На сайте "Вестник ГЛОНАСС" размещена статья "ГЛОНАСС для космических применений", в которой Сергей Ревнивых, заместитель руководителя дирекции ГЛОНАСС, директор департамента развития системы ГЛОНАСС ОАО "Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнёва" рассказывает о возможности использования ГЛОНАСС в космической отрасли. В статье так же приводятся данные эксперимента по высокоточному определению орбит с помощью ГЛОНАСС. Ниже размещаем фрагмент, полностью с материалом можно ознакомиться по ссылке.

Так уж получилось, что применение ГЛОНАСС именно в космической отрасли в России не столь велико, как этого можно было бы ожидать, учитывая тот факт, что основным разработчиком системы ГЛОНАСС является Роскосмос. Да, уже многие наши космические аппараты, носители, разгонные блоки имеют в составе бортовой аппаратуры приёмники ГЛОНАСС. Но пока они – либо вспомогательные средства, либо используются в составе полезной нагрузки. До сих пор для проведения траекторных измерений, для определения орбит околоземных космических аппаратов, синхронизации в большинстве случаев используются наземные средства командно-измерительного комплекса, многие из которых давно выработали свой ресурс. Кроме того, измерительные средства располагаются на территории Российской Федерации, что не позволяет обеспечить глобальное покрытие всей траектории космических аппаратов, что сказывается на точности орбиты. Применение навигационных приёмников ГЛОНАСС в составе штатной бортовой аппаратуры траекторных измерений позволит получить точность орбиты низкоорбитальных КА (составляют основную часть орбитальной группировки) на уровне 10 сантиметров в любой точке орбиты в реальном времени. При этом нет необходимости привлекать к проведению траекторных измерений средства командно-измерительного комплекса, тратить средства на обеспечение их работоспособности и содержание личного состава. Достаточно иметь одну-две станции для приёма навигационной информации с борта и передачи её в центр управления полётом для решения задач планирования. Такой подход меняет всю стратегию баллистико-навигационного обеспечения. Но, тем не менее, эта технология уже достаточно хорошо в мире отработана и особой сложности не представляет. Здесь требуется только принятие решения о переходе на такую технологию.

Значительное количество низкоорбитальных космических аппаратов составляют спутники дистанционного зондирования Земли и решения научных задач. С развитием технологий и средств наблюдения, повышения разрешающей способности, повышаются требования к точности привязки получаемой целевой информации к координатам спутника в момент съёмки. В апостериорном режиме для обработки снимков и научных данных во многих случаях точность орбиты требуется знать на уровне сантиметров.

Для специальных космических аппаратов геодезического класса (типа Lageos, Эталон), которые специально созданы в целях решения фундаментальных задач изучения Земли и уточнения моделей движения космических аппаратов, сантиметровые точности орбит уже достигнуты. Но надо иметь в виду, что эти аппараты летают за пределами атмосферы и имеют сферическую форму, чтобы минимизировать неопределённость возмущений солнечного давления. Для траекторных измерений используется глобальная международная сеть лазерных дальномеров, что стоит недёшево, и работа средств сильно зависит от погодных условий.

Космические аппараты ДЗЗ и науки в основном летают на высотах до 2000 км, имеют сложную геометрическую форму, в полной мере испытывают возмущения от атмосферы и солнечного давления. Задействовать лазерные средства международных служб не всегда представляется возможным. Поэтому задача получения орбит таких спутников с сантиметровой точностью является очень непростой. Требуется использование специальных моделей движения и методов обработки информации. За последние 10-15 лет в мировой практике достигнут значительный прогресс для решения таких задач с использованием бортовых высокоточных навигационных приёмников ГНСС (в основном – GPS). Пионером в этой области выступил спутник Topex-Poseidon (совместный проект NASA-CNES, 1992–2005 гг., высота 1 336 км, наклонение 66), точность орбиты которого ещё 20 лет назад была обеспечена на уровне 10 см (2,5 см по радиусу).

В ближайшее десятилетие в Российской Федерации запланировано к запуску достаточно много космических аппаратов ДЗЗ для решения прикладных задач различного назначения. В том числе, для ряда космических систем требуется привязка целевой информации с очень высокой точностью. Это задачи разведки, картографирования, мониторинга ледовой обстановки, чрезвычайных ситуаций, метеорологии, а также рад фундаментальных научных задач в области изучения Земли и мирового океана, построения высокоточной динамической модели геоида, высокоточных динамических моделей ионосферы и атмосферы. Точность положения космического аппарата уже требуется знать на уровне сантиметров на всём витке орбиты. Речь идёт об апостериорной точности.

Это уже непростая задача для космической баллистики. Пожалуй, единственный способ, который может обеспечить решение этой задачи, – использование измерений бортового навигационного приёмника ГНСС и соответствующих средств высокоточной обработки навигационной информации на земле. В большинстве случаев это комбинированный приёмник, работающий по системам GPS и ГЛОНАСС. В ряде случаев могут быть выдвинуты требования применения только системы ГЛОНАСС.

Эксперимент по высокоточному определению орбит с помощью ГЛОНАСС

У нас в стране технология получения высокоточных координат с помощью навигационных приёмников геодезического класса достаточно хорошо отработана для решения геодезических и геодинамических задач на поверхности Земли. Это технология так называемого высокоточного позиционирования (precise point positioning). Особенностью технологии является следующее:

— для обработки измерений навигационного приёмника, координаты которого необходимо уточнить, информация из навигационных кадров сигналов ГНСС не используется. Навигационные сигналы используются только для измерений дальности, преимущественно на основе измерений фазы несущей частоты сигнала;

— в качестве эфемеридно-временной информации навигационных космических аппаратов используются высокоточные орбиты и поправки бортовых часов, которые получены на основе постоянной обработки измерений глобальной сети станций приёма навигационных сигналов ГНСС. В основном сейчас используются решения Международной службы ГНСС (IGS);

— измерения навигационного приёмника, координаты которого требуется определить, обрабатываются совместно с высокоточной эфемеридно-временной информацией с использованием специальных методов обработки.

В результате координаты приёмника (фазового центра антенны приёмника) могут быть получены с точностью единиц сантиметров.

Для решения научных задач, а также для задач землеустройства, кадастра, строительства в России уже в течение нескольких лет такие средства существуют и широко применяются. В то же время, информации о средствах, которые могут решать задачи высокоточного определения орбит низкоорбитальных КА, у автора до настоящего времени не было.

Проведённый несколько месяцев назад инициативный эксперимент показал, что прототипы таких средств у нас есть, и они могут быть использованы для создания штатных отраслевых средств высокоточного баллистико-навигационного обеспечения низкоорбитальных КА.

В результате эксперимента подтверждена возможность использования существующих прототипов для высокоточного определения орбиты низкоорбитальных КА на уровне нескольких сантиметров.