В конце июля произошёл массовый сбой в работе глобальной спутниковой системы связи Starlink. Число обращений о перебоях превысило 50 тысяч. Больше всего о неполадках сообщали пользователи в Соединённых Штатах, Канаде и Германии. В зоне проведения специальной военной операции (СВО) перестали работать терминалы Starlink.

Около четырёх часов украинские FPV-дроны не функционировали, системы целеуказания артиллерии не работали, а подразделения переходили на радиосвязь. Несколько часов проблем компании Starlink фактически отбросили ВСУ на десятилетие назад в плане управляемости. Данное обстоятельство отметили многие западные эксперты.

Системы разные нужны, системы разные важны

Неполадки в работе Starlink показали риски зависимости, в том числе от глобальных систем спутниковой связи. Не секрет, что одним из самых заметных вкладов космонавтики в повседневную жизнь человечества стало создание спутниковой навигации. Благодаря ей каждый смартфон может показать точное местоположение и построить маршрут. Такие технологии упрощают работу службам такси, доставкам еды и даже сельскому хозяйству. В военной сфере точная навигация стала критически важным элементом современных операций. Именно поэтому все крупные державы стремились иметь свою навигационную группировку. Сначала появилась американская система GPS, затем — советская ГЛОНАСС и другие системы.

GPS («Глобальная система позиционирования») — универсальная система отслеживания и навигации в режиме реального времени. Однако GPS полностью контролируется и управляется правительством США, что может вызывать опасения по поводу возможного отключения или ограничения доступа к сигналам.

Сигналы GPS относительно слабы и могут блокироваться или подавляться различными средствами радиоэлектронной борьбы. Высокие здания, мосты и другие преграды могут ухудшать качество GPS-сигнала и снижать точность определения местоположения. Для нормальной работы GPS-приёмнику требуется беспрепятственный обзор неба, что может быть проблематично в условиях плотной застройки. Сигнал не охватывает все районы. Например, в широтах полярного круга сигнал почти отсутствует.

GPS может быть подвергнут глушению, подмене или отключению, особенно в условиях военных конфликтов или кибератак. Имеющиеся данные указывают на серьёзную угрозу для безопасности страны и беспилотных транспортных средств, которым необходимо постоянное и точное определение своего местоположения. Каждодневные помехи в работе GPS приводят к нарушениям в работе около 1000 авиарейсов. По оценкам экспертов, ущерб от подобных сбоев может достигать миллиарда долларов в день для мировой экономики.

Следовательно, важность поиска надёжной альтернативной системы навигации становится критической, особенно для военных и автономных технологий.

Бережёного бог бережёт

К сожалению, создание любой глобальной системы обходится слишком дорого. Стоимость программы GPS на данный момент, не включая стоимость пользовательского оборудования, но включая затраты на запуск спутников, оценивается в 5 миллиардов долларов США. При этом такие системы можно отключить в самый критический момент.

Так произошло с Индией во время Каргильской войны 1999 года с Пакистаном. Тогда США отказали в запросе на использование высокоточного защищённого канала GPS для индийской армии. Поэтому неудивительно, что Индия создала собственную неглобальную спутниковую системы NavIC.

Индия

Индийская региональная навигационная спутниковая система IRNSS (с 2016 года — NavIC) — автономная система для предоставления геопространственной информации о местоположении в пределах Индийского субконтинента. Проект разработан Индийской организацией космических исследований (ISRO) и одобрен правительством Индии в 2006 году.

Основная зона обслуживания охватывает Индию и территорию до 1500 километров от индийской границы. В составе системы находится восемь спутников, работающих на геосинхронных орбитах на высоте 36 000 километров.

Основная цель разработки системы — сократить зависимость от иностранной навигации и предоставить Индии независимый доступ к точным навигационным и временным данным круглосуточно и ежедневно.

Система позволяет осуществлять наземную, воздушную и морскую навигацию, борьбу с бедствиями; управление автопарком и отслеживание транспортных средств. Предусмотрены интеграция с мобильными телефонами, картографирование и сбор геодезических данных, помощь туристам и путешественникам с наземной навигацией.

Чтобы определить своё местоположение, нужно принимать сигналы минимум четырёх спутников, видимых одновременно. Такие локальные системы усиливают сигнал и точность позиционирования в своём регионе, дополняя глобальные. А в случае отключения GPS или Galileo обеспечивают автономную навигацию. При этом они дешевле в разы.

Система NavIC использует одночастотную аппаратуру, которая благодаря поправкам с использованием параметров ионосферной точечной сетки выдаёт результаты, аналогичные двухчастотной аппаратуре.

Япония

Япония — одна из самых урбанизированных стран мира. Мегаполисы там плотно застроены высотками. GPS-сигнал плохо ловится между зданиями или в горах. Орбиты спутников японской неглобальной спутниковой системы QZSS специально выбраны так, чтобы они большую часть времени висели высоко над горизонтом. Такое условие обеспечивает устойчивый приём даже в бетонных каньонах. Поэтому у Японии находится один спутник на геостационарной орбите и три — на высокоэллиптической орбите типа «Тундра».

Японская QZSS работает с сигналом диапазона L6, который обеспечивает высокоточное позиционирование с сантиметровой точностью. QZSS обеспечивает более точную информацию о местоположении на местности со сложным рельефом (например, в горах), совмещая свои данные с информацией GPS-спутников.

Франция

Есть ещё несколько систем неглобальной спутниковой навигации. Например, французская DORIS. Détermination d’Orbite et Radiopositionnement Intégré par Satellite — «определение орбиты и интегрированное спутниковое радиопозиционирование».

Система изначально разрабатывалась для решения задач геодезии и геофизики, имела научное применение. Её работа основана на эффекте Доплера, что позволяет точно определять координаты высоты и положения наземных радиоприёмников вплоть до нескольких сантиметров.

При этом система позволяет измерять скорость с точностью не хуже 0,3 миллиметра в секунду и определять орбиту с ошибкой по высоте не более 5 сантиметров. Она может отслеживать до семи маяков одновременно (семь двухчастотных каналов). Система работает в режиме рутинной высокоточной навигации и позволяет предсказывать манёвры.

Выбор системы передачи только на спутник позволяет полностью автоматизировать операции маяков и линии связи по централизованной доставке данных в центр обработки. Система оснащена возможностью обнаружения отказов процессора и памяти, двукратным горячим резервированием всего программного обеспечения.

DORIS используется в разных странах, в том числе в России: Красноярск, урочище Бадары (Тункинский район, Республика Бурятия), Южно-Сахалинск, Парамушир.

Европа

В Европе работает Galileo. Система создана Европейским космическим агентством в рамках проекта Транс-Евразийской сети. Архитектура Galileo позволяет улавливать сигналы от американской инфраструктуры и использовать их для собственной навигации. Она является частью транспортного проекта «Трансъевропейские сети» (англ.: Trans-European Networks). Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. «Галилео» введена в строй 15 декабря 2016 года при тогдашней группировке из 18 спутников. По данным на февраль 2025 года, в спутниковой системе навигации Galileo задействовано 27 пригодных для использования спутников.

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. Общие затраты оцениваются в 4,9 миллиарда евро.

Другие варианты

Ряд зарубежных компаний занимается разработкой альтернатив GPS, в том числе неглобальных навигационных систем. Например, калифорнийская компания Xona Space Systems. Стартап разрабатывает сверхточную технологию спутниковой навигации нового поколения, чтобы компенсировать недостатки американской системы глобального позиционирования GPS.

Американские компании Anello Photonics и Advanced Navigation тестируют наземные решения: инерциальные навигационные устройства, которые используют гироскопы и акселерометры для определения местоположения транспортного средства на основе его собственных движений.

Французский аэрокосмический и оборонный конгломерат Safran разрабатывает систему, которая распределяет данные PNT по оптоволоконным сетям, формирующим основу глобальной инфраструктуры интернета.

Преимущества неглобальной спутниковой навигации по сравнению с глобальной

Наличие альтернативной системы позволяет снизить зависимость от глобальных систем и обеспечить резервный вариант в случае их отказа. Неглобальная спутниковая навигация может предлагать более точные и быстрые услуги позиционирования в определённых регионах, что может быть полезно в ситуациях, где важны локальные навигационные решения.

Сигнал неглобальных систем более устойчив к подавлению в сравнении со спутниковым. При этом он защищён от подмены, поскольку специальный алгоритм обеспечивает его постоянное изменение. Такие системы могут использоваться в местах, где работа глобальной навигации затруднена. Например, на местности со сложным рельефом, в зданиях и лесах.

Они могут работать вместе с глобальными системами. Данное обстоятельство позволяет увеличивать зоны покрытия и обеспечивать надёжную навигацию даже в тех местах, где работа одной системы может быть затруднена.

Их можно применять в специализированных системах, таких как противоугонные системы, средства мониторинга транспорта и объектов, которые плохо видны спутникам ГЛОНАСС или GPS.

Неглобальные системы могут обеспечивать необходимую для безопасности движения точность позиционирования беспилотных транспортных средств в пределах 10 сантиметров.

Не всё то золото, что блестит

Конечно, у неглобальных навигационных систем, как у любых других систем, есть свои недостатки. В частности, некоторые системы работают только на суше и в прибрежных регионах, обеспечивая только боковое позиционирование, а не вертикальную навигацию. Некоторые системы требуют значительных инвестиций в инфраструктуру. Ряд неглобальных систем уязвим для вредоносных помех, таких как глушение и спуфинг. Некоторые спутники сталкиваются с рисками случайных столкновений с другими спутниками и космическим мусором.

Тем не менее неглобальные навигационные системы необходимо развивать, потому что именно они обеспечивают навигацию в условиях, когда сигналы глобальных систем вроде GPS недоступны или ненадёжны. Это особенно актуально для наземных объектов, специализированной техники и беспилотных транспортных средств.

Что может быть лучше неглобальных систем? Только бесспутниковая навигация!

Есть ли альтернативы системам типа GPS и ГЛОНАСС или неглобальным системам? Да. Это так называемая бесспутниковая навигация, основанная на математической обработке данных от оптических и инфракрасных датчиков. Их сигналы либо совмещаются в локальные ориентиры, либо соотносятся с заранее загруженными картами местности. При этом всё чаще применяются решения в области технического зрения и искусственного интеллекта, позволяющие быстрее и точнее проводить сверку визуальных образов, в том числе на относительно дешёвых аппаратных средствах типа покупных одноплатных компьютеров за 10 000 рублей.

Современные алгоритмы визуально-инерциальной навигации развиваются давно. Но именно сейчас, во время СВО, они начали демонстрировать широкое применение и эффективность на поле боя. Цифровая обработка изображений в видимом и инфракрасном спектре напоминает технологии, которые много лет назад начали использовать крылатые ракеты, сверяя профиль рельефа с эталонной картой. Сегодня к этому добавляются нейросети, способные выделять характерные визуальные якоря: здания, дороги, рельефные детали. Подобные якорные точки помогают точно сшивать картинку реального времени с заранее известной цифровой моделью местности.

Австралийская компания Q-CTRL представила систему Ironstone Opal — инновационную разработку, способную работать там, где GPS бессилен. Ironstone Opal — навигационная система нового поколения, построенная на основе квантовых магнитометров. В отличие от традиционных GPS, она не зависит от спутников. Вместо этого система использует измерение естественного магнитного поля Земли для определения положения летящего объекта.

По данным разработчиков, точность Ironstone Opal превосходит существующие альтернативные методы навигации в 50 раз. Данное обстоятельство открывает новые перспективы для применения в условиях, где спутниковый сигнал отсутствует или ненадёжен. В основе Ironstone Opal лежит технология квантового сенсинга. Специальные датчики фиксируют мельчайшие изменения магнитного поля. Затем данные сопоставляются с предварительно составленными магнитными картами местности, что позволяет точно определить координаты объекта.

Полная пассивность системы делает её невосприимчивой к глушению или подделке сигналов — проблемам, с которыми сталкиваются пользователи GPS в сложных условиях.

Полевые испытания показали эффективность Ironstone Opal на земле и в воздухе. Тесты подтвердили: точность позиционирования в некоторых случаях превышала показатели классических инерциальных навигационных систем в десятки раз. Эта компактная система может быть установлена не только на самолёты, но и на дроны и даже автомобили.

Очевидно, в ближайшие годы стоит ожидать взрывного роста инвестиций в бесспутниковые системы навигации.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.