Сергей Карутин, генеральный конструктор системы ГЛОНАСС
Николай Тестоедов, генеральный директор АО «ИСС»
Сергей Донченко, генеральный директор ФГУП «ВНИИФТРИ»
Цифровая трансформация экономики во всем мире требует точной временной синхронизации процессов и достоверной информации о пространственном положении объектов. Глобальные навигационные спутниковые системы являются сегодня самым точным средством решения данных задач, посредством формируемого спутниками искусственного радионавигационного поля.
В 2022 году исполняется 40 лет первому запуску спутника ГЛОНАСС и сегодня именно характеристики радиосигналов навигационных спутников определяют качество навигационных услуг.
В наступающем году будет осуществлен запуск первого спутника четвертого поколения «Глонасс-К2» №13L, который будет излучать полный ансамбль навигационных сигналов – сигналы с частотным разделением (в диапазонах L1 и L2) и сигналы с кодовым разделением (в диапазонах L1, L2 и L3).
Это долгожданный запуск подведет итоги почти 10 лет работы и позволит начать этап предоставления услуг посредством всего ансамбля сигналов с кодовым разделением с помощью фазированной антенной решетки, расположенной на геометрической оси спутника. Антенная решетка для сигналов с частотным разделением будет смещена на 0.9 м относительно оси спутника, однако подобная конструкция будет реализована всего на 2 спутниках.
Следующие спутники «Глонасс-К2» будут иметь общую антенную систему для всех навигационных сигналов, их запуски начнутся в 2024 году.
Завершается пусковая компания спутников «Глонасс-М» - крайний спутник второго поколения, который предоставляет услуги с помощью открытых навигационных сигналов с частотным разделением в традиционных диапазонах 1,6 и 1,25 ГГц. Это будет 7-й спутник, способный излучать сигнал с кодовым разделением в диапазоне L3. В настоящее время данный сигнал излучают только два спутника «Глонасс-К», однако завершение работ по приему в эксплуатацию модернизированного наземного комплекса управления ГЛОНАСС позволит предоставить услуги посредством этого сигнала. Мы прогнозируем последовательное увеличение спутников, способных предоставлять данные услуги, на уровне до 2-х спутников ежегодно по мере замены спутников «Глонасс-М» на спутники «Глонасс-К» и «Глонасс-К2» в рамках стратегии запусков по оперативной необходимости.
Безусловно задержка обновления орбитальной группировки, на момент написания данной статьи 15 спутников (62% созвездия) работают сверх гарантийного срока активного существования, ограничивает возможности по повышению точности. На протяжении 10 лет эквивалентная погрешность псевдодальности за счет космического комплекса (ЭППД) составляет 1.4 м, при этом спутники, запущенные в последние годы, обеспечивают величину ЭППД на уровне 0.8 м.
Аналогичные и в перспективе более высокие точностные характеристики имеют сигналы спутников «Глонасс-К», которые будут восполнять орбитальную группировку ближайшие 3 года. Данные спутники имеют единую антенную решетку для трех диапазонов частот и могут излучать как сигналы с частотным разделением, так и с кодовым.
Рисунок 1. Высокоорбитальный космический комплекс ГЛОНАСС
В целях повышения точности и доступности навигации в 2022 году начинаются работы по созданию дополнительной орбитальной группировки из 6 спутников в 3 плоскостях, образующих две трассы подспутниковых точек (рисунок 1). Параметры орбит спутников приведены в таблице 1.
Создание данной группировки позволит на 25% повысить точность навигации в восточном полушарии за счет снижения величины геометрического фактора. Кроме того, на всей территории России и в Арктике возрастает доступность навигационных услуг ГЛОНАСС в сложных условиях, при которых потребитель имеет возможность принимать сигналы спутников, находящихся выше 25° над уровнем горизонта.
Спутники нового группировки будут построены на основе платформы «Глонасс-К», которая уже успешно прошла летную квалификацию и показала возможность достижения точности прогнозирования ЭППД в 0.3 м.
Моделирование на этапе предварительного проектирования данной группировки показало, что спутник, имеющий конструкцию типа «Глонасс-К», может обеспечить на данных орбитах ЭППД менее 0.4 м при использовании стандартного бортового синхронизирующего устройства на основе цезиевого стандарта частоты. Подобные точности при условии использования моделей задержек в ионосфере и тропосфере, передаваемых в навигационных сигналах, позволит потребителям осуществлять навигационные определения в абсолютном режиме менее 2 м в плане. Навигационные услуги данные спутники будут предоставлять посредством сигналов с кодовым разделением в трех частотных диапазонах.
Наименование параметра | Значение |
---|---|
Количество плоскостей | 3 |
Количество трасс | 2 |
Количество КА | 6 |
Наклонение орбит | 64.8° |
Большая полуось, км | 42 164.142 |
Период, с | 86 164 |
Эксцентриситет | 0.072 |
Географическая долгота восходящего узла | 60°, 120° |
Масса новых спутников будет менее 1 000 кг, что позволит запускать их на заданные орбиты с обоих российских космодромов (северного «Плесецка» и восточного «Восточного») посредством высоконадежной ракеты «Союз-2». Первый запуск спутника на высокую наклонную геосинхронную орбиту планируется на 2026 год.
Важной задачей ГЛОНАСС является передача потребителям национальной шкалы времени UTC(SU). За последние годы удалось добиться значительных результатов в этом направлении, в частности:
Применение вновь разработанных технических средств позволило существенно уменьшить максимальное смещение национальной шкалы времени относительно Международной шкалы координированного времени UTC, на 2020 год этот показатель составил менее ± 3 нс (рис. 2). По данным BIPM шкала времени UTC(SU) входит в число лучших национальных реализаций UTC.
Рисунок 2. Смещение национальных шкал времени относительно Международной шкалы координированного времени UTC
В заключении можно однозначно констатировать, что 2022 год будет полон важных для потребителей ГЛОНАСС событий, которые обеспечат улучшение потребительских характеристик и заложат основу дальнейшего развития системы.