История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

опорные сигналы для работы временных систем и как синхронизирующие сигналы для всех систем космического аппарата. Фактически это – «сердце» электронных систем, работа которых осуществляется в тактах, задаваемых высокостабильными сигналами точного времени. Стандарты частоты бывают активного типа, когда основную частоту снимают непосредственно с квантового источника, и пассивного типа, когда сигнал квантового источника используется для управления работой генератора (обычно кварцевого) для генерации сигнала нужной частоты. При этом генератор подстраивается под нужную частоту по сигналу обратной связи с источником.

Современные системы спутниковой навигации работают не только по сигналам навигационных спутников. Они по своим каналам обрабатывают и сигналы наземных станций, и сигналы от специальных опорных (реперных) навигационных точек на местности, координаты которых известны с большой точностью. Работа в специальных дифференциальных режимах позволяет современным навигационным приёмникам определять координаты с точностью до нескольких мм. Благодаря этому современные топографические и геодезические расчёты и измерения производятся спутниковыми приборами с очень высокой точностью, – для создания карт, для точных привязок на местности при проектировании и строительстве зданий и предприятий, прокладке дорог и мостов, трубопроводов, линий ЛЭП, и т. п.

Современные приёмники ГЛОНАСС – GPS позволяют при наличии специального набора антенн определять и пространственную ориентацию объектов для целей управления ими (например, ориентацию спутников, самолётов, ракет). Они также позволяют обрабатывать сигналы от европейской и китайской спутниковых навигационных систем (которые ещё находятся в стадии формирования полных спутниковых группировок). Наиболее мощные ГЛОНАСС-GPS приёмники делают многоканальными для приёма и обработки сигналов от десятков спутников и реперных точек, а также для приёма сигналов фазовых (локальных) систем навигации. Конечно, для работы приёмников требуются небольшие специальные антенны и источники питания (обычно, бортовые, или на батареях). Ещё в 80-е годы прошлого века аппаратура спутниковой навигации для самолётов и кораблей весила несколько десятков килограммов. Сейчас платы мощных навигационных приёмников весят несколько десятков граммов, а простые приёмники на микросхемах уже легко умещаются в наручных часах, смартфонах и навигаторах. Эти приёмники дают хорошую точность определения для массовых потребителей. Производятся навигационные приборы для геологов, туристов, охотников со встроенными картами местности. Они позволяют легко ориентироваться на местности и существенно увеличивают безопасность путешествий и изысканий в отдалённых районах.

Когда в 1994 году американцы начали операцию «Буря в пустыне», они первым делом подавили активными помехами наземные навигационные станции Ирака. И в результате первого ракетно-бомбового удара вывели из строя две из четырёх станций. В результате вся авиация Ирака без навигационного обеспечения оказалась просто небоеспособной. Гражданские каналы своей спутниковой системы GPS американцы отключили, оставив для собственных нужд только военный канал с секретными кодами. И после этого военные самолёты США стали в Ираке «ходить по головам», делая всё, что хотели. Они разрушили военную инфраструктуру, подавили волю к сопротивлению своими безнаказанными ударами. Они ослабили армию Ирака так, что она не смогла выдержать мощный удар наземных войск американской «коалиции», которая захватила Кувейт очень быстро. Такова современная война и её обеспечение средствами навигации и связи. На этом «примере» во многих крупных странах поняли, что без своей глобальной навигационной системы они не смогут построить современную оборону. И такие глобальные навигационные спутниковые системы стали создавать в Европе, в Китае и Индии.

Любую спутниковую систему приходится постоянно поддерживать, регулировать и пополнять с Земли новыми аппаратами взамен вышедших из строя. Очень сложной технической проблемой является повышение ресурса ИСЗ. Первые ИСЗ имели ресурс менее года, а сейчас ресурс пытаются поднять до 15 лет и более – до срока их технического устаревания. В то же время развитие микроэлектроники идёт по линии создания всё более тонких и точных структур, которые чувствительны к внешним воздействиям. На орбитах ИСЗ подвергаются воздействию и космических лучей из глубин Вселенной, и частиц и излучений мощного «солнечного ветра», и частиц радиационных поясов Ван-Аллена, которые создаются магнитным полем Земли и взаимодействуют и с внешними излучениями, и с магнитными полями у поверхности Земли, вызванными атмосферным электричеством (в частности, грозовыми разрядами).

Радиационные пояса обнаружили по показаниям магнитных и радиационных датчиков на первых ИСЗ. Американец Ван-Аллен открыл только внутренний пояс, а открывателями внешнего радиационного пояса являются советские ученые Вернов и Чудаков. Внутренний пояс находится на высоте от 3 до 12 тыс. км над поверхностью Земли, а внешний – на высоте от 18 до 57 тысяч км. Внутренний пояс состоит главным образом из протонов, а внешний – из электронов. Хотя разделение на внутренний и внешний пояса достаточно условно, поскольку все околоземное пространство заполнено заряженными частицами, которые движутся в магнитном поле Земли. (https://alexfl.ru/vechnoe/vechnoe_van_allen.html). Но в радиационных поясах концентрация этих частиц существенно выше, чем в окружающем пространстве. Частицы в этих поясах и высокоэнергетические частицы космических лучей способны нарушать работу современной электроники. Магнитные бури, происходящие на Солнце, вносят свою «лепту» в этот разрушительный процесс путём резких изменений потоков частиц и колебаниях радиационных поясов. Они могут даже вызывать временное появление дополнительного радиационного пояса вокруг Земли. Естественно, чем длительнее работает ИСЗ, тем больше вероятность отказа из-за внешних радиационных излучений. Увеличение защиты спутников путём утолщения оболочек КА и его блоков – экстенсивная мера, утяжеляющая ИСЗ, которая может увеличить ресурс, но снижает возможности спутника. Применение высоко защищённых компонентов (специальных СБИС) снижает производительность электроники (она у этих компонентов ниже). В общем, повышение стойкости ЭРЭ на ИСЗ и повышение общего ресурса ИСЗ – это серьёзные взаимосвязанные технические и технологические проблемы, которые решаются постепенно и «не сразу». Ниже в таблице даны основные характеристики систем навигационных спутников, которые уже действуют или находятся в процессе создания (функционируют частично)

Основные характеристики систем навигационных спутников

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8 – ссылка на источник

В 2006 году Индия также приняла решение о создании собственной навигационной системы IRNSS.

Политика МО США заключается в совмещении обеспечения PNT, PTTI (Precise Time and Time Interval – точное время и синхронизация), CRF WGs (Celestial Reference Frame Working Groups – деятельность рабочих групп в области Небесной системы отсчёта) и Navwar (Navigation War – навигационная война) в рамках МО.

Базовой шкалой времени для военных и гражданских пользователей является Всемирное координированное время UTC (Coordinated Universal Time) – официальное время США. Консультативную и техническую поддержку в области передачи и определения UTC осуществляют NIST (National Institute of Standards and Technology) – Национальный институт стандартов и технологий и USNO (United States Naval Observatory) – Военно-морская обсерватория США). В целом USNO фокусируется на удовлетворении требований МО и связанных с ним систем невоенного назначения, в то время как NIST предоставляет услуги для частного