В защиту ГЛОНАСС

5 декабря с Байконура стартовал очередной «Протон-М». Он должен был доставить три спутника Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) на расчетную орбиту на высоте примерно 19100 км над Землей. Пуск закончился аварией — головная часть в составе разгонного блока ДМ-03 и трех аппаратов «Глонасс-М» сгорела в атмосфере над Тихим океаном в районе Гавайских островов.

Расследование

Что же случилось? Телеметрическая информация, снимавшаяся в реальном масштабе времени с «Протона», показала отсутствие каких бы то ни было отказов техники. Двигатели всех трех ступеней работали нормально, современная цифровая система управления была исправна и честно пыталась доставить полезный груз в заданную точку отделения. И тем не менее «Протон-М» не смог достичь опорной околоземной орбиты высотой порядка 170 км. В момент выключения двигателей через 10 минут после старта недобор скорости составил 107 м/с.

Первое включение двигателя разгонного блока планировалось через 26 минут после отделения. Увы, этого времени у ДМ-03 не было. Двигаясь по суборбитальной траектории, он вскоре вошел в плотные слои атмосферы.

Из трех первоначальных версий две: заправка «Протона» некачественными компонентами топлива и закладка неправильного полетного задания — удалось исключить в течение суток. Осталась одна, самая невероятная — масса головной части превышала расчетную примерно на 1600 кг. Именно такой «перевес» давал при моделировании полета картину, совпадающую с реальной.

Увы, эта невероятная версия оказалась правильной. Разгонный блок 11С861-03, называемый также ДМ-03, использовался в этом полете в первый раз. Модернизированный блок, предназначенный для запуска более тяжелых спутников, отличался увеличенным объемом баков жидкого кислорода и углеводородного горючего — в него можно было залить 18700 вместо 15000 кг для базового варианта 11С861. Место под лишние 1600 кг жидкого кислорода, который заправляется на старте непосредственно перед пуском, увы, было.

Ошибка боевого расчета и контролеров от промышленности? Нет, как выяснилось, люди на старте сделали все в точности по инструкции разработчика блока — РКК «Энергия». «Косяк» оказался именно в ней. Ситуация исключительно неприятная, но один плюс: дефект не в технике и не требует много времени и денег для устранения.

Группировка

Штатная орбитальная группировка ГЛОНАСС должна состоять из 24 спутников в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 120° по долготе восходящего узла; в пределах плоскости аппараты обращаются с отставанием на 45° друг от друга. Такое построение гарантирует, что в любой момент времени и в любой точке Земли (включая атмосферу и ближний космос) навигационный приемник «увидит» не менее четырех спутников. Зная текущее положение каждого из них из передаваемых с борта эфемерид и определив интервал времени между отправкой и приемом навигационных сигналов, аппаратура пользователя определяет три координаты места своего нахождения и точное время.

Полная группировка была впервые развернута ровно 15 лет назад, в декабре 1995 г. Сделав это, правительство не озаботилось производством приемной аппаратуры и прекратило запуски на три года. За это время из 25 спутников «Глонасс» («Ураган») с трехлетним расчетным сроком активного существования «в живых» осталось лишь 11. Возвращение к ежегодным пускам в 2000-2006 гг. и ввод в строй с 2003 г. модернизированных аппаратов «Глонасс-М» с расчетным сроком службы в 7 лет позволили пройти минимум численности и довести ее до 16 спутников.

Этого, однако, было мало. Федеральная целевая программа ГЛОНАСС на 20022011 гг. дважды корректировалась, ее годовой объем финансирования достиг 30 млрд руб. ОАО «Информационные спутниковые системы» им. М. Ф. Решетнёва в Же-лезногорске вышло на производство шести спутников в год, и с 2007 г. выполнялось по два старта «Протона». Планировалось, что с декабрьским пуском 2010 г. орбитальную группировку доведут до расчетной численности и она будет готова обеспечивать работу системы в полном объеме.

Формально даже после аварии в составе группировки находится 26 спутников. Двадцать из них работают в системе и передают навигационные сигналы, а два переводятся из резерва в новые точки и будут введены в работу в ближайшие недели. Еще на четырех имеются серьезные проблемы, препятствующие использованию по целевому назначению. Таким образом, после всех перестроений в работе будет 22 аппарата, и лишь две позиции в первой плоскости останутся не заняты.

На 28 декабря запланирован пуск с Плесецка первого принципиально нового по конструкции спутника «Глонасс-К1». Если его летные испытания пройдут успешно, спутник также может быть введен в работу. На март 2011 г. планируется запуск одного серийного аппарата «Глонасс-М», который заполнит последнюю оставшуюся «дырку».

Модернизация

Важно отметить, что система ГЛОНАСС не прекращала своей работы с ввода ее в опытную эксплуатацию в 1993 г. и уже сегодня при 20 функционирующих спутниках обеспечивает вполне достойный уровень доступности навигации — около 99% по территории России и свыше 80% в экваториальных районах Земли. Полный комплект спутников позволит довести этот уровень до 100%.

Более того, за годы выполнения ФЦП ГЛОНАСС удалось добиться впечатляющего улучшения точностных характеристик системы.

Погрешность определения местоположения в целом складывается из трех составляющих. Это погрешность определения орбиты спутника и прогноза его движения, уход бортового стандарта частоты и ионосферные помехи на пути распространения сигнала. Последняя составляющая устранена с вводом в строй спутников «Глонасс-М», передающих гражданские навигационные сигналы в двух разных частотных диапазонах — L1 и L2. (Кстати, в американской группировке GPS таких спутников пока только восемь.) Эфемеридное обеспечение значительно улучшено с вводом в строй новых наземных измерительных станций. Наконец, уменьшен впятеро дрейф бортовых «часов» на новых аппаратах. За счет этого достигнуто «в интеграле» четырехкратное улучшение точностных характеристик.

Среднеквадратичная ошибка координатного решения для системы ГЛОНАСС в 2010 г. составляла 5,9 в плоскости и 9,5 м по высоте. У GPS эта ошибка -2,7 и 6,9 м соответственно: еще не сравнялись, но уже близко!

Применение

Рекламные ходы разработчиков (а функции генерального конструктора ГЛОНАСС возложены на ОАО «Российские космические системы») и весь ажиотаж, которым сопровождается эта тема в средствах массовой информации, не должны заслонять одну простую истину. Основным назначением ГЛОНАСС было и остается ее использование при решении государственных задач, и в первую очередь — для навигационно-временного обеспечения Вооруженных Сил независимо от американской системы GPS. Именно на это идет 90% финансирования программы.

Смысл применения системы в народном хозяйстве состоит в создании дополнительных продуктов и услуг, которые если и не окупят затраты государства на систему ГЛОНАСС, то приведут к росту валового продукта и налоговых поступлений и улучшению жизни граждан России — подобно тому, как это произошло с сотовой связью.

При этом никто не говорит об отказе от GPS, который успел завоевать российский рынок. Правительство лишь требует установки на транспортные средства, эксплуатируемые государственными ведомствами, используемые для перевозки специальных и опасных грузов, а также на автобусы навигационной аппаратуры, имеющей возможность работы по системе ГЛОНАСС. Фактически же это означает переход на двухсистемные приемники, использующие навигационные данные обеих существующих систем — тем более что их более высокая цена окупается значительным улучшением работы в условиях городской застройки, в горной местности и в других случаях, когда часть неба заслонена препятствиями.

На базе спутниковой навигации можно строить отличные системы диспетчеризации грузов и перевозок, включая городской транспорт. Можно, например, полностью пересмотреть архаичную сеть в Москве, где начала и концы маршрутов привязаны не к местам зарождения пассажиропотока, а к диспетчерским Мосгортранса. Можно передавать в диспетчерскую службу не только текущее положение, но и данные о техническом состоянии машины. Можно автоматизировать вызов спасателей и милиции в случае аварии. Можно контролировать состояние сложных технических объектов. Можно эффективно вести кадастровую съемку. Список применений спутниковой навигации огромен, а необходимый для его реализации инструмент, в сущности, создан.