Прощай, GPS

«Спектр-РГ» поможет в ближайшие годы создать автономную систему навигации космических аппаратов. Иллюстрация с сайта www.roscosmos.ru

Ученые Института космических исследований Российской академии наук планируют испытать новую систему астрономической навигации. Эта система, использующая в качестве ориентиров пульсары вместо геодезических постоянных, позволит выполнять полеты в дальний космос.

С оглядкой на звезды

«Это направление – навигация по рентгеновским пульсарам – развивается. Один из проектов – возможность установки датчиков на МКС для понимания, как делать дальше систему и как с ней работать. Пока у нас под это направление разрабатываются датчики», – рассказал ученый секретарь института Андрей Садовский.

Сроки проведения эксперимента не оглашаются. Однако можно предположить, что испытания пройдут в ближайшие годы, учитывая наработки при создании аппарата «Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма»).

Астроспутник позволяет создать карту видимой Вселенной, на которой будут отмечены все крупные скопления галактик в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения. Аппарат включает два уникальных рентгеновских зеркальных телескопа: российский ART-XC и немецкий eROSITA (разработка Института внеземной физики Общества имени Макса Планка), работающие по принципу рентгеновской оптики косого падения.

Телескопы установлены на российской космической платформе «Навигатор», адаптированной под задачи проекта. Примечательно, что телескоп ROSITA – изначальная версия немецкого компонента – был построен для МКС, но так и не установлен. После крушения шаттла «Колумбия» в 2003 году полет челноков надолго приостановили. Позднее аппарат был доработан из-за того, что в своем изначальном виде он нуждался в установке на отдельный субспутник.

Построение небесной карты

Ранее глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин заявил, что рентгеновская обсерватория станет вторым дыханием для системы ГЛОНАСС. Задачей так называемой Астро-ГЛОНАСС станет навигация аппаратов в рамках лунной программы и миссий в дальнем космосе.

«Мы отправили в точку Лагранжа телескоп «Спектр-РГ». Очень дорогая, очень умная машина, которая должна дойти до этой точки и сделать карту звездного неба. Карта звездного мира и расчетные дистанции до пульсаров, до звездных тел помогут нам создать Астро-ГЛОНАСС – звездный навигатор, который любому кораблю, любому спутнику покажет с высочайшей точностью его местоположение», – рассказал Рогозин.

Точка Лагранжа L2, также известная как точка либрации, расположена на расстоянии 1,5 млн км от Земли в направлении, противоположном Солнцу. В этой точке суммарная гравитация Солнца и Земли такова, что находящийся там объект будет относительно них неподвижен. И сделает один оборот вокруг Солнца синхронно с Землей, то есть за один год.

Хотя движение происходит так, что Солнце, Земля и объект всегда находятся на одной прямой, положение объекта неустойчиво. Малейшее смещение спутника усугубляется гравитационным воздействием, и в итоге аппарат уходит в дрейф. Поэтому «Спектр-РГ» расположен не прямо в точке либрации, а обращается вокруг нее.

Кстати говоря, орбитальный телескоп обнаружил очень далекий квазар – черную дыру в центре галактики, падение вещества в которую вызывает колоссальный выброс вещества и энергии. Что стало подтверждением космологической модели происхождения Вселенной в результате Большого взрыва. Об этом 6 августа рассказал ученый секретарь Института космических исследований Андрей Садовский. По его словам, этот объект образовывался на ранних стадиях формирования Вселенной.

С 2019 года «Спектр-РГ» уже выявлял ранее неизвестные объекты, а полет его продлится до 2025 года. Как уже показал на практике этот аппарат, навигационные параметры можно получать от данных, получаемых при измерении пульсаров.

Таким образом, Россия сможет в ближайшие годы реализовать автономную систему навигации космических аппаратов по сигналам рентгеновских пульсаров – быстро вращающихся нейтронных звезд. Пульсары посылают в космос короткие, длительностью миллисекунды или десятки миллисекунд, периодические импульсы рентгеновского излучения, прозванные за стабильность «маяками» Вселенной.

Как известно, ГЛОНАСС использует систему геодезических параметров ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года). Она является альтернативой глобальной WGS-84 (World Geodetic System 1984) и применяется как в гражданских, так и в военных целях.

Ведение современных боевых действий невозможно без точного позиционирования объектов с помощью спутниковых данных.  Фото с сайта www.mil.ru

Отечественный астронавигационный проект, как и его «приземленный» собрат ГЛОНАСС, будет иметь двойное назначение. Для наших вооруженных сил это очень актуально, поскольку в апреле 2021 года стало известно об интересе ВМС США к системам, работающим на новых физических принципах и способных в перспективе отодвинуть GPS на второй план. Учитывая, что армия США целиком зависит от GPS, ее взлом рассматривается как гарант срыва сетецентрической и многодоменной концепций. Альтернативная система, как предполагают американские военные, сможет управлять полетом гиперзвуковых ракет. И в отличие от ныне используемых систем на основе GPS (Satcom) и системы гарантированного местоположения, навигации и времени (A-PNT) не будет подвержена воздействию электромагнитных помех (в том числе и естественного происхождения – в виде магнитных бурь), взлома с передачей ложных данных или с применением средств РЭБ.

В силу того что квантовые спутники требуют большого отдаления от Земли, до них физически не дотянутся ни противоспутниковая ракета А-235 «Нудоль», ни спутники-инспекторы вроде «Космос-2542» и «Космос-2543», из-за которых в 2020 году была поднята паника. Тогда «Космос-2542» сблизился с американским разведывательным спутником USA-245, вынудив его маневрировать. По данным MIT Technology Review, расстояние между двумя космическими аппаратами сократилось до 150 км. В командовании Космическими силами США ситуацию оценили как «опасную».

В Соединенных Штатах резервная навигационная система рассматривается не только флотом. В октябре 2020 года портал C4ISRNET опубликовал статью о разработке системы навигации и времени с гарантированным определением местоположения (Mounted Assured Position Navigation and Timing System, MAPS) для Сухопутных войск США.

Она позволит бойцам и командирам знать, где они находятся и куда направляются, даже если работа GPS полностью заблокирована. MAPS способна объединять данные навигационных ресурсов из нескольких источников, включая датчики времени, показания барометра и инерциальные навигационные блоки, что позволяет перепроверять данные GPS, а то и заменять их. Причем в дальнейшем система будет интегрирована в модульный открытый набор стандартов C4ISR/EW, или CMOSS (C4ISR/EW Modular Open Suite of Standard) – общую платформу, которую Сухопутные войска США создают в рамках своего нового подхода к возможностям plug-and-play (технологии быстрого определения конфигурации подключаемых устройств).

Разработчиком MAPS выступает Collins Aerospace, дочерняя компания Raytheon Technologies – одного из крупнейших мировых поставщиков аэрокосмической и оборонной продукции.

Еще одна альтернатива – система MAGNAV для ВВС США, суть которой сводится к навигации по магнитному полю Земли. Поскольку его напряженность меняется в зависимости от местоположения, соотношения показаний датчиков с магнитной картой позволяют определять координаты объекта с точностью до 10 м. Точность определения ниже, чем у GPS, а в случае ядерной войны система и вовсе становится бесполезной: взрывы боеголовок генерируют более сильные импульсы, чем у магнитного поля Земли.

Однако в обычных конфликтах применение MAGNAV оправдано. Проблема лишь в том, что эта система пока является чистой воды теорией – подробные магнитные карты противников США попросту отсутствуют. В этом случае разработчики предлагают ориентироваться по MAGNAV, а затем переключаться на инерциальную систему.

Получается, что хоть нас и стараются убедить в отсталости и бесполезности наших систем вооружения, Пентагон все же боится лишиться сигнала своих орбитальных наводчиков. Тем более что прецеденты уже были. Например, в Сирии американская военная авиация «ослепла» и лишилась связи из-за российских комплексов РЭБ.

Тогда, в 2018 году, получили боевое крещение аэродинамический забрасываемый передатчик помех «Леер-3», «Красуха» и «Москва-1». Станция «Москва-1» сканировала воздушное пространство и передавала данные об обнаруженном противнике средствам ПВО и ВКС. «Красуха» анализировала тип сигнала и генерировала помехи. А «Леер-3» подавлял GPS-связь.

Таких примеров насчитываются десятки. И все они показывают, как хрупка сетецентрическая (как, впрочем, и любая другая) модель, элементы которой не имеют резервных вариантов.

Безопасность под вопросом

Что бы ни говорили о «российской угрозе», реальная опасность заключается в том, что сейчас настала эпоха разрыва всех ранее существовавших соглашений. Из-за чего мир стал даже более зыбким, чем в годы холодной войны – как на Земле, так и за ее пределами.

В последнее десятилетие становится актуальной проблема милитаризации космоса, вызванная не в последнюю очередь военно-политическими амбициями Вашингтона. Например, Дональд Трамп с первых же дней своего президентства говорил о необходимости сохранения американского лидерства в космосе. А в 2019 году прямо заявил, что «США воспринимают космос как отдельный потенциально возможный театр военных действий». И добавил: «Мы должны убедиться, что наше господство в космосе никогда не будет поставлено под сомнение».

При администрации Байдена эта тенденция сохраняется. Договор о космосе 1967 года, как знаменитый кот Шредингера, – то ли жив, то ли нет. Формально он вроде как существует, но в любой момент может быть нарушен либо в корне пересмотрен.

В этом соглашении закреплен запрет на размещение любых видов оружия массового уничтожения (ОМУ). Однако другие виды вооружений могут использоваться как в открытом космосе (включая орбиту Земли), так и на космических объектах. Основная проблема здесь в том, что с развитием технологий понятия о системах вооружения и их классификация устаревают. Вследствие чего распространение и применение вооружения, формально не попадающего в категорию ОМУ, становится реальным.