Американская навигационная спутниковая система GPS. История и развитие проекта

ТАСС-ДОСЬЕ. 6 ноября 2020 года в 02:24 мск американская компания SpaceX осуществила запуск с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) ракеты-носителя Falcon 9 с навигационным спутником GPS III. ТАСС подготовил материал о спутниковой системе GPS.

Основные сведения, история проекта

GPS (Global Positioning System, "Система глобального позиционирования") - американская глобальная навигационная спутниковая система. Предназначена для обеспечения навигационной информацией военных и гражданских потребителей. Позволяет в режиме реального времени определять местоположение и скорость объектов в любом месте Земли (исключая приполярные области), а также в околоземном космическом пространстве.

Навигационная система была разработана и эксплуатируется Министерством обороны США (заказчик - Военно-воздушные силы). Работы по ее созданию начались в 1973 году в рамках военной программы DNSS (Defense Navigation Satellite System, "Оборонная навигационная спутниковая система"), впоследствии переименованной в NAVSTAR (Navigation System using Timing And Ranging, "Навигационная система определения времени и дальности"), а затем в GPS.

В 1983 году спутниковую систему NAVSTAR, создававшуюся как военный проект, было решено открыть для гражданских пользователей. Поводом для рассекречивания системы послужила потеря южнокорейского пассажирского самолета Boeing 747. 1 сентября 1983 года лайнер, следовавший рейсом из Нью-Йорка в Сеул с 246 пассажирами и 23 членами экипажа на борту, отклонился от маршрута, углубился в воздушное пространство СССР, где был принят за самолет-разведчик, сбит ракетой с советского истребителя-перехватчика Су-15 и разбился в океане близ острова Монерон к юго-западу от Сахалина. Чтобы избежать подобных инцидентов, президент США Рональд Рейган дал разрешение на использование системы для гражданских целей, но с пониженной точностью определения местоположения (по сравнению с военными).

9 декабря 1993 года NAVSTAR в составе 24 спутников была принята на вооружение и стала использоваться для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

17 июля 1995 года ВВС США объявили о полной боеготовности навигационной системы, обеспечивающей глобальное покрытие земного шара и передачу информации в круглосуточном режиме. В том же году доступ к NAVSTAR получили также гражданские потребители и началась ее коммерческая эксплуатация.

Спутники

В рамках совершенствования навигационной системы было создано несколько поколений спутников:

- Navstar (запускались в 1978-1985 годах);

- Navstar II (1989-1990);

- Navstar IIA (впоследствии GPS IIA; 1990-1997);

- GPS IIR (1997-2004);

- GPS IIR-M (2005-2009);

- GPS IIF (2010-2016);

- GPS III (2018 - н. в.).

В 1974 году генеральным подрядчиком по изготовлению спутников стала корпорация Boeing (Чикаго, штат Иллинойс). Она построила аппараты Navstar, Navstar II, Navstar IIA (GPS IIA), а также GPS IIF.

Спутники GPS IIR и их модернизированный вариант GPS IIR-M были разработаны и изготовлены компанией Lockheed Martin (Бетесда, штат Мэриленд). В мае 2008 года Lockheed Martin выиграла конкурс на строительство аппаратов третьего поколения (GPS III).

Расчетный срок службы первых навигационных аппаратов составлял 5-12 лет. Срок работы спутников третьего поколения увеличен до 15 лет. С помощью GPS III можно определять местонахождение с точностью до 1-3 м для гражданских пользователей (возможности спутников второго поколения - от 3 м до 10 м). Кроме того, аппарат последнего поколения обладает повышенной помехоустойчивостью.

Навигационная система

GPS включает в себя три сегмента: космический, управления и контроля, пользовательский.

Для полноценной работы навигационной системы необходимо иметь как минимум 24 действующих спутника (штатное количество - 32, включая резервные аппараты), вращающихся по круговым орбитам высотой 20,2 тыс. км в шести плоскостях.

Наземная часть состоит из сети станций по передаче сигнала GPS. Главная станция управления находится на базе ВВС Шривер в Колорадо-Спрингс (штат Колорадо).

Для гражданских пользователей необходим только навигатор или другой аппарат (мобильный телефон, смартфон, наручные электронные часы и др.) с GPS-приемником. Потребители, имеющие приемники GPS, пользуются навигационной системой бесплатно.

Статистика запусков

Для запуска навигационных спутников используются ракеты-носители Atlas V (с 2013 года), Delta IV (с 2010 года) и частная Falcon 9 (с 2018 года).

Первый спутник (Navstar) был запущен 22 февраля 1978 года ракетой Atlas, стартовавшей с базы ВВС США Ванденберг (штат Калифорния).

Всего по состоянию на 6 ноября 2020 года включительно на околоземную орбиту успешно выведены 74 спутника. Еще два аппарата были потеряны в результате аварий ракет Atlas (в декабре 1981 года) и Delta II (в январе 1997 года). Предыдущий запуск состоялся 30 июня 2020 года с мыса Канаверал, когда ракета Falcon 9 вывела в космос аппарат GPS III.

В настоящее время (с учетом запуска 6 ноября 2020 года) на орбите Земли находятся 33 спутника, в том числе девять GPS IIR, восемь GPS IIR-M, 12 GPS IIF и четыре GPS III. Из них 31 аппарат передает навигационные сигналы. Запущенный в марте 2009 года спутник GPS IIR-M временно выведен на техобслуживание.

Развитие GPS

Со временем вся орбитальная группировка системы GPS будет состоять из спутников третьего поколения, которые заменят устаревшие аппараты. По оценкам экспертов, обновление группировки навигационной системы обойдется примерно в $7,7 млрд.

Навигационные системы других стран

Навигационную спутниковую систему, также охватывающую всю планету, имеет Россия (ГЛОНАСС). В июне 2020 года Китай завершил формирование навигационной системы "Бэйдоу", способной работать в глобальном масштабе. В 2020 году Европейский союз планировал полностью развернуть глобальную навигационную систему Galileo, создаваемую во взаимодействии с Европейским космическим агентством. Кроме того, региональные системы спутникового позиционирования имеют Индия (NavIC) и Япония (QZSS).