Технологии нового тысячелетия

— Валерий Михайлович, как работают глобальные навигационные системы, и чем они отличаются друг от друга? 

— Глобальная навигационная система нужна для определения координат объекта в пространстве с минимальной погрешностью. В мире сейчас существуют четыре таких системы: американская GPS, отечественная ГЛОНАСС, европейская Galileo и китайская Beidou. В системах GPS и ГЛОНАСС используются по 24 спутника, но американские движутся в шести орбитальных плоскостях, наши — в трех плоскостях, в каждой по восемь аппаратов плюс один-два резервных, наклоненных к экватору под углом 64,8 градуса, высотой орбит 19 100 км и периодом обращения 11 часов 15 минут 44 секунды. Такие характеристики обеспечивают высокую устойчивость орбитальной группировки, что позволяет обходиться без коррекции орбит в течение всего срока активного существования спутника, а номинальное наклонение обеспечивает стопроцентную доступность навигации на территории России даже при условии выхода из ОГ нескольких аппаратов. Американцам же приходится минимум два раза в год подстраивать орбиту своих спутников. Они движутся на высоте 20 200 км по шести плоскостям под углом к экватору в 55 градусов, период обращения 11 часов 26 минут.

Для обеспечения независимости стран членов Европейского Союза была создана глобальная навигационная спутниковая система Galileo. Она еще не полностью готова, но 10 аппаратов уже запущено. Это коммерческая система, бесплатно у них средняя точность, а за большую — до метра — уже нужно платить.

В китайскую систему Beidou, переводится как «Полярная звезда», входят 30 космических аппаратов, в том числе три геостационарных. Что это значит? На высоте 35 786 км угловая скорость Земли и спутника совпадают, и он будет вращаться вместе с планетой. Но тут важный момент: запуск такого спутника должен происходить только по экватору, если отклонимся в сторону, получим геосинхронный спутник, который будет выписывать над поверхностью Земли «восьмерку». Такую геосинхронную систему используют японцы, их система называется «квази-зенит» — QZSS, индийская спутниковая навигационная система — IRNSS. Это региональные навигационные спутниковые системы.

— Как развивается система ГЛОНАСС, насколько улучшилась точность навигации? 

— Разработка ГЛОНАСС была начата еще в 1982 году. Но по ряду причин, включая распад СССР, развитие системы практически полностью остановилось. Спутники вырабатывали срок эксплуатации, приходили в негодность, новые не запускались, в результате у нас осталось всего восемь космических аппаратов. Только с приходом к власти Владимира Путина нам удалось добиться понимания, и в 2002 году была принята федеральная программа. Восстановить систему было очень непросто, тем не менее все 24 спутника у нас сейчас есть, а ГЛОНАСС продолжает развиваться. В том числе переходим к использованию космических аппаратов четвертого поколения — ГЛОНАСС К2 с повышенными тактико-техническими характеристиками. Таким образом, точность позиционирования увеличивается до 0,3 м со сроком активного существования не менее десяти лет. Космические спутники ГЛОНАСС были спроектированы в конструкторском бюро НПО прикладной механики, сейчас это АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева.

В настоящее время погрешность позиционирования у ГЛОНАСС несколько выше, чем у GPS, но обе системы определяют координаты достаточно точно. Другое дело, что GPS обеспечивает 100 % покрытия территории земного шара из-за того, что центры управления системы стоят по экватору, что очень удобно, поскольку принимаются сразу сигналы всей космической группировки. Так как в Западном полушарии нет наземных комплексов управления системой ГЛОНАСС, мы не видим навигационные спутники почти шесть часов. Расчеты показали, что при использовании четырех станций БИС в Антарктиде мы сможем уменьшить время, когда мы не видим НКА вместо шести часов до 1 часа 40 минут, это очень важно.

— И как продвигается этот проект, ведь работать приходится в экстремальных условиях? 

— В НПФ «Электрон», это правопреемник отраслевой лаборатории Министерства промышленности средств связи, разработаны системы жизнеобеспечения станций беззапросных измерительных систем, система спутниковой связи и передачи данных от сети станций БИС-А в Антарктиде в Центр управления наземного сегмента системы ГЛОНАСС в режиме реального времени. Сеть беззапросных измерительных станций входит в состав наземного комплекса управления ГНСС ГЛОНАСС. Каждая БИС является геодезически привязанным неподвижным навигационным приемником и предназначена для непрерывного приема сигналов, измерения их параметров и расшифровки навигационных сообщений. Эта информация используется для контроля орбиты НКА и ряда других задач.

Аппаратуру для антарктических БИС изготавливает в Красноярске АО НПП «Радио-связь», это бывший радиозавод. В этом году обещали поставить конечное оборудование, тогда мы сможем завершить проект. Всего в Антарктиде будет работать четыре станции: «Беллинсгаузен», «Мирный», «Прогресс» и «Новолазаревская». Условия для монтажа оборудования, конечно, экстремальные.

— Ваши научные интересы связаны только с ГЛОНАСС, или есть и другие разработки?

— Коллективом НПФ «Электрон» внедрено более 30 изобретений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами. В том числе разработали электронные блоки для комплекса научной аппаратуры молекулярно-лучевой эпитаксии под названием КЭ «Экран-М» в рамках долгосрочной программы научно-прикладных исследований на МКС — эта работа выполняется под руководством института физики полупроводников СО РАН. Процесс эпитаксии полупроводниковых пленок позволяет выращивать сложные полупроводниковые структуры с резкими границами, они служат основой для создания солнечных элементов, приборов современной СВЧ, опто- и микроэлектроники. На земле молекулярно-лучевая эпитаксия обходится довольно дорого, поскольку процесс должен происходить в вакууме, и для создания нескольких молекулярных слоев для получения вакуума необходимо использовать большое количество жидкого азота. А в космосе отличный вакуум, нет необходимости в применении средства откачки, криогенной техники и прочего. Макет установки был смонтирован и испытан, результаты позволяют изготавливать летные образцы. Руководит этим проектом ОАО РКК «Энергия», в ведении которого находится МКС.

Разработанные нами электронные блоки позволят управлять вакуумно-механической аппаратурой молекулярно-лучевой эпитаксии без вмешательства космонавтов — как внутри герметичных отсеков многоцелевого лабораторного модуля МКС, так и в условиях открытого космоса.