Направления развития GPS на текущий год: Центр аэрокосмических и ракетных систем планирует модернизировать глобальную спутниковую систему навигации GPS

Офицер Р. Колберн, управляющий отделением радиоэлектронного противодействия, исполнительный руководитель серии мер по улучшению глобальной спутниковой системы навигации GPS, Центр космических и ракетных систем Военно-воздушных сил Соединенных Штатов Америки

Всемирная спутниковая система навигации США GPS приобретает все большую популярность. Порядка 4 млрд клиентов со всего Земного шара пользуются американской системой для получения спутниковой информации высокой точности и надежности. Повсеместное применение сигналов рассматриваемой системы стало неотъемлемой частью повседневной жизни каждого из нас и влияет на нее только позитивно.

Не один десяток лет выполняются установленные условия координатно-временного и навигационного обеспечения штатских, торговых и исследовательских объединений. Чтобы поддержать распространение использования GPS по нашей планете, власти и Управление программы GPS стали делать внушительные денежные вложения для поэтапного расширения функционала компонентов американской системы.

 

Направления развития всемирно известной спутниковой системы навигации США

Стратегия обновления предполагает рассмотрение ряда решений на разных стадиях выполнения, что позволяет улучшить координатно-временное и навигационное обеспечение во всех составляющих комплекса. Сегодня модернизируются все 3 системных компонента (орбитальный, наземный, потребительский) с целью расширения функционала GPS. Вместе с тем обновляется орбитальная группировка системы для обеспечения доступности по меньшей мере 24 космических аппаратов в 95% ситуаций.

Помимо этого, мы все время пытаемся обнаружить альтернативные пути развития, вырабатывая похожие и не имеющие аналогов стратегии. Мы пытаемся построить инфраструктуру повышенной надежности и устойчивости. Наши специалисты пытаются определить эффективный функционал всей архитектуры американского комплекса для расширения функционала координатно-временного и навигационного обеспечения.

“Мы обеспечиваем выполнение установленных требований по КВНО высокой точности штатских, торговых и исследовательских объединений.”

 

Основные направления развития в текущем году

Орбитальный компонент

GPS III была с успехом запущена для повышения боеспособности и гарантий надежности для клиентов любых категорий. Проект планомерно расширяет свои возможности со стартом Falcon 9 с 1-й ступенью многократного использования для решения задач по гарантированию госбезопасности в космосе.

Запланированный на начало лета старт SV05 будет реализован с задействованием РКН Falcon 9, 1-я ступень которой с успехом вернулась после старта спутника SV04.

Космический корабль SV05 позволит расширить системную орбитальную группировку и получить повышенную точность и лучшие рабочие показатели. Этот аппарат отправляет сигнал L1C, который обеспечивает взаимную дополняемость с сигналами иных комплексов, штатский сигнал L5 и позволяет добиться улучшения показателей в разрезе защиты от помех. Для потребителей-военнослужащих SV05 будет 24-м аппаратом, который передает сигнал M-Code для обеспечения возможности перейти ко схеме начального использования этого сигнала.

 

Наземный компонент

Текущий сезон будет определяющим для обновления современного наземного комплекса управления GPS OCX, в который вскоре войдет основательно модернизированная сеть из 17 распределенных по всей планете мониторинговых пунктов. Данные станции будут осуществлять прием полного комплекса сигналов системы, в том числе современных военных и штатских сигналов L2C и L5.

OCX будет и дальше использовать симулятор GPS для проверки ПО. В это же время OCX будет и в дальнейшем заменять используемые сейчас устройства на техинструменты Hewlett-Packard для их монтажа в зонах применения. Со дня начала использования OCX наладят связь с расположенными на земле антеннами для прямого контроля группировки и прочих компонентов наземного управляющего комплекса. К примеру, с ГАИС, которая сделает доступными в нужное время навигационные данные для потребителей. Ожидается, что для старта и начала использования GPS III SV05 станут применять систему раннего тестирования и управления запуском.

GPS OCX 3F выступает разновидностью основной вариации OCX для выполнения требований, которые относятся к GPS IIIF. OCX 3F по-прежнему будет обратно совместима с действующими комплексами для контроля всей группировки GPS и расширения функционала GPS IIIF в дальнейшем, например, повышения защиты от помех благодаря местному увеличению мощностных характеристик военного сигнала и получения возможности оперативного перераспределения средств наземного управляющего комплекса при военной атаке на размещенные на земле станции. Договор на разработку OCX 3F подпишут в ближайшее время.

 

Потребительский компонент

В скором времени завершится испытание M-Code GPS в условиях эксплуатации на 2-х прошедших авторизацию платформах согласно 1-му этапу Плана по разработке навигационного оснащения потребителей-военнослужащих. Проверка для сухопутных подразделений будет организована на разных разновидностях военной бронемашины Stryker.

Одновременно с этим американский морпех будет применять многофункциональную бронированную машину JLTV для организации испытательных работ в условиях эксплуатации. В любой ситуации будут оцениваться показатели навигационного оборудования пользователей в условиях, близких к эксплуатационным. До 31.12.21 г. согласно 1-му этапу Плана по созданию навигационного оснащения потребителей-военнослужащих будет поставлена аппаратура для начала эксплуатации в будущем году обновленных платформ, способных осуществлять работу с M-Code – эсминцы и военные самолеты Б-2 Военно-воздушных сил Соединенных Штатов Америки.

 

Объединение компонентов комплекса

Данные комплексы постоянно развиваются, и мы делаем все возможное для их объединения для выполнения всех требований, описанных в действующих стандартах. Чтобы проводить испытательные работы и управлять техническими возможностями, чтобы проектировать систему и планировать стратегию, власти и бизнесмены из разных экономических сфер должны действовать совместно, что позволит на 100% реализовать функционал интеграции.

В 2021 г. произойдет масса важнейших мероприятий, и весь коллектив GPS при участии подрядных организаций постарается обеспечить получение, использование и обслуживание всех функций GPS. Задача предельно ясна – продолжить соблюдение “золотого стандарта” координатно-временного и навигационного обеспечения для потребителей со всего Земного шара.

Центр аэрокосмических и ракетных систем, находящийся на базе Военно-воздушных сил Соединенных Штатов в калифорнийском городе Эль Сегундо, считается центром современных разработок по созданию космических комплексов для военных целей. Деятельность Центра связана со стартами аппаратуры, всемирно известными спутниковыми системами навигации, боевыми космическими кораблями связи, комплексом кораблей, выполняющих задачи метеорологии, ИК комплексами космического базирования, ситуационной осведомленностью в космосе.

 

 

Перспективы развития в 2020: улучшение рабочих показателей GPS

Полковник Д. Клэкстон

Старший по объединению программ координатно-временного и навигационного обеспечения, Центр космических и ракетных систем американских Военно-воздушных сил

Вот уже четыре десятилетия глобальный спутниковый комплекс навигации GPS по праву считается настоящим эталоном в сфере координатно-временного и навигационного обеспечения не только для американских граждан, но и всей планеты. Сегодня эта система настолько прочно вошла в жизнь каждого из нас, что мы это просто перестали замечать. Кроме того, большинство людей на нашей планете считает, что система GPS находится в постоянном доступе, как и, к примеру, электричество либо вода в кране, и это само собой разумеется.

Однако эта доступность системы GPS – результат сложнейшей работы, выполняемой Управлением программы GPS, а также организациями-партнерами. В следующие 1,5-2 года предположительно будут поэтапно улучшаться эксплуатационные характеристики всех элементов обновленной системы GPS III, разрабатываемых в период с 2007-2009 по 2019 гг. Учитывая все корректировки, вносимые в структуру Центра аэрокосмических и ракетных систем (начало использования SMC 2.0), можно утверждать, что программу GPS в очень скором времени ожидают глобальные перемены. Далее разберем самую свежую информацию по всем элементам программы.

 

Сведения о стадиях выполнения программ

  1. GPS III

В части космического компонента обновленной системы GPS были с успехом решены задачи, определенные в 2018 г. Космический аппарат SV01 “Веспуччи” был запущен 23.12.18 г. в интересах каждого, кто имеет непосредственное отношение к GPS. Специалистам, разрабатывавшим систему GPS III, посчастливилось реализовывать данный проект совместно с лидерами рынка. Орбитальная проверка этого спутника закончилась в середине лета прошлого года. Ее итоги стали подтверждением соответствия заявленных изначально показателей действительности. С наступившего года контролировать и управлять космическим аппаратом SV01 будет 14-я воздушная армия американских Военно-воздушных сил, а не SMC. После этого будут проведены летные испытания спутника, а эксплуатировать его начнут в середине весны текущего года.

Космический аппарат SV02 “Магеллан” отправили на орбиту 22.08.19 г. посредством ракеты-носителя Delta IV Medium фирмы United Launch Alliance – новейшей модели ракет-носителей этого типа. Кораблю удалось достичь заданной высоты, проверочные мероприятия на орбите прошли в первые недели осени. Как ожидается, SV02 станет следующим космическим аппаратом, который начнут эксплуатировать в текущем году.

Космические аппараты SV03 и SV04 были приняты у компании Lockheed Martin 16.05.19 г. и 10.09.19 г. Как ожидается, они будут запущены в начале весны и в середине лета этого года соответственно.

Сложности все же есть – эту область деятельности нельзя назвать простой – но специалисты, создающие GPS III, намерены достичь всех поставленных целей: улучшить и оптимизировать самое крупное производство космических аппаратов в Минобороны, с успехом провести пусковые мероприятия, чтобы повысить рабочие показатели и эффективность системы, обеспечить доступ пользователей к “глобальному” гражданскому сигналу L1C.

 

  1. GPS IIIF

Была начата работа над созданием первых 2-х космических аппаратов GPS IIIF, результаты которой, скорее всего, повторят успех проектирования GPS III. Проект по производству космических аппаратов GPS IIIF в течение 12 месяцев рассматривается ответственными органами. Процедура рассмотрения подойдет к концу в начале весны этого года. Так как производитель Lockheed Martin одновременно изготавливает 2 серии космических аппаратов GPS, важно заметить, что GPS IIIF будет выгодно выделяться за счет значительного сокращения продолжительности сборочных, установочных и проверочных мероприятий за счет усовершенствования серийного выпуска на базе производственного опыта GPS III.

Кроме того, на проекте GPS IIIF основывается предложение SMC по стандартизации совместных решений и процедур для разных проектов в целях улучшения качественных характеристик, ускорения поставок и минимизации расходов. С учетом проектов по приобретению 22 космических аппаратов и сроков поставок в течение пятнадцати лет для программы согласовали стратегию по использованию перспективных технологических решений, а также подготовили почву для совместной работы с Исследовательской лабораторией американских Военно-воздушных сил, чтобы вовремя перейти к новейшим решениям, которые соответствуют будущим потребностям американских Вооруженных сил. Особенно заметен прогресс, который был достигнут GPS IIIF, на пути к повышению основных эксплуатационных показателей и следующим запускам. Первый космический аппарат типа GPS IIIF будет доставлен на орбиту ориентировочно через 6 лет.

 

  1. Наземная система управления последней версии GPS OCX

В течение всего 2019 г. применялись компоненты наземной системы управления последней версии OCX Block 0, чтобы гарантировать контроль над системой в процессе пусковых мероприятий и летных испытаний двух кораблей GPS III SV01 и SV02, проходящих сейчас проверки на орбите, которые будут осуществляться до их присоединения к штатной группировке. Кроме того, подошел к концу процесс разработки программы для OCX Block 1, что гарантировало переход программы с этапа разработки на этап интеграции, проверки, а впоследствии и запуска системы. Инвестиции в программу за 2018 и 2019 годы, нацеленные на ее развитие и улучшение процессов производства, являются результативными и делают возможным проведение измерений в режиме онлайн для принятия решений на основе имеющейся информации и оперативного получения программного кода лучшего качества. В итоге, с OCX больше проблем не возникает. Она превращается в масштабную, сложную программную систему, столкновение которой с некоторыми трудностями и рисками неизбежно. Однако на сегодняшний день мы располагаем всеми нужными средствами для того, чтобы гарантировать стабильность ее рабочих характеристик.

 

  1. Поддержание имеющегося намного комплекса управления GPS

Имеющиеся инфраструктурные возможности наземного комплекса управления GPS OCX стабильно развиваются для того, чтобы поддерживать “эталон” системы в сфере координатно-временного и навигационного обеспечения. Это обеспечит бесперебойную работу системы до использования технологического решения следующего поколения. Самое крупное обновление наземного комплекса управления за все время существования GPS, получившее название Версия 7.5, было проведено весьма успешно. Оно предполагает виртуализацию сети, использование двухфакторной аутентификации, бесперебойное взаимодействие с глобально размещенными наземными станциями и улучшение шифрования полетной информации.

Поскольку было важно снизить вероятность появления возможных угроз и повысить уровень безопасности киберпространства, в качестве платформы отслеживания GPS OCX была введена система кибербезопасности Red Dragon (RDCSS), чтобы объединить информацию, анализировать ее и информировать о любых проблемах. Результатом этого стала разработка производительной и действенной системы для выявления, разбора и составления отчетности об инцидентах, имеющих связь с безопасностью.

Помимо этого, в конце лета прошлого года произошло объединение Red Dragon с системой по обеспечению безопасности киберпространства для компаний космической направленности, что обеспечило создание устойчивого многоуровневого комплекса защиты для сохранения функциональности системы GPS.

 

  1. Навигационное потребительское оборудование

Весь 2019 год американские военные испытывали навигационные платы GPS последнего поколения, позволившие оптимально решать задачи, в которых рассчитываются координаты и время. 1-я плата для военного навигационного потребительского оборудования прошла сертификацию в 2019 г. Сегодня применяются основные технологические решения для создания иных разновидностей плат для GPS-приемников, которые используются разными системами вооружения оборонного ведомства. Результаты этой колоссальной работы стали кульминацией практически 20-летней деятельности по обновлению военного навигационного потребительского оборудования. В скором времени будут применяться платформы, способные взаимодействовать с военным сигналом M-Code – бомбардировщик Б-2 Военно-воздушных сил, универсальная бронемашина JLTV Корпуса морской пехоты, эсминец серии “Арти Бёрк” Военно-морских сил, боевая бронемашина Stryker – для проверки данных технологических решений.

В рамках 2-го этапа развития навигационного потребительского оборудования последнего поколения, который находится на стадии выполнения, будет проведена масштабная работа в сфере определения требований для оружия высокой точности, модульного переносимого устройства, плат и элементов со сниженными параметрами массы и габаритов и потребления энергии. С военным навигационным потребительским оборудованием последней версии оборонное ведомство и все категории войск смогут на протяжение длительного времени эффективно и быстро решать задачи навигации.

 

Проекты     

Объединение функционала обновленных решений GPS III в части базовых американских проектов – главная цель Управления проекта GPS, которое предлагает обслуживание координатно-временного и навигационного обеспечения Вооруженным силам Америки и обычным потребителям. Прямо сейчас дорабатываются планы, объединяются текущие проекты и развивается сотрудничество между проектными командами, чтобы гарантировать стабильное совершенствование и непрерывное оказание высококачественного обслуживания.

 

Проект по подготовке к отправке в космос

Специалисты, отвечающие за отправку космических аппаратов в космос, добились результатов колоссального значения в конце 2018 г. Это было выдающееся достижение первопроходцев. Произошел успешный запуск космического аппарата SV01 GPS III, 1-го спутника последней версии. Центр аэрокосмических и ракетных систем вел сотрудничество со SpaceX для доставки в космос спутникового аппарата SV01 посредством ракеты-носителя Falcon 9. Это стало для SpaceX стартовым запуском спутника для обеспечения государственной безопасности. Аппарат отправили в космос под управлением OCX Block 0, первым действующим компонентом инфраструктуры наземного комплекса управления последнего поколения.

Это выдающееся достижение стало реальным благодаря очень тесному взаимодействию, нацеленности на результат и объединению усилий специалистов из разных команд, отвечающих на все моменты – космические аппараты, полезную нагрузку, отправку на орбиту, контроль, отслеживание сигналов, закупки, использование, контрольные проверки и проч. Сейчас полетом спутника SV01 стала управлять команда подготовки к использованию, однако это не говорит о том, что у команды подготовки к отправке на орбиту теперь мало забот.

В конце лета объединение усилий команд, отвечающих на программу полетов, подготовку к отправке в космос и работе на орбите, сделало возможной доставку на орбиту корабля SV02 с максимальной точностью, и сейчас команда подготовки к отправке в космос вносит корректировки в процесс с учетом имеющегося опыта, так как вскоре, уже в наступившем году, будут запущены еще 3 аппарата. Помимо этого, ведется серьезная работа по созданию программы отправки на орбиту космического корабля GPS IIIF.

 

Проект по подготовке к использованию

Так как 2 аппарата GPS III уже отправлены в космос, настал подходящий момент для реализации проекта по интеграции, который был создан и утвержден в рамках программы модернизации GPS III в 2018 г. К сегодняшнему дню подошел к концу процесс обновления действующего наземного комплекса управления, что обеспечивает управление 1-м кораблем GPS III. Как ожидается, его летные проверки закончатся в первые месяцы текущего года, а введен в работу он будет в середине этой весны. Все участвующие в процессе команды и фирмы выразили свою готовность, и, поскольку обновление действующего наземного комплекса управления подошло к концу, наступило подходящее время для полноценного использования этих аппаратов и демонстрации их расширенных возможностей пользователям. Предполагается, что за несколько месяцев данные возможности пройдут проверку в реальных условиях и будут подготовлены к эксплуатации.

 

Проект по задействованию в работе военного сигнала M-Code

Так как обновление действующего наземного комплекса управления подошло к концу, полноценное использование сигнала M-Code сейчас определяется вводом в действие системы ранней эксплуатации военного сигнала M-Code GPS в наземном комплексе управления, внедрением на глобально размещенных станциях оборудования обслуживания сигналов, типом программы целевого планирования, созданием военного навигационного пользовательского оборудования 1-го этапа, объединением военных платформ и операционализацией наземного пользовательского оборудования для космической эксплуатации. Финальная цель – улучшение способности Объединенного центра космических операций выдавать реакцию на внезапно появляющиеся и склонные к переменам потребности военных пользователей, которые сталкиваются с серьезными врагами. Мы работаем над сохранением совместной работы с представителями Стратегического командования, Космического командования и теми, кто пользуется системой GPS в Вооруженных силах Америки и иных странах.

 

Подведение итогов

Участвовать в реализации проектных решений GPS сегодня – почетно и увлекательно. Власти и исполнители приложили неимоверные усилия для того, чтобы создать условия для объединения и сотрудничества для результативного и стабильного координатно-временного и навигационного обеспечения военных и гражданских потребителей, используя возможности решений GPS III. Мы можем наслаждаться уникальными возможностями современного мира во многом благодаря GPS.