Как нас спасет ГЛОНАСС

— Не так давно Роскосмос отрапортовал о завершении формирования отечественной навигационной спутниковой группировки. Сейчас на орбите задействованы 24 наших аппарата, расположенные в трех плоскостях. Насколько необходимо было создавать второй «кокон» — ГЛОНАСС, когда в мире уже существует глобальная система определения координат (GPS)?

Николай ТЕСТОЕДОВ: — Владение навигационными технологиями выводит любое технически развитое государство в ряды лидеров. Очевидно, что российское оружие и стратегические средства его доставки в любую точку должны использовать российское навигационное обеспечение, а не американское, которое «хозяева» могут отключить в любое время. Такие примеры уже были, и мы не хотим остаться без точной навигации, к примеру, в случае войны.

— Но очевидно, что мы отстаем от американцев в точности определения координат. Удастся ли нам догнать их?

Анатолий ШИЛОВ: — Если обратиться к истории, сам принцип спутниковой навигации был изобретен в Советском Союзе лет тридцать назад. О том, как разрабатывали подобную систему американцы, доподлинно неизвестно. Не исключено, что они шли своим путем, по крайней мере, в их системе очень много отличий от нашей.

Итак, в 1985–1986 годах мы с американцами шли вровень. Но в постперестроечное время наша система деградировала — мы «упали» до 6 спутников, а американская, наоборот, совершенствовалась. И лишь сравнительно недавно мы начали наверстывать упущенное. Нам пришлось прибегнуть к форсированному развертыванию ГЛОНАСС, чтобы в срочном порядке вернуть на орбиту 24 спутника, обогнав при этом европейцев. И нам это удалось. ЕКА планирует собрать на орбите полную группировку только к 2018 году. Еще быстрее Евросоюза в этом направлении двигаются китайцы — их спутниковая система будет готова года через два-три.

— Будет ли от этого польза для простого потребителя навигационных услуг?

А.Ш.: — Мы уже ощущаем пользу от совмещенных в одном устройстве чипов ГЛОНАСС и GPS. Они дополняют друг друга. К примеру, водители, пользующиеся навигаторами в машинах, получают предельную точность местонахождения от американской системы (она составляет 1,8 метра, тогда как наша составляет 2,8). Российская же система за счет иного расположения спутников является лучшей, обеспечивающей навигацию в полярных областях. Так что, если любому пользователю в мире понадобится «найти себя» в Арктике или Антарктиде, он без сомнения выберет совмещенные передатчики с ГЛОНАССом. Кроме того, американцы в случае угрозы их национальной безопасности могут снова перейти в режим селективного доступа, то есть закрыть или «загрубить» систему до точности в 100 метров для всех сторонних пользователей, кроме своих военных. Наш же президент в Указе от 2007 года № 638 заявил, что Россия никогда не станет делать подобного. В связи с этим заявлением у нас появилось преимущество: ГЛОНАСС гарантирует качество своих услуг для других стран.

— Кстати, от чего зависит точность определения координат? От количества спутников?

А.Ш.: — Количество, безусловно, должно быть доведено минимум до 24 спутников, но этот фактор скорее влияет на доступность сигнала. Большая точность американских спутников все-таки зависит от их качества. Мы же пока догоняем. Так, точность нашей системы с 2002 по 2011 годы возросла в десять раз. За следующие 9 лет, оговоренных в ФЦП, мы гарантированно должны иметь точность не хуже, чем у GPS.

— За счет чего? Может быть, увеличится количество плоскостей, в которых расположены спутники?

Н.Т.: — Расположение наших спутников полностью отвечает требованиям всех потребителей. Однако в рамках модернизации системы мы проводим ряд исследований: что лучше — три плоскости или шесть, имеет ли смысл равномерное распределение космических аппаратов?

— Есть ли «потолок» в количестве запускаемых навигационных спутников? Не станут ли они, в конечном счете, помехой для пилотируемых кораблей и других спутников?

Н.Т.: — «Потолка» ни в космосе, ни в количестве космических аппаратов не существует. Космос вообще безграничен, а чем больше космических аппаратов навигационного назначения существует, тем лучше для потребителя. Однако существует понятие насыщения, когда простое увеличение числа космических аппаратов уже не дает никакого дополнительного эффекта. Такого насыщения пока не наступило: и строящаяся в настоящее время европейская система Galileo, и китайская система Compas — не помеха в развитии «мирового навигационного поля».

Кроме того, все навигационные КА находятся на орбитах порядка 20 000 км, а космические пилотируемые корабли — намного ниже (порядка 400 км), поэтому мешать навигационные космические аппараты пилотируемым кораблям никак не могут.

— Что еще, кроме транспорта, в нашей обыденной жизни «завязано» на системе глобального позиционирования?

Н.Т.: — Основными отечественными потребителями спутниковых навигационных услуг являются организации и предприятия, которые отвечают за навигацию самолетов, судов морского и речного флота, автомобильных и железнодорожных транспортных средств, за определение параметров движения и ориентации космических аппаратов, за определение места при геодезических и геологических изысканиях. Кроме того, ГЛОНАСС нашел применение в системах поиска и спасения людей и даже в прогнозировании землетрясений.

А.Ш.: — Приведу читателям «МК» для наглядности использования космической группировки пример со строительством дороги. Для того чтобы сделать ее абсолютно ровной, на асфальтоукладчик устанавливают два датчика ГЛОНАСС. Они передают сигнал рабочему, и он, ориентируясь на этот сигнал, укладывает дорожное полотно предельно ровно, с точностью до миллиметра. По такому же принципу ровняют грунт для посадки риса. Для чего это делают? Все знают, что для этой культуры требуется много воды, которая не везде имеется в нужном количестве, да к тому же она имеет свойство испаряться. Но агрономы заметили, что если воду держать на 1–2 мм ниже поверхности грунта, то рис будет расти точно так же, но испаряемость воды уменьшится. Вот поля и ровняют, чтобы вода распределялась под грунтом равномерно, не скапливаясь в каком-нибудь одном месте. Получается экономия воды и, соответственно, более дешевый рис.

ГЛОНАСС к тому же — это один из способов хранения точного времени, который дублирует наземный атомный стандарт, передавая точные данные по всему миру прямо со спутников. Таким образом, обеспечивается временная точность для пользователей мобильной связью. Кроме того, за счет спутников Глобальной навигационной системы определяется степень смещения полюсов Земли.

— Если представить, что в один день перестали работать GPS и ГЛОНАСС, как изменилась бы наша жизнь?

А.Ш.: — Мы бы просто оказались отброшены в начало 80-х, когда спутниковой навигации еще не существовало: капитаны судов ориентировались бы, как сто лет назад — по звездам; возникали бы задержки передачи сообщений при общении по мобильной связи; вполне возможно, что в первые часы в домах мог бы погаснуть свет, поскольку система электроснабжения сейчас также регулируется по данным ГЛОНАСС.

— Можете ли вы опровергнуть бытующее мнение о Глобальной навигационной системе как системе «Большого брата», которая создана для наблюдения за гражданами, даже помимо их воли.

Н.Т.: — ГЛОНАСС в первую очередь позволяет определять свои координаты в любой точке Земли с высокой точностью любому потребителю. Если у вас стоит в машине навигатор, никто, кроме вас, ваши координаты не вычислит и не отследит, где вы находитесь. Система обратной передачи данных о местонахождении — по сигналу с земли на спутник, а затем к диспетчеру — немного отличается от простой навигации. Она используется при спасении терпящих бедствие (это программы «ЭРА-ГЛОНАСС» и КОСПАС-САРСАТ).

А.Ш.: — Я считаю, что людям надо быть психологически готовыми к тому, что со временем их всегда и везде можно будет найти при помощи средств спутниковой связи. Кстати, уже сегодня это вполне возможно сделать и без ГЛОНАСС, если у вас при себе имеется включенный мобильный телефон. Только с телефоном точность определения места вашего нахождения будет похуже. Боятся «всевидящего ока» те, кому надо прятаться, а простому честному человеку это «око» ничем страшным не грозит.

— Значит, водителю уже не отлучиться на служебной машине за картошкой к теще?..

А.Ш.: — Да, этот номер не пройдет, как и не удастся сбежать преступникам, которые сидят под домашним арестом с браслетом-навигатором.

— Какие пути развития ГЛОНАСС предполагает утвержденная программа?

А.Ш.: — У нас сегодня есть проблема: нам не хватает наземных станций слежения за нашей группировкой. Такие есть только на территории России и в Антарктиде. В планах — договориться об установке станций в других странах. От этого сигнал ГЛОНАСС станет точнее в 5–10 раз. Вторая задача — добиться определения координат при помощи навигатора, находящегося в зданиях, под водой, в метро. Всего этого наша система еще не умеет. К тому же за ближайшие 9 лет нам надо успеть полностью обновить группировку новыми спутниками «ГЛОНАСС-К». В отличие от прежней модели, «живущей» 7 лет, те будут летать по 10 лет.

— А в чем еще преимущество «ГЛОНАСС-К»?

Н.Т.: — В основу аппарата нового поколения «ГЛОНАСС-К» легла открытая платформа «Экспресс-1000», также разработанная на нашем предприятии. Это корпус в форме параллелепипеда, изготовленный из сотовых конструкций. На него устанавливается бортовая аппаратура, способная работать в условиях открытого космоса. Отсутствие гермоконтейнера дает существенный выигрыш по массе спутника, которая составляет 935 кг (для сравнения, масса КА «ГЛОНАСС-М» — 1415 кг). Кроме того, увеличена мощность системы электропитания нового КА — она составляет 1,6 кВт. В отличие от предшественников «ГЛОНАСС-К» будет выполнять дополнительные функции. В частности, на нем устанавливается бортовой радиокомплекс для системы спасания КОСПАС-САРСАТ. Одно из самых важных усовершенствований заключается в том, что спутник будет излучать новый гражданский навигационный сигнал с кодовым разделением в частотном диапазоне L3. Это позволит обеспечить высокую точность навигационных определений, а также существенно усовершенствовать наземную аппаратуру потребителей. Запуск второго спутника «ГЛОНАСС-К» состоится в середине 2012 года. Еще одна немаловажная деталь: поскольку система ГЛОНАСС является системой двойного назначения, вся аппаратура, устанавливаемая на новом спутнике, производится в России.

— Если на космическом аппарате «ГЛОНАСС-К» нет герметичной защиты, не приведет ли это к его преждевременному выходу из строя?

Н.Т.: — В космосе нашему аппарату может грозить только прямое воздействие радиации или солнечного излучения. На начальных этапах развития космонавтики, когда не хватало радиационно-стойких приборов, приходилось изготавливать спутники в защитной оболочке. Сегодня радиационно-стойкая элементная база разрабатывается и производится не только за рубежом, но и в России. Поэтому необходимость использовать гермоконтейнер, который существенно увеличивает массу спутника, а значит, снижает его эффективность, исчезла.

Все наши последние космические аппараты, в том числе запущенные в прошлом году — «ГЛОНАСС-К», «Луч-5А», AMOS-5, — негерметичного исполнения.

— Оцените степень угрозы столкновения спутников ГЛОНАСС с космическим мусором.

Н.Т.: — На их орбитах практически нет космического мусора, потому что он летает на высотах до 1000 км. Вот там на самом деле существует достаточно большое количество посторонних обломков, которые представляют серьезную опасность. Именно поэтому Международная космическая станция время от времени совершает маневры, чтобы разойтись с достаточно крупными элементами космического мусора. На орбите, где работают спутники системы ГЛОНАСС, космического мусора практически нет. А так как аппаратов немного (по 8 КА в одной плоскости на высоте 19 100 км), это означает, что один аппарат находится от другого на расстоянии примерно 20 000 км. Это почти в 2 раза больше диаметра Земли, поэтому вероятность столкновения спутников между собой настолько ничтожна, что даже не рассматривается.

— Очень интересно, где на Земле хуже всего проходят сигналы ГЛОНАСС и GPS?

Н.Т.: — В лесах, оврагах, горах, а также еще в районах повышенной урбанизации, где плотно расположены многоэтажные дома. Вот почему пока нам требуется наращивать количество навигационных аппаратов в зоне обзора потребителя.

— Не мешают ли сигналы навигационной системы прохождению сигналов мобильной связи?

Н.Т.: — В ходе создания систем ГЛОНАСС и GPS они были заявлены и зарегистрированы в Международном союзе электросвязи. Это значит, что они безвредны и соответствуют всем нормам.

— Каким вы видите ГЛОНАСС в будущем?

А.Ш.: — Я думаю, что вокруг Земли будет летать сотни две спутников (если у каждой заинтересованной стороны будет по 35–36 аппаратов). Кроме четырех глобальных группировок локальные системы появятся у каждой страны, обеспечивая им беспрецедентную точность в определении координат. В свою очередь, эти малые группировки будут дополнять общую глобальную систему спутниковой навигации. Думаю, что уже к 2020 году мы при помощи нее сможем спокойно летать на Луну, ведь уже сегодня даже те спутники, что летят выше ГЛОНАСС, на высоту до 36 тысяч километров, ориентируются именно по ним.

Кроме этого, большое развитие получит программа социального ГЛОНАСС. Это очень благородное дело: если человеку нужна помощь — в любом месте, в любое время, — он должен только нажать на кнопку передатчика, и помощь примчится к нему немедленно.

— А если больной человек потеряет сознание раньше, чем успеет нажать на кнопку?

А.Ш.: — Думаю, можно сформулировать задачу ГЛОНАСС на автоматическую помощь. К примеру, человеку вешается на руку тонометр-манжета, который мониторит давление в течение всего дня. И вот как только давление подскочит или упадет до критического уровня, этот параметр запускает кнопку SOS без участия владельца передатчика. Сам больной может удивиться, когда возле него остановится «скорая», которую он не вызывал. Точно так же можно «завязать» на передатчике ГЛОНАСС степень заряженности батареи, поддерживающей работу сердечного клапана. Как только уровень зарядки снизится до опасного, сигнал поступит через космический спутник к медикам, они приедут и заменят блок питания.

Примерно по такому принципу мы отслеживаем сейчас перевозку ядовитых, взрывоопасных топливных компонентов на Байконур. На каждую бочку ставится сопровождающий навигационный приемник. И вместе с навигационным сигналом о местонахождении машины он «сбрасывает» сведения о температуре в бочке, давлении, закрытии замков и даже информацию о состоянии тормозной системы автомобиля. Автомобили Роскосмоса, работающие на космодроме Байконур, отслеживаются и управляются диспетчером, находящимся в Москве.

— Дойдет ли точность определения координат до миллиметров? Может быть, это произойдет, когда США, Россия, ЕКА и Китай сложат свои усилия?

Н.Т.: — Даже если мы сложим усилия всех игроков на рынке навигационных услуг, мы все равно не сможем достичь точности определения координат до миллиметров. Это объясняется тем, что в любой навигационной системе, вне зависимости от количества космических аппаратов, их точность определения на орбите составляет метры. Повысить этот показатель для аппаратов на орбите возможно с помощью спутниковых систем дифференциальной коррекции. И первая такая система запущена в России 11 декабря 2011 года на спутнике «Луч-5А». Глобальный охват будет обеспечен установкой подобных систем на двух последующих спутниках серии «Луч». Достичь точности до миллиметров можно, но для этого нужно устанавливать наземные станции дифференциальной коррекции и мониторинга. Например, если вы хотите измерить до миллиметров точность колебаний моста той или иной конструкции, то наземная станция дифференциальной коррекции и мониторинга должна быть установлена непосредственно рядом с мостом. Такая точность не может определяться мгновенно, а достигается по истечении нескольких суток путем набора статистики. Кстати, по поводу присоединения к ГЛОНАСС и GPS европейской системы уже идут переговоры, а вот о планах китайев мы пока ничего не знаем.

Кто знает, может быть, китайцы, как всегда, собрав по всему миру самые надежные технологии, еще и обгонят европейцев по построению группировки. Главное — нам своих, уже завоеванных позиций не упустить.