́ц — российская многофункциональная система персональной спутниковой связи (МСПСС) (полная группировка до 12 аппаратов — по 3 в каждой из 4-х орбитальных плоскостей):

2 аппарата 1-го поколения  Гонец-Д1;

3 аппаратов 2-го поколения  Гонец-М.

Спутниковая система  связи «Родник» — военный аналог гражданской системы Гонец (предположитеьно по анологии с системой Гонец полная группировка 12 спутников).

В 2008 был произведён запуск 3 спутников Стрела-3М. На 2013 год их состояние не известно.

Око-1 — спутниковая система обнаружения стартов межконтинентальных баллистических ракет (7+4 полная группировка):

2 геостационарных УС-КМО;

2 высокоэлиптических УС-КС.

МСКР Луч — Многофункциональная космическая система ретрансляции «Луч» (полная группировка 3 спутника):

2 Луч (на данный момент  в группировке 2 аппарата: Луч-5А  и Луч-5Б. Запуск Луч-5В запланирован  на весну 2014).

Спутниковая система  радио-технической разведки (она же МРКЦ Лиана) (полная группировка 2+2 спутников):

1 Лотос-С (запуск второго  запланирован на конец 2013);

0 Пион-НКС.

Спутниковая система  видовой разведки:

1 спутник Персона (Персона  № 2 запущена в 2013 году; по официальным  сообщениям МО РФ Персона №  1 прекратила работу к началу 2009 года);

1 спутник-ретранслятор Гарпун (полная группировка 3 спутника).

Спутниковая система  радиолокационной разведки:

1 Кондор (в 2013 планируется  к запуску аналогичный аппарат  в экспортном исполнении).

Спутники  гражданские (на текущий день).

Спутники ДЗЗ:

1 Ресурс-ДК (в июне 2013 года  превысил гарантийный срок работы  на 4 года. Имеются проблемы в работе. Спутник упрвляем и продолжает передавать снимки);

1 Ресурс-П (запуск Ресурс-П2 запланирован на 2014 год);

1 Канопус-В (+1 полность аналогичный аппарат БКА. Используется совместно с Беларусью).