Всё, что важно знать о спутниках GPS/ГЛОНАСС

ГЛОНАСС – это российская система спутниковой навигации. Официальным началом работ считается 1982 год тогда на орбиту запустили первый спутник “Ураган”. Путем исследовательской деятельность нашими учеными-соотечественниками было выведено, что для оптимального покрытия всего Земного шара, необходима группировка из 24 спутников. И так, только в 1995 году были полностью введены в эксплуатацию навигационные спутники ГЛОНАСС в количестве 24 аппарата.

Орбиты спутников ГЛОНАСС расположены в трех плоскостях:

Источник фото https://www.roscosmos.ru/21923/

Высота спутников ГЛОНАСС (высота орбиты) – 19 100 км;

Период обращения спутника – 11 часов 15 минут 44 секунды;

Наклон спутников – 64,8°.

Такой период обращения спутника помог создать устойчивую систему, которая не требует, в отличие от GPS, корректирующих импульсов. А угол наклона на 64,8° обеспечивает доступность навигации даже если, несколько аппаратов выйдут из строя.

Новые спутники ГЛОНАСС

В этом году в России продолжится строительство навигационной спутниковой сети ГЛОНАСС. В отчетах утверждается, что в 2021 году будет запущено не менее 5 спутников. Среди них будут спутники разных серий, включая ГЛОНАСС-К, ГЛОНАСС-К2 и ГЛОНАСС-М.

По сравнению с предыдущей моделью М, последняя модель спутника ГЛОНАСС-К2 имеет улучшенные технические показатели и увеличенный ресурс работы. Помимо передачи сигналов в полосах частот L1 и L2, ГЛОНАСС-К может также передавать навигационные сигналы с ”дифференциальным кодом” в полосе частот L3.

Что происходит с ГЛОНАСС? Производство космических аппаратов под угрозой

Россия столкнулась с серьезными проблемами в работе космических аппаратов ГЛОНАСС. Более того, в ближайшее время правительство РФ предусматривает возможность отказа от серийного производства аппаратов ГЛОНАСС-К. Для такого решения у властей есть целый ряд причин.

ГЛОНАСС – российский аналог GPS

История создания ГЛОНАСС — Глобальной навигационной спутниковой системы — уходит своими корнями еще в советскую эпоху. Именно тогда, в 1970-е годы, в разгар Холодной войны, Советский Союз приступил к разработкам в сфере создания системы глобального позиционирования. ГЛОНАСС создавалась, прежде всего, для использования в оборонных целях, поэтому и запущена была одновременно с системой предупреждения о ракетном нападении.

В 1976 году было издано постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР, вслед за которым и началась разработка ГЛОНАСС, ставшая продолжением более ранних научных разработок. Но сроки запуска спутника на орбиту постоянно сдвигались. Тем не менее, к началу 1980-х годов все же удалось подготовить все условия для запуска ГЛОНАСС.

Первый космический аппарат был запущен 12 октября 1982 года. Что касается официального начала эксплуатации системы, то оно датируется 24 сентября 1993 года. Именно в этот день Россия приступила к эксплуатации системы из 12 космических аппаратов. В 1995 году количество спутников увеличилось до 24 штук. Тогда Россия еще эксплуатировала материально-техническую базу недавно почившего Советского Союза. Затем, из-за финансовых трудностей, количество спутников на орбите вновь пришлось уменьшить.

Однако правительством России была запущена федеральная программа «Глобальная навигационная система». Она позволила значительно увеличить количество используемых спутников уже к концу 2008 года. В итоге к 2014 году на орбите оказались 24 российских космических аппарата. Именно такое количество спутников определяется как наиболее адекватное поставленным перед системой задачам.

Но у российских спутников есть один 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. И вот как раз износ используемых космических аппаратов и является сегодня одной из наиболее ощутимых проблем, стоящих перед ГЛОНАСС. И от решения этой проблемы зависит очень многое, в том числе и обороноспособность нашей страны, обеспечение национальной безопасности.

Устаревание спутников

В настоящее время на орбите находится 23 спутника, выведенных на нее в период с 2007 по 2019 годы. Из них 13 спутников были выведены на орбиту в 2007-2011 гг. – т.е. 8-12 лет назад. Они принадлежат к категории «Глонасс-М», срок службы спутников которой составляет 7 лет. Получается, что все 13 спутников уже перешли срок годности, некоторые – значительно.

Десять спутников ГЛОНАСС были выведены на орбиту в 2012-2019 гг. Это — спутники с семилетним и десятилетним сроками использования. Еще четыре спутника не используются по назначению, но их срок годности также находится на пределе. Кстати, то, что значительная часть спутников продолжает исправно работать, уже перейдя свой срок использования, свидетельствует о высокой степени надежности подобной техники российского производства. Все же есть, чем гордиться в отечественной космической промышленности!

Между тем, обновление группировки спутников, находящихся на орбите, в настоящее время осуществляется лишь в тех случаях, когда старый спутник заменяется новым. В настоящее время в резерве – четыре готовых к запуску спутника «Глонасс-М». Еще несколько спутников «Глонасс-К» должны быть произведены в ближайшее время.

Когда гарантийный срок использования спутника истекает, его надежность значительно снижается. Соответственно, оператору приходится куда внимательнее следить за состоянием группировки спутников на орбите, чтобы в случае выхода каких-то спутников из строя сразу же заменить их новыми.

Но что произойдет, если спутники начнут выходить из строя по причине своего устаревания? Директор Института космической политики Иван Моисеев в своем интервью «РИА-Новости» подчеркнул, что пострадают структуры Министерства обороны РФ, являющиеся основными пользователями спутников, а гражданские пользователи могут даже не заметить возникших проблем, поскольку их обслуживание осуществляется ГЛОНАСС параллельно с GPS.

Однако производство новых «Глонасс-К» уже столкнулось с очень серьезными препятствиями. Власти признали, что 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, а у России сейчас с Западом, как известно, отношения очень проблемные, и это отражается и на экономической сфере, и на сотрудничестве в области высоких технологий и космической промышленности.

Как санкции ударили по ГЛОНАСС

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 и казалось, что так будет всегда. 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 выдачи 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 импортозамещением 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 импортозамещению, так и не перешли на уровень практической реализации. Не так просто заменить почти все электронные компоненты, если отечественная высокотехнологичная промышленность лишь в последние годы стала развиваться относительно приемлемыми темпами, а до этого находилась в кризисном положении.

За импортозамещение взялся «Роскосмос». К 2022 году в космических аппаратах ГЛОНАСС должно быть не более 10% компонентов зарубежного производства. По крайней мере, так планируют руководители «Роскосмоса». К 2025 году российские спутники вообще должны избавиться от иностранных деталей. Цель, безусловно, благая, но реализуема ли она на практике? Пока об этом сложно говорить.

Между тем, в руководстве Министерства промышленности и торговли России настроены весьма оптимистично. Так, министр Денис Мантуров утверждает, что в течение последних лет были разработаны более 1,5 тысяч типов электронных компонентов. И они смогут заменять западные варианты. Если же какие-то компоненты все же окажутся без российских аналогов, то в Минпромторге рассчитывают закупать их у стран Юго-Восточной Азии, чья электронная промышленность ничуть не уступает американской и европейской, но которые не вводили против России санкции и открыто торгуют с нашей страной.

Новая госпрограмма и спутники ГЛОНАСС

На самом деле, программа перевода спутников ГЛОНАСС на комплектующие отечественного производства стартовала еще в 2018 году. Она рассчитана на период до 2023 года. За пятилетку планируется перевести космические аппараты на российские детали. В 2020 году полетит в космос последний космический аппарат серии «Глонасс-М», а в 2023 году – последний спутник серии «Глонасс-К».

Однако на реализацию программы нужны средства. И немалые. Но у государства может и не найтись свободных средств, да еще в таких масштабах. Так, поправки к федеральному бюджету предусматривают сокращение бюджетных расходов на реализацию федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012–2020 годы». Ассигнования урезаются на 12,9 млрд рублей, в том числе на 6,9 млрд рублей урезают финансирование «Роскосмосу» и на 6 млрд рублей – Министерству обороны Российской Федерации.

Уменьшение финансирования объясняется такими причинами, как невозможность серийного производства космических аппаратов и создания наземного комплекса для управления спутниками. Отсутствие иностранных комплектующих по-прежнему остается важнейшей проблемой отрасли. И поэтому дополнительные средства в размере 7 млрд рублей будут направлены как раз на создание специального страхового запаса электронных компонентов иностранного производства.

Таким образом, можно говорить о перераспределении средств внутри федеральной целевой программы. Никто не отказывается от ее реализации, но потребность в импортозамещении вносит очевидные корректировки в дальнейшую судьбу российской глобальной навигационной системы.

Сейчас основная задача – развивать новейшие разработки, совершенствовать уже имеющиеся технологии и, что не менее важно, создавать материально-техническую базу для производства отечественных электронных компонентов. В конце концов, если Китай создает свою навигационную систему, являющуюся достойным конкурентом GPS, то почему эта задача не под силу нашей стране?

Сравнение их с ГЛОНАСС

Различия систем наглядно представлены в таблице.

Главным соперником ГЛОНАСС является GPS. У обеих установок есть свои преимущества и недостатки. Так, ГЛОНАСС лучше работает в высоких широтах из-за наклона спутников, служит для оперативной реакции на ДТП. При этом система охватывает лишь 66 % поверхности Земли и использует сложную кодировку сигнала, что сокращает срок службы космических аппаратов.

В свою очередь GPS спутник обеспечивает меньшую погрешность навигации и использует сигналы CDMA, что препятствует его износу. Но несмотря на то что номинально установка покрывает всю планету, система лучше всего работает на территории США, Канады и стран Евросоюза.

Орбиты спутников GPS и GLONASS

Две установки отлично дополняют друг друга, хотя и задумывались как проекты-соперники. Именно поэтому в современные гаджеты встраиваются приемники обеих систем.

Материалы по теме

Бремя первых

В ожидании чуда

Причиной отставания показателей российской системы от западных называются трудности плановой модернизации ГЛОНАСС. «Причина, по которой России не удалось совершить плановое обновление космических аппаратов навигационной системы, — это технологические санкции США, не позволившие производителям бортового оборудования закупить нужную электронно-компонентную базу (ЭКБ) категории Space, то есть радиационно стойкую», — пишет газета.

По данным издания, два экспериментальных спутника «Глонасс-К», выведенных на орбиту в начале десятилетия, на 80 процентов состояли из компонентов, поставки которых сегодня в Россию ограничены.

В «Информационных спутниковых системах имени Решетнева», производящих спутники ГЛОНАСС, заверили, что «целостности спутниковой группировки ничто не угрожает». Там же заявили, что «испытывают оптимизм» в отношении программы импортозамещения.

«Эксперты считают, что созданная в изолированных условиях продукция не будет ни передовой, ни конкурентоспособной», — уверяет газета.

Издание напоминает, что в настоящее время на околоземной орбите находятся 27 спутников ГЛОНАСС, из которых на орбите по целевому назначению работают 23, тогда как для штатного функционирования системы, предполагающего охват всей Земли, по целевому назначению должны работать 24 космических аппарата.

Точность 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).

В апреле 2018 года гендиректор предприятия «Информационные спутниковые системы» Николай Тестоедов заявил, что космические аппараты ГЛОНАСС почти на 40 процентов состоят из зарубежных комплектующих.

Абонентские устройства, приемники ГЛОНАСС

Понятно, что любая система мониторинга будет обладать максимальной помехоустойчивостью и точностью, если определение координат в ней ведется по спутникам GPS и ГЛОНАСС одновременно. Группировка спутников GPS начала действовать раньше других и поэтому сначала абонентские устройства воспринимали только сигнал GPS. Затем появились микросхемы, корректно воспринимающие сигналы от спутников ГЛОНАСС. На третьем шаге на рынок вывели универсальные чипы, совместимые с 2-мя или 3-мя информационными протоколами сразу.

Среди отечественных разработок, отвечающих последнему требованию, можно назвать микросхему NV08C-MCM-M, выпускаемую с 2009 года.

Универсальный модуль компании Starline

Владелец цифровой сигнализации Starline любой из современных моделей имеет право приобрести и установить дополнительный модуль GSM-связи. Этот модуль выполнен в виде печатной платы, монтируемой внутрь основного блока.

Когда в основной блок будет установлен модуль GSM, дополнительно к специальному разъему подключается блок навигации, наделенный приемником сигналов ГЛОНАСС/GPS:

Можно осуществлять спутниковый мониторинг транспорта, не используя при этом охранные функции. В таких случаях подходит более доступное оборудование – маяк Starline М17, отслеживающий координаты и скорость.

На начальном этапе система мониторинга может быть построена на основе следующего оборудования: навигационные маяки, один сотовый телефон и одно вычислительное устройство с выходом в Интернет. Телефон используется для управления маяками при помощи SMS. Но в действительности, маяк – достаточно примитивное устройство, неспособное отслеживать уровень топлива и некоторые другие параметры. Каждое такое устройство со временем можно заменить более сложным оборудованием – навигационным терминалом либо тахографом. Так можно будет построить, в том числе, действующую систему контроля топлива.

Объяснение понятий терминал и тахограф

В функции спутникового мониторинга автотранспорта может входить контроль следующих параметров: заряд АКБ, уровень топлива в баке и т.д. Помимо координат, все данные могут быть считаны с шины CAN. Если же подключение к CAN-шине вы использовать не собираетесь, можно установить дополнительные датчики, подключив их к единому электронному блоку. В такой блок может быть встроен и модуль навигации.

Если электронный блок может только «запоминать» данные, но не отправлять их по каналу GSM, то устройство называется тахографом. А тахограф, оборудованный действующим GSM-модулем – это терминал.

Любая система контроля транспорта, если в ней используются именно терминалы, может быть дополнена «тревожными кнопками». Водитель нажимает кнопку, и оператор получает сообщение в течение 40-ка секунд.

Понятно, что слежение за транспортом необязательно должно осуществляться в режиме реального времени. Данные можно просто записывать, и анализировать их в конце рабочего дня. Но наличие интерактивного режима несет свои преимущества. Одно из них указано выше (возможность установить «кнопку тревоги»). Право выбора лучше предоставить владельцу.

Казалось бы, не так важно, какая именно система навигации будет использоваться – ГЛОНАСС или GPS.

На грузовики закон требует устанавливать тахографы, но подключать эти устройства к навигационному модулю вовсе не обязательно. Однако продолжение развития программы ЭРА-ГЛОНАСС наводит на определенные мысли. Долгое время, в том числе и в нашей стране, приоритет отдавали навигации по спутникам GPS. Теперь ситуация изменилась кардинально.

Какие данные собирает ?

УВЭОС обязательны к установке для всех автомобилей, которые выпускаются в обращение на территорию РФ. Но если новые машины оснащаются терминалами, тревожными кнопками и датчиками на производстве, то при импорте техники владелец обязан за свой счет установить ЭРА-ГЛОНАСС, иначе эксплуатировать машину в РФ будет невозможно.

Один из аргументов против оборудования автомобиля ЭРА-ГЛОНАСС – возможное отслеживание перемещения техники по спутниковой сети (т.е. незаконная передача личных данных спецслужбам) или прослушка салона. На практике же в терминалах не реализована функция трекинга, потому без ведома владельца отследить движение машины нельзя.

По информации производителей, терминал собирает и передает только такие данные:

• Координаты места аварии.
• Скорость на момент аварии.
• Тип срабатывания сигнала тревоги (датчик удара/переворота, принудительный вызов).
• Данные о машине: номер, марку, тип двигателя (бензин/дизель).
• Количество пристегнутых ремней безопасности.

Также службам спасения передается информация, полученная диспетчером при разговоре с водителем.

Сегодня ГЛОНАСС — это не просто навигатор, который позволит не потеряться на незнакомых дорогах. Возможности спутникового позиционирования куда шире, и воспользоваться ими может как рядовой автовладелец, так и руководитель коммерческого предприятия с обширным парком автомобилей.