Из истории техники
Ю. С. ДУБИНКО, В. Д. КУСКОВ, Б. Г. МОРДВИНОВ, Е. Л. НОВИКОВА, В. М. ПАНТЕЛЕЕВ
ГЛОБАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ И ОСОБЕННОСТИ ИХ РАЗВИТИЯ В США И СССР - РОССИИ
В статье рассмотрены основные этапы истории разработки и создания отечественных («Парус», «Цикада» и ГЛОНАСС) и зарубежных (Transit и GPS) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), а также функциональных дополнений к ним WAAS, EGNOS, MSAS и др. Особое внимание уделено рассмотрению изменений идеологии развития российской системы ГЛОНАСС, происходящих в настоящее время под давлением США, которые лоббируют переход ГЛОНАСС на американские технические стандарты. По мнению авторов настоящей статьи, подобный шаг был бы большой ошибкой, поскольку привел бы к потере Россией возможности в будущем перейти на более прогрессивные методы позиционирования и к тому же лишил бы ГЛОНАСС и связанные с ней организации и фирмы финансовых средств, необходимых для развития.
Ключевые слова: история, разработка, создание, ГНСС, «Парус», «Цикада», Transit, ГЛОНАСС, GPS, функциональные дополнения.
Потребность в технических средствах навигации изначально родилась на морских просторах. Где находится корабль? какова его скорость движения? когда он достигнет пункта назначения? - мореходам прошлого нужно было как-то находить ответы на эти и другие вопросы. Сначала они ориентировались по тому, что видели перед глазами: по цвету воды, направлению полета птиц и движения облаков, перемещению Солнца, Луны и звезд. Но постепенно появлялись нужные морякам инструменты, пособия по мореплаванию и приборы: вначале астролябия, песочные часы, портуланы; затем - карты, таблицы склонения светил, магнитный компас; далее - хронометр, эхолот, радиопеленгатор; уже в наше время - радионавигационные системы различного типа и назначения, и, наконец, венец навигационной техники - глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС).
Их появление совершило революцию в штурманском деле. Сбылась вековая мечта штурманов - в любое время дня и ночи в любой точке мирового океана при любой погоде знать точные координаты своего корабля.
© Ю. С. Дубинко, В. Д. Кусков, Б. Г. Мордвинов, Е. Л. Новикова, В. М. Пантелеев.
ВИЕТ. 2012. № 2. С. 90-107.
Из истории создания отечественной низкоорбитной ГНСС
Отечественная ГНСС первого поколения «Парус» (работы по этой системе получили шифр «Циклон») создавалась усилиями нескольких научных учреждений и производственных предприятий СССР, но особое место среди них принадлежит Научно-исследовательскому гидрографическо-штурманскому институту (НИГШИ) ВМФ, в недрах которого впервые в Советском Союзе родилась идея использования искусственных спутников Земли (ИСЗ) в целях навигации. Первым ее высказал в 1955 г. старший научный сотрудник этого института бывший флотский штурман Вадим Алексеевич Фуфаев 1. Эта идея в СССР была реализована сначала в ГНСС «Парус» и «Цикада», а позже - в системе ГЛОНАСС.
Глобальные навигационные спутниковые системы первого поколения (в СССР - упомянутые «Парус» и «Цикада», в США - Transit) были низкоор-битными (высота - 1000 км, период обращения - 105 мин.), околополярными (наклонение их орбит к плоскости экватора составляло, соответственно, 83 и 90°) и обладали сходными техническими и эксплуатационными характеристиками. Разработка советских ГНСС началась с того, что после запуска в СССР первых спутников в НИГШИ была оперативно создана инициативная группа, которая организовала проведение предварительных исследований по трем направлениям:
- дальномерному методу определения координат (В. А. Фуфаев);
- доплеровскому методу определения координат (В. П. Заколодяжный);
- по определению поправки системы курсоуказания и по угломерным методам определения координат (Е. Ф. Суворов) 2.
В начале 1960 г. сотрудниками НИГШИ с участием ведущих сотрудников НИИ-4 Министерства обороны (НИИ-4 МО) был разработан аванпроект отечественной низкоорбитной ГНСС. Но дальше движение застопорилось.
История создания ГНСС в СССР и США проходила по внешне похожим сценариям, однако в силу политико-экономических различий, ряда организационных, технических и других причин продвижение к цели советской стороны шло значительно медленнее, чем американской. Только после того как в 1963 г. стало известно о введении в эксплуатацию в США системы Transit, 15 января 1964 г. было принято правительственное решение № 8 о создании аналогичной отечественной навигационной спутниковой системы «Циклон».
Главным разработчиком системы стало 0КБ-10, главным конструктором -Михаил Федорович Решетнев. Головной организацией по разработке радиооборудования был назначен НИИ приборостроения (НИИП), а главным конструктором - Михаил Иванович Борисенко. Головная организация по разработке систем связи - НИИ-685, главный конструктор системы связи - Николай Николаевич Несвит. Помимо ученых НИГШИ, вышеперечисленных главного разработчика и головных организаций в научных разработках также принимали активное участие ученые НИИ-4 МО (А. И. Соколов, Ю. А. Моз-
1 Суворов Е. Ф. Летопись зарождения, развития и первых шагов реализации идеи отечественной спутниковой системы (рукопись). Личный архив Б. Г. Мордвинова.
2 Там же, С. 50.
жорин, П. Е. Эльясберг, В. Д. Ястребов, И. А. Артельщиков и др.) и Ленинградской военной инженерной краснознаменной академии им. А. Ф. Можайского (в лице В. С. Шебшаевича) 3.
Эскизный проект экспериментальной системы был закончен в июле 1966 г. В соответствии с ним было принято решение установить элементы экспериментальной системы на измерительных пунктах под Ленинградом и Москвой, на океанографическом судне «Николай Зубов» и на трех подводных лодках - Б-36, Б-73 и Б-88.
Летно-конструкторские испытания системы «Циклон» начались в 1967 г. Для их проведения были запущены вначале «Космос-192» (25 ноября 1967 г.) (между прочим, первый отечественный навигационный космический аппарат (НКА), а затем «Космос-220» (7 мая 1968 г.), «Космос-292» (14 августа 1969 г.) и «Космос-332» (11 апреля 1970 г.).
К лету 1970 г. летно-конструкторские испытания успешно завершились, и 29 июля 1970 г. был подписан акт о завершении испытаний системы, согласно которому она показала следующую точность (при суточном прогнозе эфемерид НКА):
- доплеровская система - 1,5 км;
- дальномерная система - 1,8 км;
- поправка системы курсоуказания - 3-4 угловые минуты.
Подписание акта позволило перейти к опытной эксплуатации системы
«Циклон», состоявшей на тот момент из четырех НКА. А в сентябре 1976 г. состоялось принятие отечественной ГНСС на вооружение под названием «Парус». К этому моменту основные точностные характеристики системы были таковы:
- средняя квадратическая погрешность (СКП) определения координат в море на ходу - в пределах 250 м;
- СКП определения координат в порту на швартовых - в пределах 60 м;
- СКП определения поправки курсоуказания - в пределах 3,5 угловых минут.
При этом длительность обсервации составляла от 6 до 15 мин.
Система была защищена авторским свидетельством № 59171, зарегистрированным 19 октября 1971 г. в Государственном реестре изобретений СССР с приоритетом от 5 мая 1970 г. 4
По техническим характеристикам навигационная спутниковая система «Парус» значительно отличалась от аналогичной американской системы Transit, которая позволяла определять только плановые координаты места. НКА «Парус» в отличие от НКА Transit были оснащены ретранслятором для радиотелеграфной связи подводных лодок и кораблей ВМФ с береговыми пунктами управления и между собой. Связь могла осуществляться как при нахождении абонентов в зонах совместной радиовидимости, так и глобально, но с задержкой связи на определенное время (на время переноса сообщений НКА от одного абонента к другому). Для коррекции корабельной системы
3 Федотов А. В., Доведов Е. С. Краткая история создания спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС // Навигация и гидрография. 1998. № 7. С. 57-60.
4 Суворов. Летопись зарождения... С. 124.
указания курса предназначался специальный дополнительный радиосигнал. Такое увеличение функциональной нагрузки на спутник делало его не только навигационным, но и связным, а создаваемую на его основе спутниковую систему - навигационно-связной спутниковой системой (первой в мировой практике, можно сказать) 5.
Создание системы «Парус» произвело настоящую революцию в отечественной навигации. Впервые суда нашей страны смогли определять с высокой точностью свое местоположение независимо от погоды, времени суток и года в любой точке Мирового океана.
Система «Парус» обслуживала только военных потребителей. Для обслуживания гражданских министерств и ведомств на ее упрощенной основе (с НКА была снята военная навигационная и связная аппаратура) была создана система «Цикада», принятая в эксплуатацию в 1979 г. Она имела в составе орбитальной группировки четыре НКА, в то время как в системе «Парус» орбитальная группировка в разное время состояла из 6-7 НКА. Наземный комплекс управления у них был общим. Позже (в 1980-х гг.) на борту НКА «Цикады» была установлена аппаратура системы спасения «Коспас - Сар-сат» (в печати эту систему иногда образно называли «Надеждой»). Обе эти системы - «Парус» и «Цикада» - успешно функционируют по сей день.
А система Transit была выведена из эксплуатации в 1996 г., после ввода в строй системы GPS.
Из истории создания американской низкоорбитной ГНСС
В США идея использовать спутники для нужд навигации возникла сразу после запуска в СССР 4 октября 1957 г. первого в мире ИСЗ. Изучая радиосигнал, испускаемый последним, У. Г. Гуйер и Дж. К. Виффенбах из Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса (APL) обратили внимание на сильное доплеровское смещение частоты сигнала, излучаемого пролетающим спутником, и разработали компьютерную программу, позволяющую с помощью этого смещения определить параметры орбиты спутника за один его проход. Сотрудник этой же лаборатории Ф. Т. Мак-Клюр понял, что если можно вычислить орбиту спутника с помощью измерений допле-ровского смещения частоты излучаемого им сигнала на наземной станции, то возможен и обра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.