Перспективы использования системы ГЛОНАСС при определении местоположения ракет-носителей на конечном участке траектории

В настоящее время трудно представить себе повседневную деятельность без использования систем ГЛОНАСС и GPS. Достаточно небольшой промежуток времени назад данные системы не были настолько интегрированы в жизнь каждого человека, проживающего в городских агломерациях, особенно передвигающегося автотранспортом. На текущий момент времени все кардинально поменялось. В больших городах проектируются и строятся сложные системы дорожных развязок, что делает невозможным передвижение на автомобиле без использования навигационных приборов, как правило, смартфонов с установленным навигационным программным обеспечением.

В системе наведения ракет активно используется радиочастотная система наведения и система GPS – то есть система глобального позиционирования (СГП) через спутниковые ретрансляторы. Ракета использует спутниковый сигнал для определения местоположения цели. В процессе своего полета ракета использует эту информацию, посылая команды «поверхностям управления» и таким образом корректирует свою траекторию. В случае радиочастотного наведения ракета для обнаружения цели использует волны высокой частоты.

В данной статье рассматриваются перспективы использования спутниковой системы

ГЛОНАСС с целью определения местоположения ракет-носителей на конечном участке траектории при проведении испытаний.

Данная задача решается с помощью оптико-электронных станций траекторного измерительного комплекса (ОЭС ТИК). Данное изделие предназначено для определения угловых координат объектов испытаний (одиночных, групповых, «точечных» и пространственно протяженных целей) на активном и пассивном (нисходящем) атмосферных участках траектории полета на естественных фонах в дневных и ночных условиях [1].

Для определения местоположения ракет-носителей на конечном участке траектории предлагается принимать сигнал с ракеты-носителя с помощью спутников ГЛОНАСС и ретранслировать на аппаратуру потребителя, установленную с целью проведения измерений местоположения.

Орбитальная группировка (ОГ) ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, расположенных на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19 100 км, наклонения – 64,8° и периода – 11 ч 15 мин 44 с. Значение периода позволило создать устойчивую орбитальную систему, не требующую, в отличие от орбит спутников GPS, для своего поддержания корректирующих импульсов практически в течение всего срока активного существования. Номинальное наклонение обеспечивает 100%-ную доступность навигации на территории РФ даже при условии выхода из ОГ нескольких КА.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной ГНСС, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 года запуском спутника «Космос-1413». Система ГЛОНАСС была принята в опытную эксплуатацию в 1993 году, а в 1995 году развернута ОГ полного состава (24 КА «Глонасс» 1-го поколения) и начата штатная эксплуатация системы. Большим недостатком в то время было практически отсутствие гражданской навигационной аппаратуры и соответственно гражданских потребителей системы, что требовало серьезного внимания.

К сожалению, позднее ОГ ГЛОНАСС, как и система в целом, в связи с экономическими проблемами в 1990-е годы достаточно быстро деградировала. К 2002 году ОГ системы ГЛОНАСС насчитывала только 7 КА, что не могло обеспечить территорию России навигационными сигналами системы ГЛОНАСС хотя бы с умеренной доступностью. Точностные характеристики уступали более чем на порядок системе GPS, а срок активного существования КА составлял 3-4 года.

Ситуацию с деградацией системы ГЛОНАСС удалось переломить за счет разработки и открытия в 2002 году федеральной целевой программы, в ходе реализации которой были достигнуты следующие основные цели:

• 1.    Система ГЛОНАСС сохранена, прошла этап модернизации и развернута до штатного состава, в который входят КА «Глонасс-М». В настоящее время штатно функционируют 4 глобальные навигационные системы: GPS, ГЛОНАСС, Beidou и Galileo.

• 2.    Проведена модернизация наземного комплекса управления, который обеспечивает управление ОГи в совокупности с КА ОГ обеспечивает точностные характеристики системы на уровне, сопоставимом с системой GPS.

• 3.    Проведены существенные модернизации средств государственного эталона времени и частоты и средств определения параметров вращения Земли.

• 4.    Созданы опытные образцы функциональных дополнений глобальных навигационных систем, разработано большое количество образцов базовых приемоизмерительных

модулей, навигационно-временной аппаратуры и систем на их основе.

В настоящее время существует широкий спектр задач навигационного и координатновременного обеспечения, условий и областей применения спутниковых навигационных технологий, требующих дальнейшего совершенствования системы ГЛОНАСС, включая навигационную аппаратуру потребителей. В первую очередь это относится к высокоточным применениям системы ГЛОНАСС, для реализации которых необходимо обеспечение дециметрового и сантиметрового уровней точности в реальном масштабе времени, а также к применениям, связанным с обеспечением безопасности при эксплуатации авиационного, морского и наземного транспорта. Требуется повышение оперативности навигационных решений и устойчивости системы ГЛОНАСС к воздействию помех. Существует значительное количество применений, где предъявляются требования обеспечения миниатюризации и высокой чувствительности навигационной приемной аппаратуры [2].

С целью наращивания потенциальной угрозы вероятному противнику произошел переход от испытаний от моноблочных ракет к многоблочным ракетам, что потребует установки большого количества бортовой аппаратуры передачи сигналов ГЛОНАСС на ракеты-носители. Учитывая ее одноразовое использование, это может быть экономически неэффективно.

В зависимости от требуемой точности определения местоположения ракеты-носителя требуется постоянно иметь в поле зрения не менее 4 спутников ГЛОНАСС, что хорошо выполнимо, в связи с тем, что система ГЛОНАСС создавалась для российских пользователей и обеспечивает хороший прием сигнала на территории России.

На текущий момент в состав орбитальной группировки ГЛОНАСС входит 27 спутников, 24 находятся в эксплуатации, 2 – в оперативном резерве и 1 спутник находится на исследовании Главного конструктора.

Для покрытия территории России требуется 18 спутников, для покрытия всего земного шара – 24.

Преимуществом использования системы ГЛОНАСС является отсутствие зависимости от погодных условий.

Проводя измерения с помощью ОЭС ТИК можно отметить, что данная аппаратура имеет стационарное исполнение, не требует дополнительной установки передатчиков сигналов на ракеты-носители, но зависит от погодных условий, что может привести к потере измерительной информации или потребует внести коррективы в проведение испытаний.

Согласно установленным требованиям при обработке измерительной информации оптического траекторного комплекса не требуется большой оперативности, но использование системы ГЛОНАСС вместо стационарных станций ОЭС ТИК позволило бы значительно повысить оперативность выдачи результатов измерительной информации.

В 2014 году точность определения местоположения ГЛОНАСС планировалось уточнить до 10 см, в то время точность системы составляла 2,8 м.

Точность позиционирования до 2,8 м требует видимости не менее 7-8 спутников одновременно, что, по мнению исполнительного директора компании Omnicomm Александра Селиванова достижимо скорее для двухсистемных приемников ГЛОНАСС/GPS. Согласно его мнению, улучшение позиционирования до 10 см потребует как строительства станций дифференциальной коррекции, так и замены большей части спутниковой группировки на аппараты «ГЛОНАСС-К» [3].

Точность определения координат с помощью российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) составляет 1,2 метра без учета атмосферных искажений, что уступает аналогичным показателям американской Global Positioning System (GPS, 0,7 метра) и европейской Galileo (0,5 метра) [4].

Атмосфера ухудшает сигнал с космического аппарата минимум в два раза, поэтому реальная точность ГЛОНАСС «под открытым небом в чистом поле» составляет около 2,5 метра, а в «городских условиях» - 5-10 метров.

Проблемным вопросом является снижающаяся в настоящее время надежность системы ГЛОНАСС. Российские спутники имеют ощутимый минус - довольно невысокий срок обслуживания. Речь идет о пяти - семи годах. Спутники, конечно, могут работать и дальше, но все же желательно их заменять во избежание неожиданного выхода из строя. Когда га- рантийный срок использования спутника истекает, его надежность значительно снижается. И вот как раз износ используемых космических аппаратов и является сегодня одной из наиболее ощутимых проблем, стоящих перед ГЛОНАСС. Невозможно перейти к новым методам по определению местоположения ракеты-носителя без уверенности в надежности системы ГЛОНАСС.

В настоящее момент на орбите в основном находятся спутники «Глонасс-М». Производство новых «Глонасс-К» уже столкнулось с очень серьезными препятствиями. Россия пока не в состоянии организовать серийное производство спутников из-за проблем с комплектующими. Дело в том, что некоторые комплектующие - иностранного производства, в России пока не научились изготовлять их аналоги. И производятся эти комплектующие в Соединенных Штатах Америки и в странах Западной Европы, взаимоотношения с которыми находятся на очень низком уровне, что отражается на сотрудничестве в области высоких технологий и космической промышленности.

Пока Россия находилась в относительно приемлемых отношениях с западными странами, никаких особых проблем зависимость отечественного производства от иностранных комплектующих не доставляла. Все шло своим ходом, предприятия взаимодействовали с западными производителями. Но события на Украине, воссоединение Крыма с Россией и последовавшие санкции со стороны США и стран Евросоюза внесли в космическое производство очень серьезные коррективы.

В 2014 году, сразу после «Крымской весны», Евросоюз ввел запрет на экспорт в Российскую Федерацию товаров двойного назначения, то есть тех, что могут быть использованы и для гражданских, и для военных нужд. Хотя на товары, используемые в космической отрасли, санкции не вводились, но компоненты, предназначаемые для ГЛОНАСС, представляют собой классические товары двойного назначения. Ведь спутники обслуживают, в первую очередь, российские вооруженные силы. И, естественно, ограничения затронули данные компоненты. Так у ГЛОНАСС начались серьезные проблемы.

В августе 2018 года руководством США было принято решение о прекращении выда- чи лицензий на экспорт продукции двойного назначения в Российскую Федерацию. С этого времени был запрещен экспорт всех товаров, проходящих по категории «Национальная безопасность», а к ним в США относят электронные компоненты, системы спутниковой связи, микросхемы, авионику. То есть, американцы сразу же воспользовались шансом ослабить позиции России в космической сфере, ударив по производству спутников.

Таким образом, фактически Россия лишилась возможности приобретать для нужд ГЛОНАСС важнейшие компоненты, производимые в Соединенных Штатах и Западной Европе. И это стало сильным ударом по отечественной космической отрасли, которая за постсоветские десятилетия уже отвыкла работать в режиме полной автономии от зарубежных поставок. Россия оказалась перед необходимостью полной замены всех импортных комплектующих на спутниках ГЛОНАСС.

Однако разрешение вопроса с импортоза-мещением при производстве спутников представляется весьма сложной задачей. Ведь поколение спутников «Глонасс-М» содержало до 75% комплектующих зарубежного производства. И амбициозные заявления представителей отечественных предприятий о том, что они готовы приступить к импортозамеще-нию, так и не перешли на уровень практической реализации. Не так просто заменить почти все электронные компоненты, если отечественная высокотехнологичная промышлен- ваться относительно приемлемыми темпами, а до этого находилась в кризисном положении [5].

Также следует принимать ввиду оперативность выдачи информации о движущейся цели потребителю. Ракета-носитель имеет скорость, многократно превосходящую скорость легкового автомобиля. В связи с чем данный вопрос требует дополнительного исследования, по причине наличия сбоев даже при использовании навигационный приемников, способных одновременно принимать сигналы ГЛОНАСС и GPS.

Таким образом, рассмотрев возможность использования системы ГЛОНАСС для определения местоположения ракеты-носителя на конечном участке траектории при проведении испытаний можно сделать вывод, что на текущий момент времени использование системы ГЛОНАСС в данных целях нецелесообразно, в связи с отсутствием своевременной модернизации спутников по причине проблем с импортозамещением иностранных комплектующих, недостижением требуемой точности позиционирования, недостаточным исследованием всех технических вопросов по приему сигналов ГЛОНАСС с движущихся и разделяющихся объектов.

Также стоит отметить, что оперативность выдачи информации о положении объекта измерений является положительным аспектом, но не играет критической роли при проведении измерений местоположения ракеты- ность лишь в последние годы стала разви- носителя.