Навигационные спутниковые системы СССР, России и США. История первая
Первое поколение навигационных спутниковых систем в Советском Союзе получило наименование «Парус» и разрабатывалось на базе Научно-исследовательского гидрографическо-штурманского института (НИГШИ) ВМФ. Самая идея применить искусственные спутники Земли в качестве основного элемента навигации пришла бывшему флотскому штурману Фуфаеву Вадиму Алексеевичу в 1955 году. Под руководством идейного вдохновителя в НИГШИ была создана инициативная группа, которая занималась дальнометрическим определением координат. Вторым направлением стала тема доплеровского определения координат под руководством В. П. Заколодяжного, а третья группа отвечала за угломерное определение координат – начальник направления был Е. Ф. Суворов. К началу 1960-х годов был разработан облик первой отечественной низкоорбитальной глобальной навигационной спутниковой системы. В проекте, помимо НИГШИ, активное участие принимали сотрудники НИИ-4 Министерства обороны. Предполагалось, что корабли ВМФ Советского Союза будут самими первыми «пользователями» спутниковой навигации. Однако, всё неожиданно встало – программу резко ограничили в финансировании и фактически заморозили. «Жареным петухом» стали разведданные о финальной стадии разработки аналогичной системы в стане потенциального противника – США. К 1963 году американцы фактически ввели в эксплуатацию спутниковую систему Transit, а 15 января 1964 года правительство приняло решение о создании советского аналога под шифром «Циклон» (в некоторых источниках упоминается умопомрачительное название "Циклон-Б").
С этого момента полуподпольные работы инициативных групп стали официальной государственной программой. Головным разработчиком системы стало ОКБ-10, «главным» назначили Михаила Федоровича Решетнева, а за радиооборудование отвечало НИИ проборостроения (НИИП). На уровне эскизов проект был готов к июлю 1966 года и в это же время были утверждены испытательные базы – океанографическое судно «Николай Зубов» с подводными лодками Б-88, Б-36 и Б-73.
Первым отечественным действующим навигационным космическим аппаратом стал «Космос-192» (ракетой-носителем была «Космос-3М»), запущенный 25 ноября 1967 года с космодрома «Плесецк». Следующим стал «Космос – 220», оправленный на низкую орбиту 7 мая 1968 года, «Космос – 292» (14 августа 1969 года) и «Космос-332» (11 апреля 1970 года). Испытания закончились к лету 1970 года и обнаружили следующую точность: на основе эффекта Доплера – 1,5 км, дальномерная система – 1,8 км, а поправка системы курсоуказания составляла 3-4 угловые минуты.
Макет спутника системы "Циклон". Источник: wikipedia.ru
Космические аппараты системы "Парус". Источник: gazetamir.ru
Высота орбиты спутников составляла 1000 километров – это были типичные низкоорбитальные аппараты с периодом обращения вокруг планеты в 105 минут. К плоскости экватора наклонение орбит аппаратов серии «Космос» было 830, что делало их околополярными спутниками. Спустя шесть лет опытной эксплуатации четырех навигационных спутников в сентябре 1976 года систему приняли на вооружение под названием «Парус». К тому времени точность определения координат судна на ходу составляла 250 метров, а в порту на швартовых – около 60 метров. Система была достаточно оперативна – время определения местоположения было в пределах 6-15 минут. Ключевым отличием отечественной разработки от американской Transit была возможность радиотелеграфной связи кораблей и подлодок ВМФ с командными пунктами и друг с другом. Связь обеспечивалась как в условиях совместной радиовидимости, так и в варианте переноса сообщения от одного абонента к другому, то есть в глобальном масштабе. В последнем случае задержка связи составляла 2-3 часа. Так родилась первая в мире навигационно-связная спутниковая система «Парус», которая перевернула навигацию в советском флоте. Впервые появилась возможность определять собственное местоположение независимо от погоды, времени суток и года в любой точке Мирового океана. Эта система до сих пор функционирует.
В 1979 году для обслуживания гражданских судов была введена в строй система «Цикада», лишенная военного навигационного оборудования и опций связи. Двумя годами ранее ледокол «Артика», основываясь на данных спутниковой навигации, впервые в мире для морских судов достиг Северного полюса. Для «Цикады» отрядили орбитальную группировку из четырех спутников, а военный «Парус» в разное время в среднем имел 6-7 космических аппаратов на низкой орбите. Серьезной модернизацией «Цикады» стала установка оборудования спасения «КОСПАС-SARSAT» или, как её еще называют, системы «Надежда», разработанной в омском объединении «Полет». Система спасения появилась после подписания 23 ноября 1979 года межправительственного соглашения СССР, США, Канадой и Францией о разработке КОСПАС — Космической Системы Поиска Аварийных Судов, SARSAT — Search And Rescue Satellite-Aided Tracking. Система должна была отвечать за поиск терпящих бедствие самолетов и морских судов. Пункты приема информации со спутников первоначально были расположены в Москве, Новосибирске, Архангельске, Владивостоке (СССР), Сан-Франциско, Сент-Луис, Аляска (США), Оттава (Канада), Тулуза (Франция) и Тромсе (Норвеги). Каждый спутник, пролетая над поверхностью Земли, принимал сигналы с круглой площади диаметром 6000 км. Минимальное количество спутников, необходимых для уверенного приемах сигналов с аварийных радиобуев, составляло четыре аппарата. Так как в те времена толком никто, кроме США и СССР, подобную технику делать не мог, то именно эти две страны обеспечили орбитальную группировку КОСПАС-SARSAT. Спутники принимали сигнал терпящего бедствие, ретранслировали его на наземный пункт, где определяли его координаты с точностью до 3,5 км и в течение часа принимали решение о спасательной операции.
Эмблема КОСПАС-SARSAT до 1992 года. wikipedia.ru
Иллюстрация принципа работы КОСПАС-SARSAT. Источник: seaman-sea.ru
Именно советский спутник с оборудованием «Надежда» в сентябре 1982 года зафиксировал первый сигнал бедствия от легкомоторного самолета, потерпевшего крушение в горах на западе Канады. В итоге эвакуировали трех граждан Канады – так международный проект КОСПАС-SARSAT открыл счет спасенных душ. Стоит напомнить, что подобная история зарождалась в самый разгар холодной войны – в 1983 году Рейган официального назвал СССР «Империей зла», а КОСПАС-SARSAT функционирует до сих пор и спасла уже порядка 4000 человек.
Отечественный аппарат "Надежда" международной системы КОСПАС-SARSAT. Источник: seaman-sea.ru
О необходимости разработки среднеоорбитной навигационной системы, необходимой не только для «моря», но и для авиации с «пехотой», в СССР заговорили еще в 1966 году. Итогом стала научно-исследовательская работа «Прогноз» под руководством Ю. И. Максюты, в соответствии с которой в 1969 году аргументировали возможность выведения навигационных спутников на среднюю орбиту Земли. В будущем этот проект получили название ГЛОНАСС и создавался при участии большого количества организаций – Красноярского ОКБ прикладной механики, Московског НИИ приборостроения и Ленинградского научно-исследовательского радиотехнического института (ЛНИРТИ). Первый спутник ГЛОНАСС Советский Союз вывел в космос 12 октября 1983 года, а в 1993 году уже в России систему приняли на вооружение, хотя и усеченном варианте. И только к 1995 году ГЛОНАСС был доведен до штатного состава в 24 аппарата, усовершенствована наземная инфраструктура и навигация заработала на 100%. В то время точность определения координат составляла 15-25 метров, определение составляющих скорости (новая опция) – 5-6,5 см/с и определение времени отечественная техника могла производить с точностью до 0,25-0,5 мкс. Но в течение шести лет орбитальная группировка сократилась до 5 спутников и всё было готово к полной ликвидации российской системы спутниковой навигации. Второе рождение состоялось в августе 2001 года, когда правительство РФ приняло федеральную целевую программу «Глобальная навигационная система», предназначенную в определенной степени для конкуренции с GPS. Но это уже немного другая история.
Автор: Евгений Фёдоров