3. Спутниковая система galileo

При написании этого раздела использованы следующие работы : [11,16,17]. Кроме того, использованы публикации в журнале Galileo's World.

Программа GALILEO - это результат совместной разработки Европейской Комиссии (European Commission - ЕС) и Европейского Космического Агентства (European Space Agency - ESA). Предполагают, что созданная в результате спутниковая система GALILEO будет представлять собой некий образец гражданской навигационной спутниковой системы. Напомним, что ГЛОНАСС и GPS находятся под управлением соответствующих военных ведомств. Будет существовать полная совместимость между GALILEO и уже существующими спутниковыми системами ГЛОНАСС и GPS. Программа GALILEO на настоящий период времени не осуществлена до конца. Ее только еще разрабатывают. В процессе практической реализации в соответствующую спутниковую систему разработчики и исполнители программы могут внести изменения, в том числе и изменения существенные. Поэтому не будем детально описывать еще не существующую спутниковую систему.

3.1. Космический сегмент

Космический сегмент (созвездие) GALILEO будет содержать 30 спутников, расположенных на земных орбитах средних высот (Medium Earth Orbit - МЕО). Высота орбит спутников над поверхностью Земли будет составлять около 23,2 тысячи километров. Высота орбит спутников выбрана таким образом, чтобы избежать воздействия на орбитальное движение спутников гравитационных резонансов. Поэтому имеется надежда на то, что в течение всего периода жизни спутника не понадобится корректировать орбитальное движение спутника. В ГЛОНАСС такой подход задуман и реализован изначально.

Из тридцати спутников три спутника будут "свободными". Эти свободные спутники будут принадлежать к так называемому созвездию "путников"(walker). Каждый такой свободный (запасной) спутник - так же как и каждый основной (рабочий, операционный) спутник - будет транслировать сигналы времени, эфемериды и другие данные. Свободный спутник необходим для страховки операционного спутника. Если случится отказ какого - либо операционного спутника, то можно будет быстро восстановить работу системы спутников путем перемещения свободного спутника на место отказавшего опе­рационного спутника.

Созвездие спутников GALILEO проектировали таким образом, чтобы это созвездие отвечало следующим требованиям. Спутники, как в ГЛОНАСС, расположены на трех круговых орбитах. Высота орбиты спутника над поверхностью Земли составляет 23222 километра. Наклон плоскости орбит спутников к плоскости экватора составляет 56°.Спутники равномерно (равноудаленно) распределены в трех орбитальных плоскостях. В каждой орбитальной плоскости равномерно распределены девять операционных спутников. В плоскости каждой орбиты находится также еще один свободный дополнительный спутник.

3.2. Спутник

Спутник GALILEO имеет массу 700 килограммов. Мощность излучаемого сигнала составляет 1600 ватт. Радиосигналы излучаются на десяти частотах, лежащих в L - полосе, то есть, от 1200 до1600 МГц. Поверхности солнечных панелей спутника повернуты в сторону Солнца. Антенны спутника направлены в сторону Земли. Спутник имеет следующие размеры, выраженные в метрах 2,7x1,1x1,2, а развернутые в рабочее состояние солнечные панели имеют в длину 13 метров.

"Сердцем" спутника являются главные (master) часы. Эти атомные часы построены на основе водородного мазера. Другими словами, эти часы используют сверхстабильный, на уровне относительной ошибки 10^-14, переход на частоте 1.4ГГц в атоме водорода. Эти часы позволяют в течение полусуток хранить время с ошибкой, не превышающей 0,45 наносекунды (0,45Ч10^-9 секунды). Если вдруг случится такое, что главные (водородные) часы дадут сбой, то сразу будут задействованы рубидиевые часы. Ошибка в работе рубидиевых часов в течение полусуток составляет 1.8 наносекунды.

На каждом спутнике будут установлены двое часов, работающих на основе водородных мазеров, и двое рубидиевых часов. В каждый текущий интервал времени действуют только одни водородные часы. В нормальных (штатных) условиях задействованные в настоящий период времени водородные часы генерируют колебания опорной частоты, на основе которых спутник генерирует навигационный сигнал. Если же водородные часы, как было сказано, дадут сбой, то к работе немедленно приступят рубидиевые часы. Если проблема с главными (master) водородными часами окажется трудно устранимой, то в течение нескольких суток в действие вступит второй водородный стандарт частоты и времени. При этом спутник будет полностью работоспособен. Затем рубидиевые часы вновь переходят в режим ожидания.

Блок, контролирующий работу водородных и рубидиевых часов и управляющий работой этих часов, представляет собой интерфейс между часами и блоком, генерирующим навигационный сигнал (navigation signal generator unit - NSU). Этот блок ответствен за то, чтобы колебания, генерируемые главными часами спутниковой системы, и колебания часов спутника, работающих в данный период времени, оставались бы фазированными в случае, если главные часы дадут сбой. Этот же блок при необходимости задействует запасные рубидиевые часы. Подчеркнем, что в системе GALILEO, так же, как в ГЛОНАСС, и в отличие от GPS, контролируют не только синхронность, но и синфазность колебаний.

Бортовой компьютер контролирует работу спутника и управляет функционированием всех его систем.

Передатчики и антенна, работающие в L - радиополосе частот, передают несущие кодированные сигналы на радиочастотах, лежащих в полосе 1,2 - 1,6 ГГц (слегка превышая верхний предел).

Здесь полезно дать справку о частотных полосах (диапазонах). Р-полоса лежит в интервале от 270 до 1000 МГц. L-полоса лежит в интервале от 1215 до 1400 МГц. S-полоса лежит в интервалах от 2300 до 2660 МГц и от 2700 до 3700 МГц. С-полоса лежит в интервале от 5255 до 5925 МГц. Х-полоса лежит в пределах от 8500 до 10700 МГц. Приемник и антенна принимают от наземных станций загрузки информации сигналы, содержащие данные о всей системе GALILEO Эти сигналы содержат данные, необходимые для того, чтобы синхронизировать работу бортовых часов спутников с наземными опорными часами, а также данные об "интегральности" (integrity). Состав данных об интегральности содержит информацию об исправности каждого блока спутника и о правильном взаимодействии всех этих блоков Информацию об интегральности включают в навигационное сообщение и транслируют эту информацию пользователю.

Два передатчика и две антенны спутника представляют собой часть управляющей и контролирующей (command) подсистемы GALILEO. Эта часть системы GALILEO выполняет функции определения эфемерид спутников и функцию телеметрии. Эти передатчики и антенны спутника транслируют на наземные станции управления и контроля имеющиеся на борту спутника данные о состоянии расположенных на спутнике систем.

Получив эту информацию, наземные станции принимают от главной станции управления и контроля соответствующие команды и выполняют их. Тем самым наземные станции управляют работой каждого спутника системы и всей системой в целом. Передатчики и антенны спутников также принимают, обрабатывают и транслируют

дальномерные сигналы, предназначенные для измерения кодовых псевдодальностей.

Отражатели лазерного излучения предназначены для работы с лазерным дальномером, установленным на наземной станции слежения и для измерения дальности с ошибкой в несколько сантиметров.

Приемник и антенна S&R (search and rescue - поиск и спасение) принимают сообщения от наземных радиоисточников об аварийных ситуациях и передает эти сигналы на соответствующую наземную станцию. В результате задействуют местные службы спасения.

Генератор навигационного сигнала в качестве входного колебания использует колебание, поступающее от блока, контролирующего работу действующих часов и управляющего работой этих часов. Кроме того, используют навигационные данные и данные об интегральности, полученные с антенны и приемника спутника. Навигационные сигналы транслируют пользователю.

Блок управления (remote terminal unit)выполняет функции интерфейса между основными блоками и бортовым компьютером спутника.

Гироскопы оценивают ориентацию спутника в пространстве и управляют работой "реактивных колес"(reaction wheels). Эти колеса, при необходимости, изменяют ориентацию спутника.

Блок регулирования и распределения энергии(power conditioning and distribution unit) регулирует, контролирует, распределяет и направляет поток энергии от солнечных панелей и от аккумуляторов во все подсистемы спутника.