Спутниковые системы в России

Космический комплекс (КК) гидрометеорологического и океанографического обеспечения «Метеор-3М» (в его  состав должно входить 2 низкоорбитальных метеорологических КА общего назначения, 1 океанографический КА, 1 геостационарный  метеорологический КА):

1 Метеор-М №1 (запуск второго  запланирован на 2013 год);

1 Электро-Л № 1 (запуск второго запланирован на 2013 год).

Геодезические:

0 Гео-ИК2.

Связи:

7 Экспресс;

3 Ямал.

Научные:

1 Радио-Астрон(Спектр-Р) (Продолжение серии, аппарат Спектр-РГ запланирован в выводу на орбиту в 2014);

1 Аист (запуск второго запланирован на 2013 год);

0 МКА-ФКИ (Зонд-ПП прекратил выполнять свои функции в июне 2013, запуски следующих запланированы на 2013-2015 гг.);

(12) Бион-М (Всего. аппараты запускаются на срок от 15 суток до 6 месяцев с целью проведения медико-биологических экспериментов);

(15) Фотон-М (Всего. аппараты запускаются на срок до 45 суток для проведения технических экспериментов. Ближайший пуск запланирован на 2014).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ГЛОНАСС.

Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС, GLONASS) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации.

ГЛОНАСС предназначена для  оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа  пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС  в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным  потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19100 км. Принцип измерения  аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС  в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с  вращением Земли, что обеспечивает им бо́льшую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

В настоящее время развитием  проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное  космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» («Российские космические системы»). Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».

История развития.

Официально начало работ  по созданию ГЛОНАСС было положено в декабре 1976 года специальным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР. Данный проект являлся продолжением развития отечественной навигационной спутниковой системы, начатой программой «Циклон».

Сроки работ по созданию системы неоднократно сдвигались, первые лётные испытания были начаты 12 октября 1982 года запуском на орбиту первого  спутника «Ураган» 11Ф654 и двух массо-габаритных макетов 11Ф654ГВМ. В последующих шести запусках на орбиту выводились по два штатных аппарата и одному макету. Применение макетов являлось следствием неготовности электронной части спутников. Только 16 сентября 1986 года с восьмого по счёту запуска были выведены сразу три штатных аппарата. Два раза в 1989 году вместе с двумя спутниками «Ураган» на орбиту выводились пассивные геодезические аппараты «Эталон», которые использовались для уточнения параметров гравитационного поля и его влияния на орбиты КА «Ураган». 4 апреля 1991 года в составе ГЛОНАСС в двух орбитальных плоскостях оказалось одновременно 12 работоспособных спутников системы, и 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию. После чего стали проводиться запуски в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 года после 27-го запуска «Протона-К» с «Ураганами» спутниковая группировка была развернута до штатного состава — 24 спутника.

Всего с октября 1982 г. по декабрь 1998 г. на орбиту были выведены 74 КА «Ураган» и 8 массо-габаритных макетов. В период развертывания системы 6 «Ураганов» оказались утерянными из-за отказов разгонного блока 11С861. Согласно оценкам, проведённым в 1997 году, на развёртывание ГЛОНАСС было потрачено около 2,5 млрд долларов.

В дальнейшем вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников  сократилось к 2001 году до 6.

В августе 2001 года была принята  федеральная целевая программа  «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников — таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

В конце марта 2008 года совет  главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой  системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.

На совете главных конструкторов  ГЛОНАСС план развёртывания системы  был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система  ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых  спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.

29 января 2009 года было  объявлено, что первым городом  страны, где общественный транспорт  в массовом порядке будет оснащён  системой спутникового мониторинга  на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «М2М телематика» было установлено на 250 сочинских автобусах.

В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский  институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский  институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой  навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте  будут использованы украинские станции  коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.

15 декабря 2009 года на  встрече премьер-министра России  Владимира Путина с главой  Роскосмоса Анатолием Перминовым было заявлено, что развёртывание ГЛОНАСС будет окончено к концу 2010 года.

К 30 марта 2010 года количество работающих КА было доведено до 21 (плюс 2 резервных КА).

С переходом на спутники «Глонасс-К» точность системы ГЛОНАСС станет сопоставимой с точностью американской навигационной системы NAVSTAR GPS — единственной зарубежной развернутой навигационной системой.

2 сентября 2010 года группировка  спутников пополнена ещё тремя  спутниками и общее количество  спутников в группировке доведено до 26.

3 октября 2011 года успешно  выведен на орбиту ещё один  спутник. Общее количество на орбите — 27

4 ноября 2011 с помощью ракеты-носитель «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» были выведены на опорную орбиту 3 КА «Глонасс-М».

28 ноября 2011 года с космодрома  Плесецк выполнен успешный пуск  ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным  блоком «Фрегат» и КА «Глонасс-М». В 15:57 МСК спутник успешно выведен на целевую орбиту.

С 2012 до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей. В этот период планируется  изготовить 15 спутников «Глонасс-М» и 22 «Глонасс-К».

Навигация.

Спутники ГЛОНАСС находятся  на средневысотной круговой орбите на высоте 19100 км с наклонением 64,8° и  периодом 11 часов 15 минут. Такая орбита оптимальна для использования в  высоких широтах (северных и южных  полярных регионах), где сигнал GPS ловится  плохо. Спутниковая группировка  развёрнута в трех орбитальных плоскостях, с 8 равномерно распределёнными спутниками в каждой. Для обеспечения глобального  покрытия необходимы 24 спутника, в то время как для покрытия территории России необходимы 18 спутников. Сигналы  передаются с направленностью 38°  с использованием правой круговой поляризации, мощностью 316—500 Вт (EIRP 25-27 dBW).

Для определения координат  приёмник должен принимать сигнал как  минимум четырёх спутников и  вычислить расстояния до них. При  использовании трех спутников определение  координат затруднено из-за ошибок, вызванных неточностью часов приемника.

Навигационные сигналы

FDMA-сигналы.

Используются два типа навигационных сигналов: открытые с  обычной точностью и защищённые с повышенной точностью.

Сигналы передаются методом  расширения спектра в прямой последовательности (DSSS) и модуляцией через двоичную фазовую манипуляцию (BPSK). Все спутники используют одну и ту же псевдослучайную  кодовую последовательность для  передачи открытых сигналов, однако каждый спутник передаёт на разной частоте, используя 15-канальное разделение по частоте (FDMA). Сигнал в диапазоне L1 находится  на центральной частоте 1602 МГц, а  частота передачи спутников определяется по формуле 1602 МГц + n × 0,5625 МГц, где n это номер частотного канала (n=−7,−6,−5,…0,…,6, ранее n=0,…,13). Сигнал в диапазоне L2 находится на центральной частоте 1246 МГц, а частота каждого канала определяется по формуле 1246 МГц + n×0.4375 МГц. Противоположно расположенные аппараты не могут быть одновременно видны с поверхности Земли, поэтому 15 радиоканалов достаточно для 24 спутников.

Открытый сигнал генерируется через сложение по модулю 2 трёх кодовых  последовательностей: псевдослучайного дальномерного кода со скоростью 511 кбит/c, навигационного сообщения со скоростью 50 бит/c, и 100 Гц манчестер-кода. Все эти последовательности генерируются одним тактовым генератором. Псевдослучайный код генерируется 9-шаговым сдвиговым регистром с периодом 1 мс.

Навигационное сообщение  открытого сигнала транслируется  непрерывно со скоростью 50 бит/c. Суперкадр длиной 7500 бит требует 150 секунд (2.5 минуты) для передачи полного сообщения и состоит из 5 кадров по 1500 бит (30 с). Каждый кадр состоит из 15 строк по 100 бит (2 секунды на передачу каждой строки), 85 бит (1,7 с) данных и контрольных сумм и 15 бит (0,3 с) на маркер времени. Строки 1-4 содержит непосредственную информацию о текущем спутнике и передаются заново в каждом кадре; данные включают эфемериды, смещения тактовых генераторов частот, а также состояние спутника. Строки 5-15 содержат альманах; в кадрах I—IV передаются данные на 5 спутников в каждом, а в кадре V — на оставшиеся четыре спутника.

Эфемериды обновляются каждые 30 минут с использованием измерений  наземного контрольного сегмента; используется система координат ECEF (Earth Centered, Earth Fixed) для положения и скорости, и также передаются параметры ускорения под действием Солнца и Луны. Альманах использует модифицированные кеплеровы элементы и обновляется ежедневно.

Защищённый сигнал повышенной точности предназначен для авторизованных пользователей, таких как Вооружённые  силы РФ. Сигнал передаётся в квадратурной модуляции с открытым сигналом на тех же самых частотах, но его  псевдослучайный код имеет в  десять раз большую скорость передачи, что повышает точность определения  координат. Хотя защищённый сигнал не зашифрован, формат его псевдослучайного кода и навигационных сообщений  засекречен. По данным исследователей, навигационное сообщение защищённого  сигнала L1 передаётся со скоростью 50 бит/c без использования манчестер-кода, суперкадр состоит из 72 кадров размером по 500 бит, где каждый кадр состоит из 5 строк из 100 бит и требует 10 секунд для передачи. Таким образом, всё навигационное сообщение имеет длину 36 000 бит и требует для передачи 720 секунд (12 минут); предполагается, что дополнительная информация используется для повышения точности параметров солнечно-лунных ускорений и коррекции частоты тактовых генераторов.

CDMA-сигналы.

C середины 2000-х годов готовится  введение сигналов ГЛОНАСС с  кодовым разделением.

Формат и частоты новых  сигналов окончательно не определены. По предварительным данным разработчиков, в спутниках Глонасс-К2 будут использоваться три открытых и два зашифрованных  сигнала в формате CDMA.

Открытый сигнал L3OC передаётся на частоте 1202.25 МГц использует двоичную фазовую манипуляцию BPSK(10) для пилотного и информационного сигналов; псевдослучайный дальномерный код транслируется с частотой 10.23 миллионов импульсов (чипов) в секунду и модулируется на несущей частоте через квадратурную фазовую манипуляцию QPSK, при этом пилотный и информационный сигналы разнесены по квадратурам модуляции: информационный сигнал находится в фазе, а пилотный — в квадратуре. Информационный сигнал дополнительно модулирован 5-битным кодом Баркера, а пилотный сигнал — 10-битным кодом Ньюмана-Хоффмана.

Открытый сигнал L1OC и защищённый сигнал L1SC передаются на частоте 1600.995 МГц, а открытый сигнал L2OC и защищённый сигнал L2SC — на частоте 1248.06 МГц, перекрывая диапазон сигналов формата FDMA. Открытые сигналы L1OC и L2OC используют мультиплексирование  с разделением по времени для  передачи пилотного и информационного сигналов; используется модуляция BPSK(1) для информационного и BOC(1,1) для пилотного сигналов. Защищённые широкополосные сигналы L1SC и L2SC используют модуляцию BOC(5,2.5) для пилотного и информационного сигналов, и передаются в квадратуре по отношению к открытым сигналам; при таком типе модуляции пик мощности смещается на края частотного диапазона и защищённый сигнал не мешает открытому узкополосному сигналу, передающемуся на несущей частоте.