«Маршрут построен!» – сообщает автомобильный навигатор. Такой цифровой сервис по поиску пункта назначения на карте и оптимального пути до него – давно стал привычным для водителей и путешественников. Навигационные устройства получили широкое распространение благодаря развитию спутниковой навигации до глобального уровня. В 1970-х годах, когда наши специалисты приступили к проектированию системы ГЛОНАСС, о таких благах цивилизации можно было только мечтать. Первому запуску навигационных космических аппаратов нового поколения предшествовала большая кропотливая работа с научными обоснованиями и многочисленными расчётами.

ПРОБЛЕСК «МОЛНИИ»

К началу работы над системой ГЛОНАСС уже почти десять лет на низких орбитах кружили отечественные навигационные спутники первого поколения. «Циклоны» и «Циклоны-Б» давали координатометрическую информацию и связь для морских судов. Следующий аппарат «Цикада», запущенный в 1976-м, был чисто навигационным.

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» («ИСС»), имеющая опыт разработки координатометрических космических аппаратов, получила задание на разработку новой навигационной спутниковой системы. Было рассмотрено несколько вариантов. Один из них предполагалось развивать на высокой эллиптической орбите, а за основу аппарата взять платформу наших «Молний». Плюс в том, что платформа была квалифицирована, а вывод спутников на высокий эллипс хорошо освоен. Минус – то, что, как показали расчёты, точность навигационных определений у такой системы была бы не удовлетворяющей новым требованиям заказчиков. В итоге, вариант с «Молниями» был отвергнут…

ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА

Ареной для развёртывания глобальных навигационных спутниковых систем стали наклонные круговые орбиты высотой до 20 тысяч километров.

Первыми по этому пути пошли американцы, которые, кстати, ещё в 1957 году в ходе триумфального запуска первого искусственного спутника Земли наблюдали исходящий от него сигнал и обратили внимание на эффект Доплера. Частота сигнала увеличивалась при приближении ИСЗ-1 и уменьшалась при его отдалении. Поэтому, оказалось, что зная свои координаты, можно выяснить положение и скорость спутника. В свою очередь, зная положение спутника, можно определить скорость и координаты любого объекта.

Эффект Доплера используется в низкоорбитальных спутниковых навигационных системах. Но низкоорбитальные аппараты быстро уходили за горизонт, и тогда связь с ними терялась. Соответственно, необходимо было ждать следующего сеанса связи с одним из аппаратов. Таким образом, возникла идея поднять группировку с 1000 км значительно выше. А наращивание количества спутников (24 вместо четырёх) позволило сделать навигационное обеспечение не только круглосуточным, но и повсеместным.

С АКЦЕНТОМ НА ПОЛЮС

Нашу страну интересуют, прежде всего, собственные широты. А они, как известно, простираются и далеко за полярный круг. Поэтому в ходе разработки ГЛОНАСС большое внимание уделялось положению спутников на орбите. Оптимальный охват высокоширотных областей был предусмотрен общей структурой орбитальной группировки, в которой 24 аппарата равномерно распределены по трём плоскостям, а также их орбитальным наклонением – 64,8 градуса.

Каждый спутник совершает оборот вокруг нашей планеты за 11 часов 15 минут и 44 секунды. Таким образом, в любой период времени над горизонтом находятся до восьми космических аппаратов. При этом максимальное их количество наблюдается именно в высокоширотных областях. Между тем, чтобы с высокой точностью определить свои координаты, пользователю достаточно поймать сигналы от четырёх спутников ГЛОНАСС. В любом месте планеты и в любое время. Также построение орбитальной группировки обеспечило стабильность её структуры за счёт исключения влияния резонансных возмущений от Солнца и Луны.

Определение параметров орбитальной структуры системы ГЛОНАСС, а также требований к её элементам производилось математическим моделированием навигационного поля по критериям его глобальности, точности и доступности. Разработка моделей, проведение расчётов и анализ результатов моделирования были проведены специалистами нашего предприятия.

ВО ГЛАВЕ СИСТЕМЫ

Космические аппараты «Глонасс» разрабатывались в НПО прикладной механики (ныне – «ИСС»). Изготовление же, в связи с большой загруженностью предприятия, было передано в Омск – Производственному объединению «Полёт». Генеральным конструктором навигационной системы был назначен руководитель НПО ПМ Михаил Фёдорович Решетнёв. Ведущим конструктором по навигационному космическому аппарату и системе в целом от предприятия был Евгений Николаевич Григорьев, а его заместителем по выпуску конструкторской документации, изготовлению и заводским испытаниям спутников в ПО «Полёт» – Роберт Николаевич Албутов.

Для создания системы ГЛОНАСС были объединены 68 предприятий промышленности, научно-исследовательских учреждений и академических организаций, включая общесоюзную и три республиканских Академий наук.

ПЕРВОПРОХОДЕЦ

Разработка первого спутника новой навигационной системы была сопряжена с внедрением множества передовых технических решений. Для обеспечения возможности группового запуска необходимо было снизить массу космического аппарата. Так система терморегулирования на «Глонассе» стала легче втрое по сравнению с предыдущими образцами. Впервые при создании космического аппарата была поставлена и решена задача обеспечения стабильности до 1°C температуры газа в гермоконтейнере, отчего напрямую зависела точность хода бортовых атомных часов и, соответственно, точность образуемого спутниками радионавигационного поля.

Масса космического аппарата «Глонасс» составила 1450 кг. Гарантированный срок службы – три года. Но многие спутники этой серии отработали в полтора раза дольше.

«Глонассы» позволили определять не только две плановые координаты – широту и долготу, но также высоту над уровнем моря, скорость и направление движения объекта.

ОРБИТАЛЬНЫЕ ТРУЖЕНИКИ

Запуск первого космического аппарата системы ГЛОНАСС состоялся 12 октября 1982 года. В тот день ракета-носитель «Протон-К» с Байконура вывела в космос вместе со штатным спутником два габаритно-весовых макета. При помощи макетов специалисты отрабатывали, доводя до совершенства, схему отделения аппаратов от разгонного блока «ДМ». Это было вызвано тем, что для создания и дальнейшего поддержания многоспутниковой группировки изначально предполагалось выводить по три космических аппарата на одной ракете-носителе.

Так запускались на орбиту спутники «Глонасс» в 1980-2000 годы и модернизированные аппараты «Глонасс-М» (с 2003 года). После завершения в 2011-м формирования навигационной орбитальной группировки её пополнение производилось преимущественно одиночными запусками – для поддержания системы.

В настоящее время орбитальная группировка, помимо «Глонасс-М», включает в себя три космических аппарата следующего поколения «Глонасс-К». Кроме целевой аппаратуры они оснащены ретранслятором Международной системы поиска и спасания аварийных судов КОСПАС-САРСАТ.

Спутники системы ГЛОНАСС исправно работают, чтобы люди на земле, на воде и в воздухе могли получать необходимую координатно-временную информацию и различные сервисы на её основе. При этом за 40 лет существования системы точность навигационных определений повысилась кратно, а доступность услуг спутниковой навигации обеспечила множество их новых применений – от инженерно-строительных работ и «умных остановок» до беспилотной доставки грузов и точного земледелия.

Источник:  https://www.iss-reshetnev.ru/media/newspaper/newspaper-2022/newspaper-560.pdf