авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«ВЕСТНИК МОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Серия История морской науки, техники и образования Вып. 56/2012 УДК 504.42.062 Вестник ...»

-- [ Страница 2 ] --

Следует заметить, что неприменимость теоремы Кориолиса к объяснению прецессии, отнюдь, не означает ее неприменимости к ги роскопу вообще, как к любому телу, обладающему массой. Если гиро скоп движется относительно вращающейся платформы так, что име ется ортогональная составляющая этого движения к оси вращения ос нования, то тогда он испытывает ускорение Кориолиса, как и любое другое тело.

Здесь уместно обратиться к эвристическому принципу эквива лентности А. Эйнштейна: для локального пространства силы инерции и гравитации неотличимы [7]. Поскольку ускорение Кориолиса инер ционного происхождения, то этот принцип означает, что любое тело при равных начальных условиях испытывает равное ускорение (то есть, точно так же, как в условиях действия силы тяжести). Естест венно, что и любые фрагменты тела, в том числе и выделенная об ласть гироскопа, имеют такое же ускорение, как тело в целом.

Примером такому утверждению может служить часть траекто рии свободного полета баллистической ракеты в северном полушарии Земли, стартовавшей в направлении меридиана. Ракета отклоняется вправо, причем гироскопы, управляющие ее полетом по курсу, крену и тонгажу отдельно не испытывают никаких ускорений [1].

Что происходит, когда тело совершает относительное движение не в свободном полете, а будучи связанным с основанием? Примером этому служит меридиональное течение реки. Русло удерживает воды, не позволяя им отклоняться, то есть со стороны основания существует воздействие на тело. В результате правый берег реки, текущей в на правлении меридиана, всегда подмывается больше, чем левый [1].

Теперь вернемся к выше затронутым версиям. Очевидно, что нельзя рассматривать какую либо часть гироскопа, при вращении ес тественно перемещающуюся от одной оси к другой, за линейное дви жение относительно самого же гироскопа. кориолисовы силы также не могут здесь возникнуть, поскольку гироскоп в таком случае оттал кивается сам от себя, что мог делать только барон Мюнхгаузен, ведь данные силы к телу прикладывает основание. А в приведенных верси ях сам гироскоп и основание (носитель переносной скорости), и пере мещающееся относительно основания (то есть относительно самого себя) тело.

В качестве вывода можно сказать, что теорема Кориолиса для объяснения прецессии гироскопа и возникновения гироскопического момента неприменима в связи с тем, что в нем (в гироскопе) нет от носительного движения. Теория гироскопа, защищаясь, подтверждает этот вывод и опровергает возможность возникновения в нем сил Ко риолиса. Причем делает это с исключительной наглядностью. Именно для подтверждения данного факта приведем фрагмент из теоретиче ских рассуждений [9].

Поворотные ускорения. «В необходимости внешнего усилия на материальное тело для сообщения последнему движения с пово ротным ускорением легко убедиться на опыте. Для этого используем стенд, представляющий собой поворотный стол (рис. 3а), на котором установлены два шкива, соединенных между собой круглым резино вым ремнем… б) А А Vп V V Б Va V а) в) Va V Vп z Рис. 3 Б Оставляя стол неподвижным, приведем во вращение шкивы.

При этом прямолинейные участки ремня будут двигаться вдоль стола с некоторой относительной скоростью V. Опыт показывает, что пере мещение обоих участков ремня… будет происходить в этом случае строго в вертикальной плоскости шкивов. Если теперь стол привести во вращение вокруг оси [z] с некоторой угловой скоростью, то кар тина сразу же изменится. Масса материальных частиц ремня, стремясь в силу инерции сохранить неизменным первоначальное направление вращения…, начнет отклоняться от вертикальной плоскости вращения шкивов, вытягивая ветви ремня в горизонтальной плоскости во вза имно противоположных направлениях. Но при растяжении ремня си лы упругости его материала будут стремиться вернуть ветви ремня в вертикальную плоскость, ограничивая тем самым свободу их переме щения в горизонтальной плоскости. Именно через эти силы упругости массе ремня и будет передаваться внешнее усилие»… «Разобранные выше причины возникновения сил инерции мате риальных частиц при их движении с поворотным ускорением будут иметь место и в случае вращения твердого тела одновременно относи тельно двух пресекающихся между собой осей, но передаваться эти силы будут непосредственно на опоры, обеспечивающие телу свободу собственного вращения».

Приведенное описание опыта по обнаружению ускорения Ко риолиса убедительно подтвердил предыдущие пространные рассуж дения, что оно возникает при двух обязательных необходимых и дос таточных условиях: вращение основания с переносной угловой скоро стью и движение относительно него другого предмета с линейной скоростью V. Основание в данном случае – это стол (одно тело, соз дающее переносную угловую скорость), а относительно основания перемещается ремень (другое тело, имеющее линейную относитель ную скорость). Таким образом, при любых манипуляциях гироскопа, второго тела, двигающегося относительно него нет. Теорема Корио лиса не применима к одиночно вращающемуся телу.

Очевидно, что теория избегает именно этого вывода, поэтому не объясняет почему «масса материальных частиц ремня, стремясь в си лу инерции сохранить неизменным первоначальное направление вра щения, начнет отклоняться от вертикальной плоскости вращения шкивов». Что же препятствует сохранению этого первоначального на правления вращения?

Существует первый закон Ньютона – закон инерции, или закон сохранения импульса: в инерциальной системе отсчета любое тело со храняет состояние относительного покоя или относительного же рав номерного прямолинейного движения. В случае, когда тело вращается вокруг некоторой оси, то в силу закона инерции оно стремится дви гаться по инерции, что просто проверяется, если часть тела теряет связь с ним. Эта часть движется по касательной к бывшей траектории дви жения. Однако, если эта часть имеет жесткую связь с осью вращения, то эта связь изменяет прямолинейное движение, создавая центростре мительную силу. В соответствии уже со вторым законом механики ка ждая точка тела под действием этой силы при идеальном подвесе дви жется по окружности. В соответствии с этим же вторым законом про тиводействует данной силе центробежная сила инерции. Одновременно выполняется и третий закон механики – действующая сила равна про тиводействующей силе. Поскольку центростремительная сила в этих условиях всегда направлена в одну точку оси вращения, то плоскость траектории движения в инерциальном пространстве остается постоян ной. Для вращательного движения этим обеспечивается и объясняется выполнение закона сохранения момента импульса Н = J = const, (3) где J – момент инерции вращающегося тела;

– угловая скорость его вращения.

Этот закон – следствие закона инерции и существует именно благодаря тому, что все массы вращающегося тела не стремятся со хранить вращение, а напротив, стремятся к равномерному прямоли нейному движению.

Обозначим шкивы А и Б [в оригинале таких обозначений и по следующих построений нет]. При вращении шкив А, а, следовательно, и находящаяся на нем нижняя часть ремня, имеет мгновенную линей ную скорость Vп, направленную по касательной к траектории враще ния (рис. 3б). Одновременно эта часть ремня движется относительно основания (стола) с мгновенной линейной скоростью V. Суммарная мгновенная скорость движения, очевидно, равна Vа. В этом направле нии стремиться двигаться ремень в инерциальной системе отсчета.

Движение верхней части ремня на шкиве Б обратное, поскольку со ставляющие Vп и V прямо противоположны. Однако, шкивы жестко установлены на столе и, вращаясь вместе с ним, препятствуют такому движению. Силы упругости увлекают части ремня вслед за вращаю щимся основанием. Так возникло поворотное ускорение, которое в данном случае легко наблюдается благодаря растяжению резинового ремня.

Таким образом, причина возникновения кориолисава ускорения не в стремлении сохранить прежнее вращение, а в стремлении сохра нить равномерное прямолинейное движение вследствие первого зако на механики. Из этих рассуждения и из рис. 3 видно, что кориолисовы силы изменяют траекторию движения материальных частиц, следова тельно, как силы инерции, совершают работу в неинерциальной сис теме отсчета, что соответствует представлениям физики [7]. В то же время из физики известно, что гироскопические силы не совершают работу. Таким образом, и с этой точки зрения поворотные ускорения, точнее соответствующие им кориолисовы силы, не создают гироско пический момент, поскольку они совершают работу, в отличие от ги роскопических сил.

В работе [10] показано, что гироскопический момент – это по ворот вектора кинетического момента R = Н p, (4) где р – угловая скорость прецессии для гироскопа или (в соответст вии с теоремой Резаля) угловая скорость поворота вектора кинетиче ского момента для любого вращающегося тела.

Такой поворот происходит в случае, когда на тело действует момент внешних сил. Момент внешних сил совершает работу по из менению параметров движения тела, в том числе таких характеристик его вращения как угловая скорость и кинетический момент. При этом если вектор момента внешних сил не совпадает с названными пара метрами, то они изменят свое направление. Поворот вектора угловой скорости имеет размерность угловой скорости, а синхронный ему по ворот кинетического момента (4) – размерность момента силы. На самом же деле в направлении вектора R никакого силового момента не прикладывается, откуда и следует, что гироскопические силы и их моменты работы не совершают.

Итак, прецессия гироскопа и гироскопический момент в теории гироскопа так и не имеют приемлемого с точки зрения механики объ яснения. По этой причине даже однотипные чувствительные элементы гироскопических устройств часто имеют не только различное объяс нение принципа работы, но и наделяются особыми свойствами. В пер вую очередь это касается гироскопа с двумя степенями свободы, на основе которого создано большое количество приборов.

Почему «молчит» математика? Как же математически из всех этих рассуждений все-таки получено значение гироскопического мо мента Нр?

В попытке связать прецессию с поворотными ускорения с точки зрения математики сделано следующее. В известном уравнении ко риолисова ускорения jс = 2(пер vотн ), (5) где пер – угловая скорость вращения некоторого тела, назначенная переносной;

vотн – относительная линейная скорость (то есть скорость второго тела) названная относительной.

Все векторы для рассматриваемого случая в точках, указанных на рис. 2 взаимоперпендикулярны. Следовательно jс = 2перvотн. (6) Поскольку относительное движение тоже вращательное, то вы разим vотн = vотн r/r = r, (7) где – угловая скорость собственного вращения гироскопа;

r – ради ус его распределенного центра масс, и подставим данное значение в формулу (6).

Обе части уравнения (6) домножим на mr, где т – масса гиро скопа, и полученные члены сгруппированы в следующем порядке тjr = 2mr 2 п.

R = 2mr 2 n.

Отсюда (8) В принципе уже получено то, что нужно. Последняя формула уже близка к заданному результату, однако в ней присутствует зло вредный коэффициент 2. Известно, что для диска J= mr. (9) Тогда R = 2 mr 2 n = J n = H n. (10) Вот где неточность. Действительно, формулу (9) можно пред ставить в таком виде:

2 J = mr 2. (11) Таким образом, уравнение (8) для диска приобретет следующий вид:

R = 4 J n = 4 H n.

Как видим и математика говорит о неприменимости теоремы Кориолиса к объяснению движения гироскопа. Однако, члены уравне ния (8) могут быть сгруппированы и в другом порядке. Если mr масса и радиус основания, то можно увидеть, что данное уравнение обратимо.

Это как раз и подтверждает сделанные ранее выводы о независимости вращающихся тел. Наблюдатель, находясь на любом из этих тел – на ги роскопе или на основании, будет наблюдать движение оси вращения другого тела, как это ранее рассмотрено. Исключение составляет случай, когда оси вращения параллельны. Для наблюдателя на любом из на званных вращающихся тел оси будут неподвижными. Так, например, на Земле работает навигационный прибор гироширот.

Вернемся к цитате о вращении тела одновременно вокруг двух пересекающихся осей. Во-первых, почему именно относительно двух?

Любых осей, в том числе и центральных, в теле можно провести бес конечное множество. Проекции угловой скорости на все эти оси – это угловые скорости вращения тела относительно каждой из них. Однако такого подхода требует теория для удобства приложения теоремы Ко риолиса, которая, как мы видели, и с таким допущением неприложима к гироскопу. Не зря для обоснования подхода пришлось привлечь другое тело – ремень (рис. 3). Здесь снова пришлось отойти от теоре тической механики, которая в таких случаях для нахождения мгно венной оси вращения использует теорему о сложении угловых скоро стей [5]. Разложение же вектора угловой скорости по осям понятие условное и производится для удобства решений.

Здесь теория гироскопа может возразить: собственное вращение гироскопа и прецессия – это вращение одного тела как раз относи тельно двух осей. Хотя так можно считать, если пренебречь нутацией.

Совместное собственное вращение, прецессионное и нутационное движение и есть вращение гироскопа относительно мгновенной оси вращения [5].

Из всего анализа можно сделать важный вывод: хотя теорема Кориолиса и не применима для объяснения прецессии гироскопа, но теория все-таки признает действие сил инерции в гироскопе. Данный факт имеет большое значение в дальнейшем исследовании этого при бора.

Литература 1. Арнольд Р. Н., Мондер Л. Гиродинамика и ее техническое применение. – М.: Машиностроение, 1964. – 468 с.

2. Логинов К. В. Электронавигационные и рыбопоисковые приборы. – М.:

Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 440 с.

3. Добронравов В. В. Курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 1974. – 528 с.

4. Магнус К. Гироскоп. Теория и применение. – М.: Мир, 1974. – 526 с.

5. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. – М.: Наука, 1966. – 478 с.

6. Блинов И. А., Жерлаков А. В., Перфильев В. К., Смирнов Е. Л., Якушен ков А. А. Электронавигационные приборы. Изд. 3-е. – М.6 Транспорт, 1973. – 464 с.

7. Гинзбург В. Л. О теории относительности: Сб. статей. – М.: Наука, 1979, – 240 с.

8. Сигачев Н. И. Гироскопические навигационные приборы. – Л.: Гидро графическое управление ВМС, 1954. – 344 с.

9. Павлов В. А. Теория гироскопа и гироскопических приборов. – Л.: Судо строение, - 496 с.

10. Саранчин А. И. Прецессия, нутация гироскопа. Гироскопический мо мент. – Владивосток: 42 Всероссийская межвузовская научно техническая конференция, т. 3. 1999. 72-79 с.

11. Саранчин А. И. Регулярная прецессия гироскопа. Вестник Морского го сударственного университета. Вып. 24/2010. – Владивосток: Мор. Гос.

ун-т, 2010. – с 56-77.

12. Саранчин А. И. Физическая интерпретация движения гироскопа под действием момента внешних сил. // Сборник докладов Международной научно-технической конференции, посвященной 110-летию морского образования в Приморье «Наука – морскому образованию на рубеже ве ков».// – Владивосток: ДВГМА, 2001. – 69-73 с.

13. Саранчин А. И. Некоторые аспекты развития теории и практики гиро скопа. Вестник Морского государственного университета. Вып. 22/2008.

– Владивосток: Мор. Гос. Ун-т, 2008. – с 56-77.

ПЕРВЫЕ СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ СРНС КОМПАС (БЕЙДОУ-2) Ю. А. Комаровский Ни одна спутниковая радионавигационная система (СРНС) не вечна. Рано или поздно её работа прекращается. Здесь уместно будет вспомнить ушедшие в историю навигационные системы Секор, Тран зит, Цикада, Таймейшн, Бейдоу. Установить момент окончания жиз ненного цикла СРНС проще. Власти, ответственные за поддержание СРНС в рабочем состоянии, заранее оповещают потребителей о пре кращении трансляции навигационных сигналов спутниками данной системы. Как правило, на спутниках СРНС размещают не только на вигационную аппаратуру (эталон опорной частоты, бортовой компью тер, модуляторы, передатчики, приёмники и антенно-фидерное уст ройство). Часто на спутниках навигационных систем устанавливают дополнительные датчики для измерения в околоземном космическом пространстве параметров геофизических полей, электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца. Нередко снаружи корпуса на его стороне, обращённой к Земле, крепят уголковые отражатели, предна значенные для высокоточных лазерных измерений траекторий спут ников. Поэтому после прекращения трансляции навигационных сиг налов спутники ещё долго служат науке о геофизических полях Земли и солнечно-земных связях.

Сложнее установить дату рождения той или иной СРНС, так как не существует общепринятого события, которое можно считать мо ментом начала отсчёта жизненного цикла системы. Любая спутнико вая система создаётся полностью или частично за счёт государствен ного или межгосударственного финансирования. Поэтому разработка системы начинается с принятия решения правительством державы о начале выделения денег организации, ответственной за выполнение этих работ. Тому предшествуют многочисленные совещания, иниции руемые теми организациями или министерствами, которые заинтере сованы в работе данной СРНС. Иногда в рамках одного государства различные ведомства формулировали требования к СРНС, отвечаю щие нуждам только этого ведомства. Примером тому может служить США, где практически в одно и то же время разрабатывались и раз вёртывались для сухопутных сил СРНС Секор, для ВМС – СРНС Транзит, для ВВС – СРНС Таймейшн и Навстар GPS.

После принятия решения о начале и порядке финансирования составляются и утверждаются план и сетевой график работ по созда нию системы, где первым этапом всегда значится этап проектирова ния. На этой стадии разрабатываются согласованные проекты косми ческого, наземного сегментов системы, а также сегмента потребите лей. Начало этапа проектирования также можно рассматривать как за рождение СРНС. Этап проектирования важен тем, что в его процессе происходит регистрация несущих радиочастот, которые требуются для нормальной работы данной СРНС. Частоты регистрируются в Международном союзе по связи ITU (International Telecommunication Union) и открыто публикуются. Факт публикации зарегистрирован ных радиочастот расценивается, как ответственное намерение госу дарства развернуть СРНС, а ввод её в эксплуатацию остаётся вопро сом ближайшего времени. Заявленная частота закрепляется за данным государством не навсегда. Если за определённый срок данная частота не будет транслироваться спутниками, то заявка аннулируется Меж дународным союзом по связи. В истории развития СРНС Навстар GPS это обстоятельство явилось причиной одной неудачи. За СРНС Навстар GPS была зарезервирована несущая частота канала L 1176,45 МГц сроком на 7 лет. Права на эту частоту должны были за кончиться 26 августа 2009 года. Задержки в изготовлении передаю щих устройств канала L5 для первого модернизированного спутника Блока IIF привели к спешке, в результате которой было принято не продуманное решение о месте размещения входных устройств пере дающих антенн. Первый спутник, способный транслировать третью гражданскую частоту L5, был запущен 24 марта 2009 года. Он полу чил оперативный номер PRN01 (SVN49). 28 марта передатчик спут ника стал транслировать несущую частоту 1176,45 МГц. Контрольно измерительный комплекс СРНС Навстар GPS сразу же обнаружил систематические погрешности в псевдодальностях до этого спутника.

Как потом было установлено, постоянные задержки сигналов, прибли зительно равные 30 наносекундам, происходили из-за нарушения тре бований электромагнитной совместимости.

Если проанализировать то, как осуществлялись опубликованные планы развёртывания известных СРНС, то окажется, что все планы нарушались в сторону увеличения сроков. Поэтому запланированные сроки создания той или иной СРНС дают право не рассматривать их как вехи жизненных циклов.

Зачастую о вводе в действие СРНС судят по запуску её первого спутника. Как правило, первые спутники относятся к числу экспери ментальных, условно называемых технологическими. В качестве тех нологических их рассматривают потому, что на них устанавливается либо экспериментальная аппаратура, либо первые образцы серийного оборудования, требующие проверки работоспособности на этапе выво да в космос и при длительной работе в условиях космоса. Кроме того, отрабатываются технологии траекторных измерений, тестируются компьютерные программы бортового компьютера и компьютеров на земного сегмента, а также генерируются и проигрываются всевозмож ные нештатные ситуации при управлении создаваемой спутниковой системой. Исключением из этого правила стала японская система QZSS, у которой не было технологических спутников. Её первый спутник “Мичибики” был серийным. Объясняется этот факт тем, что система QZSS создавалась в тесном контакте с разработчиками американской СРНС Навстар GPS.

В зависимости от принципа действия СРНС запуск первого се рийного спутника может соответствовать началу её эксплуатации.

Спутниковые системы Цикада (СССР) и Транзит (США) служат тому примерами. Обсервованные координаты с помощью Цикады и Тран зита определялись после пролёта всего одного спутника. С этой точки зрения спутниковые системы Глонасс и Навстар GPS начали свою эксплуатацию с того момента, когда число ИСЗ в их космических сег ментах обеспечивали одновременный приём навигационных сигналов всего от двух спутников. Сформировалось устойчивое представление о том, что в дальномерных СРНС, к которым относятся Глонасс и Навстар GPS, для определения плановых координат необходимо иметь в зоне радиовидимости не менее трёх спутников. На самом деле, это далеко не так. В комплекты первых образцов приёмников СРНС Навстар GPS включались внешние атомные эталоны времени (режим работы clock aiding), благодаря которым устранялось расхождение между шкалой системного времени и шкалой времени судового при ёмника. Атомный эталон позволял измерять приёмником не псевдо расстояния, как это делает современный недорогой судовой приёмник, а непосредственно расстояния до спутников. Как известно, двух рас стояний до двух ориентиров достаточно для определения места судна.

Есть ещё один признак, по которому можно судить о начале ра боты СРНС или о запуске её в эксплуатацию в самое ближайшее вре мя. Таким признаком служит факт опубликования интерфейсного контрольного документа (ИКД) – ICD (Interface Control Document).

Если спутниковая система имеет двойное назначение, то готовятся два документа. Закрытый ИКД предназначен для изготовителей приёмной аппаратуры военных потребителей. В общедоступной печати публи куется ИКД, которым может воспользоваться любое гражданское ли цо или организация, желающие изготавливать навигационные приём ники или приёмники времени, использующие спутниковые сигналы открытого доступа. ИКД включает следующие обязательные разделы:

описание космического сегмента;

технические характеристики излу чаемых спутниками несущих частот и виды модуляции;

подробное описание формата навигационного сообщения и дальномерных кодов;

параметры шкалы системного времени и связь шкалы системного времени с международной шкалой атомного времени;

параметры сис темы геодезической координат данной СРНС и способ перехода к другим системам геодезических координат;

алгоритмы вычисления ионосферных и тропосферных поправок.

У СРНС Навстар GPS и Глонасс интерфейсные контрольные до кументы для гражданских потребителей появились в печати после до вольно длительной эксплуатации систем. Первый спутник системы GPS был выведен в космос 22 февраля 1978 года. Сразу же был нала жено изготовление приёмников военного назначения. Вскоре в Япо нии компания Furuno стала изготавливать гражданские приёмники, хотя открытый ИКД Навстар GPS ещё не был опубликован. За Furuno последовал целый ряд компаний-изготовителей других стран. Сложи лась странная ситуация, когда открытого описания форматов навига ционных сигналов на частоте 1575,42 МГц СРНС Навстар GPS фор мально не существовало, но форматы уже широко использовалось для изготовления приёмников. Законодательно гражданский режим (ре жим SPS) работы СРНС Навстар GPS стал доступным для всех ука зом президента США Рональда Рейгана от 1 сентября 1983 года. Это произошло сразу после того, как советский истребитель сбил 31 авгу ста над Японским морем вблизи Сахалина южнокорейский пассажир ский самолёт. Тогда погибло 269 пассажиров, среди которых был и американский конгрессмен Ларри МакДональд. Прототип того, что в наше время принято считать интерфейсным контрольным документом СРНС Навстар GPS, был представлен только 25 января 1983 года.

Американцам понадобилось почти четыре месяца, чтобы составить этот документ. Текст данного документа автору обнаружить не уда лось, что, скорее всего, объясняется весьма неудачной редакцией из ложения довольно специфического материала. Следующую редакцию этого ИКД уже называли ICD-GPS-001. После многочисленных пере делок 10 октября 1993 года была, наконец, опубликована приемлемая редакция ИКД, получившая название ICD-GPS-200C. Этот документ, написанный на 160 страницах, включал довольно подробное и мето дически выверенное описание гражданского навигационного сигнала на частоте 1575,42 МГц. Впоследствии ICD-GPS-200C претерпел не сколько редакций. Кроме этого основного документа были изданы ИКД, описывающие формат сигнала второй гражданской частоты, формат введённой недавно третьей гражданской частоты 1176,45 МГц (L5), формат и характеристики сигналов точного времени, а также ИКД, описывающий работу широкозонных подсистем DGPS (WAAS).

Кроме этих официальных документов были изданы межведомствен ные документы, подробно описывающие технические аспекты работы как самой системы, так и её приёмников. Исчерпывающее описание СРНС Навстар GPS является задачей, поставленной правительством США перед руководством системы с целью вовлечения как можно большего числа разработчиков и изготовителей GPS-аппаратуры и создания новых GPS-технологий. Наряду с модернизацией самой сис темы своевременная открытая публикация подробных технических описаний новшеств способствует повышению конкурентной способ ности системы и большему распространению её аппаратуры потреби телей.

Первый спутник СРНС Глонасс был выведен на орбиту 12 ок тября 1982 года. Первый гражданский судовой приёмник “Чёлн” был изготовлен в конце 80-х годов. В 1993 году система официально при нята в эксплуатацию. Созвездие спутников системы Глонасс в году уже насчитывало 24 космических аппарата. Впервые на русском и на английском языках ИКД СРНС Глонасс для гражданских потре бителей (Редакция 4.0) стал открыто распространяться с 1998 года. Он содержал 54 страницы. Второй раз открыто была опубликована Ре дакция 5.0 этого документа в 2002 году. Редакция 5.0 содержала уже 60 страниц. Последняя версия (Редакция 5.1) вышла в свет в 2008 году на 74 страницах.

Интерфейсные контрольные документы СРНС QZSS и Галилео были открыто изданы задолго до запусков первых спутников. Первый спутник японской СРНС QZSS был запущен 11 сентября 2010 года.

Первая версия ИКД QZSS, названная Interface Specification QZSS (IS QZSS Ver. 1.0), открыто опубликована на 223 страницах 17 июня года. Вторая редакция IS-QZSS (Ver. 1.1) вышла в свет 31 июля года на 232 страницах. Третья редакция IS-QZSS, Ver. 1.3, объёмом 234 страницы была издана 25 мая 2011 года. Одновременный запуск двух первых серийных спутников СРНС Галилео произошёл 21 ок тября 2011 года. Нулевая версия ИКД Галилео, получившая название GAL OS SIS ICD/D.0, была издана ещё 23 мая 2006 года. Она содер жала 192 страницы.

Впервые ИКД СРНС Компас на китайском языке вышел в свет в начале осени 2011 года. На английском языке интерфейсный кон трольный документ под названием BeiDou Navigation Satellite System Signal In Space Interface Control Document (Test Version) появился в декабре 2011 года. Он содержит всего 13 страниц. Вскоре (27 декабря 2011 года) правительство КНР объявило о вводе в эксплуатацию ре гиональной подсистемы СРНС Компас. Теперь с её помощью граж данский потребитель может определять свои координаты, скорость и время на поверхности Земли между параллелями с широтами 55 гра дусов южного и северного полушария и между меридианами с долго тами 84 и 160 градусов восточного полушария.

Правительство Китая в ноябре 2006 года сообщило о начале ра бот по созданию принципиально новой СРНС Компас (военное назва ние Танг – Tang), которую называют ещё как Бейдоу-2. В последние годы её сокращённо обозначают CNSS (China Navigation Satellite Sys tem или Compass Navigation Satellite System). Эта система относится к беззапросным (пассивным) дальномерным спутниковым навигацион ным системам. Её дальномерные коды аналогичны дальномерным ко дам СРНС Навстар GPS и Галилео. Созданию СРНС Компас в КНР предшествовали работы по вводу в эксплуатацию спутниковой радио навигационной системы Бейдоу (Beidou), что в переводе означает “Большая Медведица”. Главным конструктором СРНС Бейдоу и Ком пас является Сунь Цзядун. Бейдоу основывалась на геостационарных ИСЗ. В ней использовался запросный (активный) дальномерный принцип определения координат потребителей. В настоящее время (июнь 2012 года) СРНС Бейдоу прекратила свою работу, но её спут ники продолжают использоваться в качестве космических радио ретрансляторов.

До опубликования ИКД сведения о СРНС Компас непрерывно менялись. Теперь можно быть уверенным в том, что уникальность СРНС Компас заключается в объединении в одной системе трёх видов спутников: геостационарных (GEO – Geostationary Earth Orbit), полу синхронных на промежуточных орбитах (MEO – Mid-Earth Orbit) и наклонных геосинхронных (IGSO – Inclined Geosynchronous Satellite Orbit). Согласно ИКД, в состав космического сегмента должно вхо дить 5 геостационарных спутников. Для них зарезервированы в кос мосе положения с координатами подспутниковых точек 58,75°Е, 80°Е, 110,5°Е, 140°Е и 160°Е. Эти спутники имеют порядковую нумерацию в системе от 1 до 5. Спутники MEO обращаются по орбитам, парамет ры которых близки к параметрам орбит ИСЗ СРНС Навстар GPS, Гло насс и Галилео. Созвездие MEO образует глобальную подсистему СРНС Компас. Параметры орбит спутников IGSO близки к парамет рам орбиты ИСЗ японской СРНСС QZSS. Траектории их подспутни ковых точек на поверхности Земли представляют собой восьмёрки, вытянутые в меридиональном направлении. ИСЗ GEO и IGSO обра зуют региональную подсистему СРНС Компас. Спутникам MEO и IGSO в системе Компас присваиваются номера от 6 до 37. В космосе планируется иметь 5 спутников IGSO и 27 спутников MEO. Такой со став космического сегмента должен обеспечить одновременную ви димость не менее 4 спутников системы Компас при самых неблаго приятных условиях рельефа местности на территории КНР. Системы GPS и Галилео таким свойством не обладают.

Согласно опубликованного ИКД, СРНС Компас предполагается ввести в эксплуатацию в два этапа. На первом этапе к 2014 году должна быть развёрнута региональная подсистема, зона действия ко торой будет охватывать всю территорию Китая, а также прилегающие территории соседних государств и прилегающие воды морей. Внутри этой зоны гарантируется точность работы приёмников на уровне от крытого режима. Зона охватит юг Восточной Сибири и весь Дальний Восток России с Охотским и Японским морями. По окончании перво го этапа развёртывания системы в космосе должны быть в рабочем состоянии 14 ИСЗ. В это созвездие планируется включить 5 спутников GEO, 4 спутника MEO и 5 спутников IGSO.

СРНС Компас работает в четырёх режимах. Открытый режим (open service) предназначен для любого потребителя. Он аналогичен режиму SPS Навстар GPS и открытому режиму СРНС Галилео. В от крытом режиме гарантируется точность определения координат не хуже ±10 м, скорости ±0,2 м/с и времени ±20 наносекунд с вероятно стью 0,95. Закрытый режим (authorized service) используют силовые структуры и военные КНР. Третий режим создан для определения и трансляции дифференциальных поправок (wide area differential posi tioning service). В этом режиме гарантируется точность определения координат ±1 м с вероятностью 0,95. Четвёртый режим предусматри вает трансляцию через спутники важных сообщений (short message service – SMS). В режиме SMS можно передавать сообщения объёмом до 120 китайских иероглифов.

Международный союз по связи 16 января 2006 года приложе нием 3 к Документу 8D/274 закрепил за СРНС Компас три диапазона несущих частот: 1164-1215 МГц, 1260-1300 МГц и 1559-1610 МГц.

Разработчики Компаса выбрали следующие четыре центральные не сущие частоты: 1207,14 МГц, 1268,52 МГц, 1561,098 МГц и 1589, МГц. Открытый гражданский сигнал транслируется на центральной частоте 1561,098 МГц (этот канал связи в СРНС Компас получил обо значение В1), а также на частоте 1207,14 МГц. Каналы связи на часто тах 1207,14 МГц и 1268,52 МГц получили обозначения В2 и В3 соот ветственно. Для передачи информации в СРНС Компас применяется кодовое разделение (CDMA) сигналов спутников. Кодовое разделение сигналов позволяет всем спутникам СРНС Компас транслировать дальномерные коды на одной частоте. Такое же разделение применя ется в СРНС Навстар GPS, Галилео и QZSS. В СРНС Глонасс исполь зуется частотное разделение сигналов, и только в последнее время на чался переход к CDMA. Для завершения перехода к CDMA Глонассу потребуется замена большого числа спутников. Кодирование инфор мации в СРНС Компас производится с помощью четырёхпозиционной фазовой манипуляции – QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Она подразумевает четыре фиксированных значений фазы транслируемой несущей частоты. Это означает, что при такой манипуляции на каж дый символ приходится 2 бита информации. Такой вид манипуляции увеличивает пропускную способность канала связи, но снижает его помехоустойчивость. Электромагнитное излучение спутников Компас имеют правостороннюю круговую поляризацию.

Краткие сведения о параметрах передачи информации в СРНС Компас можно получить из табл. 1.

Таблица Характеристики транслируемых сигналов спутниками СРНС Компас Несущая Канал Скорость передачи Вид Режим частота, МГц связи информации, Мбит/с модуляции работы 2,046 Открытый 1561,098 B1 QPSK 2,046 Закрытый B1-2(I) 2,046 QPSK Открытый 1589, B1-2(Q) 2,046 QPSK Закрытый 2,046 Открытый 1207,14 B2 QPSK 10,23 Закрытый 1268,52 B3 10,23 QPSK Закрытый Из табл. 1 следует, что гражданский потребитель получит дос туп к трём несущим частотам, что создаёт перспективу значительно уменьшить ионосферные погрешности его приёмника.

Основу любой спутниковой РНС образуют геодезическая сис тема координат и система отсчёта времени. С 1950 года в КНР было создано шесть геодезических систем. Первая, Пекинская геодезиче ская система 1954 года – BS-54 (Beijing 1954, BJ-54), являлась про должением советской геодезической системы Пулково-42 с референц эллипсоидом Красовского. В 1956 году была принята система высот, в которой за нуль отсчёта был принят средний уровень Жёлтого моря.

Поскольку исходный пункт BS-54 находился в Пулково, а не в Пекине, то название системы “Пекинская” не соответствовала действительно сти, а поверхность референц-эллипсоида плохо согласовывалась с по верхностью геоида Китая. В 1982 году её заменила Сианьская геоде зическая система 1980 года – XS-80 (China Xian geodetic coordinate system 1980) с исходным пунктом в Сиане. В основе Сианьской сис темы лежит референц-эллипсоид IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics) 1975 года с размером большей полуоси a = 6378140 м и со знаменателем сжатия F = 298,256. Ориентация референц эллипсоида IUGG-1975 была выбрана таким образом, чтобы расхож дения между поверхностью эллипсоида и поверхностью геоида Китая были минимальны на всей территории КНР. С появлением спутнико вой геодезии выяснились существенные недостатки XS-80. Система XS-80 обеспечивала определение только плановых геодезических ко ординат. Ориентация малой оси эллипсоида была выполнена на эпоху 1968 года. При создании системы XS-80 не учитывалась поверхность омывающих Китай морей, на долю которой приходится 1/3 всей тер ритории КНР. Размеры референц-эллипсоида IUGG 1975 года отлича лись от размеров принятых несколько позже общеземных эллипсои дов GRS-80 и WGS-84. Это препятствовало достижению высокой точ ности при переходе к международным геодезическим системам коор динат. Также была установлена новая система высот Жёлтого моря 1985 года. Попытки устранить недостатки системы XS-80 побудили модернизировать систему BS-54 (BJ-54), что привело к созданию Мо дифицированной Пекинской системы координат 1954 года (MBS-54, new BS-54). Суть модернизации сводилась к использованию рефе ренц-эллипсоида Красовского, ориентированного в исходном пункте Пекин таким образом, чтобы устранить недостатки системы XS-80.

Как показали результаты, поскольку обе Пекинские и Сианьская года не относились к геоцентрическим системам координат, то ис пользование их в СРНС затрудняло достижение высокой точности определения координат.

Помимо BS-54, MBS-54 и XS-80 в КНР в 80-х годах были разрабо таны две национальные геоцентрические системы DX-I и DX-II. Они уже создавались исключительно для нужд космической навигации. По строение отсчётной системы DX-I производилось параллельным пере мещением из центра масс Земли осей референц-эллипсоида системы MBS-54. Это позволяло упростить переход к международным геоцен трическим системам координат, используя всего три параметра линей ного преобразования (x, y, z). Из-за низкой точности определения параметров преобразования от системы DX-I пришлось отказаться. В начале 80-х годов на территории Китая была развёрнута сеть спутнико вой геодезии, состоящая из 37 пунктов. На них в течение длительного времени проводились высокоточные доплеровские измерения сигналов спутников. В 1982 году сеть была дополнена ещё 7 пунктами. К 1985 го ду работы по уравниванию сети привели к уточнению параметров ли нейного преобразования x, y, z, а также к вычислению углов пово рота осей эллипсоида системы DX-I и масштабного коэффициента.

Принятая на этой основе новая система DX-II позволяла при переходе к международным геоцентрическим системам координат достигать точно сти не хуже ±5 м.

С конца 80-х годов в КНР стали активно внедряться геодезиче ские GPS-технологии, что привело к фактическому переходу к геоде зической системе WGS-84. В этой системе были определены коорди наты всех пунктов геодезических сетей в КНР. До 2000 года в Китае были развиты три сети геодезических пунктов, привязанных к системе координат WGS-84. Одну из них создавало Государственное Бюро Геодезии и Картографии – SBCM (State Bureau of Surveying and Map ping), другую – Министерство Обороны Китая и третью – Админист рация по предупреждению о землетрясениях – CEA (China Earthquake Administration). На государственном уровне было принято решение об объединении этих сетей на основе взаимного уравнивания. Получен ную таким образом сеть геодезических пунктов назвали GPS2000. Она покрывала всю территорию КНР и объединяла 2542 геодезических пунктов. Сеть позволяла определять пространственные координаты (x, y, z) с точностью ±0,9 см, ±1,57 см и ±1,06 см соответственно. Несмот ря на высокую точность, данная сеть представляла собой локальную систему для определения координат только на территории Китая. Се ти GPS2000 было вполне достаточно для обеспечения работы нацио нальной региональной СРНС, которой являлась система Бейдоу.

Построение глобальной СРНС Китая выдвигало необходимость создания новой более точной системы геодезических координат. Для этого требовалась привязка к Международной земной отсчётной ос нове – ITRF (International Terrestrial Reference Frame). ITRF представ ляет собой совокупность на всей поверхности Земли геодезических пунктов, координаты которых непрерывно определяются с высокой точностью с помощью спутниковых технологий, астрономическими и радиоастрономическими способами в определённой системе коорди нат. Базовые линии, соединяющие пункты ITRF, образуют на поверх ности Земли жёсткий каркас (frame), с помощью которого можно оп ределять координаты любого объекта в единой общеземной системе координат. Международная земная отсчётная основа ITRF является физической основой Международной земной системой отсчёта коор динат – ITRS (International Terrestrial Reference System). Так как точки на поверхности Земли, в которых установлены геодезические пункты ITRF, постоянно дрейфуют, то время от времени в координаты пунк тов вводятся поправки, чтобы земная система отсчёта координат ITRS сохраняла свое положение неизменным. Тот год, в котором ввелись новые поправки, принято называть эпохой и придавать его в качестве обозначения ITRF, например, ITRF84, ITRF97, ITRF2000. Система ITRS должна удовлетворять следующим требованиям:

– начало системы совпадает с центром масс Земли с учётом океанов и атмосферы;

– единицей длины является метр, принятый в системе SI;

– ориентация осей координат системы определяется данными Международного Бюро Времени на эпоху 1984 года;

– система учитывает деформации, вызываемые приливами и тектоническими перемещениями земной коры.

Благодаря тому, что в КНР было сооружено 32 станции непре рывного определения координат – CORS (Continuously Operating Ref erence Station), существующую объединённую сеть геодезических пунктов GPS2000 после 8 лет непрерывных наблюдений удалось при вязать к ITRF97 на эпоху 1 января 2000 года. На основе проделанных работ для высокоточной согласованности с международной системой координат ITRS97 в КНР была разработана новая система геодезиче ских координат CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System), кото рая введена в действие в КНР с 1-го июля 2008 года. Бюро SBCM опубликовало параметры новой геодезической системы CGCS2000, параметры перехода к прежним национальным системам и назначило переходный период в 10 лет, в течение которого предстоит опреде лить в принятой системе координаты геодезических пунктов всех се тей и переиздать карты. Таким образом, в КНР установлена единая геоцентрическая система отсчёта координат. Это нельзя не признать прогрессивным шагом по сравнению с Россией, где действуют две системы: ПЗ-90.02 и СК-95, и с США, где одновременно используют ся WGS-84 и NAD-83. Поскольку система отсчёта координат СРНС Галилео также основывается на ITRF, то здесь прослеживается жела ние Китая иметь единую геодезическую базу для упрощения совмест ного использования в ближайшем будущем спутников СРНС Компас и Галилео. В приёмниках, одновременно принимающих сигналы спутников СРНС Компас и Галилео, не потребуется преобразования координат. С точки зрения геодезических основ работы такого приём ника СРНС Компас и Галилео будут представлять единую спутнико вую навигационную систему.

Начало координат принятой системой отсчёта CGCS2000 совпа дает с центром масс Земли, который определён с учётом массы вод мирового океана и массы земной атмосферы. Ось Z системы совпада ет с направлением на Северный полюс, положение которого опреде лено на эпоху 1984 года. Ось X лежит в плоскости земного экватора и совпадает с плоскостью нулевого (Гринвичского) меридиана. Ось Y лежит в плоскости земного экватора и повёрнута на 90 градусов к вос току от оси X. Её референц-эллипсоид характеризуется следующими параметрами: большей полуосью (a), знаменателем сжатия (F), гео центрической гравитационной постоянной с учётом атмосферы (GM), угловой скоростью вращения Земли () и коэффициентом второй зо нальной гармоники (J2). В качестве опорного эллипсоида в CGCS принят референц-эллипсоид GRS80, лежащий в основе ITRS. Иногда в литературе референц-эллипсоиды GRS80 и WGS-84 отождествляют. В табл. 2 сведены параметры референц-эллипсоидов CGCS2000 и WGS-84. Сравнение этих данных позволяет установить, что эллип соиды отличаются знаменателями сжатия F и коэффициентами второй зональной гармоники J2. Таким образом, координаты пунктов создан ной ранее сети GPS2000 будут отличаться от их координат в системе CGCS2000. Считается, что минимальные отличия координат систем CGCS2000 и ITRS не превосходят 1 мм на экваторе и будут не более см в других местах на поверхности Земли. Поэтому иногда систему CGCS2000 обозначают как CTRS (China Terrestrial Reference System).

Таблица Параметры референц-эллипсоидов CGCS2000 и WGS- Параметр Размерность CGCS2000 WGS- a м 6378137 F – 298,257222101 298, 398604,418109 398600, GM м /с 729211510-11 729211510- рад/с 1,0826298322610-3 1,0826310- J2 – Поддержание системы CGCS2000 на должном уровне точности подразумевает формирование на территории КНР сети геодезической пунктов CTRF2000. Координаты её пунктов первого класса должны непрерывно определяются с точностью ±1 мм. Кроме того, требуется измерение скорости перемещения пунктов в мм за год. На основе та ких пунктов будет формироваться опорная сеть из 2500 пунктов вто рого класса, 3-мерные координаты которых должны быть определены с точностью не хуже ±3 см. Это позволит развернуть сеть сгущений из 50000 пунктов, плановые координаты которых должны определяться с точностью не хуже ±0,11 м.

Шкала времени СРНС Компас, имеющая название BDT (Beidou Time), представляет собой непрерывную шкалу внутреннего систем ного времени без бегущей секунды (leap second). Шкала времени BDT базируется на принципе атомного измерения времени и полностью соответствует международной шкале атомного времени – TAI (Temps Atomique International – фр., International Atomic Time – англ.). Следу ет напомнить, что TAI имеет тот же самый масштаб измерения, что и эфемеридное время. Счёт времени на каждом спутнике СРНС Компас контролируется и корректируется с помощью вторичного эталона времени, расположенного в главном центре управления системой Компас. Работа вторичного эталона согласуется с главным эталоном времени КНР, поддерживающего национальную шкалу времени UTC.

Главный эталон времени располагается в Центре национальной служ бы времени – NTSC (National Time Service Center) Академии наук Ки тая. Главный эталон времени Китая синхронизирован со шкалой Уни версального Координированного Времени (UTC), поддерживаемой Международным бюро мер и весов (BIPM) в Париже. Эталон времени NTSC представляет собой так называемые “композитные часы”. Это комплекс первичных атомных эталонов частоты, в состав которого входят 19 цезиевых эталонов 5071A со стабильностью 110-13 c, из готовленных компанией Agilent, два водородных мазера, изготовлен ных компанией Symmetricon, и два водородных мазера с автоматиче ской подстройкой резонатора, изготовленных в астрономической об серватории Шанхая. Данные от этих первичных эталонов непрерывно обрабатываются по специальному алгоритму в лаборатории стандар тов частоты и времени в NTSC. Полученные результаты транслиру ются в BIPM, где они участвуют в формировании TAI. Из BIPM в NTSC поступают поправки для коррекции шкалы национального вре мени UTC Китая. Кроме того, в BIPM принимают решение о вводе в шкалу UTC очередной бегущей секунды, а также транслируется мо мент времени начала учёта очередной бегущей секунды. Кстати, оче редная бегущая секунда вводится 30 июня 2012 года. В 2006 году точ ность синхронизации UTC(NTSC) со шкалой UTC (BIPM) определя лась в пределах ±20 наносекунд с вероятностью 0,95. В настоящее время ведутся работы на международном уровне по увеличению точ ности синхронизации шкалы UTC(NTSC).

Основной единицей измерения времени в СРНС Компас являет ся секунда, длительность которой принята системой SI (атомная се кунда). Наибольшей единицей измерения времени взята неделя, со держащая 604800 секунд. Счёт системного времени в СРНС Компас ведётся в неделях – (Number Week) и в секундах данной недели – SoW (Second of Week). За начало шкалы отсчёта времени BDT принят мо мент времени, соответствующий 00 часам 00 минутам 00 секундам 1 го января 2006 года по шкале времени UTC. Требуемая точность пе редаваемых спутниками меток времени поддерживается вторичным атомным эталоном времени и частоты, установленным в главном цен тре управления системой. Гарантируется точность транслируемых ме ток времени не хуже 210-14 секунды со стабильностью 110-14 секун ды в день, 610-15 секунды за 5 дней, 510-15 секунды за 10 дней и 610-15 секунды за месяц. Гарантируется расхождение со шкалой вре мени UTC(BIPM) не более 100 наносекунд. Синхронизация шкалы времени эталона главного центра управления с эталонами станций на земного контрольно-измерительного комплекса осуществляется с по мощью двусторонней передачи через спутники специальных меток времени. Этим достигается точность синхронизации на уровне 2- наносекунд. Спутники системы Компас оснащаются рубидиевыми атомными эталонами частоты. Китай до конца 2006 года участвовал в разработке европейской СРНС Галилео. Благодаря этому сотрудниче ству, он получил доступ к навигационным спутниковым технологиям и в первую очередь к разработкам бортовых атомных эталонов часто ты. Поэтому технические характеристики Компаса ближе к характе ристикам Галилео, нежели к Навстар GPS.

Наземный сегмент СРНС Компас, как и наземный сегмент лю бой другой СРНС, состоит из главного центра управления, контроль но-измерительных станций и станций закладки информации в борто вые устройства памяти спутников.

Запуски спутников СРНС Компас выполняются с космодрома Синан (Xinang Satellite Launch Center – XSLC). Космодром располо жен в провинции Сычуань в 85 км на северо-запад от города Синан.

Географические координаты XSLC заявлены как 28,24N и 102,03E.

Он действует с 1984 года и специализируется на запусках тяжёлых спутников. Космодром имеет два стартовых комплекса LC-2 (Launch Complex 2) и LC-3 (Launch Complex 3), а также командный пункт с уз лом связи и контрольно-измерительным оборудованием.

Для запуска спутников СРНС Компас используются ракеты носители типа “Великий поход” (Long March rocket) третьей серии. В зарубежной литературе они чаще называются как Cheng Zheng rocket или сокращённо CZ-3. На рис. 1 показан внешний вид вариантов A, B и C ракет этой серии.

Рис. 1. Ракеты-носители серии CZ- Технические характеристики ракет-носителей серии CZ-3 по мещены в табл. 3.

Таблица Технические характеристики ракет-носителей, выводящих на орбиты спутники СРНС Компас Тип Длина, Диаметр, Масса на Тяга, Полезная ракеты м м старте, т кН нагрузка, кг CZ-3A 52,52 3,35 241 2962 CZ-3B 54,84 3,35 426 5924 CZ-C 55,64 3,35 345 4443 – Выведенные на орбиты MEO спутники СРНС Компас конструк тивно выполнены на основе апробированной платформы китайского спутника связи DFH-3. Данная платформа имеет форму 6-гранной призмы с размерами 2,2м 2м 3,1м и массой 3800 кг, двигательную установку, энергоустановку с двумя солнечными панелями, 3-мерную стабилизацию и может проработать в космосе не менее 8 лет. При из готовлении путников MEO платформа DFH-3 получает иное напол нение. Поэтому спутники MEO имеют массу 2200 кг. Их энергоуста новки способны вырабатывать 3 кВт. Если спутник MEO выводится на окончательную орбиту ракетой-носителем CZ-3B, то его масса уменьшается до 800 кг за счёт исключения разгонного двигателя.


Спутники GEO изготавливаются на основе платформы DFH-3В. Такие спутники имеют общую массу 4600 кг. Их энергоустановки способны вырабатывать 6,8 кВт. Спутники IGSO также изготавливаются на базе платформы DFH-3. Их общая масса составляет 4200 кг, а энергоуста новка способна вырабатывать 6,2 кВт. На спутниках СРНС Компас устанавливаются панели с уголковыми оптическими отражателями для высокоточных лазерных измерений параметров орбит. Площадь панели составляет 770 см2, вес – 5 кг.

Формирование космического сегмента СРНС Компас началось в 2007 году. Первым с помощью ракеты-носителя CZ-3A поднялся в космос в 20:11 13 апреля (UTC) или в 00:11 14 апреля по Пекинскому времени 2007 года спутник MEO Compass-M1. Он был запущен для всесторонней проверки оборудования, которое предназначалось для серийных спутников, образующих глобальную подсистему СРНС Ком пас. Его масса составила 2200 кг. Измерения характеристик сигналов этого спутника, выполненные в разных станах мира, показали их суще ственное превосходство над аналогичными сигналами спутников СРНС Навстар GPS. Параметры орбиты спутника MEO СРНС Компас близки к параметрам орбит спутников СРНС Навстар GPS. Высота ор биты MEO составляет 21500 км. Угол наклонения плоскости орбиты к плоскости экватора колеблется возле значения 55 градусов. Орбита почти круговая с малым эксцентриситетом. Спутник MEO движется с линейной скоростью 14000 км/час (3,874 км/с), что соответствует пер вой космической скорости на высоте 21500 км. Спутник MEO совер шает два полных оборота вокруг Земли за одни звёздные сутки. Поэто му иногда их называют полусинхронными. Их подспутниковые точки описывают на поверхности Земли замкнутые симметричные относи тельно экватора траектории, напоминающие синусоиду. Спутники МЕО системы Компас пока предполагается разместить в трёх орби тальных плоскостях.

Следующий спутник Compass-G2 СРНС Компас стартовал на геостационарную орбиту в 16:16 (UTC) 14 апреля 2009 года. Старт выполнялся с помощью ракеты-носителя CZ-3C. Помимо навигацион ных целей Compass-G2 предназначался для трансляции сигналов точ ного времени и связи в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Поначалу спутник занял положение, при котором его подспутниковая точка на ходилась на экваторе в долготе 85E. По неизвестным причинам спут ник стал смещаться к западу до долготы 64E. К сентябрю 2010 года он снизился. В настоящее время он находится над точкой экватора с долготой 84E. Есть предположение о том, что в навигационных целях он не используется. Геостационарная орбита (орбита Кларка) пред ставляет собой круговую орбиту, плоскость которой совпадает с плос костью земного экватора. Её радиус равен 42155 км. Высота геоста ционарной орбиты над земным экватором составляет 35785 км, а её длина равна 264869 км. Для того, чтобы ИСЗ мог двигаться по геоста ционарной орбите (в результате чего его подспутниковая точка будет неподвижна на экваторе), спутнику необходимо двигаться в сторону востока параллельно поверхности Земли со скоростью 11066 км/час (3,07 км/с). Тогда ИСЗ будет совершать в пространстве полный обо рот за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут 4 секунды среднего сол нечного времени). Реальная геостационарная орбита отличается от идеальной круговой из-за воздействия солнечного ветра и влияния не однородностей гравитационного поля Земли, а также Луны и планет.

Кроме того, технически крайне сложно вывести ИСЗ с высокой точ ностью в плоскость экватора. Поэтому спутники GEO, во-первых, имеют небольшой наклон плоскости их орбит по отношению к плос кости экватора, во-вторых, неизбежно дрейфуют. Дрейф подспутни ковой точки вынуждает выполнять манёвры коррекции.

Геостационарный спутник Compass-G1 был запущен в 16: (UTC) 16 января 2010 года ракетой-носителем CZ-3C. Поначалу он за вис над точкой экватора с долготой 160E. На 22 ноября 2011 года долгота его подспутниковой точки имела 140E. Этот спутник также выполняет навигационные и связные функции.

Запуск геостационарного спутника Compass-G3 состоялся в 15:53 (UTC) 2 июня 2010 года с помощью ракеты-носителя CZ-3C.

Его функции полностью аналогичны функциям спутника Compass-G1.

В ноябре 2011 года он находился над экватором в долготе 84E. Мож но предположить, что Compass-G3 заменил Compass-G2.

Первый спутник СРНС Компас на наклонную геосинхронную орбиту был запущен 31 июля 2010 года в 21:30 (UTC) ракетой носителем CZ-3A. Его принято называть спутником Compass-IGSO1.

Спутник помимо непрерывной трансляции дальномерных кодов переда ёт метки времени и выполняет функции ретранслятора. Его подспутни ковая точка, описывая на поверхности Земли траекторию в виде цифры 8, пересекает экватор в точке с долготой 118E. Чтобы достичь переме щения подспутниковой точки по этой траектории, спутник должен об ращаться с периодом в одни звёздные сутки по орбите с радиусом км, плоскость которой имеет наклонение приблизительно 55°.

31 октября 2010года в 16:26 (UTC) ракетой-носителем CZ-3C был выведен на геостационарную орбиту спутник Compass-G4 в точку с долготой 160E.

Второй спутник СРНС Компас на наклонную геосинхронную орбиту был запущен 17 декабря 2010 года в 20:20 (UTC) ракетой носителем CZ-3A. Его называют Compass-IGSO2. Точка пересечения его траектории с экватором такая же, что и спутника Compass-IGSO1, то есть 118E.

Третий спутник СРНС Компас на наклонную геосинхронную орбиту был запущен 9 апреля 2011 года в 20:47 (UTC) ракетой носителем CZ-3A. Его называют Compass-IGSO3. Точка пересечения его траектории с экватором такая же, что и спутника Compass-IGSO1, то есть 118E.

Четвёртый IGSO спутник СРНС Компас был запущен 26 июля 2011 года в 21:44 (UTC) ракетой-носителем CZ-3A. Его принято назы вать спутником Compass-IGSO4. Его запуск был отложен на 20 минут от назначенного времени. Спутник помимо непрерывной трансляции дальномерных кодов передаёт метки времени и выполняет функции ретранслятора. Его подспутниковая точка, описывая на поверхности Земли траекторию в виде цифры 8, пересекает экватор в точке с дол готой 93E.

Пятый IGSO спутник СРНС Компас был запущен 1 декабря 2011 года в 21:07 (UTC) ракетой-носителем CZ-3A. Назначенной ор биты он достиг 10 декабря 2011 года в 10:55 UTC. Он обозначен спут ником Compass-IGSO5. Его подспутниковая точка пересечения эква тора имеет долготу 93E.

Пятый геостационарный спутник Compass-G5 с помощью раке ты-носителя CZ-3C поднялся в космос 24 февраля 2012 года в 16: UTC. Он выполняет те же самые функции, что и предыдущие геоста ционарные спутники СРНС Компас. Спутник завис над экватором над точкой с долготой 59E.

Второй и третий спутники MEO (Compass-M3 и Compass-M4) были запущены вместе одной ракетой-носителем CZ-3B 28 апреля 2012 года в 20:50 (UTC). Спутники MEO также транслируют метки точного времени и могут использоваться для передачи информации.

В табл. 4 собраны параметры орбит всех спутников СРНС Ком пас, выведенных в космос по порядку до июня 2012 года. Буквой a обозначена большая полуось орбиты спутника в километрах. Буквой e обозначается эксцентриситет орбиты. Буквы P и A – это перигей и апогей орбиты в километрах соответственно. Период обращения спутника в минутах обозначен буквой T, а i – это наклонение плоско сти орбиты спутника к плоскости экватора Земли. Наклонение выра жено в градусах.

Таблица Параметры орбит спутников СРНС Компас, выведенных в космос до июня 2012 года Спутник a e P A T i Compass-M1 27910 0,0008 21511 21554 773,4 56, Compass-G2 42193 0,0051 35600 36031 1436,56 1, Compass-G1 42166 0,0003 35776 35799 1436,14 1, Compass-G3 42164 0,0001 35781 35792 1436,07 1, Compass-IGSO1 42164 0,0026 35677 35895 1436,06 55, Compass-G4 42164 0,0004 35804 35804 1436,08 1, Compass-IGSO2 42165 0,0017 35717 35856 1436,09 55, Compass-IGSO3 42160 0,0021 35694 35871 1435,87 55, Compass-IGSO4 42163 0,002 35699 35871 1436,02 55, Compass-IGSO5 42163 0,0019 35704 35866 1436,01 55, Compass-G5 42166 0,0003 35776 35799 1436,15 1, Compass-M3 27905 0,0024 21460 21595 773,19 55, Compass-M4 27906 0,0027 21452 21603 773,21 55, На спутниках СРНС Компас устанавливаются панели с уголко выми оптическими отражателями для высокоточных лазерных измере ний параметров орбит. Площадь панели составляет 770 см2, вес – 5 кг.

В печати за последние два года неоднократно сообщалось об изменениях в планах развёртывания СРНС Компас. И если до года планировалось полностью ввести её в эксплуатацию в 2020 году, то в последнее время уже упоминается 2014 год. Спешное наращива ние космической группировки можно расценивать как стремление КНР сделать СРНС Компас по привлекательности второй спутнико вой навигационной системой после Навстар GPS. В Китае налажено изготовление приёмников, работающих как от СРНС Компас, так и совмещённых с Навстар GPS и Галилео. До 2008 года в КНР для про изводства приёмников в основном использовалась элементная база за рубежного производства. В феврале 2008 года в Шанхае разработан базовый чип “Линхан-1” для приёмников СРНС Компас. Его техниче ские характеристики намного выше аналогичных зарубежных изделий.


Китай планирует в ближайшие годы завоевать 20% мирового рынка продаж спутниковых приёмников собственного изготовления.

КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ СРНС НАВСТАР GPS В 2011 ГОДУ Ю. А. Комаровский Та неспешность, с которой власти США модернизировали свою спутниковую радионавигационную систему (СРНС) Навстар GPS в первом десятилетии текущего века, объяснялась безусловным лидер ством Соединённых Штатов в области спутниковых навигационно временных технологий. Лидерство формировало устойчивый прогресс индустрии производства всевозможной GPS-аппаратуры и в то же время вызывало всё большую зависимость мировой экономики от этой системы, то есть от воли правительства США. Высокая надёж ность спутников системы GPS породила неправильный подход к вы бору стратегии совершенствования системы с целью сохранения без условного превосходства. Неожиданно большой ресурс спутников сдерживал проектирование, изготовление и запуски спутников новых поколений. Начало правления президента Обамы охарактеризовалось даже сокращением финансирования ряда программ по модернизации системы GPS. Подобную недальновидность, граничащую с недостат ком здравого смысла, иллюстрирует хотя бы факт принятия решения о прекращении работы системы Лоран-Ц на территории США. Было заметно, как затягивались сроки изготовления и запусков серии IIF.

Всё это можно объяснить отсутствием реальных конкурентов в облас ти спутниковых навигационных систем. В самом конце 2011 года со звездие действующих спутников СРНС Навстар GPS содержало ИСЗ. Из них 11 начали работать ещё до 2000 года. Из выведенных в космос в 2000 году и позже 10 превысили расчётный срок эксплуата ции 7,5 лет. Таким образом, в 2011 году 68% созвездия приходилось на устаревшие спутники.

Несмотря на многочисленные уверения в том, что СРНС Гло насс является ближайшим конкурентом Навстар GPS, это далеко не так по двум причинам. Первая заключается в частотном разделении сигналов спутников СРНС Глонасс. Спутники Глонасс транслируют навигационные сигналы для гражданских потребителей на 24 несу щих частотах в диапазоне от 1602,5625 МГц до 1608,75 МГц [1].

Идентификация сигналов спутников в системе Глонасс происходит не по дальномерному коду, как это заложено в систему Навстар GPS, а по несущей частоте. Следовательно, гражданский приёмник СРНС Глонасс должен иметь много отдельных частотных трактов. Граждан скому приёмнику СРНС Навстар GPS достаточно одного частотного тракта. Поэтому приёмники Глонасс заведомо сложнее и дороже GPS приёмников. Этот недостаток СРНС Глонасс, снижающий коммерче скую привлекательность системы, побудил руководство начать меро приятия по переходу системы на кодовый принцип разделения нави гационных сигналов. Чтобы полностью отказаться от частотного раз деления сигналов, необходимо заменить все спутники созвездия Гло насс. На это уйдут годы. Кроме того, потребуется изготавливать в пе реходный период ещё более дорогие приёмники, работающие одно временно в частотном и в кодовом режимах разделения сигналов. В 2012 году появилось сообщение о грядущей реконфигурации всего со звездия спутников системы Глонасс. Планируется перейти от сущест вующих трёх орбитальных плоскостей к шести орбитальным плоско стям, как у СРНС Навстар GPS [2]. Вторая причина отставания Гло насс кроется в хроническом невыполнении непрерывно обновляемых планов модернизации этой системы. В 2010 году 20 сентября в Порт ленде (США, штат Орегон) на заседании Комитета гражданских по требителей GPS заместитель генерального директора Центрального научно-исследовательского института машиностроения Роскосмоса Сергей Ревнивых сделал обстоятельный доклад о ближайших пер спективах модернизации и дальнейшем развитии созвездия СРНС Глонасс [2]. На этот доклад до сих пор идут ссылки. В своём докладе С. Г. Ревнивых относительно развития системы сообщил, что спутник ГЛОНАСС-К будет иметь две версии: ГЛОНАСС-К1 и ГЛОНАСС-К2.

Спутник ГЛОНАСС-К1 будет иметь гарантийный срок службы 10 лет, стабильность часов 5·10-14 и будет запущен в декабре 2010 с космо дрома «Плесецк». После этого будет собран и запущен еще один спутник ГЛОНАСС-К1. Эти спутники предназначены для тестирова ния открытого режима кодового разделения сигналов на частоте ГЛОНАСС L3 (1205 МГц). На вопрос о том, когда будет опубликова но подробное описание сигнала кодового разделения, С. Г. Ревнивых ответил, что он этого не знает. Общие сведения о характеристиках ко дового разделения были опубликованы в работе [3]. В открытой печа ти подробного описания сигналов СРНС Глонасс с кодовым разделе нием до сих пор (июль 2012) отсутствует. Продолжает действовать интерфейсный контрольный документ СРНС Глонасс в редакции 5. [4]. Отсутствие описания лишает возможности российских и зарубеж ных изготовителей приступить к выпуску новой приёмной аппарату ры Глонасс. С. Г. Ревнивых пообещал запустить первый спутник ГЛОНАСС-К2 с полностью обновлённой конструкцией в 2013 году.

Гарантийный срок службы этих спутников составит 10 лет, а стабиль ность часов будет составлять 1·10-14. Кроме того, что сигналы с кодо вым разделением будут передаваться на частотах L3, они будут также передаваться на частотах L1 и L2. Кроме сигналов с кодовым разделе нием, спутники ГЛОНАСС-К продолжат трансляцию сигналов с час тотным разделением. Модернизированный спутник ГЛОНАСС-КМ планируется запустить после 2015 года. В дополнение к частотному разделению сигналов в диапазонах L1 и L2, а также к кодовому разде лению сигналов в диапазонах L1, L2 и L3 модернизация предполагает передачу сигналов с кодовым разделением на частоте GPS L5 (1176. МГц). Спутники серии ГЛОНАСС-М, заметно уступающие по своим характеристикам американским спутникам серии Block IIF, должны прослужить в космосе до 2022 года. На 2011 год было запланировано 7 запусков ИСЗ Глонасс. На самом деле в космос выведено только 6.

В 2012 году планировалось запустить ещё 4 спутника. Но в середине 2012 года появились сообщения о переносе запусков на 2013 год.

С начала развёртывания (1982 год) Глонасс до начала 2011 года изго товлено и запущено 129 ИСЗ [9]. Для сравнения надо отметить, что по программе СРНС Навстар GPS был осуществлён запуск 63 ИСЗ. На конец июля 2012 года созвездие Глонасс имело 31 ИСЗ, из которых были действующими. Временно выведены на техническое обслужи вание 4 ИСЗ. Один ИСЗ находился на этапе лётных испытаний, а 4 ИСЗ составляли орбитальный резерв. Таким образом, СРНС Гло насс по количеству действующих спутников и по их эксплуатацион ным возможностям уступают созвездию СРНС Навстар GPS. Но нель зя забывать о двойном назначении любой СРНС. С позиции военного применения СРНС Глонасс намного предпочтительнее СРНС Навстар GPS. Причина этого заключается в высокой помехоустойчивости час тотного разделения сигналов с СРНС Глонасс. Две войны в Ираке и военные действия в Югославии подтвердили крайне низкую помехо устойчивость кодового разделения сигналов СРНС Навстар GPS. По пытки создать закрытые помехоустойчивые коды военными разработ чиками США практически не привели к положительным результатам, что наглядно продемонстрировала GPS-атака КНДР против Республи ки Корея с конца апреля по начало мая 2012 года [5]. Неудачи в разра ботках помехоустойчивых кодов в США является ещё одной причи ной затягивания процесса построения спутников GPS нового поколе ния. Поэтому полный переход СРНС Глонасс на кодовое разделение сигналов создаёт прямую угрозу национальной безопасности России.

Уже не секрет, что перевод Глонасс на кодовое разделение происхо дил не без участия США. Автор статьи [7] открыто рассказывает о не удачных попытках в октябре 1989 года склонить прежнее руководство СРНС Глонасс к переводу системы на кодовое разделение. С позиции сегодняшнего дня представляется более целесообразным, чтобы мо дернизированные спутники СРНС Глонасс излучали навигационные сигналы с кодовым разделением для гражданских потребителей и продолжали транслировать сигналы с частотным разделением для российских военных. Тогда можно увеличить коммерсализацию сис темы Глонасс при сохранении её высокой помехоустойчивости в кри зисных ситуациях.

СРНС Галилео, создаваемая Европейским Союзом, тем более не может быть в ближайшие годы признана конкурентом американской СРНС Навстар GPS. Идея создания системы восходит к 1999 году.

Решение о начале работ над проектом Галилео принято 26 мая года. Два первых экспериментальных спутника GIOVE-A и GIOVE-B выведены в космос в 2005 году и в 2008 году соответственно. 21 ок тября 2011 года запущены одним стартом два первых рабочих спут ника созвездия. На 28 сентября 2012 года намечен запуск ещё трёх спутников. По своим функциональным возможностям ИСЗ Галилео превосходят ИСЗ Навстар GPS серии Block IIF. Спутники СРНС Га лилео оснащаются водородными эталонами частоты, точность кото рых в три раза выше точности эталонов спутников СРНС Навстар GPS.

Объявленная точность определения плановых координат должна быть не хуже 1 м. Тем не менее, о Галилео, как о спутниковой радионави гационной системе, можно говорить только после того, как её созвез дие будет содержать не менее 18 спутников.

Реальную угрозу доминированию США в области спутниковых навигационных технологий представляет СРНС Компас Китая. В кон це 2011 руководство КНР объявило о начале работы региональной подсистемы СРНС Компас. Кроме того, в космосе уже работают три ИСЗ из созвездия глобальной составляющей системы. До конца года в КНР запустят ещё 6 таких спутников. Полностью развернуть глобальную подсистему предполагается завершить уже в 2014 году.

О спутниках СРНС Компас сведений мало в силу традиционной за крытости Китая. Но известно, что их технические характеристики и функциональные возможности близки к спутникам СРНС Галилео, так как учёные и инженеры Китая долгое время работали в содруже стве с разработчиками СРНС Галилео. Следовательно, к концу года будет работать СРНС, превосходящая СРНС Навстар GPS. По скольку геодезические системы СРНС Компас и Галилео близки, то по мере наращивания созвездия Галилео появится объединённая СРНС, содержащая не менее 50 навигационных ИСЗ, качество кото рых будет превосходить американские Block IIF.

Администрация США уже осознало наступление угрозы и наме тило ряд мероприятий по модернизации своей СРНС. Плоды этих усилий появятся нескоро. Пока же руководство СРНС Навстар GPS поддерживает своё превосходство поддержанием большого числа действующих спутников. Поэтому 2011 год в истории СРНС Навстар GPS надо рассматривать в качестве отправного после осознания ре альности брошенного вызова Китаем. Цель данной статьи заключает ся в анализе характеристик космического сегмента СРНС Навстар GPS в 2011 году с тем, чтобы в дальнейшем можно было сравнивать их с результатами модернизации.

Минувший 2011 год был особенным для СРНС Навстар GPS.

В предшествовавшем ему 2010 году началось выполнение программы “Expandable 24” (E24), предпринятой для перестановки спутников со звездия СРНС Навстар GPS. Первая фаза программы длилась с августа 2010 года по январь 2011 года. В ходе первой фазы реконфигурации в новые рабочие точки орбит были перемещены три спутника SVN24/PRN24, SVN26/PRN26 и SVN49/PRN01. Спутник SVN49/PRN занял своё новое место 18-го января 2011 года. Во второй фазе, которая закончилась в июне 2011 года, подверглись незначительному перемеще нию ещё три спутника. Ими были SVN46/PRN11, SVN55/PRN15 и SVN56/PRN16. 15-го июня 2011 года Министерство обороны США объ явило о завершении программы “Expandable 24”. С июня 2011 года чис ло одновременно наблюдаемых спутников стало распределяется в тече ние суток более равномерно.

Следует напомнить об обозначениях спутников, принятых в сис теме Навстар GPS. Аббревиатура SVN (Satellite Vehicle Number) означа ет заводской номер спутника. Этот номер присваивается спутнику в мо мент его закладки на заводе-изготовителе и никогда не меняется. Зачас тую SVN совпадает с порядковым номером запущенного спутника сис темы Навстар GPS. Но иногда возникают ситуации, когда очередной спутник не готов к выводу в космос, а вместо него запускается спутник со следующим заводским номером. Сокращение PRN (Pseudo Random Number) является номером псевдошумовой дальномерной кодовой по следовательности. В системе Навстар GPS их предусмотрено 37 от 01 до 37. Первые 32 последовательности присваиваются спутникам, а осталь ные – псевдоспутникам. Каждый спутник системы Навстар GPS спосо бен излучать любую из 32 кодовых последовательностей. Более того, по командам с Земли спутник может переключиться на трансляцию иной последовательности. Тогда этому спутнику присваивается другой PRN.

В процессе своей эксплуатации таких переключений может быть не сколько. Центр управления системой следит, чтобы в космосе не было спутников, транслирующих одинаковые кодовые последовательности.

Поэтому PRN является оперативным номером спутника.

В 2011 году 16 июля был запущен ИСЗ SVN63/PRN01. Это уже второй спутник серии Block IIF в созвездии СРНС Навстар GPS, кото рый транслирует третью гражданскую частоту L5. В эксплуатацию ИСЗ SVN63/PRN01 введён в 19:53 UTC 14 октября 2011 года. С этого момен та началась трансляция параметров его орбиты в альманахе созвездия.

Спутник рассчитан на непрерывную работу в течение 12 лет. Его энер гоустановка потребляет 2,9 кВт. Он оборудован более точным атомным эталоном времени, что позволяет измерять псевдодальности до него с погрешностями порядка ±0,9 м. Поначалу на нём был включён цезие вый эталон частоты, у которого обнаружились отклонения от требуемых параметров. Поэтому с 5 октября по команде с Земли произошло пере ключение на рубидиевый эталон.

Спутник SVN49/PRN01 хоть и участвовал в реконфигурации, но для гражданских потребителей он в 2011 году был недоступен, то есть к разряду действующих не относился. С запуском спутника SVN63 спут ник SVN49 уступил ему свой оперативный номер PRN01.

10 августа 2011 года с 20:00 UTC надолго был выведен из экс плуатации SVN27/PRN27, запущенный ещё 9 сентября 1992 года, и вве дённый в эксплуатацию 30 сентября 1992 года. Спутник относится ко второму поколению ИСЗ СРНС Навстар GPS Block IIA, и к моменту вы вода из эксплуатации он проработал 9 лет. Вновь его ввели в строй в 22:38 UTC 16 декабря 2011 года.

Спутник SVN24/PRN24, выведенный в космос 4 июля 1991 года и приступивший к трансляции навигационных сигналов 30 августа года, окончательно прекратил трансляцию в 14:37 UTC 30 сентября года. У него обнаружились неполадки, и 4 ноября 2011 года после 20 лет работы в космосе он официально выведен из состава СРНС Навстар GPS.

Его рабочую точку занял SVN63/PRN01. Его оперативный номер PRN24 в 2012 году присвоили частично введённому в эксплуатацию спутнику SVN49.

Спутник SVN30/PRN30, выведенный в космос 12 сентября года и начавший трансляцию навигационных сигналов 1 октября года, 13 мая 2011 года в 20:35 UTC был переведён в разряд нерабочих.

20 июля было объявлено о переводе его в резерв в точке B1-F.

Спутник SVN35/PRN05 не работал с 26 марта 2009 года. 16 авгу ста 2011 года в 20:45 UTC он был активирован и вошёл в число дейст вующих спутников как SVN35/PRN30 вблизи рабочей точки B1-F.

Нормальная эксплуатация созвездия любой СРНС связана с необ ходимостью периодического отключения передатчиков спутников для проведения регламентных работ и манёвров по коррекции орбит или по перемещению спутников в новые рабочие точки. Опорные цезиевые эталоны частоты спутников нуждаются в профилактиках дважды в год.

Продолжительность таких работ составляет в среднем 18 часов. Обычно раз в год орбиты спутников подвергаются коррекции. Коррекция вы полняется манёвром скоростью спутника, называемым Delta-V (DV).

Манёвр DV может длиться 12 часов. Понятно, что в это время спутник полностью отключает свои передатчики, транслирующие навигацион ные сигналы. Такие перерывы в работе спутников планируются заранее.

Кроме того, могут возникать внезапные отключения спутников. Так, PRN10 неожиданно прекращал модуляцию несущих 28 января и 7 мая 2011 года.

О том, в каком состоянии находится каждый спутник созвездия СРНС Навстар GPS, судят по информационному бюллетеню находя щихся в эксплуатации спутников – GPS Operational Advisory (AO).

Такой бюллетень составляется ежедневно и распространяется по элек тронной почте бесплатно любому желающему лицу или организации.

Автор данной статьи получает бюллетень из Навигационного центра Береговой Охраны США ежедневно. Все изданные ранее бюллетени хранятся в архиве Навигационного центра и доступны на бесплатной основе по Интернету. Формат бюллетеня регламентируется докумен том [8]. Бюллетень от 31 декабря 2011 года представлен ниже в каче стве примера.

GPS OPERATIONAL ADVISORY SUBJ: GPS STATUS 31 DEC 1. SATELLITES, PLANES, AND CLOCKS (CS=CESIUM RB=RUBIDIUM):

A. BLOCK I : NONE B. BLOCK II: PRNS 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, PLANE : SLOT D2, D1, C2, D4, E3, C6, A4, A3, A1, E6, D5, B4, F3, F CLOCK : RB, RB, CS, RB, RB, RB, RB, CS, CS, CS, RB, RB, RB, RB BLOCK II: PRNS 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 28, PLANE : SLOT F2, B1, C4, E4, C3, E1, D3, E2, F4, B2, F5, A6, B3, C CLOCK : RB, RB, RB, RB, RB, RB, RB, RB, RB, RB, RB, CS, RB, RB BLOCK II: PRNS 30, 31, PLANE : SLOT B5, A2, E CLOCK : RB, RB, RB 2. CURRENT ADVISORIES AND FORECASTS :

A. FORECASTS: FOR SEVEN DAYS AFTER EVENT CONCLUDES.

NANU MSG DATE/TIME PRN TYPE SUMMARY (JDAY/ZULU TIME START - STOP) B. ADVISORIES:

NANU MSG DATE/TIME PRN TYPE SUMMARY (JDAY/ZULU TIME START - STOP) 2011105 162242Z DEC 2011 27 USABINIT 350/2238-/ C. GENERAL:

NANU MSG DATE/TIME PRN TYPE SUMMARY (JDAY/ZULU TIME START - STOP) 2011101 092125Z DEC 2011 GENERAL /-/ Справа в верхней строке бюллетеня указывается юлианский день текущего года, на который составлен данный бюллетень. Ниже стоит соответствующая ему дата по UTC. Бюллетень состоит из двух частей. В части 1 (satellite, plans and clocks) приводятся PRN номера всех дейст вующих спутников, рабочие точки их орбит и используемый в данный момент цезиевый или рубидиевых эталон частоты. Например, спутник PRN03 находился 31 декабря 2011 года в рабочей точке 2 орбиты С и использовал цезиевый эталон частоты. Видно, что PRN24 31 декабря в списке отсутствует. Часть 2 бюллетеня состоит из трёх разделов A,B и C, в которых содержатся извещения потребителям системы Навстар GPS – NANU (Notice Advisory to Navstar Users). В раздел А вносятся NANU о планируемых изменениях в работе того или иного спутника. Раздел В содержит те NANU, по которым происходят действия со спутниками, сопровождаемые временным выводом спутника из эксплуатации (ма нёвр скоростью, переключение эталона частоты, тестирование и т. д.) или извещения о внезапном выходе спутника из строя. Раздел С отведён для извещений общего характера (запуск нового спутника, вывод спут ника из созвездия, принятие бегущей секунды и т. д.). Ниже приведены примеры NANU 2011003 о планируемом манёвре скоростью спутника PRN15 и NANU 2011005 о выполнении этого манёвра.

NOTICE ADVISORY TO NAVSTAR USERS (NANU) SUBJ: SVN55 (PRN15) FORECAST OUTAGE JDAY 010/1830 - JDAY 011/ 1. NANU TYPE: FCSTDV NANU NUMBER: NANU DTG: 042203Z JAN REFERENCE NANU: N/A REF NANU DTG: N/A SVN: PRN: START JDAY: START TIME ZULU: START CALENDAR DATE: 10 JAN STOP JDAY: STOP TIME ZULU: STOP CALENDAR DATE: 11 JAN 2. CONDITION: GPS SATELLITE SVN55 (PRN15) WILL BE UNUSABLE ON JDAY (10 JAN 2011) BEGINNING 1830 ZULU UNTIL JDAY 011 (11 JAN 2011) ENDING 0630 ZULU.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.