7 октября в 12:51:00.691 UTC (08:51:00.691 EDT) со стартового комплекса 17A станции ВВС «Мыс Канаверал» боевым расчетом 1-й пусковой эскадрильи 45-го космического крыла ВВС США был произведен пуск РН Delta 2 (модификация 7925-9.5) с навигационным космическим аппаратом Navstar 2R-3 (GPS Block 2R-3, заводской номер SVN 46, системный номер PRN 11). Это был 275-й пуск носителей семейства Delta.

Запуск состоялся после вынужденного перерыва, вызванного необходимостью расследования причин, приведших к повреждению КА Navstar 2R (PRN 10) при подготовке запуска в мае 1999 г. (НК №7, 1999). Аппарат, прозванный острословами «мокрый спутник» («Wet Sat»), был отправлен на завод-изготовитель и подвергся полной разборке для выяснения степени повреждения отдельных систем и возможности восстановления. Военные надеются, что его все же можно будет запустить в ближайшем будущем.

Запуск планировался на 23 сентября, но был отложен из-за бушевавшего над Флоридой урагана Флойд. Мощный атмосферный фронт, проходивший над югом США в начале октября, чуть не стал еще новым препятствием. В субботу 2 октября стартовый расчет 1-й пусковой эскадрильи из-за разрядов молний в районе ПУ вынужден был отложить заправку топливом второй ступени. Окислитель удалось заправить только в воскресенье, а горючее – в понедельник. Однако из-за плохих погодных условий номинальная дата старта – 5 октября 12:59 UTC – так и не была выдержана. А 6 октября запуску помешало еще одно обстоятельство. Как назло, связной геостационарный спутник, через который должны были ретранслироваться данные, принимаемые с РН на активном участке наземной станцией на о-ве Антигуа, в течение 6 минут проходил по диску Солнца и это делало невозможным его использование. В итоге запуск был задержан еще на двое суток.

Пуск был проведен по азимуту 110° в самом начале стартового окна длительностью 15 мин. Первое включение ДУ 2-й ступени на 6 мин 09 сек обеспечило выход связки КА + РБ PAM-D + 2-я ступень на первую опорную орбиту с наклонением 36.85°, высотой 173.9x185.4 км и периодом 87.95 мин. После баллистической паузы длительностью 51 мин 46 сек, в 13:53:35 UTC, ДУ 2-й ступени была запущена во второй раз и, проработав 41 секунду, обеспечила переход всей связки на вторую опорную орбиту с параметрами 37.22°, 179.5x1142.8 км, 97.854 мин. Еще через 50 сек вторая ступень отделилась; позднее она выполнила боковой маневр и была впоследствии обнаружена на орбите 33.35°, 181x904 км, 95.36 мин.

В 13:55:45 UTC была запущена ДУ 3-й ступени. Третья ступень, называемая PAM-D (Payload Assist Module – Delta class), была впервые использована при запуске КА SBS-1 15 ноября 1980 г. Первоначально планировалось, что она будет служить в качестве перигейного разгонного блока при запуске полезных грузов шаттлами. Но после катастрофы «Челленджера» и перевода коммерческих и военных КА на одноразовые носители ступень стала основной в комплектации РН Delta при запусках на геостационарные и высокие круговые орбиты. На разгонном блоке PAM-D установлен твердотопливный двигатель Star 48B компании Thiokol. Между космическим аппаратом и третьей ступенью имеется специальная проставка (PAF, Payload Attach Fitting), оборудованная системой гашения нутации (NCS, Nutation Control System) с однокомпонентными гидразиновыми двигателями в качестве исполнительных органов. Кроме того, третья ступень установлена на специальной платформе (spin table) с реактивными двигателями, с помощью которых обеспечивается закрутка ступени с КА в момент отделения от второй ступени. Скорость закрутки варьируется от 30 до 110 об/мин в зависимости от массово-инерционных характеристик аппарата. Для КА типа GPS Block 2R она составляет 54 об/мин.

ДУ Star 48B до выгорания топлива проработала 65 сек (при максимальном количестве загруженного топлива длительность включения может составлять до 87.1 сек). Примерно через 45 сек после выключения ДУ была запущена процедура продувки двигателей системы NCS, а в 13:59:06 UTC космический аппарат отделился от третьей ступени. Отделение было произведено с помощью четырех пружинных толкателей усилием по 900 Н каждый, что в сумме обеспечило относительную скорость расхождения КА и ступени 1.8 м/с.

После отделения от РБ КА Navstar 2R-3 остался на переходной эллиптической орбите с параметрами 38.90°, 185x20393 км, 356.9 мин. Для перевода аппарата на рабочую орбиту он оборудован специальным твердотопливным апогейным двигателем Star 37FM производства компании Thiokol (КА серии Block 1 использовали в качестве такого двигателя TE-M-616, а КА серии Block 2/2A – Star 37XFP того же производителя). Длительность включения составляет примерно 54 сек (максимально возможная при полной загрузке топлива – 63.7 сек). При этом производится одновременный поворот плоскости орбиты в пространстве и подъем высоты перигея до 20000 км. После маневра теперь уже бесполезная конструкция ДУ массой около 83 кг не отделяется, а остается с космическим аппаратом. После перехода на штатную орбиту проводится последовательное замедление вращения КА, сначала с 54 до 10 об/мин, а затем с 10 до 1.3 об/мин. На четвертые сутки полета производится построение трехосной ориентации и разворачиваются панели солнечных батарей. После этого начинаются тщательные проверки состояния бортовых систем.

Судя по опубликованным орбитальным элементам, включение ДУ Star 37FM произошло 9 октября в 22:01 UTC и было успешным. Аппарат был выведен на орбиту с наклонением 53.01°, высотой 20099x21210 км и наклонением 737.2 мин. Из опубликованной информации не ясно, почему вместо стандартного наклонения 55° наклонение рабочей орбиты составило 53°. Планируется, что к 15 ноября новый аппарат будет введен в штатную эксплуатацию.

Средствами контроля космического пространства США были взяты на сопровождение три новых объекта, относящиеся к данному запуску, – КА USA-145 (Navstar 2R-3), 2-я ступень РН Delta 2 и РБ PAM-D. В каталоге Космического командования США они получили обозначения 1999-055A, 1999-055B и 1999-055C, а также номера 25933, 25934 и 25935 соответственно.

Проведенный пуск стал для РН семейства Delta 2 десятым в этом году и 30-м в рамках развертывания и поддержания спутниковой навигационной системы GPS. Еще 11 запусков КА системы GPS на этапе ее испытаний (серия Block 1) были проведены с помощью РН Atlas F с базы ВВС Ванденберг, причем один из них закончился аварией носителя.

КА Navstar 2R

Космический аппарат Navstar 2R-3 относится к третьему поколению навигационных спутников системы глобального определения местоположения GPS. В настоящее время в системе эксплуатируются спутники серий Block 2 и Block 2A (второе поколение) и Block 2R.

Спутники серии Block 2R предназначены для замены отработавших свой ресурс КА GPS Block 2/2A и будут запускаться по мере выхода из строя последних. 15 апреля этого года исполнилось десять лет с момента ввода в эксплуатацию первого спутника серии Block 2. Рассчитанные на работу в течение 7.5 лет (при заданном среднем сроке эксплуатации в составе системы 6 лет) аппараты этой серии показали высокую степень живучести и отличные эксплуатационные характеристики, что позволяет продолжать их эксплуатацию по настоящее время. Из 28 аппаратов типа 2 и 2A, выведенных на орбиту с 14 февраля 1989 г., только два (2-07 и 2A-13) выведены из эксплуатации. А общая наработка эксплуатируемых в настоящее время аппаратов всех трех типов составляет более 137 лет! Кстати, только благодаря этомыу обстоятельству разработчики и военные могли не слишком торопиться с началом запусков КА серии Block 2R и не спеша решать возникшие проблемы.

В отличие от КА предыдущих серий, созданных компанией Rockwell International (ныне Boeing North American), аппараты GPS Block 2R разработаны корпорацией Lockheed Martin (отделение Lockheed Martin Missiles & Space) по заказу ВВС, унаследованному ей от компании General Electric Astro Space. В качестве базовой использована платформа 4000.

Габаритные размеры корпуса спутника составляют 1.52x1.93x1.91 см, размах панелей солнечных батарей – 19.3 м (по другим данным – 11.6 м). Срок активного существования этих спутников составляет не менее 10 лет. Стартовая масса КА (вместе с апогейной ДУ) – 2032 кг, на рабочей орбите – 1075 кг. Аппараты используют трехосную систему стабилизации (все предыдущие стабилизировались вращением), в которой в качестве исполнительных органов используются маховики, магнитная система и 16 реактивных двигателей (12 каталитических по 0.89 Н и четыре электротермических по 22.2 Н). Все двигатели используют в качестве топлива гидразин, общий запас которого в четырех баках составляет 94.8 кг. Двигатели сгруппированы в две сборки (в комплектации 6+2) в целях резервирования. Энергопитание обеспечивается с помощью двух панелей СБ (площадь – 13.4 м2) с кремниевыми элементами, использующими технологию N-P перехода. Мощность, вырабатываемая батареями в конце срока службы, составляет 1136 Вт при требуемых 970 Вт. Никель-водородные батареи обеспечивают полноценное функционирование бортовой аппаратуры при прохождении теневых участков орбиты.

Навигационную аппаратуру для спутников Navstar 2R поставляет компания ITT/Aerospace Communications.

Одним из главных преимуществ КА Navstar 2R является высокая степень боевой устойчивости. Именно обеспечение требований боевой устойчивости в условиях ведения ядерной войны было одним из требований ВВС и повлекло увеличение первоначальной суммы затрат на этапе эскизного проектирования с 99.1 до 119 млн долларов. В итоге при создании аппаратов был реализован целый ряд решений, которые до того не применялись на спутниках как гражданского, так и военного назначения. В их числе:

• способность определения собственного местоположения в пространстве по взаимным измерениям дальности с другими спутниками серии Block 2R;
• возможность оценки текущих ошибок параметров навигационного сообщения и обновление этих значений на основе обработки получаемых межспутниковых измерений без вхождения в связь с наземными станциями управления;
• наличие новых бортовых компьютеров с возможностью перепрограммирования их в полете;
• способность находиться в режиме полностью автономного функционирования (без связи с наземными станциями) до 14 суток и до 180 суток в режиме автономной навигации (Autonav);
• повышенная радиационная стойкость;
• 60-суточная готовность к запуску хранящегося в арсенале КА в любую орбитальную плоскость.
Как и аппараты серии Block 2/2A, КА Block 2R оборудованы системой оперативного обнаружения ядерных взрывов (IONDS, Integrated Operational Nuclear Detection System). Система включает оптическое устройство, датчики для регистрации рентгеновского излучения и потока нейтронов, а также оборудование для регистрации электромагнитных импульсов. Для калибровки системы созданы специальные мобильные наземные установки, генерирующие импульсы электромагнитного излучения.

Стоимость одного спутника серии Block 2R, по данным из разных источников, составляет от 40 до 43 млн $.

1 – апогейный двигатель; 2 – силовая рама КА; 3 – топливный бак; 4 – привод СБ; 5 – маховики; 6 – солнечная батарея; 7 – съемная панель; 8 – блок телеметрического интерфейса; 9 – измерительный блок; 10 – средства шифровки и дешифровки; 11 – контроллер пиротехнических средств; 12 – блок декодирования команд; 13 – блок обработки; 14 – приемопередатчик диапазона S; 15–сборка ракетных двигателей;16–антенный комплекс диапазона L; 17 – антенный комплекс диапазона УВЧ; 18 – блоки формирования навигационных сигналов; 19 – межспутниковый приемопередатчик и блок данных; 20 – блок управления полезной нагрузкой; 21 – блок полетных данных; 22 – цезиевый стандарт; 23 – рубидиевый стандарт; 24 – грубый солнечный датчик; 25 – датчик Земли; 26 – точный солнечный датчик; 27 – детектор событий низкого уровня; 28 – электронный блок маховиков; 29 – резервная вспомогательная ПН; 30 – антенна диапазона S; 31 – оптический датчик детектора взрывов (BDY); 32 – дозиметр/рентгеновский датчик детектора взрывов (BDD/BDX); 33 – процессор детектора взрывов; 34 – датчик электромагнитного импульса детектора взрывов; 35 – детектор глобальных событий

Система GPS

GPS представляет собой сетевую спутниковую радионавигационную систему и предназначена для обеспечения высокоточной навигационно-временной информацией широкого круга наземных, морских, воздушных и космических пользователей. Каждый спутник системы излучает два кода: легко обнаруживаемый (C/A), предназначенный для гражданских потребителей, и защищенный P, используемый военными потребителями. Оба кода передаются двумя несущими на общей частоте 1575.42 МГц. Для исключения ионосферной ошибки применяется двухчастотный метод измерений, причем сигнал, передаваемый на второй частоте 1227.6 МГц, модулируется точным измерительным кодом P и доступен для использования только военными потребителями. Разделение сигналов различных спутников осуществляется за счет специальным образом формируемой кодовой последовательности. Число PRN (Pseudo Random Noise), присваиваемое каждому спутнику, представляет собой уникальный идентификатор псевдослучайного шумового кода, который используется при формировании навигационных сигналов. Из большого количества вариантов формирования кодов в соответствии с определенными критериями выбрано всего 37. Это означает, что теоретически в системе GPS может одновременно находиться в рабочем состоянии до 37 КА.

На точность определения координат и скорости гражданского потребителя по навигационным сигналам влияет множество факторов: погрешность передаваемых эфемерид и временных меток, искажения при прохождении сигнала через ионосферу и тропосферу и др. Кроме того, «гражданский» сигнал загрубляется. С конца марта по 10 августа 1990 г. впервые был применен режим т.н. «селективного доступа», который заключается в намеренном внесении погрешностей в легко обнаруживаемый код C/A. Это снизило точность определения местоположения гражданскими пользователями с 20–40 до 100 м. С 1 июля 1991 г. режим селективного доступа применяется на постоянной основе. Следует отметить, что в аналогичной российской системе ГЛОНАСС подобные «дискриминационные» меры в отношении гражданских потребителей не применяются.

В настоящее время для проведения высокоточных навигационно-временных измерений гражданские потребители широко используют т.н. дифференциальный режим навигации. Его суть заключается в том, что один приемник (контрольно-корректирующая станция, ККС) размещается стационарно в точке с известными координатами (которые могут быть определены обычными геодезическими методами). На основе принимаемых навигационных сигналов определяются координаты ККС, затем они сравниваются с эталонными и вычисленные поправки передаются всем потребителям, находящимся в ее окрестности. В масштабе реального времени с помощью такого метода можно получить точность до 10–15 м. Таким образом, режим селективного доступа сказывается преимущественно на точности определения положения быстро движущимися потребителями (реактивными самолетами, космическими аппаратами и др.), но подавляющее их число относится к военным и может использовать точный код P.

В настоящее время на орбите находится 27 функционирующих КА системы GPS (без учета вновь запущенного), размещенные в шести орбитальных плоскостях. Новый аппарат запущен в плоскость D и займет в ней вторую орбитальную позицию. Находящийся там КА Navstar 2-09 (SVN 15/PRN 15) будет переведен в дополнительную орбитальную позицию D5. Согласно имеющимся данным, старый аппарат не собираются выводить из системы, т.к. он еще вполне работоспособен. Размещение всех аппаратов в орбитальных позициях приведено в таблице 1. Курсивом выделены вновь запущенный и заменяемый аппараты.

В таблице 2 приведен полный перечень запущенных аппаратов серий Block 2, Block 2A и Block 2R.
Всего в соответствии с контрактом до 2002 г. должны быть изготовлены и до 2003 г. запущены 21 КА серии Block 2R. В 2000 финансовом году (ф.г.) предполагается осуществить четыре запуска, в 2001 ф.г. – пять, в 2002 ф.г. – пять и в 2003 ф.г. – три.

Управление системой GPS осуществляется силами 2-й эскадрильи космических операций 50-го космического крыла ВВС США, дислоцированной на АБ Шривер, шт. Колорадо, в 18 км восточнее авиабазы Петерсон и города Колорадо-Спрингс. Наземный комплекс управления системой включает Центр управления и Главную командно-измерительную станцию на АБ Шривер, пять контрольных станций (атолл Кваджалейн, о-в Диего-Гарсия, о-в Вознесения, АБ Шривер, Каэна-Пойнт) и три станции закладки служебной информации (атолл Кваджалейн, о-в Диего-Гарсия, о-в Вознесения).

Контрольные станции (КС) представляют собой автоматизированные стационарные измерительные пункты, оснащенные многоканальными навигационными приемниками, атомным стандартом частоты, датчиками атмосферных параметров и компьютерами для первичной обработки информации. Каждая КС осуществляет круглосуточный прием сигналов со всех КА системы, а также производит сбор местной метеоинформации, необходимой для последующего расчета тропосферных поправок. Собранная информация оперативно запоминается и по запросу передается в Центр управления системой для последующей обработки.

Станции управления аппаратами Navstar работают на частоте 2227.5 МГц (диапазон S).

Перспективы

В настоящее время работы по модернизации системы ведутся в двух направлениях: разработка аппаратов нового поколения Block 2F и расширение возможностей системы для использования ее гражданскими потребителями.

Разработка аппаратов четвертого поколения Block 2F ведется компанией Boeing по контракту на общую сумму 1.3 млрд $, унаследованному ей от Rockwell. Контрактом предусматривается изготовление до 33 спутников серии Block 2F в период до 2012 г. включительно.  Согласно еще одному контракту, подписанному в прошлом году с ВВС, компания Boeing, начиная с 2002 г., должна осуществить запуск 19 КА Navstar Block 2F носителями Delta 4, которые также пока находятся в стадии разработки. Стоимость этого контракта составила 1.38 млрд долларов. Предполагается, что к 2010 г. группировка навигационных КА будет состоять только из аппаратов четвертого поколения.

Расчетный срок активного существования новых КА составит 12.7 лет. Аппараты будут оборудованы усовершенствованной системой обнаружения ядерных взрывов, созданной с применением новых технологических решений, отработанных с помощью КА FORTE. Эта система позволит обнаруживать технологические ядерные испытания малой мощности по возникающему при их проведении импульсу в радиодиапазоне, что позволит осуществлять эффективный контроль за соблюдением договора о запрещении ядерных испытаний.

На аппаратах четвертого поколения предполагается ввести дополнительный навигационный сигнал, доступный гражданским потребителям, на частоте нынешнего военного P-кода, т.е. 1227.6 МГц (L2). Запуск спутников со вторым «гражданским сигналом» может начаться с 2003 г.
25 января 1999 г. вице-президент США Альберт Гор выступил с новой инициативой модернизации системы GPS. Она предполагает добавление еще одного, третьего гражданского навигационного сигнала на частоте 1176.45 МГц (L5) для обеспечения потребностей наиболее критичных, с точки зрения безопасности людей, приложений. Такими приложениями являются, например, гражданская навигация и судовождение в акватории больших портов. Запуск КА с третьей гражданской частотой может начаться уже в 2005 г. Для реализации этого проекта в течение шести лет потребуется 400 млн $. Предложение Гора нашло поддержку Межагентского консультативного совета по GPS. В меморандуме от 17 июня Совет рекомендовал Объединенному управлению программы GPS (GPS Joint Program Office) ВВС США при проведении анализа необходимых затрат на совершенствование системы рассмотреть сценарии как можно более быстрой реализации идеи третьей гражданской частоты.

   < ВЕРНУТЬСЯ