GPS.  Материалы к урокам. Вместо компаса.

 
Монополия США на услуги спутниковой навигации для гражданских нужд может быть разрушена. Европейцы приступили к строительству своей системы Galileo, а российские военные пытаются реанимировать ГЛОНАСС.В конце декабря с космодрома Байконур ракета "Протон" должна вывести на орбиту три космических аппарата "Ураган" для пополнения орбитальной группировки российской навигационной системы ГЛОНАСС. Впервые за многие годы военные делают реальные шаги, чтобы реанимировать свою спутниковую навигационную систему. В случае удачи это может привести к радикальному изменению ситуации на мировом рынке услуг спутниковой навигации.

Американская монополия

Суть систем глобального позиционирования (Global Positioning Systems, GPS) достаточно проста. Космические аппараты располагаются таким образом, чтобы каждая точка Земли в любой момент времени оказывалась в зоне обозрения минимум трех спутников. На спутниках монтируются приборы, которые излучают в сторону Земли специальные навигационные сигналы. Приемные устройства на земле или в воздухе принимают сигналы сразу с нескольких спутников и определяют координаты в трехмерной системе. Происходит это как для статического объекта, так и для движущегося. Таким образом, любой человек или транспортное средство, оснащенные таким прибором, могут в любой точке Земли и околоземного пространства с высокой точностью определить не только собственные географические координаты, но и скорость движения, а также узнать точное время. Устройства определяют местонахождение объекта с точностью до 10-20 метров.

Впервые идея создания таких систем пришла в голову военным в разгар холодной войны. В итоге в небе появились спутники двух различных систем глобального позиционирования - российской ГЛОНАСС, детища Министерства обороны, контроль над которой осуществляется Управлением космических средств РВСН, и американской Navstar, которая является результатом деятельности Пентагона. Обе системы существуют уже почти два десятилетия, с начала 80-х годов, базируются на одних и тех же принципах и примерно с одинаковой точностью определяют координаты. Но по своему техническому состоянию они резко отличаются друг от друга.ГЛОНАСС была развернута до рабочего состояния в 1995 году, после чего началась ее неуклонная деградация. По единодушному мнению специалистов и пользователей, сейчас она практического значения не имеет - в системе должно быть 24 спутника. В настоящее время, согласно компьютерному бюллетеню КНИЦ МО РФ, работают только семь. По словам Олега Помогаева, технического директора московской компании "Навгеоком", занимающейся поставкой геодезического и навигационного оборудования, "ситуация осложняется тем, что спутники, которые в идеале должны равномерно распределяться в нескольких орбитальных плоскостях, присутствуют только в двух из них". В результате средняя доступность навигации по ГЛОНАСС составляет полтора-два часа в сутки. Именно столько времени в любой случайно выбранной точке земного шара будут видны как минимум три спутника, что позволит надежно определить координаты на плоскости. Все остальное время количество доступных спутников колеблется от одного до двух. В таком виде система смысла не имеет.

Этот прискорбный факт приводит к тому, что американская Navstar является, по сути, мировым монополистом. Поэтому под аббревиатурой GPS в мире принято подразумевать Navstar. У Пентагона имеется в наличии полное созвездие из 24 спутников, причем с 1989 года производится запуск спутников нового поколения. Сейчас все космические аппараты отлично работают.По некоторым оценкам, в создание Navstar за все время было вложено около 12 млрд долларов. И в какой-то момент прагматичные американцы почуяли, что их система, созданная военными и для военных, может принести заметную финансовую отдачу. Так, в одном из докладов комитета по военным услугам сената США в 1994 году говорилось буквально следующее: "Очевидно, что GPS обладает потенциалом, позволяющим революционизировать перемещение товаров и людей по всему миру.

Гражданская и коммерческая эксплуатация GPS вскоре может превысить военную составляющую, что приведет к значительному увеличению продуктивности и повысит безопасность во всех секторах транспорта". Так, собственно, в скором времени и произошло. Россияне же никогда не задумывались о коммерческом использовании своей системы. Целью ГЛОНАСС, согласно заявлению правительства РФ от 29 марта 1999 года, является "укрепление мер доверия и открытости в международных отношениях, поддержание международной стабильности, расширение научно-технических связей между государствами". Как видно из текста, ни одна из продекларированных целей не призвана приносить деньги, а наоборот, подразумевает затраты на мифическое "международное сотрудничество".

А областей для гражданского использования системы GPS оказалось много. Авиаторы и моряки с помощью GPS-приемников значительно повышают степень безопасности навигации, геодезисты экономят значительные средства и улучшают точность и качество работ. Еще одна сфера, где переоценить значение GPS сложно, это сейсмология. По сообщению сайта membrana.ru, Японский географический институт (Japan`s Geographical Survey Institute) осуществляет сейчас проект предупреждения землетрясения при помощи тысячи GPS-датчиков, размещенных на расстоянии 15 миль друг от друга в сейсмоопасной зоне. Недавно с помощью этой системы были зафиксированы аномальные колебания в районе Нагои.

Частные лица также могут получить от GPS массу преимуществ - для индивидуальной навигации обычно используются сотовый телефон или карманный компьютер со встроенным GPS-чипом. Очень популярны автомобильные навигационные системы, которые, в частности, позволяют экономить в Европе в среднем около 50% времени, необходимого для того, чтобы попасть из точки А в точку Б (особенно если эти точки в разных странах), снижают степень усталости водителей и помогают экономить топливо.

Европа жаждет космической независимости

С каждым годом популярность GPS растет: в прошлом году рынок GPS-продуктов и услуг составил 11,6 млрд долларов, а к 2005 году достигнет 20 млрд. В Европе рынок услуг, связанных с позиционированием и навигацией, оценивается, по словам комиссара Еврокомиссии по энергетике и транспорту Лойолы де Паласио, примерно в 10 млрд евро в год. Именно эта цифра стала основной причиной того, что европейцы, вложившие в продукты и услуги, связанные с точным определением географических координат, значительные средства и создавшие на их базе целую индустрию, решили строить свою спутниковую навигационную систему Galileo. Начало ее эксплуатации намечено на 2008 год. Общие расходы на программу составят около 3,6 млрд евро, при этом 1,1 млрд евро будет израсходовано до 2005 года. Средства будут получены от Европейского космического агентства и из бюджета ЕС. Недавно к амбициозным планам европейцев присоединился Китай, что сразу снизило вероятность неудачи проекта из-за нехватки средств.Кроме экономических причин в проекте Galileo есть и политический мотив. "Ольга, - проникновенно говорил мне министр одной крупной европейской страны, закусывая устрицами вторую кружку бельгийского пива и одновременно с интересом пересчитывая цены из меню, указанные в евро, в привычные ему дензнаки, - если Европа хочет быть самостоятельной, она обязана проявлять активность в области космических технологий. Мы не можем зависеть от кого-либо в этом вопросе, это неразумно. Более того, это чревато". Он почти слово в слово повторил мнение, высказанное в свое время другим европейским политиком, бывшим премьер-министром Швеции Карлом Билдтом, который утверждал, что, если Европа хочет, чтобы США воспринимали ее всерьез, она должна продемонстрировать волю и изыскать возможности расширения своего присутствия в космосе.

Безусловно, они правы. Создав многомиллиардную индустрию, целиком и полностью зависящую от практически неподконтрольной им военной системы другой страны, европейцы поставили себя в сложное положение. И дело не только в том, что она может быть отключена в любой момент и это приведет к огромному количеству навигационных ошибок, но и в том, что точность определения координат системой Navstar находится целиком в руках американского военного ведомства. Пару лет назад тогдашний президент США Билл Клинтон торжественно объявил об отключении так называемого селективного доступа, при котором точность определения координат в системе Navstar искусственно занижалась. Занижение точности должно было предотвратить использование GPS "потенциальными противниками США". Отмена селективного доступа была вызвана в основном тем, что появился простой и оригинальный способ избавляться от искажений, искусственно генерируемых в системе Navstar. Этот метод предусматривал использование специальных GPS-приемников, называемых дифференциальными, которые получали поправки со станций, расположенных в местах, координаты которых были определены с большой точностью, по обычному радиоканалу. Точность дифференциальных GPS-приемников была такова, что смысла искусственно создавать помехи не осталось. Тем не менее включить такие помехи снова ничего не стоит, а инфраструктура, генерировавшая поправки, неизбежно потеряла в разветвленности и эффективности за время вынужденного простоя.

Европейская же Galileo заранее создается таким образом, чтобы контроль над ней был размытым и не принадлежал какой-либо одной стране или организации. Кроме того, Galileo - система сугубо гражданская: из ее военных целей Европейский парламент назвал только одну - поддержка миротворческих операций. Еще одним отличием Galileo станет то, что ее спутники будут расположены таким образом, чтобы обеспечивать покрытие северных территорий Европы, что Navstar и ГЛОНАСС делают недостаточно эффективно.Тем не менее изоляционизма не будет: ожидается, что Galileo сможет работать как независимо, так и совместно с Navstar и ГЛОНАСС. В состав Galileo войдет 30 спутников. Точность определения координат системой планируется в пределах одного метра.

Пентагон и госдепартамент США в свое время приложили немало усилий, пытаясь убедить европейцев отказаться от их грандиозных планов. Основных аргументов у Америки было два. Первый заключался в том, что мощности Navstar на сегодняшний день вполне достаточны для всех, в том числе и для европейских союзников США. Второй аргумент Пентагона - система Galileo в будущем может быть использована против стран Запада. У Пентагона тоже возникла проблема - так же, как европейцам не нравится, что они не могут контролировать Navstar, американцам не дает спать спокойно тот факт, что они не смогут контролировать Galileo. Особенно после того, как в игру вступил Китай.

Выживет ли ГЛОНАСС?

В России беспокойство о том, что "GPS могут отключить в любой момент", тоже присутствует, но гораздо в меньших масштабах, чем в Европе. Во-первых, GPS у нас далеко не так обширно используется, для чего есть как объективные причины, так и законодательные ограничения. И во-вторых, у нас все-таки есть ГЛОНАСС. Какой никакой, но свой, суверенный. Причем в ближайшие годы его состояние может резко улучшиться.

В сентябре прошлого года Минфин выделил деньги на программу развития ГЛОНАСС, рассчитанную до 2011 года. Общий объем финансирования федеральной целевой программы "Глобальная навигационная система" на 2002-2011 годы запланирован в размере около 750 млн долларов, причем через "Росавиакосмос" будет профинансировано 37,9% стоимости программы, через Минобороны - 44,9%, РАСУ - 9,3%, Минтранс - 6,1%, "Роскартографию" - 1,6%, через Министерство промышленности, науки и технологий - 0,1%.

По словам военных, "продвижение к лучшему началось в 2002 году, а в 2011 году у нас будет все". В Министерстве обороны проявляют оптимизм, проводят тендеры и ожидают перелома в 2005-2007 годах. В "Росавиакосмосе" перспективы развития ГЛОНАСС тоже оценивают в самых радужных тонах, несмотря на то что из запланированных на 2002 год 1999 млн рублей было выделено только 1645 млн. "Мы активно ищем пути, позволяющие выполнить программу этого года в полном объеме. Никаких предпосылок того, что программа не будет выполнена, нет", - заявил "Эксперту" заместитель генерального директора "Росавиакосмоса" Георгий Полищук.

Между тем есть несколько тревожных факторов. Легко заметить, что бюджет ГЛОНАСС в пять раз меньше, чем Galileo. Более того, согласно планам европейцев, Galileo будет в пять раз точнее ГЛОНАСС: точность определения координат последней в лучшем случае составит около пяти метров (сейчас 10-20 метров), а Galileo - один метр. Отставание ГЛОНАСС в деле точности определения координат неудивительно. Ведь те спутники, которые сейчас находятся в космосе, и те "Ураганы", которые в конце декабря прибудут на Байконур, разработаны два десятилетия назад. Новые будут испытываться только в 2004 году.

Ощущается серьезный недостаток в приемниках навигационной информации. "Сейчас у нас есть приемники, собранные исключительно из российских комплектующих, - говорит Сергей Имшенецкий, главный инженер ГУП 'Аэрогеодезия-191', - но без слез смотреть на них нельзя. И работают они очень нестабильно".Есть и другая причина, по которой вся активность Министерства обороны в области ГЛОНАСС не имеет пока для россиян никакого практического значения. Дело в том, что мало кому из нас будет полезно знать, на каком именно градусе северной широты и восточной долготы он находится. Для того чтобы пользоваться навигационной системой, нужны подробные карты. И с этим возникают огромные проблемы. Согласно Закону о государственной тайне, карты масштаба 1:50 000 (в 1 см – 500 м) и подробнее считаются материалами для служебного пользования, а 1:25000 являются секретными. Для навигации же в городах Западной Европы, например, обычно используются карты масштаба 1:5 000 максимум. Но это еще не все. В России можно определять координаты с точностью минимум 100 метров. Координаты объектов, определенные с точностью от 100 до 30 метров, проходят с шифром "Для служебного пользования", а определенные точнее 30 метров - секретны.

В таких условиях ни о какой современной навигации речи быть не может. Особенно это касается таких традиционных потребителей услуг в области точного позиционирования, как воздушный и морской транспорт.Некоторое время назад группа ведущих российских специалистов в области аэронавигации даже подготовила открытое письмо Михаилу Касьянову, в котором говорилось, что внутреннее российское законодательство не дает возможности выполнять требования ИКАО по уровню безопасности пилотирования. В соответствии со стандартами ИКАО, членом которой является Россия, точность определения отдельных аэронавигационных ориентиров должна составлять 0,5 метра. У геодезистов и строителей свои проблемы: из-за невозможности точной привязки к местности два конца трубы, предназначенные для состыковки, иногда расходятся на десятки метров, хотя, по идее, должны бы совпадать.

В условиях принадлежности ГЛОНАСС Министерству обороны коммерческое использование системы весьма туманно. По большому счету, сейчас российским военным ГЛОНАСС не нужен - во всей российской армии едва насчитывается тысяча навигационных приемников. Более того, даже если все будет развиваться так, как запланировано согласно программе "Глобальная навигационная система", к 2011 году ГЛОНАСС будет не нужен не только российским военным, но и всем остальным: доведение орбитальной группировки ГЛОНАСС до полного созвездия намечено на 2006-2007 годы, а первые спутники Galileo поднимутся в небо в 2004-м. После чего фактор американского монополизма, который в настоящее время беспокоит многих, исчезнет. Три независимые навигационные системы на мир - это, по мнению некоторых экспертов, уже перебор.

Тем не менее шанс сделать из ГЛОНАСС коммерческий продукт остается. Пока российская полурабочая навигационная система находится куда более в выгодном положении, чем Galileo, которая существует только на бумаге. По программе возрождения ГЛОНАСС, ежегодно планируется осуществлять два-три запуска ракет-носителей, на каждой из которых в космос будут выводиться по два-три космических аппарата. Таким образом, до 2006 года в космосе может быть развернута орбитальная группировка из 18 спутников. А дальше остается только договориться с военными.

Глобальные спутниковые системы навигации

       Год запуска системы Количество спутников по проекту Кол-во спутников на орбите в настоящее время Точность

      Navstar1978 24 27 10-20 м

      ГЛОНАСС1982 24 8 10-20 м; 5 м*

      Galileo2008 30 0 1 м

      *После реализации ФЦП "Глобальная навигационная система".

Ольга Блинкова

Эксперт, #46 (353) от 9 декабря 2002

Европа будет создавать собственную систему GPS 26 мая 2003 года правительства европейских стран приняли решение о начале долгосрочной спутниковой программы Galileo, которая рассматривается как конкурент американской системы GPS. В распространенном Европейским космическим агентством (ЕКА) заявлении говорится, что соглашение, достигнутое между странами-участниками - Норвегией, Швейцарией и 15 государствами Европейского Союза, не считая Грецию и Люксембург - окончательно закрепляет условия их участия в проекте.

Система Galileo, основой которой станут 30 спутников, размещаемых на трех круговых орбитах, потребует создания около 140 тысяч рабочих мест. Представители США уже подвергли критике планы по созданию системы, назвав ее излишней. По заявлениям ЕКА, система Galileo, которая, как планируется, начнет работу к 2008 году, будет гражданской системой и послужит дополнением к существующей американской системе GPS.

Представители ЕС заявили, что программа Galileo имеет большое значение для европейской космической промышленности. Ожидается, что она позволит предоставлять услуги по глобальному определению местоположения для нужд транспорта, безопасности и досуга. Проект неоднократно задерживался, сначала из-за скептического отношения со стороны Великобритании, Германии и Нидерландов к необходимости создания системы, а затем из-за споров между странами-участниками ЕКА. ЕКА является независимой от ЕС организацией, которая координирует европейские космические программы. В 2002 году проект застопорится из-за борьбы за влияние между Италией и Германией. Затем Испания выступила против соглашения между Италией и Германией, так как оно, по словам испанцев, занижало роль Испании в проекте. "Сознавая экономическую, промышленную и стратегическую важность спутниковой навигации, страны-участники достигли соглашения во имя общего блага", - написал в заявлении Генеральный Директор ЕКА Антонио Родота.

Так называемое совместное предприятие Galileo, штаб-квартира которого будет располагаться в Брюсселе, теперь возьмет на себя разработку и утверждение проекта, а также подготовку системы к развертыванию и эксплуатации. Galileo - это первый проект, который реализуется совместно ЕКА и Европейским Союзом.

Источник: UROKI.NET