ЛЕГЕНДА ПО ИМЕНИ ?БЭЙДОУ?

МО ЦЯНЬ, ПЭЙ СЯОТУН

В 9 часов 43 минут 23 июня 2020 г. с космодрома Сичан в провинции Сычуань оглушительно грохочущий столб огня унес в космос аппарат глобальной спутниковой навигационной системы ?Бэйдоу-3?, который стал завершающей точкой в грандиозной летописи создания китайской глобальной навигационной спутниковой системы (далее – ГНСС). И через полчаса, когда спутник успешно вышел на заданную орбиту, стало ясно, что Китай на полгода раньше запланированного срока завершил развертывание глобальной спутниковой навигационной системы ?Бэйдоу?.

Все из ничего

В КНР еще в 60-х и 70-х гг. XX века начали изучать возможность определения местоположения на поверхности Земли по спутникам. Согласно основам тригонометрии, для точного определения местоположения цели в пространстве требуются три опорных точки. На практике этими тремя опорными точками выступают 3 спутника, а учитывая разность во времени, для точного определения местоположения требуется не менее 4 аппаратов. О таком огромном количестве специальных спутников в экономически слабом и технологически отсталом Китае тех лет можно было только мечтать.

В 1983 г. известный китайский специалист по электронике Чэнь Фанъюнь высказал революционную идею ?определения местоположения по двум светилам?: он предложил принять центр Земли за виртуальный спутник с фиксированным местоположением, а затем запустить два спутника на геосинхронную орбиту Земли. Это позволило бы сформировать минимальное спутниковое созвездие для быстрого определения местоположения наземных целей в ограниченной зоне. Столь замечательная идея и легла в основу первого поколения системы ?Бэйдоу?. В отличие от американской глобальной системы позиционирования Navstar GPS, которая работает на основе определения цели по четырем спутникам, китайская система, работавшая с двумя спутниками, позволяла стране развивать спутниковую навигационную систему с нуля с двукратно меньшей группировкой аппаратов. А это позволяло значительно сократить капиталовложения и запустить систему в более короткий срок.

12 февраля 2018 г. с помощью ракеты-носителя ?Чанчжэн-3Б? с космодрома Сичан КНР успешно запустила пятый и шестой космические аппараты для глобальной спутниковой группировки системы ?Бэйдоу-3? (фото Ши Сяо)

В 1994 г. в Китае официально стартовал проект создания навигационной системы ?Бэйдоу-1?. К тому времени в мире в штатном режиме уже работали две навигационные системы: американская Navstar GPS и российская ГЛОНАСС. 31 октября и 21 декабря 2000 г. Китай последовательно запустил два тестовых спутника собственной навигационной системы ?Бэйдоу?, в течение всего двух месяцев завершив создание спутникового созвездия. С этого момента КНР официально стала третьей страной в мире, сформировавшей собственную спутниковую навигационную систему.

Разработчики системы ?Бэйдоу-1? понимали, что по сравнению с американской Navstar GPS и российской ГЛОНАСС китайская система имела немало недостатков. Но их сердца горели желанием принести пользу человечеству и создать систему, способную обслуживать весь мир, поэтому на повестку дня встал вопрос о разработке второго поколения ?Бэйдоу-2?. Главной организационной проблемой этого этапа работ стало получение разрешения на использование диапазона частот, применяемых для передачи сигналов аэронавигации, который из-за крайней ценности и ограниченности иногда называют ?золотым диапазоном?. Все страны мира имеют равное право на использование этого участка частот при условии предварительного получения разрешения на его эксплуатацию. На тот момент этот ценный диапазон уже был полностью распределен, и Китай совместно с Европейским союзом, который также надеялся создать свою спутниковую навигационную систему, обратился в Международный союз электросвязи (МСЭ) с просьбой о выделении из этих частот участка минимально необходимого размера для функционирования их спутниковых навигационных систем. Такой участок диапазона составлял лишь четверть от всего ?золотого диапазона? частот, но его наличие было фундаментальным требованием к проекту создания штатной ГНСС.

17 апреля 2000 г. Китай и ЕС одновременно получили от МСЭ разрешение на эксплуатацию запрошенного диапазона. Согласно правилам МСЭ, навигационные спутники должны быть успешно запущены и выйти на штатный режим работы в течение 7-летнего срока действия разрешения. В противном случае разрешение на диапазон могло быть отозвано.

В 4 часа 11 минут 14 апреля 2007 г. в космос был выведен первый спутник системы ?Бэйдоу-2?, который нес очень важную миссию: навигационный сигнал, переданный с него через несколько дней после запуска, позволил КНР закрепить за собой выделенные частоты. Можно образно сказать, что Китай буквально заскочил в последний вагон уходящего поезда в тот момент, когда до истечения срока действия разрешения на эксплуатацию диапазона частот оставалось менее 4 часов.

Для создания глобальной (то есть охватывающей всю поверхность Земли) системы навигации и определения местоположения требуется минимум 24 спутника. К формированию спутниковой группировки китайские инженеры подошли творчески: они разработали структуру смешанного созвездия – из аппаратов, которые находятся на трех типах орбит. Официально введенная в эксплуатацию в конце 2012 г., система ?Бэйдоу-2? включала 14 космических аппаратов, 5 из которых находились на геостационарной, 5 – на наклоненных геосинхронных и 4 – на средних орбитах. Такое решение позволило обеспечить во всепогодном режиме сервисы позиционирования, навигации и подачи сигналов точного времени для большей части Азиатско-Тихоокеанского региона.

Научные сотрудники пятого отделения Китайской корпорации космической науки и техники проводят наземные испытания оборудования, установленного на спутнике навигационной системы

Еще одним гениальным инженерным решением было использование межспутниковой связи для управления всем созвездием. В традиционной модели управления космическими аппаратами используют наземные станции слежения и управления, размещаемые в разных точках планеты. Так как у КНР нет возможности развернуть сеть таких станций во всем мире, то было предложено использовать специальную межспутниковую сеть для установления связи непосредственно между космическими аппаратами навигационной системы ?Бэйдоу?. Такая сеть допускает как прямое соединение между самими спутниками, так и связь между спутниками и станциями слежения на Земле. После получения любым спутником данных с Земли они через ретрансляторы на космических аппаратах системы ?Бэйдоу-2? пересылаются по цепочке к тому аппарату, которому были предназначены. Получается, что спутники управляют спутниками. Впервые полное овладение этой технологией Китай продемонстрировал в августе 2015 г., когда два космических аппарата ГНСС ?Бэйдоу? в тестовом режиме в первый раз установили межспутниковую связь.

5 ноября 2017 г. впервые одной ракетой-носителем успешно были выведены на орбиту Земли два спутника ГНСС ?Бэйдоу-3?. Развертывание ядра этой группировки спутников было завершено к 27 декабря 2018 г., что позволило приступить к ее эксплуатации в базовом режиме. Формирование основного сегмента спутниковой группировки ГНСС ?Бэйдоу-3? было завершено 16 декабря 2019 г., с этого момента она получила возможность в экспериментальном режиме предоставлять свои услуги пользователям в любой точке земного шара. 23 июня 2020 г. Китай полностью завершил создание спутниковой группировки для глобальной навигационной системы ?Бэйдоу-3?. 31 июля председатель КНР Си Цзиньпин официально объявил о запуске этой системы в эксплуатацию. Это заявление не просто подтвердило успешное завершение трехэтапной стратегии развития системы ?Бэйдоу?, но и ознаменовало наступление новой эпохи – эпохи бесперебойного и качественного обслуживания пользователей по всему миру.

Исключительное преимущество

Строительство ГНСС ?Бэйдоу-3? началось в ноябре 2009 г. и осуществлялось в пять этапов: поиск ключевых технологических прорывов, разработка тестовых спутников, отладка и максимальное упрощение всей системы, формирование базового и полного созвездия аппаратов. Развертывание глобальной группировки спутников и начало полноценного обслуживания пользователей удалось осуществить на шесть месяцев раньше назначенного срока. При этом проект имеет очень интересные характеристики.

Все ключевые компоненты системы – на 100% отечественного производства. Для этого были проведены полномасштабные исследования, которые дали доступ к ключевым технологиям, а это обеспечило полную независимость Китая в данной сфере. Над решением возникавших вопросов напряженно работало более 300 тыс. научно-технических сотрудников и 400 научно-исследовательских и строительных структур. Их усилия подарили Китаю свыше 160 базовых технологий, включая межспутниковую связь, высокоточные атомные часы и т. д. Более 500 компонентов оборудования и приборов стали впервые производить на территории КНР. В результате доля отечественных деталей в спутниках ?Бэйдоу-3? достигла 100%.

Для удовлетворения разнообразных потребностей пользователей в ?Бэйдоу-3? существует семь каналов основного сервиса. Система может не только обеспечивать сервис определения местоположения, навигации в глобальных масштабах, получения сигналов точного времени, как и другие ГНСС, но и предоставляет еще шесть уникальных услуг: глобальную передачу коротких текстовых сообщений, доступ к системе международного поиска и спасания, доступ к спутниковой системе контроля и коррекции, использование для коррекции сети постоянно действующих базовых станций, услугу позиционирования с высокой точностью и сервис региональной передачи коротких сообщений. При этом отличие поисково-спасательного сервиса системы ?Бэйдоу? от других международных систем состоит в том, что он имеет функцию обратной связи. То есть после того, как система получит сигнал о возникновении бедствия и передаст его по назначению в поисковоспасательный центр, она пересылает сигнал-подтверждение пострадавшим пользователям, тем самым сообщая им о получении сигнала и организации операции спасения.

Научные сотрудники пятого отделения Китайской корпорации космической науки и техники проводят летучее совещание

Научные сотрудники пятого отделения Китайской корпорации космической науки и техники проводят испытание оборудования, разрабатываемого для системы ?Бэйдоу?

Интересны и две другие специальные услуги системы ?Бэйдоу? – передача коротких сообщений и позиционирование с высокой точностью. В настоящее время размер пакетов коротких сообщений, передаваемых ?Бэйдоу-3? за один раз, увеличен до 14000 бит (1000 китайских иероглифов) При этом формат сообщения не ограничен, это может быть не только текст, но и изображение, и даже голосовое сообщение. С учетом наличия глобальной межспутниковой связи передача таких коротких сообщений возможна между любыми точками планеты. В состав системы ?Бэйдоу-3? входит и огромная сеть из почти 3000 постоянно действующих станций приема сигналов навигационной системы, причем координаты этих станций фиксированы и точно известны. Эти станции, расположенные на территории КНР, постоянно следят за положением спутников, отклонением времени атомных бортовых часов аппаратов, а также влиянием атмосферы на прохождение сигнала. При учете корректирующих данных с этих станций пользователь может получить высочайшую точность позиционирования: ошибка может составлять лишь считанные сантиметры при измерении положения в реальном времени и нескольких миллиметров в случае, когда информацию о положении статичного объекта можно собирать достаточно продолжительное время.

Представитель спутниковой навигационной системы ?Бэйдоу? Жань Чэнци, одновременно являющийся и начальником Кабинета управления спутниковой навигационной системой КНР, сообщил, что в настоящее время услуги системы ?Бэйдоу? используются во многих сферах: на транспорте и в сельском хозяйстве, в животноводстве и рыболовстве, в лесном хозяйстве и в городском управлении, в общественной безопасности, при оказании помощи терпящим бедствие, а также для уменьшения ущерба от стихийных бедствий. Эта система незаменима при строительстве ключевой инфраструктуры в области энергетики, связи, финансов и т. д. Сейчас ускоряются темпы глубокой интеграции системы ?Бэйдоу? с новыми технологиями, использующими блокчейн и интернет вещей, новейшие системы связи и искусственный интеллект.

23 июня 2020 г. с космодрома Сичан был успешно запущен космический аппарат глобальной спутниковой навигационной системы ?Бэйдоу-3? (фото Ван Луцзе)

Система ?Бэйдоу? является одной из четырех глобальных спутниковых навигационных систем, поддерживаемых ООН. При этом она постоянно улучшает свою совместимость и интероперабельность, повышает межсистемное взаимодействие с ГНСС США, России и Европейского союза. Она интегрируется в проекты международных организаций гражданской авиации, морского сообщения, поисково-спасательных работ и мобильной связи. Уже утвержден ряд международных стандартов, поддерживающих систему ?Бэйдоу?. В настоящее время продукция, использующая технологии ?Бэйдоу?, экспортируется более чем в 120 стран и регионов мира, предоставляя услуги более чем 100 млн пользователей.

Китайская система ?Бэйдоу? позволяет все большему количеству стран и простых людей использовать достижения передовой науки и техники. И Китай, своим порывом вдохновляя на новые научные подвиги всех тех, кто стремится улучшить жизнь, делает этот мир еще прекраснее.(Фотографии без указания авторства предоставлены пятым отделением Китайской корпорации космической науки и техники)