Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Неужели в самом деле все ГЛОНАССы погорели?
lozga
Вам могли попадаться новости вроде "ГЛОНАСС перестал работать по всему миру" или жуткие истории "Порядка половины спутников действующей орбитальной группировки "Глонасс" выработали гарантийный срок. В то же время в наземном резерве находятся всего пять аппаратов "Глонасс-М"", из которых могло сложиться впечатление, что ГЛОНАСС не то совсем сломался, не то дышит на ладан. А как обстоят дела на самом деле?

01.jpeg
Подготовка к пуску трех спутников "Глонасс-М"

Немного истории


Вообще, в истории ГЛОНАСС был период, когда система реально оказалась практически неработоспособна. Ко второй половине 90-х закончилась советская инерция запуска новых аппаратов, уже выведенные на орбиту один за другим сломались, и к началу нулевых функционировали, по разным источникам, всего 6-7 спутников, чего было совершенно недостаточно. Но в 2001 году приняли федеральную программу "Глобальная навигационная система", выделили средства, и постепенно, к концу 2011, снова развернули группировку до полной численности в 24 аппарата, не считая резервных.

02.jpeg
Подготовка к пуску спутника Transit ранних серий

Погружаясь в историю еще глубже, спутниковые навигационные системы были атрибутом сверхдержавы с начала космической эры. Американцы первыми создали систему Transit для обеспечения боевого дежурства своих подводных лодок с баллистическими ракетами. Первый спутник вышел на орбиту в 1960, а официально Transit приняли на вооружение в 1964. СССР несколько подзадержался, спутники системы "Циклон" стали запускать с 1967, а на вооружение ее приняли в 1976. Зато система "Циклон" обеспечивала не только навигацию, но и связь. Затем примерно в одно время по обе стороны океана начали разрабатывать системы второго поколения, и американская NAVSTAR/GPS была полностью развернута в 1993, а российская ГЛОНАСС - в 1995. Обе системы получились похожими. Разве что ГЛОНАСС лучше работает в высоких широтах, но, вопреки распространенной ошибке, не из-за высоты орбиты (спутники GPS чуть выше), а из-за большего ее наклонения.

В перекрестье сфер


Когда на орбите под тридцать аппаратов группировки, поломка очередного - обычное рабочее событие. А чтобы понять, как это повлияет на функционирование ГЛОНАСС, необходимо разобраться в принципах ее работы.

Начнем с упрощенной задачи на плоскости. Представим себе, что мы оказались в неизвестном месте и хотим определить, куда же мы попали. Как назло, попадающиеся нам прохожие могут сообщить только расстояния до каких-либо населенных пунктов без направления. Мы вооружаемся картой, циркулем и начинаем рисовать. Первый прохожий говорит, что до Москвы по прямой 160 км. Значит, мы можем быть в любой точке круга. Второй - что до Смоленска 275 км. Область поиска сужается до двух точек, в которых окружности пересекаются. Третий говорит, что до Курска 310 км, и мы теперь точно можем сказать, что составитель задачи забросил нас в Калугу.

03.jpeg
Рисунок gisgeography.com

В трехмерном пространстве принцип тот же самый, только пересечение двух сфер - это окружность, трех - две точки, и только пересечение четырех сфер даст нам точное местоположение. А иллюстрация становится слишком сложной, чтобы начинать сразу с нее.

04.jpeg
Рисунок gisgeography.com

Если говорить совсем просто, спутники GPS или ГЛОНАСС постоянно транслируют точное время и параметры своей орбиты. Наземный приемник не может определять направления, но он по параметрам орбиты рассчитывает, где спутник находится в космосе, а по задержке приема сигнала точного времени, который движется от спутника к приемнику со скоростью света - вычисляет расстояние до спутника.

В теории все работает очень просто, но на практике надо учитывать возникающие помехи.

05.jpeg
Атмосферные помехи, иллюстрация gisgeography.com

Прежде всего, сигнал от спутников искажается атмосферой. Поэтому имеют смысл и активно используются наземные станции - если мы знаем ее точное местоположение, то можем вычислить изменения в скорости и направлении распространения сигнала со спутника и разослать поправки на находящиеся в этом же районе приемники.

Далее, имеет значение взаимное положение спутников. Для идеального определения положения один спутник должен быть прямо над головой, а три оставшихся - равномерно распределенными чуть выше горизонта. А если все аппараты на небе рядом друг с другом, то точность падает из-за геометрически неподходящего положения.

06.png
Иллюстрация gisgeography.com

Кроме этого есть помехи при переотражении сигнала со спутника от наземных объектов, проблемы точности атомных часов на спутнике (даже наносекунды здесь уже будут вносить ошибки), неточности определения орбиты спутников и другие факторы.

Получается, что, когда один из спутников выходит из строя, то в некоторых местах вместо него приходится выбирать сигнал другого, в худшем положении, что увеличивает ошибку. Естественно, когда ломается один аппарат, это не выводит из строя всю систему. Так что новость "ГЛОНАСС перестал работать по всему миру" правильнее переформулировать на "в некоторых районах Земли ожидается ухудшение точности определения местоположения". Но это, конечно же, звучит не так кликбейтно.

Информационный центр ГЛОНАСС ведет мониторинг точности сигнала и отображает его на своем сайте. Сейчас, когда функционируют 24 аппарата, на карте равномерно хорошая точность, но в случае поломок появятся зоны с большей ошибкой. Спутники могут маневрировать на орбите, поэтому центр управления располагает их так, чтобы снизить падение точности неполной группировки.

07.jpeg

Отдельная ирония заключается в том, что гражданские пользователи не заметят вообще никаких изменений, потому что с 2011 года производятся чипы, которые работают одновременно с GPS и ГЛОНАСС, а сейчас приемники способны работать также с китайской "Бэйдоу" и европейской Galileo, пусть они еще и не полностью развернуты. Поэтому гражданское устройство в 2018 году, даже находясь далеко не в идеальном месте, видит два десятка спутников.

08.jpeg
Эксперимент с балкона, на запад и юг спутники загораживает дом, тем не менее точность 4 метра

Вопросы стратегии


Известно, что на сегодняшний день во второй и третьей орбитальных плоскостях нет резервных спутников. По самым свежим данным следующий запуск спутника "Глонасс-М" будет в октябре, так что вполне возможно, что мы успеем прочитать новую итерацию жутких новостей.

Положение дел в системе можно подать двумя противоположными способами:

  • "Порядка половины спутников действующей орбитальной группировки "Глонасс" выработали гарантийный срок. В то же время в наземном резерве находятся всего пять аппаратов "Глонасс-М""

  • "Спутники ГЛОНАСС наконец-то научились делать так, что они начали работать дольше гарантийного срока, и, пока старые не сломались, запускать новые нет смысла. А на случай больших проблем у нас есть целых пять запасных на хранении."


Лично мне ближе второй вариант - для современных спутников норма превышать запланированные сроки работы, и менять аппараты, которые могут еще долго функционировать, на такие же нет смысла. В то же время, отсутствие орбитального резерва в двух плоскостях из трех и очевидная невозможность мгновенно запустить новый спутник на замену означает, что после аварии во второй или третьей плоскостях несколько месяцев группировка будет неполной. Извне мы не можем оценить степень риска, на которую пошли операторы, только время покажет нам успешность выбранного пути.

Заключение


Спутниковая навигация очень быстро стала неотъемлемой частью современной жизни. Ей пользуются не только "серьезные" военные, пилоты и мореплаватели, сейчас это службы такси, фитнес, дроны, фотографии с геотегами и множество других применений. И пока что мир единодушен в том, что у развитой страны должна быть своя навигационная система. Европа, Китай, Индия предпочитают создавать свои созвездия спутников, а не пользоваться готовой GPS. ГЛОНАСС, пусть и со второй попытки, стала полноценной и востребованной навигационной системой, и, когда вы в следующий раз увидите яркий заголовок, не спешите поддаваться эмоциям.


В качестве эксперимента запущены пуш-уведомления. Нажмите эту кнопку, и вам будет приходить сообщение, когда выйдет мой новый пост.


Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «космические аппараты»


промо lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

у GPS сейчас 31 аппарат работает и еще несколько в резерве на орбите. некоторые спутники работают уже больше 20 лет.

Сравнивать GPS и ГЛОНАСС неспортивно. Там еще в далеком 1990 пульнули аппарат-рекордсмен (USA-66), который проработал на орбите больше четверть века (!)

Здравствуйте!
Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal России! Подробнее о рейтинге читайте в Справке.

"В трехмерном пространстве принцип тот же самый, только пересечение двух сфер - это окружность, трех - две точки, и только пересечение четырех сфер даст нам точное местоположение".
А разве так? Вторая точка выше плоскости трех спутников: ее можно выбросить просто задав область допустимых значений.
Я думал, за счет четвертого спутника мы получаем что-то типа времени внутри системы ГЛОНАСС/GPS

Время транслирует каждый спутник.

У поверхности есть рельеф, перепады которого выше чем погрешность трекера.

Ну на самом деле приемник может активно перемещаться (трекер высчитывает скорость, скорее всего, допплером, а не "время на расстояние" - я говорю "скорее всего", потому то конкретный алгоритм закрыт), есть отраженные сигналы, есть неудачное расположение спутников и так далее. Так-то, в принципе, трех было бы достаточно.

А что в данном случае понимают под гарантией? Спутник для гарантированного ремонта же с орбиты не снять...

Спасибо! А "Иридиум" и в самом деле всё, конец?

Иридиум и так в два раза дольше отработал чем планировалось. Сейчас в процессе развертывания новая группировка Иридиум-2, SpaceX занимается выводом спутником, уже больше 50-и штук вывели, и через пару недель очередная партия планируется к запуску.

Серьезная ошибка только одна -- спутники могут маневрировать, но эта возможность никогда не используется для затыкания дыры "в конкретном месте" на Земле. Это физически невозможно.

Если в какой-то плоскости не хватает, скажем, сразу двух или трех спутников, может возникнуть необходимость перераспределить оставшиеся по рабочим точкам для улучшения покрытия. Если же отказал ровно один, то двигать что-либо бессмысленно, надо заменять аварийный аппарат спутником из орбитального или наземного резерва.

И да, шесть спутников в декабре 2001 года сохранились только потому, что тогдашние аппараты НПО НМ существенно перекрывали расчетный срок активного существования, составлявший три года. Иначе между 1995 и 1998 сдохла бы вся группировка.

Точно физически нельзя? Насколько я знаю, в GPS спутники распределены неравномерно для обеспечения требования по видимости. И, когда я раньше в случайное время смотрел диаграмму доступности, худшая точность была далеко от России.

вопрос автору:
как перспективы спутников "Глонасс-К1 и К2" по случаю импортозамещения? на сколько лет отложатся их запуски и не отменятся ли вообще?

Нет никакого импортозамещения, расслабьтесь. Да, прямые контракты с вражескими производителями электроники невозможны, однако там надо-то десяток-другой "дефицитных" деталей на спутник. Решаемый вопрос вполне. Механизмы отлажены.

Да, ГЛОНАСС сейчас вполне работает. Однако никому особо не нужен, как ни странно (пока войны нет).
Потому что да, "гражданское устройство в 2018 году, даже находясь далеко не в идеальном месте, видит два десятка спутников", но работает при этом только с четырьмя из них (есть приборы, которые работают с большим количеством, но их ничтожно мало). И, как ни странно, в 99% случаев, эти четыре почему-то оказываются спутниками GPS. Даже наша прекрасная система ЭРА-ГЛОНАСС чаще всего получает координаты транспортных средств от вражеской GPS. И это не диверсия, а просто общемировая практика...

Вы это как специалист утверждаете?
У нас в ГЛОНАСС-мониторинге транспорта оборудование использует не 4 спутника, в вполне данные обрабатывает с гораздо большего количества спутников, чтобы обеспечить большую же точность. И нормой являются именно ГЛОНАСС/GPS устройства, в которых обрабатываются данные в т. ч. спутников ГЛОНАСС. При отсутствии спутников GPS все обрабатывается по ГЛОНАСС. Требования в закупках для предприятий прописан тоже ГЛОНАСС. И было бы глупо это не делать, полагаясь только на GPS.
Так что можно вашу реплику перефразировать так: "Да, GPS сейчас вполне работает. Однако в России никому особо не нужен". Так вернее будет.

Одно важное уточнение:
"Наземный приемник <...> по задержке приема сигнала точного времени, который движется от спутника к приемнику со скоростью света - вычисляет расстояние до спутника."
Наземный приёмник не может по одному сигналу вычислить расстояние до отправившего его спутника — у него просто нет часов нужной точности (да и способа их установки). Атомные часы стоят только на спутниках — а наземный приёмник может сравнить два почти одновременно пришедших сигнала и найти разницу расстояний до спутников. Что вместо сфер даёт гиперболоиды. Либо же, что то же самое, нужно подбирать неизвестное время приемника так, чтобы сферы получающихся радиусов действительно пересекались в одной точке.
Ref.: http://book.etudes.ru/toc/navigation/

Люди должны сделать космос непригодным для спутников - это вопрос выживания человечества.

Я собираю деньги уже сейчас.

Edited at 2018-07-09 07:26 (UTC)

Расскажите, пожалуйста, как вы эти деньги собираетесь потратить?

Это было бы эпично. Насильно всем технику с глоснасс навигаторами впарить, и продолбать спутники.

Чипы, позволяющие работать

с Глонасс и Навстар, производятся с 1994 или 1995 года.

Re: Чипы, позволяющие работать

Массовое производство началось только в начале десятых. Плюс, пишут, что в 90-х ГЛОНАСС был только военной закрытой системой.

С некоторых пор интересует, каким образом работают GPS-глушилки? Они же не просто гадят в сигнал, шумят, скажем, а они вносят осмысленную ошибку, в результате которой приемник уносит в неведомые дали, часто в район какого-нибудь аэропорта.

Нет предположений, как это делается?

есть глушилки (джеммеры), а есть спуферы. Одни сильно шумят, аж ничего приемнику не слышно, другие приятно (для приемника приятно = сильный сигнал) врут.

?

Log in

No account? Create an account