ГЛОНАСС – система спутниковой навигации, обеспечивающая точную навигацию по времени для неограниченного количества пользователей, находящихся на земле и море, в воздухе и даже космосе. С ее помощью можно определить локализацию, а также скорость объектов вне зависимости от места их нахождения.
Стартом для начала проведения работ в сфере спутниковой радионавигации стал пуск первого в мире ИСЗ, состоявшийся в 1957 г. Использовать его для навигационных целей предложил профессор В. Шебшаевич, проводивший исследования в сфере применения радиоастрономических методов управления самолетами.
В следующем десятилетии проводимые исследования нашли применение в проекте «Цикада» –низкоорбитальной отечественной системе, ориентированной на морскую/воздушную навигацию.
В 1967 г. по результатам исследований был построен и запущен навигационный спутник, получивший название «Космос-192». Работы в данном направлении велись активно, и в 1979 г. «Цикада», включающая уже четыре спутника, официально начала свою работу.
Особого успеха низкоорбитальная спутниковая навигация достигла в морском деле, что привлекло к ней дополнительное внимание. Появилась потребность в разработке универсальной системы навигации, отвечающей запросам большинства потенциальных пользователей. Началом разработки такой системы стало постановление советского правительства, принятое в 1976 г.
В состав орбитальной группировки были включены 24 среднеорбитальных спутника, вращающихся на высоте от 19,1 тыс. км.
Высокоорбитальная навигационная система получила название «ГЛОНАСС». Ее летные испытания прошли в 1982 г. с запуском одноименного космического спутника. Проект продолжал постепенное развитие, запуская каждый год по одному-два спутника. К началу 1989 г. он насчитывал уже 6 орбитальных аппаратов. В 1993 г. количество орбитальных аппаратов выросло до 12, а в 1996 г. орбита приняла все 24 спутника, обеспечивающие покрытие всей Земли. Огромным недостатком системы на тот момент было практически полное отсутствие навигационных приборов гражданского типа, а также гражданских потребителей.
Трудные времена второй половины 90-х гг. привели к практически полной деградации ГЛОНАСС в силу отсутствия восполнения системы. На 2002 г. орбита насчитывала всего 7 спутников, что не позволяло ГЛОНАСС обеспечивать даже минимальные потребности в навигации на территории России. По точности позиционирования система значительно проигрывала способностям американского аналога – навигационной системе GPS, космические спутники на тот момент могли активно существовать всего 3-4 года.
Значимым моментом для системы стало принятие распоряжения правительства в 1999 г., по которому ГЛОНАСС определялась в качестве объекта двойного назначения. Ее можно было применять как для научных и бытовых целей, так и использовать для обеспечения безопасности страны. Спустя два года стартовала федеральная программа, получившая название «Глобальная система навигации». Она действовала до 2012 г. и позволила полностью восстановить мощности орбитальной группировки.
По окончании указанного срока развитие системы проходило под эгидой сменившей предшественницу федеральной программы сроком действия до 2020 г. Ее ключевым направлением стало расширение влияния спутниковых технологий на все категории потребителей, включая научные и коммерческие.
Современная структура орбитальной группировки насчитывает 24 орбитальных аппарата, перемещающихся по единой траектории с интервалом в 8 суток. В результате создается навигационное поле постоянное на Земле, а также прилегающем космическом пространстве. Само же оборудование работает очень устойчиво, что позволяет не использовать корректировку орбит аппаратов. На осень 2022 года ГЛОНАСС насчитывала 26 спутников, 22 из них применяются по целевому назначению.
Сами аппараты также продолжают совершенствоваться, становиться все более сложным и функциональными. К примеру, если на 2005 г. срок их эксплуатации составлял всего три года, то у современных моделей он увеличен уже до 7, и даже 10 лет (модели «Глонасс-М» и «Глонасс-К»). Модели с литерой М собраны из импортных комплектующих на 80%, в то время как более долговечные варианты с литерой К более чем наполовину базируются на электронных отечественных разработках. Кроме того, они более легкие и функциональные. Помимо обработки сигналов навигации они обеспечивают передачу данных аварийных радиобуев КОСПАС-САРСАТ.
Сейчас специалисты постоянно работают над вопросами модернизации спутников навигации «Глонасс-К2», способных подавать больше сигналов навигации, это повышает качество и статус навигационного обслуживания в РФ.
Зимой 2021 г. гендиректор корпорации «Роскосмос»оценивал точность спутников «ГЛОНАСС» в 2,6 м., новейшие разработки «Глонасс-К2» способны уменьшить этот показатель до 1,3 м. Отдельного внимания заслуживают работы по усилению помехоустойчивости, имеющие приоритетное значение.
«Глонасс-К2» впервые поднялся в воздух в конце 2022 г. Модернизированные аппараты составят основу спутниковой навигационной группы до 2050 г.
Потребительское навигационное оборудование включает приемники, а также обрабатывающие устройства, обеспечивающие прием сигналов навигации и проведение расчетов соответствующих показателей (координаты, время, скорость). Посредством потребительских навигационных устройств проводятся беззапросные измерения, принимаются и обрабатываются навигационные данные. В них приводятся данные о местоположении спутника, а также текущем времени.
Проведенная обработка сообщений навигации позволяет установить координаты потребителя, базовые векторы скорости перемещения, «привязать» временную шкалу потребителя.
В состав интерфейса входят радиолинии на частотном L-диапазоне. Модели «Глонасс-М» на поддиапазонах L1/L2 проводят изучение навигационных сигналов, доступных потребителям всех категорий, а также сигналы, поступающие в распоряжение исключительно специальных потребителей. Для модуляции сигнала высокой точности используется особый код, используемый Минобороны РФ.
Сегодня существует огромный перечень задач в сфере навигации, а также использования спутниковых технологий, требующих продолжать совершенствование системы, модификацию потребительского навигационного оборудования. Прежде всего, это касается высокоточного позиционирования, предполагающего обеспечение высокой точности в режиме real-time. Еще одной сферой влияния становится безопасность эксплуатации всех видов транспорта (наземного, воздушного, морского). Навигационные решения должны стать более быстрыми, а ГЛОНАСС –помехоустойчивым. Разработано немало применений, где навигационное оборудование, принимающее сигналы, должно иметь компактные габариты в сочетании с высокой чувствительностью.
На данный момент развитие проекта находится в ведении Госкорпорации «Роскосмос», а также АО «РКС».
Спутниковая навигация совершенствуется посредством улучшения спутников, развития дополнительных модулей, обеспечивающих потребителей нужными сведениями. Благодаря им повышается точность позиционирования, основанная на характеристиках времени, скорости движения, пространственном положении.
В качестве таких модулей используется система дифференциальной корректировки и мониторинга. Благодаря ей самолеты гражданской авиации получают навигацию высокой точности (SBAS), что позволяет им заходить на посадку. Среди наиболее важных элементов СДКМ отмечается сеть унифицированных станций по сбору изменений (УССИ), в охват которой входит вся территория России, а также близлежащих государств. На текущий год сеть насчитывала 46 станций, расположенных на территории РФ, а также 7 УССИ в зарубежных странах, включая Южную Америку и даже Антарктиду.
В планах Роскосмоса повысить точность позиционирования до 10 см уже после 2030 г. Получить бесплатный доступ к гражданским сигналам смогут как отечественные, так и зарубежные потребители, какие-либо ограничения для этого вводиться не будут.
В наше время сложно подобрать сферу или область, где не требуется спутниковая навигация. Самой востребованной отраслью, использующей данные технологии, является транспортная сфера. Согласно аналитическим данным, свыше 80% навигационного оборудования установлено и используется на автотранспорте. Еще одной сферой использования ГЛОНАСС для спасения жизни человека стало сотрудничество в рамках КОСПАС-САРСАТ.
Таким образом, ключевой сферой использования технологий навигации по спутнику является персональная навигация.
На сегодняшний день данные технологии являются востребованными в самых разных областях. Помимо транспортной отрасли без них не обходятся кадастровые службы, картография, управление по развитию территорий. Не обходятся без них и при проведении различного рода исследований, наблюдений за планетой Земля. ГЛОНАСС также находит применение в космической сфере, строительстве, в аграрном секторе.
