Варианты дополнения системы ГЛОНАСС низкоорбитальным сегментом для парирования региональности наземного сегмента ЭВО

В. В. Пасынков¹, К. В. Кисленко², Е. В. Титов²

¹АО «НПК «СПП», г. Москва, Россия

Исторически наземный сегмент ГЛОНАСС был региональным, то есть ограничен территорией РФ (СССР). Конкурировать с американской GPS и европейской Galileo, которые имеют глобальные сегменты как по получению измерений, так и по возможностям обновления бортовых эфемерид, особенно частотно-временной информации на борту, крайне сложно. Создание глобальной зарубежной сети станций ГЛОНАСС сталкивается с существенными ограничениями. Также существует угроза отключения РФ от мирового интернета, при которой доступ к ресурсам международных данных, необходимых для высокоточного расчёта орбит и часов ГЛОНАСС, будет либо ограничен, либо вообще недоступен. Помимо региональности, ГЛОНАСС в настоящее время существенно уступает всем зарубежным системам по характеристикам бортовых стандартов, что требует более частого обновления ЧВП в сравнении с зарубежными системами.

Одним из возможных путей парирования региональности наземного сегмента и обеспечения независимости от мирового интернета является перенос средств измерений системы ГЛОНАСС в космос.

Основной предпосылкой для дополнения ГЛОНАСС низкоорбитальным сегментом является практическая отработка техники высокоточной навигации для низкоорбитальных спутников, позволяющая для атмосферных КА достигать точность расчета орбит на уровне единиц сантиметров.

В частности, технология высокоточной навигации активно используется в режиме постобработки для КА геодезии, картографирования и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Практические результаты использования сигналов ГЛОНАСС показали, что в случае динамического расчёта орбит с кусочно-линейными эмпирическими согласующими ускорениями достигается точность расчета траекторной информации на уровне 1.5–2 см. При этом обязательным условием является получение параметров фактической ориентации КА.

Потенциал использования низкоорбитального дополнения имеет большие перспективы для развития системы глобального координатно-временного обеспечения и позволяет решать следующие задачи:

• глобальный мониторинг и контроль целостности навигационного поля ГНСС;
• повышение точности и надежности ЭВО за счет использования межспутниковых измерений;
• возможность излучать более мощные помехоустойчивые навигационные сигналы;
• повышение уровня качества навигационных услуг прецизионных координатно-временных определений на базе PPP-технологий;
• комплексирование услуг передачи данных и координатно-временного обеспечения.

В мировой практике активно ведутся работы по созданию низкоорбитальных сегментов ГНСС. Европейскую навигационную систему Galileo планируется реорганизовать в систему Kepler [1], включающую низкоорбитальный сегмент, обеспечивающий оперативную синхронизацию шкал времени всех спутников системы по оптическим линиям связи, получение дополнительного объема измерительной информации — высокоточных межспутниковых лазерных измерений дальности, поддержание шкалы времени системы с использованием бортовых высокостабильных опорных генераторов частоты. Архитектура и заложенные принципы функционирования системы Kepler обеспечивают решение проблемы синхронизации навигационных сигналов путем прямых измерений по оптическим линиям связи. Космический сегмент, включающий среднеорбитальные и низкоорбитальные спутники, способен функционировать автономно — поддерживать синхронизацию шкал, выполнять определение орбиты и обеспечивать устойчивость баллистической структуры. Для синхронизации с вращением Земли необходима и достаточна одна наземная станция контроля.

Для китайской системы Beidou разворачивается функциональное дополнение Centispace-1 на базе низкоорбитальных спутников [2]. Centispace-1 как многоспутниковая полнофункциональная система будет способна обеспечить предоставление услуги высокой точности, контроль и повышение целостности навигационного поля среднеорбитальной ГНСС. В широтном диапазоне от 30° до 60° орбитальной структурой Centispace-1 обеспечиваются условия видимости четырех и более спутников, что дает возможность автономного предоставления навигационных услуг потребителям.

В докладе рассматриваются варианты развертывания низкоорбитального дополнения системы ГЛОНАСС, определяются критерии выбора и принципы орбитального построения системы, состав наземного сегмента. Приводятся предложения по составу и характеристикам бортовой аппаратуры низкоорбитальных навигационных спутников.

Отработку технологии использования низкоорбитального сегмента ГЛОНАСС предлагается реализовать на базе спутников орбитальной группировки «Гонец-М». С учетом незначительного дооснащения бортовой аппаратуры КА в ближайшей перспективе станет возможным обеспечить многократное непрерывное покрытие измерениями по всем орбитам навигационных спутников ГЛОНАСС, что откроет дополнительную возможность повысить точность ЭВО и реализовать глобальный мониторинг целостности навигационного поля без необходимости развертывания обширных наземных сетей станций мониторинга.

Литература

1) Kepler. 3rd generation Global Navigation Satellite System [Электронный ресурс]. URL: https://www.kepler.global/conf/system/ (дата обращения 12.03.2023).

2) Yang Long «The Centispace-1: A LEO Satellite-Based Augmentation System», 14th Meeting of the International Committee on Global Navigation Satellite Systems, 2019.