Глобальная навигационная спутниковая система Galileo

Galileo logo

Галилео (Galileo) — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансевропейские сети. Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. Программа по созданию ГНСС официально была утверждена в 1994 году.

Система Galileo предоставляет первичные услуги координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО) и поисково-спасательные услуги в глобальном масштабе с декабря 2016 года.

С компанией Arianespace был заключен договор на 10 ракет-носителей «Союз» для запуска спутников, начиная с 2010 года. Космический сегмент обслуживается наземной инфраструктурой, включающей в себя: контур управления космическими аппаратами (Ground Control Segment - GCS) и контур эфемеридно-временного обеспечения (Ground Mission Segment - GMS).

В последнее время всё больше производителей ГССН-оборудования интегрируют в свои спутниковые приёмники и антенны возможность принимать и обрабатывать сигналы со спутников «Галилео», этому способствует достигнутая договорённость о совместимости и взаимодополнении с системой NAVSTAR GPS третьего поколения. 

История развития Galileo

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется национальными военными ведомствами, однако, в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство.

Первый опытный спутник системы Галилео был доставлен на космодром Байконур 30 ноября 2005 года. 28 декабря 2005 года в 8:19 с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» космический аппарат GIOVE-A был выведен на расчётную орбиту высотой 23 222 км. Основная задача GIOVE-A состояла в испытании дальномерных сигналов Галилео на всех частотных диапазонах. Спутник создавался в расчете на 2 года активного экспериментирования, которое и было успешно завершено примерно в расчётные сроки.

Следующий этап состоял в выводе на орбиты четырёх спутников Galileo IOV (in-orbit validation), которые, будучи запущенными парами (два 20 октября 2011 года и ещё два в октябре 2012 года), создали первое мини-созвездие Galileo. Запуски состоялись в рамках программы «Союз на Куру», с помощью ракеты «Союз-СТБ» с космодрома в Куру.

10 декабря 2011 года Galileo передала на Землю первый тестовый навигационный сигнал — два спутника, выведенные на орбиту в октябре российским «Союзом», успешно включили свои передатчики. Специалисты Galileo включили главную антенну L-диапазона (1,2-1,6 гигагерца), с которой был передан первый для Galileo навигационный сигнал, его мощность и форма соответствовала всем спецификациям, а также совместима с американской системой GPS. 12 октября 2012 года были запущены на орбиту ещё 2 спутника проекта Galileo, стало возможным первое позиционирование из космоса, так как для него необходимо по крайней мере четыре спутника.

Текущий этап проекта начался в 2014 году, финансирование — примерно 220 млн евро в год. Возможно, лицензия на эксплуатацию будет передана частным компаниям. С начала 2014 года на орбиту были выведены ещё 14 спутников, остальные — к 2020 году.

После завершения развертывания группировки, спутники обеспечат в любой точке планеты, включая Северный и Южный полюсы, прием сигнала одновременного от четырёх спутников с вероятностью 90%.

Согласно проектной документации, номенклатура услуг Galileo включала в себя обеспечение коммерческой услуги на базе технологий высокоточного позиционирования PPP. Теперь Еврокомиссия подтвердила намерения предоставлять данную услугу потребителям на безвозмездной основе.

В 2017 году Еврокомиссия объявила о решении реализовать коммерческую услугу на частоте E6-B с использованием зашифрованного и открытого компонентов. С новым решением о безвозмездности данной услуги все потребители Galileo, владеющие необходимой аппаратурой, уже в 2020-2021 году смогут решать навигационную задачу с точностью порядка 10 см.

В соответствии с программой ЕКА по навигационным инновациям (NAVISP), стартовавшей в 2017 году, осуществляется активная работа по повышению конкурентоспособности как на рынке поставщиков, так и на рынке потребителей навигационно-информационных услуг, а также расширению интеграции спутниковой навигации с технологиями, не имеющими непосредственной связи с космосом.

Одновременно с предоставлением услуг, в рамках программы Galileo проводятся масштабные мероприятия по развитию и развертыванию объектов инфраструктуры в целях ввода системы в штатную эксплуатацию, что предполагает внедрение в нее новых сервисных возможностей, но, прежде всего, направлено на повышение помехоустойчивости и надежности системной инфраструктуры, её эксплуатации и предоставления услуг. 

В 2020 году планируется внедрить функции автоматической передачи сообщения обратной связи со спутников Galileo, реализуемой в рамках системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ, что позволит использовать КА для поисково-спасательных операций – подающие сигнал бедствия лица получат моментальное уведомление о том, что их сигнал был успешно принят и отслежен.

Состав системы

Система состоит из трех сегментов:

• космического сегмента

• сегмента контроля и управления;

• сегмента навигационной аппаратуры потребителей/аппаратуры спутниковой навигации.

 

Космический сегмент

Galileo satelites

  • количество штатных КА - 27 (+ 3 резерв)
  • высота орбиты - 23 222 км.
  • количество плоскостей - 3
  • большая полуось - 29 640 км
  • период - 14 ч. 4 мин. 45с.
  • наклонение - 56 градусов

 

Поколения КА

Первыми НКА глобальной навигационной системы Galileo были два тестовых спутника GIOVE-A (2005 год) и GIOVE-B (2008 год) (Galileo In-Orbit Validation Element элемент этапа орбитальных проверок системы Galileo).

  

 

№ п/п

Название

Дата запуска

Задачи

1

GLOVE-A

28/12/2005

Подтверждение частотной заявки на сигналы системы Galileo

2

GLOVE-B

27/04/2008

Летная отработка водородного стандарта частоты

3

IOV-PFM

21/10/2011

Демонстрационные испытания четырех летных образцов спутников IOV и проверка функционирования наземной инфраструктуры

4

IOV-FM2

21/10/2011

5

IOV-FM3

12/10/2012

6

IOV-FM4

12/10/2012

В 2014 году с космодрома Куру (Французская Гвиана) были запущены первые функциональные спутники Galileo FOC, вывод которых на целевую орбиту прошел неудачно, что отразилось на сроках развертывания космического сегмента. 

В 2015 году запуском двух КА FOC M3 и FOC М4 продолжен процесс формирования ОГ (27.03.2015). Дальнейшие парные запуски были произведены: 11.09.2015, 17.12.2015 и 24.05.2016 года. (КА FOC M5 - FOC M11). Также 17.11.2016 года был произведен первый запуск из четырех спутников (FOC M7, FOC M12-М14) с помощью ракеты носителя Ariane-5. 

15 декабря 2016 года система Galileo официально введена в эксплуатацию. 

В 2017 году, была запущена новая партия из четырех спутников – FOC M 19 - FOC M 22, поставленных немецкой компанией OHB. Ракета-носитель Ariane-5 стартовала 12 декабря с площадки Гвианского космического центра (ГКЦ). Этот запуск позволил довести состав группировки до 22 КА.  

11 февраля 2019 года эти 4 спутника, были введены в эксплуатацию, успешно завершив этап орбитального тестирования.  

Благодаря тому, что группировка Galileo пополнилась на 4 КА, пользователи получили возможность оценить преимущества более точного местоопределения с помощью одновременного использования нескольких орбитальных группировок. 

Совместно с соответствующим наземным комплексом управления (НКУ), развернутым компаниями Thales Alenia Space и Airbus Defense and Space и их множественными субподрядчиками со всей Европы, группировка в таком составе обеспечит качественное решение навигационной задачи в течение 99,8% времени. «Качественное решение навигационной задачи» в данном случае означает, что геометрический фактор точности PDOP не превысит 5, а для полной группировки в составе 24 КА геометрический фактор точности PDOP составит приблизительно 2,4.  

Для операторов услуг на основе ГНСС и для производителей НАП это означает значительное расширение возможностей по использованию технологий Galileo. 

Качество сигнала системы Galileo достигло в 2019 году наименьшей зафиксированной погрешности измерения дальности – примерно 0,25 метра за счет следующих факторов: увеличения количества КА, используемых по целевому назначению, модернизации наземного комплекса управления (НКУ) и увеличения частоты закладки данных навигационных сообщений (снижения «возраста» эфемеридных данных).

25.07.2018 года орбитальная группировка спутниковой системы Galileo возросла до 26 аппаратов после запуска еще четырех спутников FOC M19- FOC M22. Запуск состоялся с помощью ракеты-носителя Ariane-5 с космодрома Куру во Французской Гвиане.  

Завершить формирование орбитальной группировки в количестве 30 аппаратов планируется в 2020 году.  

В следующем долгосрочном бюджете глобальной спутниковой навигационной системы ЕС на 2021-2027 годы Еврокомиссия (ЕК) предлагает объединить все существующие и новые виды космической деятельности в рамках единой программы ЕС общим бюджетом 16 миллиардов евро. 

 

KA GIOVE-A

KA FOC
 Головной подрядчик SSTL
 САС 2 года 
 Стартовая масса 600 кг
 Габариты  1.3 x 1.8 x 1.65 м
 Мощность энергосистемы 667 Вт 
 Сигналы только на двух частотах (L1+E5 или L1+E6)
 БСУ 2 Rb (стабильность 10нс)

KA GIOVE-B

KA FOC
 Головной подрядчик EADS Astrium GmbH
 САС 2 года 
 Стартовая масса 630 кг
 Габариты  0.95 x 0.95 x 2.4
 Мощность энергосистемы 1100 Вт 
 Сигналы L1,E5, E6
 БСУ 2 Rb (стабильность 10нс), 1PHM (стабильность 1 нс)

KA IOV

KA FOC
 Головной подрядчик EADS Astrium GmbH
 САС 12 лет
 Стартовая масса 700 кг
 Габариты  3.02 x 1.58 x 1.59 м
 Мощность энергосистемы 1420 Вт
 Сигналы L1,E5, E6
 БСУ 2 Rb (стабильность 10нс), 1PHM (стабильность 1 нс)

KA FOC

KA FOC
 Головной подрядчик OHB AG (контракт на 22 КА)
 САС 12 лет
 Стартовая масса 730 кг
 Габариты  2.74 x 1.58 x 1.59 м
 Мощность энергосистемы 1420 Вт
 Сигналы L1,E5, E6
 БСУ 2 Rb (стабильность 10нс), 1PHM (стабильность 1 нс)

 

Наземный сегмент управления

Наземный сегмент Galileo состоит из двух независимых контуров - контура управления КА (GCS - Ground Control Segment) и контура эфемеридно- временного обеспечения КА (GMS - Ground Mission Segment). 

Контур управления GCS осуществляет получение и обработку телеметрии с борта космического аппарата ГАЛИЛЕО, контроль функционирования подсистем КА, формирование командной информации и ее передачу на КА. Интерфейс между космическим сегментом и контуром управления GCS осуществляется через сеть станций слежения, приема телеметрии и передачи команд управления (Telemetry Tracking & Command - TT&C) в S-диапазоне.  

Контур GMS решает задачи сбора данных глобальной беззапросной сети измерительных станций (Ground Sensor Stations - GSS), обработки полученной информации, формирования и закладки эфемеридно-временной информации, а также информации о целостности на борт КА через закладочные станции (Uplink Station - ULS). 

На первом этапе развертывания системы ГАЛИЛЕО функции координирующего центра контура управления GCS выполняет центр управления в Оберпфафенхофене (Германия), а функции центра контура GMS — центр управления в Фучино (Италия). На этапе полной эксплуатационной готовности все задачи наземного комплекса управления будут координироваться обоими центрами в режиме горячего резервирования. Таким образом, на этапе штатной эксплуатации в состав наземного комплекса управления ГАЛИЛЕО войдут:  

В 2019 году завершено развертывание двух полномасштабных дублирующих центров управления, включающих в себя средства обработки и хранения информации, средства мониторинга и управления, а также центры контроля безопасности.