Альтернативные навигационные системы: глобальный разбор современных решений

Альтернативные навигационные системы

Во второй половине XX и начале XXI века бурное развитие радиоэлектроники, технологий космоса и транспорта привело к появлению спутниковых систем навигации. Сегодня они стали важной частью инфраструктуры всего человечества, позволяя точно определять координаты движущихся и стационарных объектов по всему миру. По определению, навигационные системы это комплексные решения, в которые входят технические устройства, специализированное программное обеспечение и целый набор алгоритмов для определения положения в пространстве, а также для управления движением объектов.

Такие спутниковые системы реализуют функции обнаружения и слежения за воздушными судами, кораблями, автотранспортом и даже космическими аппаратами. Принцип их работы основан на вычислении расстояния между приемной антенной пользователя и группой спутников, которые непрерывно передают сигналы, обладая заранее известными координатами.

Любая современная глобальная навигационная система (ГНСС) строится из трех неотъемлемых элементов:

• Космический сегмент: Это орбитальная сеть искусственных спутников, посылающих сигналы по определённым частотам.
• Наземный сегмент: Сюда входит инфраструктура управления - центры слежения, вычислительные станции, прием и корректировка данных о траектории спутников.
• Пользовательский сегмент: Все устройства, такие как навигаторы, смартфоны, планшеты, которые принимают спутниковые сигналы и определяют собственные координаты.

Кроме базовых компонентов, для улучшения точности часто используются дополнительные подсистемы - наземные маяки, информационные радиосервисы для передачи корректирующих сигналов.

Китайская спутниковая система «Бэйдоу» (Beidou)

Создание собственного навигационного комплекса в Китае началось в 1994 году, когда на уровне государства была разработана концепция национальной ГНСС. После остековых экспериментов и трёх промежуточных систем в 2020 году была запущена финальная, полностью глобальная версия «Бэйдоу». Ее мировой ввод в эксплуатацию состоялся 31 июля 2020 года.

На орбите функционирует сейчас 48 спутников данной системы. «Бэйдоу» предоставляет пользователям широкий набор услуг:

• Определение точных координат и времени, управляемого атомными часами,
• Возможность передачи коротких сообщений, как внутри страны, так и по всему миру,
• Высокоточная локализация объетов любого назначения,
• Связь с международной программой поиска и спасения Cospas-Sarsat,
• Оперативная коррекция данных через сеть спутников и наземных сервисов.

Главная особенность комплекса — технологическая автономность: весь производственный и научный цикл от разработки до полетов и производства спутников реализован в КНР. В общей сложности работа шла при участии более 400 компаний и исследовательских центров, охватывающих ключевые отрасли страны; проект объединил более трёхсот тысяч специалистов.

Французская DORIS: уникальный подход к спутниковой навигации

Авторами инновационной французской системы DORIS выступили специалисты CNES (Национальный центр космических исследований) и IGN (Географический институт). Система предназначена для гражданских нужд, её главная задача — обеспечение высочайшей точности (до сантиметров) в решениях по геодезии и научных спутниковых орбитах. Принцип DORIS отличается: станций-маяков на земле множество, а приемники на самом спутнике фиксируют сигналы наземных маяков.

Запуск первого спутника-носителя с приемником DORIS произошел 22 января 1990 года. Концепция построена таким образом, что число спутников со специальными модулями ограничениями не имеет. Измерения DORIS используются для:

• поддержки высокоточного определения орбит научных и метеоспутников;
• мониторинга и контроля околоземных орбитальных траекторий;
• геодезического позиционирования наземных станций-маяков;
• обновления моделей гравитационного поля, атмосферных процессов, динамики осей вращения Земли;
• диагностики и внутреннего мониторинга состояния компонентов системы.

Galileo — европейский проект гражданской навигации

Galileo создается и поддерживается структурами Европейского союза совместно с Европейским космическим агентством. Это первый в истории полностью гражданский глобальный навигационный сервис: если GPS и ГЛОНАСС разрабатывались и управляются военными ведомствами, то Galileo реализует идею независимого пользовательского контроля. Европейская комиссия и ESA совместно курируют проект, общий бюджет которого оценивается почти в 5 миллиардов евро.

Система Galileo предоставляет разные опции для пользователей, как государственных, так и частных:

• Открытая служба (OS): бесплатная базовая навигация для всех устройств, аналогичная сервису массового назначения GPS/ГЛОНАСС,
• Безопасность полётов (SoL): специализированные доказывающие сервисы для авиа- и морского транспорта, когда особенно важна надежность и отсутствие сбоев,
• Государственная защищённая служба (PRS): применяется государственными экстренными службами, армией, полицией, ориентирована на повышенную устойчивость к помехам,
• Поисково-спасательная служба (SAR): поддержка аварийных сигналов с маяков бедствия и гарантия их передачи,
• Коммерческая служба (CS): услуги сверхвысокой точности позиционирования для промышленных или научных задач на контрактной основе.

Таким образом, мировой опыт подтверждает: навигационные системы это не однотипные платформы, а разнообразные комплексы, отвечающие современным требованиям точности, надёжности и технологической независимости. Пример КНР, Европы и Франции доказывает, что разделение технологических наработок между регионами и мультинациональный контроль уменьшают риски монополизации и повышают качество услуг для бизнеса, науки и простых пользователей.