НАВИГАЦИЯ
Космическая навигация становится ареной конкуренции
У вас не возникал вопрос - зачем они это делают? Россия, США, Китай и страны ЕС запускают в небо навигационные спутники - игрушки очень дорогие и при этом имеющие весьма сомнительную военную ценность: по единодушному мнению экспертов, в случае глобального военного конфликта навигационные спутники будут уничтожены в первые же минуты после начала боевых действий, так как космические аппараты абсолютно ничем не защищены, а их местонахождение точно известно. Таким образом, военное применение спутниковых навигационных систем ограничивается проведением операций против стран, не имеющих космических технологий.
Главная причина использования подобных систем давно переместилась в экономическую область. Так, согласно отчетам компаний RNCOS и Berg Insight AB, еще в 2000-м мировой рынок продуктов и услуг GPS (Global Positioning System, глобальная система навигации и определения положения) составил 6,2 млрд. долл., к 2003 г. он вырос до 13 млрд. долл., а в 2008-м, как ожидается, достигнет 30 млрд. долл. Есть и другие оценки. В частности, исследователи из Университета Вашингтона утверждают, что в 2010-м мировой рынок продуктов и услуг, базирующихся на спутниковой навигации, составит 50 млрд. долл., а GPS-приемниками будет снабжено все, что движется, почти безо всяких исключений.
Доходы от предоставления услуг спутниковой навигации делят между собой поставщики цифровых карт, разработчики навигационного ПО, производители GPS-устройств и фирмы, специализирующиеся на предоставлении услуг по продаже подобной продукции и выполнению проектов в этой области. К слову, в 2006 г. в одной только Европе было продано 14 млн. GPS-устройств, а продажи такого оборудования в США, по сведениям компании ABI Research, за тот же период составили около 11 млн. шт.
В настоящее время весь этот рынок базируется на американской навигационной системе NAVSTAR (NAVigation System using Timing And Ranging), которая работает уже больше 30 лет, управляется из Пентагона и постоянно наращивает мощность и качество предоставляемых услуг. Все это время конкуренты у NAVSTAR отсутствовали, за исключением короткого периода в начале 1990-х, когда российская навигационная система ГЛОНАСС была развернута в полном объеме. Правда, почти сразу же началась ее деградация и она сошла с дистанции по техническим причинам, а американцы надолго воцарились на троне.
Сейчас положение меняется, за спиной у NAVSTAR замаячило трио конкурентов - российская ГЛОНАСС (www. glonass-icb.rsa.ru, www.glonass-ianc.rsa.ru), возрождающаяся ускоренными темпами, как феникс из пепла, европейская Galileo (ec.europa.eu/enterprise/space/programmes/ galileo_en.html), на которую планируется потратить 4,3 млрд. долл., а также готовящийся к запуску их китайский аналог, который будет базироваться на пяти геостационарных навигационных спутниках (см. табл. 1). И хотя расходы на каждого жителя стран - участниц проекта достаточно велики, ожидается, что экономическая выгода от дележки 50-миллиардного пирога покроет все затраты (см. табл. 2).
Таблица 1. Основные характеристики навигационных систем
Таблица 2. Четыре страны - четыре системы
В качестве причин "навигационной гонки" фигурируют не только экономические мотивы. В частности, это борьба за статус космической державы и желание продублировать функции американской NAVSTAR на случай использования последней в качестве инструмента давления или вывода ее из строя в результате технологической аварии или террористической атаки, а также стремление стимулировать развитие смежных технологий в собственной стране.
Россия - колыбель космонавтики
Спутниковая навигация в СССР ведет свое летосчисление с 1967 г., когда на орбиту был выведен первый навигационный спутник "Космос-192", ставший частью системы "Цикада" (citforum.ru/hardware/articles/gps_glonass/), состоящей из четырех космических аппаратов, находящихся на круговых орбитах высотой 1000 км. "Цикада", использовавшая доплеровский сдвиг частоты сигнала передатчика, позволяла наблюдателю каждые полтора-два часа определять координаты своего местоположения при продолжительности навигационного сеанса до 10 мин. С течением времени в результате модернизации точность определения координат достигла 80-100 м. Спутники "Цикада", а затем и "Цикада-М" использовались для определения координат кораблей ВМФ СССР; позже космические аппараты этой системы были дооснащены аппаратурой для обнаружения терпящих бедствие объектов.
Вслед за "Цикадой" Министерство обороны СССР в 1970-х гг. начало разрабатывать ГЛОНАСС (ГЛОбальную НАвигационную Спутниковую Систему), летные испытания которой начались в октябре 1982-го запуском спутника "Космос 1413". Система была официально принята в эксплуатацию в 1993 г., но потом быстро пришла в упадок вследствие экономической и безвластной пропасти, в которой оказалась страна в перестроечные годы. Кроме того, сыграли свою роль и особенности "родного" менталитета: ведь у нас зачастую все средства и силы бросаются на проект, а после его реализации исполнители теряют к нему всяческий интерес и желание поддерживать созданное в рабочем состоянии.
Но недавно ситуация изменилась - была создана Федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система", рассчитанная на 2006-2010 гг., в соответствии с которой планируется полное восстановление ГЛОНАСС к 2009-му. В частности, к концу 2007-го - началу 2008-го на орбите должно быть не менее 18 действующих космических аппаратов. На текущий год намечен запуск шести спутников. По проекту штатный состав системы включает 24 аппарата.
В самом конце прошлого года Россия вывела на орбиту три модернизированных спутника "ГЛОНАСС-М", созданных в НПО прикладной механики им. М. Ф. Решетнева. У них срок активного существования увеличен до семи лет, что заметно больше, чем у недолговечных аппаратов предыдущего поколения. К слову, малый срок работы российских навигационных спутников - одна из причин того, что ГЛОНАСС в свое время проиграла NAVSTAR в конкурентной борьбе. В частности, аппарат-долгожитель системы NAVSTAR серии II-5, запущенный 11 декабря 1989 г., проработал более 15 лет.
Можно предположить, что недавняя отмена всех ограничений на прием спутниковой навигационной информации в России создала предпосылки для широкого использования ГЛОНАСС в нашей стране. Тем не менее существуют некоторые сомнения в радужном будущем возрожденной национальной навигационной системы. Прежде всего вопрос заключается в наличии достаточного количества производителей навигационных приемников, хотя в этой сфере наметились подвижки.
В частности, в конце февраля газета "Коммерсант" сообщила о том, что массовое производство навигационной аппаратуры будет запущено на нескольких предприятиях Красноярского края - в НПО ПМ, НПП "Радиосвязь" и ЦКБ "Геофизика". На первом из них уже было произведено несколько небольших партий таких приборов для нужд силовых ведомств. Цена подобных приемников будет находиться в пределах 18 тыс. руб. С инвестициями, сумма которых оценивается в 40 млн. долл., обещал помочь губернатор Красноярского края Александр Хлопонин.
В то же время эксперты предрекают красноярским электронщикам проблемы со сбытом и намекают, что приемники ГЛОНАСС смогут успешно конкурировать с зарубежными аналогами только в том случае, если размером и массой не будут походить на чемоданы. Осознав эту проблему, Министерство промышленности РФ даже предложило ограничить ввоз GPS-устройств, не поддерживающих ГЛОНАСС, но вероятность того, что такой законопроект примут, невелика. К слову, первый навигационный приемник, способный одновременно использовать сигналы NAVSTAR и ГЛОНАСС, был создан в 1996 г. компанией Magellan (corp.magellangps.com/en/aboutUs/).
Что касается сотрудничества в сфере разработки и эксплуатации ГЛОНАСС, то ближайшим соратником России является Индия, которая получит доступ не только к гражданскому спектру сигналов ГЛОНАСС, но и к военной ее части. По сообщениям Прайм-ТАСС и ИТАР-ТАСС, в 2009 г. планируется запустить первый российско-индийский спутник "ГЛОНАСС-К", срок службы которого может достичь 15 лет.
США не почивают на лаврах
Предшественником спутниковых навигационных систем в США были наземные системы LORAN (LOng RAnge Navigation) и Omega. Последняя, развернутая в 1971-м, была предназначена для авиационной навигации над океанами и для подводных лодок; в частности, одной из целей была поддержка пролета атомных бомбардировщиков через Северный полюс при атаке на СССР. Решение, использующее низкочастотные радиоволны и обеспечивающее точность определения координат около 6 км, включало в себя передатчики, расположенные в семи странах мира - помимо США в Аргентине, Норвегии, Либерии, Франции, Японии и Австралии.
Первой спутниковой навигационной системой, развернутой в США, была система Transit, состоящая из пяти спутников, позволяющих определять местоположение с точностью около 200 м. Transit изначально использовалась военно-морским ведомством США для получения актуальной и точной информации о местонахождении подводных лодок, несущих ядерные баллистические ракеты. На развитие спутниковой навигации большое влияние оказало создание в 1960 г. атомных часов, позволивших резко улучшить точность навигации.
В настоящее время американские навигаторы продолжают наращивать и модернизировать спутниковую систему NAVSTAR, разработка которой началась в 1973 г. В частности, на смену космическим аппаратам типа BLOCK II/IIA компании Rockwell (ныне Boeing North American) и созданным фирмой Lockheed Martin спутникам серии BLOCK IIR, способным обмениваться навигационными данными между собой (www.navgeocom.ru/ gps/), пришли аппараты типа IIR-M1, обладающие передатчиками повышенной мощности и использующие три новых типа сигналов, которые, как сообщает информационный сайт "Новости космонавтики", позволяют повысить точность и надежность определения координат и дают возможность применять высокоточное оружие с GPS-наведением в условиях активного радиопротиводействия со стороны противника. Таким образом, гражданские пользователи могут принимать сигналы не на одной, а на двух частотах, что помогает бороться с искажениями, вносимыми ионосферой Земли, и в конечном итоге улучшает точность определения местоположения.
Новейшим спутником системы NAVSTAR является аппарат серии IIF (www. globalsecurity.org/space/systems/gps_2f.htm) компании Boeing. Он работает не с двумя, а с тремя частотами одновременно - L1, L2 и L5. На новые спутники установлены цезиевые и рубидиевые атомные часы, у которых отклонения от точности хода не превышают 8 нс в сутки. Первый спутник этой серии планируется запустить в космос в текущем году. По разным данным, ожидаемый средний срок службы новинок составит от 11 до 15 лет. Сумма контракта, полученного Boeing на производство девяти спутников серии IIF, составила 1,3 млрд. долл. плюс 800 млн. на производство оборудования для наземного сегмента NAVSTAR.
Одновременно Lockheed Martin получила контракт на разработку спутников третьего поколения GPS BLOCK III, которые, как предполагают, будут эффективнее подавлять помехи и защищать информацию, а также обладать повышенной точностью и надежностью. Сумма контракта - 50 млн. долл. Общая стоимость создания новой серии спутников оценивается в несколько миллиардов долларов.
Панда хочет стать большим медведем
КНР уже давно вынашивает планы создания собственной навигационной системы. Работа над ней началась еще в далеком 1983-м, когда была высказана идея о построении региональной навигационной системы Twinsat, состоящей из двух геостационарных спутников. Запуск первых экспериментальных навигационных аппаратов в рамках этого проекта произведен в 1989 г., когда на орбиту были выведены спутники DFH-2/2A.
Официально программа Beidou (другое название - Compass), что в переводе с китайского означает "северный ковш" - местное название созвездия Большой Медведицы, стартовала в 1993-м, когда КНР запустила спутник DFH-3. В составе Beidou сейчас работает четыре спутника, первые два из них были выведены на орбиту в 2000 г., а третий и четвертый в 2003 и 2007 гг. соответственно. Каждый из них выполняет сразу несколько задач. Они не только обеспечивают навигационными данными транспорт, метеорологические службы и нефтяные компании, но и предоставляют информацию службе защиты лесов от пожаров, помогают прогнозировать природные катастрофы, выполняют работу для телекоммуникационных служб и в интересах общественной безопасности. Международный телекоммуникационный союз (International Telecommunications Union, ITU) зарезервировал за Китаем 32 свободных места для спутников.
Сведения о системе Beidou противоречивы по причине чрезвычайной закрытости китайского общества в целом и их космической программы в частности. Считается, что эта система, несмотря на недостаточную точность, может использоваться для наведения на цель межконтинентальных баллистических ракет. Технические подробности проекта тщательно скрываются, что время от времени наводит экспертов на сомнения в мирном характере программы, особенно на фоне сообщений о том, что китайские военные проводят учения, в задачу которых входит расстрел на орбите старого метеорологического спутника. Эти испытания наделали в свое время в мире много шума.
Кроме того, по данным Lenta.RU, объявление Китаем о начале работ над собственной навигационной системой совпало с сообщением о выходе страны из проекта Galileo в конце 2006 г. Ряд экспертов полагает, что Китай участвовал в проекте Galileo исключительно с целью получения технологической информации и опыта создания подобных систем. Утверждается также, что появление китайской системы, работающей почти на тех же частотах, что и NAVSTAR с Galileo, может стать мощным источником помех для последних (www.mobiledevice.ru/Beidou-Navigation-System-Galileo.aspx).
Но вероятнее всего, стремление КНР построить свою навигационную систему продиктовано сугубо экономическими мотивами. В частности, ожидается, что в случае создания собственного решения Китай сможет наладить массовый выпуск приемников по демпинговым ценам, что обеспечит дополнительный приток денежных средств в страну, а также позволит избежать возможного давления в этой сфере со стороны государств, обладающих подобными системами.
Европа столбит место в космосе
Запуск первого спутника системы Galileo, получившего название GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element, www.giove. esa.int) и произведенного британской компанией Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL, www.sstl.co.uk), состоялся в конце декабря 2005-го с космодрома "Байконур" с помощью российской ракеты "Союз". Аппарат вышел на заданную орбиту и 12 января 2006 г. отправил свой первый навигационный сигнал, принятый центром обработки данных в Нидерландах. Задача запуска заключалась в отслеживании работоспособности системы на выделенных частотах, в организации контроля доступа пользователей и проверке функционирования бортовых рубидиевых атомных часов и генератора навигационных сигналов, а также в проверке надежности помехозащиты наземных приемников.
Несмотря на важность перечисленных вопросов, основная цель запуска состояла в том, чтобы занять частоты, выделенные для проекта Международным телекоммуникационным союзом. В случае, если бы ни один спутник не был выведен в космос, проект Galileo мог утратить право на частоты. Тестирование рассчитано на срок около двух лет, после чего должен начаться запуск рабочих спутников системы.
Спутник GIOVE-B, вывод на орбиту которого сначала был намечен на осень 2006 г., теперь планируется запустить в первой половине 2007-го. Причина задержки - короткое замыкание, произошедшее во время окончательного тестирования аппарата в Италии. Специалисты тем временем утверждают, что хотя такой дефект легко устраняется, сам факт его появления вынуждает конструкторов пересмотреть концепцию навигационных приборов, установленных на самом аппарате и предназначенных для управления спутником в околоземном пространстве.
GIOVE-B, построенный компанией Galileo Industries, консорциумом европейских производителей, состоящим из фирм Alcatel Alenia Space, EADS Astrium, Thales и Galileo Sistemas y Servicios, заметно отличается от своего предшественника по строению антенны, передатчика навигационных сигналов и атомных часов, созданных на основе водородного мазера и обладающих точностью хода, на три порядка более высокой, чем у цезиево-рубидиевых. GIOVE-B технически намного ближе к рабочим спутникам системы, которые будут изготовлены в количестве 30 шт. и запущены на орбиты в конце 2008 г., чем GIOVE-A.
Galileo Industries стремится как можно быстрее запустить GIOVE-B, так как существует острая необходимость в апробировании бортовых систем аппарата, без чего невозможно производство последующих спутников из созвездия Galileo. Но из-за задержки с GIOVE-B европейские навигаторы приняли решение срочно запустить спутник GIOVE-A2, контракт на изготовление которого получила компания SSTL, производитель первого спутника.
Угроза навигации
В то же время навигационная система - устройство весьма уязвимое. Известно, что в свое время СССР предложил простую и эффективную контрмеру, положившую конец рейгановским идеям "звездных войн", предусматривающим размещение на орбите ядерного оружия. Метод этот получил название "мешок гвоздей" и заключался в запуске на нужную орбиту этих нехитрых строительных материалов в большом количестве. Правда, для этого страна-агрессор должна обладать средствами доставки гвоздей в космос, что доступно только России, США, Франции, Китаю, Японии и Индии. Впрочем, статус последней является на сегодняшний момент чистой формальностью - единственный запуск ракеты в космос в 2006 г., выполненный Индией, закончился аварией.
Другим способом приостановить деятельность навигационной системы является разрушение ее наземного сегмента, что теоретически возможно в случае масштабной и целенаправленной террористической атаки или стихийного бедствия большой разрушительной силы, способного вывести из строя механизм даже в случае его дублирования. Поэтому создание многочисленных дублирующих систем - дело не только национальной, но и всемирной важности.
