Краткая история создания спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС

Низкоорбитные спутниковые радионавигационные системы (СРНС) в принципе обеспечивают высокоточную глобальную навигацию для кораблей ВМФ и судов Морского флота. Однако из-за дискретности сеансов обсерваций, их значительной продолжительности эти системы не были пригодны для использования на быстроходных объектах, в первую очередь на летательных аппаратах. В середине 60-х годов возникла проблема расширения возможностей СРНС для навигационного обеспечения этих объектов и одновременного повышения ее оперативности и точности.

Впервые высказывания о необходимости создания такой системы, удовлетворяющей потребности многих ведомств, прозвучали на научно-техническом совете Гос.НИНГИ в 1946 г. в выступлениях специалистов нашего Института, ЛНИРТИ и ЦНИИ МАШ МО.

В разработке предложений по развитию СРНС участвовали от ВМА Ю.С.Дубинко и Е.П.Чуров, от ГУНиО МО – В.А.Фуфаев, от Института – группа в составе: Е.С.Доведова, Э.А.Жижемского, В.Н.Кефала, Н.Д.Кириченко и В.А.Панкевича. Предложения после подробного рассмотрения и обсуждения были утверждены начальником Института Ю.И.Максютой, очень внимательно и профессионально относившимся к этим вопросам. В 1969 г. в НИР "Прогноз" (научный руководитель Ю.И.Максюта, зам.руководителя С.Я.Генералов) было обосновано создание подобной системы.

В 1971–1972 гг. в Институте была выполнена поисковая НИР "Исследование путей построения навигационных космических систем с использованием спутников на больших высотах". Ее целью было определение принципов построения СНС с синхронными орбитами и возможности их создания. По существу это была первая отечественная работа по исследованию путей создания среднеорбитной СНС. Руководил ей В.П.Заколодяжный. Исполнители не располагали существенной отечественной информацией по теме работы. Согласно зарубежным данным, США к этому времени пришли к выводу о необходимости разработки единой военной СНС, а также выполнили большие организационно-технические мероприятия по разработке проектов гражданской многоцелевой СНС. Однако ни один из американских проектов того времени не мог быть принят за основу для разработки аналогичной отечественной системы по целому ряду причин. Основными из них являлись следующие:

• особенности географического положения СССР исключали возможность непрерывного наблюдения за движением ИСЗ по всей орбите;
• необходимость для ряда отечественных потребителей определять не только координаты места, но и поправку системы курсоуказания. Это в свою очередь требовало специальных режимов работы системы, установки дополнительной аппаратуры на ИСЗ и на корабле.

Поэтому Институту пришлось провести целый комплекс исследований, а именно:

• проанализировать методы навигационных определений;
• обосновать сеть ИСЗ и зоны покрытия;
• рассмотреть методы и точность прогнозирования эфемерид спутников;
• обосновать выбор радиотехнических методов измерения навигационных параметров;
• провести анализ влияния условий распространения радиоволн на точность и надежность навигационных измерений;
• проанализировать ожидаемую точность определения места и поправки курсоуказания;
• обосновать общую структурную схему аппаратурных комплексов системы.

В ходе работы применялись самые современные методы исследований: математическое моделирование решения основных задач с использованием ЭВМ; качественный анализ с инженерной оценкой вариантов построения систем; оптимизация операционной модели системы.

В результате было установлено следующее:

1. Анализ тенденций развития СНС, в том числе зарубежных, показал, что расширение круга потребителей выдвигает (особенно при учете необходимости обеспечения скоростных объектов) специфические требования; которые могут быть эффективно удовлетворены только системами, основанными на высотных спутниках.
2. Современное состояние техники позволяет создать отечественную СНС из 21–24 ИСЗ на синхронных орбитах, обеспечивающую:

• определение места объекта в любой момент, в любой точке земного шара;
• продолжительность измерений менее одной минуты;
• неограниченное количество потребителей;
• сохранение скрытности определения места в ходе сеанса.

Таким образом, в начале 70х годов, когда еще на экспериментальном этапе создания первой отечественной низкоорбитной СНС, учеными нашего Института были начаты поиски новых принципов построения подобных систем.

Последующие исследования по созданию трехкоординатной спутниковой навигационно-геодезической системы возглавил начальник Института Ю.И.Максюта. В них непосредственно участвовали Н.И.Богаткин, Г.А.Букин, П.С.Волосов, С.Я.Генералов, Е.С.Доведов, Ю.С.Дубинко, Э.А.Жижемский, В.П.Заколодяжный, Н.Д.Кириченко, В.И.Лапшина, В.А.Панкевич, Е.Ф.Суворов, Ю.С.Тюрин. В результате были определены принципы оперативно-тактического использования системы и сформулированы тактико-технические требования к ней.

Работа над созданием этой системы, которая впоследствии получила название ГЛОНАСС, началась с 1972 г. Следует признать, что наши выполненные совместно с промышленностью проработки принципов построения и структуры перспективной системы были во многом умозрительными, не основывались на таком большом экспериментальном материале, как в США и, в ряде случаев, недостаточно учитывали потенциальные возможности развития элементной базы. Тем не менее следует отметить, что принципиально системы ГЛОНАСС и НАВСТАР (США) оказались построенными практически по одинаковому принципу (применение псевдодальностей с измерениями по псевдошумовым последовательностям сигналов при высоте спутников 20 тыс.км). Некоторые различия в селекции сигналов, длине последовательностей можно отнести уже к частностям. О копировании не может быть и речи, так как к моменту опубликования проекта НАВСТАР основные требования к характеристикам и построению отечественной системы были сформулированы [1].

В ходе разработки технических предложений по ГЛОНАСС в марте 1973 г. в Москве было проведено совещание по обобщению требований к этой системе (от Института участвовали С.Я.Генералов и А.В.Федотов). В июле 1973 г. в Красноярске прошло расширенное техническое совещание по рассмотрению требований к системе и обсуждению возможностей ее создания. Его материалы в дальнейшем были использованы> при разработке технических предложений по системе. От Института в совещании участвовал С.Я.Генералов. Специалисты Института были задействованы в разработке материалов по оценке технико-экономической эффективности системы.

СРНС ГЛОНАСС создавалась при участии большого количества организаций, ядро которых составили предприятия, разрабатывавшие СНС первого поколения: Красноярское ОКБ прикладной механики, Московский НИИ приборостроения, ЛНИРТИ. Это значительно ускорило работы и облегчило наше взаимодействие с разработчиками.

В декабре 1976 г. вышло постановление Правительства по разработке эскизного проекта системы ГЛОНАСС. Для обеспечения работ по ее созданию, а также обеспечению других СНС в 1977 г. в Гос.НИНГИ было создано специализированное управление в составе пяти отделов. Начальником его был назначен В.П.Заколодяжный, а начальниками отделов стали В.К.Гаранин, С.Я.Генералов, Е.С.Доведов, Ю.Н.Косков, В.А.Монтелли.

В том же году Институт совместно с другими организациями выполнил тактико-техническое обоснование СРНС ГЛОНАСС, выработал требования к системе контроля ее точности и единой системе координат, а также к оценке эффективности системы, к ее обеспечивающей инфраструктуре и аппаратуре потребителей ВМФ.

В 1976–1978 гг. Институтом продолжались исследования по обоснованию характеристик СРНС ГЛОНАСС, на основании которых совместно с другими заинтересованными организациями было подготовлено ТТЗ на разработку системы. Этим заданием предусматривалось при полном развертывании СРНС обеспечение следующих точностей: по координатам – 20–30 м, по высоте – 10–20 м, по составляющим вектора скорости – 3,5 см/с.

Сложность достижения заданной точности навигационных определений, а также ограниченные возможности по развертыванию системы ИСЗ, средств наземного комплекса управления и парка корабельной аппаратуры привело к необходимости поэтапного создания этих средств и развертывания системы. Были намечены три основных этапа.

Первый этап (1981 г.) – создание экспериментальной системы из 4–6 космических аппаратов (КА), что должно было обеспечить периодическое ( в течение 2–4 ч в сутки) наблюдение с территории СССР навигационного "созвездия" из четырех КА. Ожидаемая точность на этом этапе должна была быть 50–100 м по координатам и 5–10 см/с по составляющим скорости.

Второй этап (1984 г.) предусматривал развертывание системы до 9–12 КА, что обеспечивало бы обсервации в течение 70% времени с точностями 20–60 м по координатам и 3–5 см/с по скорости. Неполное развертывание системы было вызвано задержкой в создании парка навигационной аппаратуры потребителей, который на этом этапе был еще слишком незначителен (развертывание штатной системы из 24 КА при небольшом количестве потребителей экономически не оправданно).

Третий этап – развертывание штатной системы из 24 КА.

В ноябре 1978 г. был, в основном, закончен эскизный проект системы. 12 октября 1982 г. ознаменовалось запуском первого КА системы ГЛОНАСС. В 1983 г. состоялся запуск еще двух КА.

В 1990–1991 гг. были проведены государственные испытания системы при ограниченном составе КА. По их результатам предельные погрешности (Р=0,997) определения места равнялись 58,2 м, а составляющих вектора скорости – 3,9 см/с.

В сентябре 1993 г. распоряжением Президента РФ система ГЛОНАСС была принята на вооружение ВМФ и других видов ВС РФ. В этот период на орбитах функционировало 8 КА. К концу 1995 г. система была доведена до 24 КА штатного состава. Реализован дифференциальный режим ее работы, при котором в обеспечиваемых локальных районах точность определения координат места составляет единицы метров.

СРНС ГЛОНАСС открыла новую эру – эру глобальной прецизионной навигации и будет основной отечественной навигационной системой на ближайшие 20–30 лет.

1. Суворов Е.Ф. Летопись зарождения, развития и первых шагов реализации отечественной спутниковой навигационной системы. Рукопись. 1991.

2. Шебшаевич В.С. Развитие теоретических основ спутниковой радионавигации Ленинградской радиокосмической школы // Радионавигация и время.– 1992.–№1.