Esa европейска космическа агенция

Първите спътници “Галилео”

Фаза “Валидиране в орбита на системата Галилео”

G I O V E

Август 2006 г.

Програмата “Галилео” се състои от три фази:

• 
  дефиниране;
  
• 
  разработване и валидиране в орбита;
  
• 
  пълно развръщане и експлоатация.
  

На ранния етап от тази фаза, мисията GIOVE (Елемент “Валидиране в орбита на системата Галилео”) ще използва два спътника GIOVE-A и-B и техните сегменти за космически и наземен контрол. GIOVE ще осигури достъп до отпуснатите от Международния телекомуникационен съюз (ИТУ) честоти на системата “Галилео”, ще определи радиационната обстановка на средните околоземни орбити, предвидени за спътниците “Галилео”, ще тества най-критичните технологии (като атомните часовници на борда, генератора на сигнал и потребителските приемници) и ще опише новите характеристики на сигнала “Галилео”.

След завършване на фазата “Валидиране в орбита”, ще започне пълно развръщане на системата “Галилео”, с изграждане на цялата наземна мрежа и извеждане в орбита на останалите 26 спътника за завършване на спътниковото съзвездие.
GIOVE: Елемент “Валидиране в орбита на системата Галилео”?
Като подготовка за разработването на системата “Галилео”, през 2002 г. Европейската космическа агенция започна разработката на система, състояща се от земен сегмент и два спътника.

GIOVE (първият сателит, който носи името на планетата Юпитер на италиански език) представлява няколко основни постижения за Европа:

• 
  първият европейски навигационен спътник;
  
• 
  първият европейски спътник в средна околоземна орбита;
  
• 
  най-добрата часовникова технология, летяла някога в космическото пространство;
  
• 
  Европа ще осигури достъп до новия честотен спектър на системата “Галилео”;
  
• 
  Европа ще демонстрира нови видове сигнали за навигация в орбита;
  
• 
  Европа ще изпита новото поколение спътникова навигация;
  

GIOVE доказва, че е възможно да се “предават” данни за определяне на орбита и за синхронизация на времето почти в реално време с висока точност (< 50 см) и ниска скорост на актуализация (2 ч), както се предвижда за системата “Галилео”.

Двата спътника GIOVE са първата стъпка при валидиране в орбита на системата “Галилео”. Единият от спътниците - GIOVE-A бе конструиран от компанията Съри Сетълайт Текнолоджи Лимитед (Surrey Satellite Technology Limited, съкратено SSTL) - Обединено кралство, а другият GIOVE-В - от компанията Галилео Индъстриз (Galileo Industries), Европейски консорциум, състоящ се от компаниите Алкател Спейс Индъстриз (Франция), Аления Спацио (Италия), Астриум ГмбХ (Германия), Астриум Лтд. (Обединено Кралство) и Галилео Системас и Сервичиос (Испания).

GIOVE-А и -В бяха конструирани успоредно, за да се гарантира резервираност в орбита; способностите им са взаимно допълващи се. В по-малкия спътник на Съри Сетълайт Текнолоджи е инсталиран рубидиев атомен часовник и сигналът се предава по два отделни канала едновременно. В по-големия спътник на Галилео Индъстриз е инсталиран часовник на водороден мазер и сигналът се предава по три отделни канала. Спътниците ще бъдат изстреляни с ракета “Союз” от космодрума в Байконур.

Опитът от GIOVE подкрепя разработването на системата “Валидиране в орбита”, като по такъв начин се намалява риска и се гарантира успеха на мисията “Галилео”.
Спътникът GIOVE-А
Спътникът GIOVE-А е създаден от Съри Сетълайт Текнолоджи Лимитед. Този три-осов стабилизиран спътник има корпус с формата на куб, с размери 1.3 х 1.8 х 1.65 м, маса на изстрелване 600 кг и мощност от 700 W, която се осигурява от двете крила на следящите слънцето панели, всяко едно с дължина 4.54 м. Спътникът има горивно-двигателна система на бутан, с два резервоара, всеки един с вместимост 25 кг.

Полезен товар с тройно резервиране ще предава сигнала “Галилео” в два отделни честотни канала. Основните елементи на полезния товар са:

• 
  антена: настроена по фаза система от отделни нискочестотни елементи, осветяваща цялата видима от долу земя;
  
• 
  генератори на сигнали за изпращане на два представителни сигнала “Галилео”;
  
• 
  часовници: два резервиращи компактни рубидиеви атомни часовника с устойчивост от 10 наносекунди на ден;
  
• 
  два радиационни монитора, показващи обстановката в средна околоземна орбита;
  
• 
  навигационен приемник за експериментиране с автономно локализиране в средна околоземна орбита.
  

Полезен товар с двойно резервиране ще предава сигнала “Галилео” в три отделни честотни канала. Основните елементи на полезния товар са:

• 
  антена: настроена по фаза система от отделни нискочестотни елементи, осветяваща цялата видима от долу земя;
  
• 
  генератор на сигнали за изпращане на различни видове сигнали;
  
• 
  часовници: пасивен водорен мазер (с устойчивост 1 наносекунда на ден), който ще бъде най-точният часовник, някога летял в космоса, и два компактни рубидиеви атомни часовника (с устойчивост 10 наносекунди на ден), единият от които ще бъде с “горещо” резервиране за пасивния водорен мазер, а другият в “студено” резервиране;
  
• 
  радиационен монитор, показващ обстановката в средна околоземна орбита;
  

Очакваната експлоатационна годност на двата спътника ще бъде 2 години.

• 
  кръгли орбити на височина 23 222 км;
  
• 
  орбитален наклон от 56 градуса;
  
• 
  три еднакво разположени в космоса орбитални равнини;
  
• 
  девет оперативни спътника, еднакво разположени в космоса около всяка орбитална равнина;
  
• 
  по един резервен спътник (също за предаване на сигнали) във всяка орбитална равнина.
  

Размери на буса - 2.7 к 1.1 х 1.2 м

Разстояние до слънчевите панели - 13 м

Върхова мощност - 1600 W

Маса на изстрелване - 700 кг

Навигационни сигнали - 10 сигнала, предавани в честотния диапазон 1200 - 1600 MHz

Рубидиевият часовник се състои от атомен резонатор и електронна апаратура за управление. В рубидиевата дисперсна клетка на резонатора при висока температура атомите се намират в газообразно състояние. За да се получи резонанс, атомите се възбуждат до по-високо енергийно състояние под въздействието на светлината от рубидиева разрядна лампа в единия край на резонатора. В другия край фотодиод детектира количеството светлина, което преминава през клетката. След възбуждане атомите преминават към по-ниско енергийно състояние. От това състояние те отново се възбуждат до междинно състояние чрез подаване на микровълнова енергия в резонатора при определена честота. Преходът към междинно състояние може да се осъществи, само ако честотата отговаря точно на честотата на прехода. Когато атомите са в междинно енергийно състояние, абсорбирането на светлината е максимално. Изходът на фотодиода е свързан към електрическа схема за управление, която настройва микровълновия диапазон на честотния спектър. Правилната честота се поддържа чрез фина настройка на микровълновия източник за максимална абсорбция на светлина. Резонансът се поддържа от енергията, подавана от рубидиевата лампа, тъй като атомите в междинно състояние отново се възбуждат до по-високо енергийно състояние, след което се разпадат до по-ниско енергийно състояние, след което целият процес се повтаря.

Часовникът на водороден мазер се състои от атомен резонатор и електронна апаратура за управление. Малка акумулаторна бутилка захранва газоразрядна лампа с молекулен водород, където молекулите се разграждат на водородни атоми. След това атомите постъпват в обемен резонатор през колиматор и селектор на магнитното състояние. Този селектор пропуска само атоми с желаното енергийно състояние. В обемния резонатор атомите се изложени под въздействието на кварцова лампа и имат склонност към възстановяване на основното си енергийно състояние, като докато правят това излъчват микровълнова честота. Тази честота се детектира от “питаща” верига, която блокира външния сигнал до естественото трансформиране на водородните атоми. Блокировката се активира, когато подадената честота е същата като резонансната честота на атомите, което е равнозначно на усилване на микровълновия сигнал.

• 
  Свободната услуга (СО) съчетава свободни сигнали за определяне на местоположението и времето, безплатни за потребителите и с характеристики конкурентни на останалите спътникови системи;
  
• 
  Услугата за безопасност на живота ще подобри Свободната услуга (СУ) чрез изпращане на потребителите на предупреждения, ако е невъзможно да се спазят маржите на точност или непрекъснатост (интегритет). По план тази услуга ще бъде гарантирана;
  
• 
  Комерсиалната услуга (КУ) ще осигури достъп до два допълнителни сигнала за по-бързо предаване на данните и по-добра точност. Сигналите ще бъдат кодирани. По план тази услуга ще бъде гарантирана;
  
• 
  Публичната регулирана услуга (ПРУ) ще даде възможност на разрешени от правителството потребители, изискващи висока степен на непрекъснатост на услугата, да определят местоположението и времето с контролиран достъп. Ще има два навигационни сигнала за ПРУ с кодирани кодове и данни за разстоянията;
  
• 
  Системата “Галилео” ще подкрепи услугата “Търсене и спасяване”, което е Европейският приноса за международната система “КОСПАС-САРСАТ”. “Галилео” ще играе важна роля в средноорбиталната система за търсене и спасяване (“МЕОСАР”). Спътниците “Галилео” ще могат да улавят сигнали, изпращани от аварийни радиофарове на кораби, от самолети и от хора и изцяло да ги препредават на националните спасителни центрове. По такъв начин всеки спасителен център може да узнае точното местоположение на катастрофата. От всяка точка на Земята по всяко време ще се вижда най-малко един спътник “Галилео”, така че при катастрофа ще могат да се изпращат сигнали за тревога в реално време.
  

Глобалният компонент, състоящ се от спътниците, земния контролен сегмент и земния сегмент на мисията, е ядрото на системата.

Двата Контролни центъра “Галилео” са ядрото на земния сегмент на системата “Галилео”. Всеки един от тях ще изпълнява “контролни” функции, които ще се поддържат от специализиран земен контролен сегмент, и функции на “мисията”, които ще се поддържат от земния сегмент на мисията. Земният контролен сегмент ще управлява поддръжката на спътниците и съзвездието, а земният сегмент на мисията - системата за навигация и определяне на времето.

Земният сегмент на мисията ще използва глобална мрежа от общо 30 нискочестотни измервателни станции “Галилео” за непрекъснато наблюдение и контрол на навигационните сигнали от всички спътници. Основен елемент на измервателните станции “Галилео” е Референтният Приемник. Измервателните станции “Галилео” непрекъснато ще подават данни на Контролните центрове “Галилео” посредством широка комуникационна мрежа, чрез използване на спътници и земни връзки, като всяка връзка ще бъде дублирана, за да се гарантира резервиране. Съоръженията за обработка от земния сегмент на мисията ще обработват данните и ще генерират съобщения за навигация и интегритет, които по възходящи връзки ще се предават на спътниците “Галилео” по мрежа от станции за възходяща връзка със спътниците, която ще работи в C-band честота. Навигационните сигнали ще се генерират на борда на спътниците “Галилео” и ще се предават на потребителите в L-band честота.

Спътниковото съзвездие ще се контролира от съоръжения на земния контролен сегмент, инсталирани в Контролните центрове “Галилео” и поддържани от световна мрежа от станции за телеметрия и телекоманда (TT&C) в S-band честота.

Регионалният компонент на системата “Галилео” може да обхване няколко външни регионални системи за интегритет, изградени и експлоатирани от организации, държави или групи от държави извън територията на Европа за получаване на услуги за интегритет, независимо от системата “Галилео”, за да бъдат изпълнени напр. правни ограничения, свързани със системни гаранции.

За подобряване на функционалните характеристики на системата “Галилео” на локално равнище може да се развърнат локални компоненти. Те ще създадат условия за подобряване на функционални характеристики като напр. предаване на навигационни сигнали в региони, където спътниковите сигнали не може да се приемат. Локалните компоненти ще се развръщат от доставчици на услуги с добавена стойност.
Приемниците “Галилео”
При изграждането на системата “Галилео” ще се използват много нови методи и технологии, които гарантират висши функционални характеристики и висока надеждност. Високотехнологични приемници, необходими за експлоатацията на системата, са в процес на непрекъсната разработка, като първият прототип вече е готов.

Три разработки на приемници, отговарящи на различните нужди на процеса на разработка на системата и обхващащи гамата от сигнали и услуги, които ще се предлагат, ще се реализират на фазата “Валидиране в орбита” от изпълнението на проекта “Галилео”:

• 
  приемници за сигналите, предавани от първите спътници;
  
• 
  изпитвателен потребителски сегмент за валидиране на системата и предаване на сигналите;
  
• 
  измервателни станции “Галилео”, оборудвани с високоефективни и свръхнадеждни приемници.
  

Използваните от спътниците честоти ще бъдат в диапазона 1.1 - 1.6 GHz, който е особено подходящ за услуги за мобилна навигация и комуникация.

Всеки спътник “Галилео” ще предава 10 различни навигационни сигнала, което ще направи възможна доставката от системата “Галилео” на свободната услуга (СУ), услугата за безопасност на живота, комерсионалната услуга (КС) и публичната регулирана услуга (ПРУ). “Галилео” ще изпраща сигнал за интегритет, за да се гарантира качеството на получаваните сигнали. Сигналите “Галилео” ще предлагат гарантирана точност до 1 м, при услуги с добавена стойност за постигане на точност до 10 см в реално време.
ЕГНОС: Откриване на пътя към “Галилео”
ЕГНОС, Европейската геостационарна служба за навигационно покритие, е първият европроект в областта на спътниковата навигация. ЕГНОС е съвместен проект на Европейската космическа агенция, Европейската комисия и Евроконтрол, Европейската организация за безопасност на въздушната навигация.

ЕГНОС е Европейската SBAS (Спътниково-базирана система за повишено качество), развърната за доставка на услуги с повишено качество на европейски потребителски сектори като авиация, морски превози и базирани на земята сектори. Предназначена е да повиши качеството на функциониращи в момента две системи за спътникова навигация, американската GPS и руската Glonass, и да ги направи подходящи за критични с оглед на безопасността приложения като водене на самолети или навигиране на кораби по тесни канали.

Системата ЕГНОС е създадена, за да отговори на изключително предизвикателните изисквания при приземяване на самолети, което означава, че отговаря на изискванията на всички останали потребители. Освен това:

• 
  подобрено е наличието чрез предаване на подобни на GPS сигнали от до три геостационарни спътника;
  
• 
  подобрена е точността до 1-2 м хоризонтално и 3-5 м вертикално;
  
• 
  подобрени са интегритетът (какъвто не се осигурява от системата GPS) и безопасността чрез изпращане на предупредителни съобщения на потребителите до 6 секунди при възникване на неизправност във функционирането на ЕГНОС или GPS;
  

Услугите на ЕГНОС се доставят вече в Западна Европа и Средиземноморския регион, но покритието им може да се разшири и да включи други региони, включително Африка, Близкия Изток, Източна Европа, Южна Африка и Азия.

ЕГНОС няма да бъде единствената SBAS за сегашните системи за спътникова навигация, а една от многото подобни системи в експлоатация или процес на изграждане по света, включително системата WAAS в САЩ и Канада, MSAS в Япония и GAGAN в Индия. Тъй като се изгражда по общоприети международни стандарти, ЕГНОС ще бъде оперативно съвместима с останалите системи.

За целите на гражданската авиация ЕГНОС отговаря на глобалните стандарти на Международната организация за гражданска авиация (ИКАО). Тя обхваща и мултимодалния транспорт и много нетранспортни приложения. ЕГНОС ще бъде интегрирана в “Галилео” като част от инфраструктурата Глобална навигационна спътникова система (ГНСС).

ЕГНОС вече започна началната си експлоатация и през 2006 г. Свободната Услуга на ЕГНОС ще бъде обявена за услуга на разположение за критични, но несвързани с безопасността приложения. След това квалифицирането на дейностите на ЕГНОС и установяването на структура на доставката на услуги (чрез Концесионера “Галилео”) ще позволи предлаганата от ЕГНОС услуга за безопасност на живота да бъде обявена за оперативна.
Исторически сведения
GIOVE (Елемент “Валидиране в орбита на системата Галилео”)
На 7 януари 1610 г. Галилео Галилей (1564-1642 г.) първи насочва телескоп към небето и открива първите четири луни на планетата Юпитер (на италиански ‘Giove’). През март 1610 г. във Венеция е публикувана неговата книга Sidereus Nuncius (в превод на бълг.език “Звезден пратеник”), в която се описва откритието му и която го прави популярен.

По-късно тези четири луни са наречени Ло, Европа, Ганимеде и Калисто (сега известни като луните на Галилео).

Галилео установил, че подреждането на тези четири спътника, често затъмнявани от Юпитер и лесно видими, може да се използва като часовник, който се вижда от всяка точка на Земята. Използвани били таблици, описващи движението на спътниците, за определяне на географската ширина по море и по суша. През 17 и 18 век методът на Галилео направил революция в навигацията, геодезията и картографията.

Европейската Програма за спътникова навигация “Галилео” ще изведе в орбита първия си спътник до края на 2005 г. за целите на елемента “Валидиране в орбита” или накратко GIOVE

Двата GIOVE спътника ще бъдат последвани от първите четири оперативни спътника, които ще бъдат изведени в орбита през 2008 г.

GIOVE и четирите му приемника GalileoSat ще открият пътя за развръщане на цялото съзвездие от 30 спътника “Галилео”, създавайки условия за безпрецедентно за 21 век позициониране, навигиране и определяне на времето.

В системата на ЕКА се появяват първите предложения като част от Глобалната навигационна спътникова система. През 1994 г. ЕГНОС (ГНСС-1) е предложена от ЕКА, Европейската комисия и Евроконтрол и през октомври 1998 г. е одобрена от страните-членки на ЕКА. Междувременно през март 1998 Съветът по транспорта към Европейската комисия възлага разработка на европейската позиция за ГНСС. През май 1999 Министерският съвет на ЕКА одобрява програмата “ГалилеоСат”; през юни 1999 Съветът по транспорта на Европейския съюз приема първа резолюция за “Галилео”. През ноември 2001 г. Министерският съвет на ЕКА одобрява разработването на “Галилео” (фаза - C/D) с бюджет от 550 милиона евро. През март 2002 г. Съветът по транспорта на ЕС одобрява тази фаза (450 милиона евро). През май 2003 г. страните-членки на ЕКА договарят условията на участие в програмата “Галилео”.

Общата стойност на системата “Галилео” първоначално е оценена на 3.4 милиарда евро, при публични инвестиции за фазата на разработване и валидиране в размер на 1.1 милиарда евро, осигурени съвместно от Европейската комисия и Европейската космическа агенция. През 2005 г. е извършена преоценка на стойността на фазата, при която същата е оценена на 1.5 милиарда евро.
Принципът на спътниковата навигация
Спътниковата навигация определя точно местоположението чрез измерване на разстоянието между спътниците и приемника. Приемникът улавя изпращаните от спътниците сигнали за време и определя местоположението си чрез изчисляване на отдалечеността си от няколко спътници. Това става чрез измерване на времето, което сигналите изминават от спътниците. За да определи точно местоположението си, приемникът трябва да получи сигнали от най-малко четири навигационни спътника.

Точността на определяне на местоположението зависи от точността на измерване на времето. Само атомните часовници гарантират необходимата точност от порядъка до наносекунди. Тези часовници са основен технологичен елемент на борда на спътниците “Галилео” и имат принос за дефинирането на международни стандарти за време. Качеството на измерването на времето се подобрява чрез включване на сигнал от четвърти спътник. Ето защо е необходимо да се обърне специално внимание на подбора на броя спътници и техните орбити.

Бул. Луксембург 3

Б-1000 Брюксел

Белгия

Факс: + 32 2 507 80 01

Е-mail:

http:// www.galileoju.com

Дирекция на Европейския съюз и индустриалните програми

Бул. Марио Никис 8-10

Ф-75738 Париж СЕДЕКС 1С

Франция

Тел.: + 33 1 53 69 77 26

Е-mail: dominique.detain@esa.int

http:// www.esa.int/navigation
Eвропейска комисия

Главна дирекция за енергетика и транспорт

Отдел Е.4 Спътникова навигационна система (“Галилео” ), интелигентен транспорт

ДМ28 1/54

Б-1019 Брюксел

Белгия

Факс: + 32 2 296 5372

Е-mail: tren-galileo@cec.eu.int

http:// europa.eu.int/comm./dgs/energy_transport/Galileo/

Издадено от: отдел “Публикации” на Европейската космическа агенция

ЕСТЕК, ПК 299

2200 АГ Ноордвийк

Холандия

Редактор: Андрю Уилсън

Худ.оформление: Ева Екстранд

Текст. съгласуване: Доминик Детайн

Авторско право: ©2006 Европейска космическа агенция

ISSN: 0250-1589

ISBN: 92-9092-497-7

Цена: 10 евро