Если в США, как признают американские авторы, реальным толчком к развитию радионавигации послужил запуск первого советского спутника, то в СССР научное обоснование использования ИСЗ для целей радионавигации родилось еще до его запуска. Ведущая роль в создании основных теоретических положений спутниковой навигации принадлежит научному коллективу Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им. А.Ф. Можайского под руководством профессора B.C. Шебшаевича. С точки зрения максимальной познавательности для читателя, представляется наилучшим решением процитировать слова опытных ученых, посвятивших многие годы развитию этой области науки и техники.Академик М.Ф. Решетнев, имя которого ныне носит Красноярское НПО ПМ, так описывал основные этапы создания отечественной навигационной спутниковой системы: «Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы были развернуты в середине 60-х годов, а 27 ноября 1967 г. был выведен на орбиту первый навигационный отечественный спутник (“Космос-192”). Спутник и ракета-носитель были разработаны и изготовлены Красноярским Научно-производственным объединением прикладной механики. Навигационный спутник обеспечивал непрерывное в течение всего времени активного существования излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 Мгц. Среднеквадратическая погрешность местоопределения по этому спутнику составляла 250… 300 м. В 1979 г. была сдана в эксплуатацию навигационная система первого поколения “Цикада” в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в среднем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 6 мин. В ходе испытаний было установлено, что основной вклад в погрешность навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутниками собственных эфемерид, которые определяются и закладываются на спутники средствами наземного комплекса управления. Поэтому наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной приемоиндикаторной аппаратуры, разработчиками системы серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников. Была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средствами наземно-комплексного управления, разработаны методики прогнозирования, учитывающие все гармоники в разложении геопотенциала. Большой вклад в повышение точности эфемерид навигационных спутников внесли результаты работ по программе геодезических и геофизических Исследований с помощью специальных геодезических спутников “Космос-842” и “Космос-911”, которые были выведены на навигационные орбиты. Это позволило уточнить координаты измерительных средств и вычислить коэффициенты согласующей модели геопотенциала, предназначенной специально для определения и прогнозирования параметров навигационных орбит. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала собственных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в настоящее время на интервале суточного прогноза величину 70 … 80 м, а среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своего местоположения уменьшилась до 80… 100 м. Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно изготавливаются комплектации приеме индикаторной аппаратуры “Шхуна” и “Челн”, Последняя имеет возможность работы и по спутникам американской радионавигационной системы “Транзит”. В дальнейшем спутники системы “Цикада” были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедг ствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедствия на частотах 121 и 406 Мгц, Эти сигналы принимаются спутниками системы “Цикада” и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.). Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники “Цикада” образуют систему “Коспас”. Совместно с американо-франко-канадской системой “Сарсат” они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже несколько тысяч спасенных жизней. Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей. Выполнить требования всех указанных классов потребителей низкоорбитальные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли. Перспективная спутниковая навигационная система должна обеспечивать потребителю в любой момент времени возможность определять три пространственные координаты, вектор скорости и точное время. Для получения потребителей трех пространственных координат беззапросным методом требуется проведение измерений навигационного параметра не менее, чем до четырех спутников, при этом одновременно с тремя координатами местоположения потребитель определяет и расхождение собственных часов относительно шкалы времени спутниковой системы. Исходя из принципа навигационных определений, выбрана структура спутниковой системы, которая обеспечивает одновременную в любой момент времени радиовидимость потребителем, находящимся в любой точке Земли, не менее четырех спутников, при минимальном общем их количестве в системе. Это обстоятельство ограничило высоту орбиты навигационных спутников 20 тыс. км (дальнейшее увеличение высоты не ведет к расширению зоны радиообзора, а, следовательно, и к уменьшению необходимого количества спутников в системе). Для гарантированной видимости потребителем не менее четырех спутников, их количество в системе должно составлять 18, однако оно было увеличено до 24-х с целью повышения точности определения собственных координат и скорости потребителя путем предоставления ему возможности выбора из числа видимых спутников четверки, обеспечивающей наивысшую точность. Одной из центральных проблем создания спутниковой системы, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольких спутникам, является проблема взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд), поскольку рассинхронизация излучаемых спутниками навигационных сигналов в 10 не вызывает дополнительную погрешность в определении местоположения потребителя до 10 … 15 м. Решение задачи высокоточной синхронизации бортовых шкал времени потребовало установки на спутниках высокостабильных бортовых независимых стандартов частоты с относительной нестабильностью 1-10″13 и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 1-10″14, а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3 … 5 не. С помощью этих средств и специального математического обеспечения производится определение расхождений бортовых шкал времени с наземной шкалой и их прогнозирование для каждого спутника системы. Результаты прогноза в виде поправок к спутниковым часам относительно наземных закладываются на соответствующие спутники и передаются ими в составе цифровой информации навигационного сигнала. Потребителями, таким образом, устанавливается единая шкала времени. Расхождение этой шкалы с наземной шкалой времени системы не превышает 15 … 20 не. Второй проблемой создания высокоорбитальной навигационной системы является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников. Достижение необходимой точности эфемерид навигационных спутников потребовало проведения большого объема работ но учету факторов второго порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее полюсов, а также исключение действия на спутник в полете реактивных сил, вызванных негерметичностью двигательных установок и газоотделением материалов покрытий. Для экспериментального определения параметров геопотенциала на орбиты навигационных спутников были запущены два пассивных ИСЗ “Эталон” (“Космос-1989′” и “Космос-2024”), предназначенных для измерения параметров их движения высокоточными квантово-оптическими измерительными средствами. Благодаря этим работам достигнутая в настоящее время точность эфемерид навигационных спутников при прогнозе на 30 ч составляет? вдоль орбиты – 20 м; по бинормали к орбите – 10 м; по высоте 5 м (СКО). Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982г. запуском спутника “Космос-1413″…» Вот что пишет во введении к Ю.А.Соловьев: «… Научные основы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме “Спутник” (1958 – 1959 гг.), которые осуществляли ЛВВИА им. А.Ф. Можайского, Институт теоретической астрономии АН СССР, Институт электромеханики АН СССР, два морских НИИ и Горьковский НИРФИ. Работы проводились с участием крупных специалистов по аналитической механике (чл.-корр. АН СССР А.И. Лурье) и расчетам орбит (проф. П.Е. Эльясберг). В коллективах этих организаций по проблеме активно работали Ю.В. Батраков, Е.Д. Голиков, В.П. Заколодяжный, Э.А. Жижемский, М.М. Кобрин, A.A. Колосов, Л.И. Кузнецов. В.Ф. Проскурин, А.Н. Радченко, Н.К. Сергеев, Б.А. Смольников, Е.Ф. Суворов, В.А. Фуфаев, Г.И. Черепанов, Е.П. Чуров. В.И. Юницкий и др. Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточности применения и независимости от погодных условий. Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к опытно-конструкторским работам над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей в дальнейшем название “Цикада”. В создании этой системы приняли участие: Научно-производственное объединение прикладной механики (НПО ПМ) -головная организация по системе в целом и по разработке навигационных спутников (НС); Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (РНИИ КП) – головная организация по радиотехническому комплексу системы, разработке бортовой космической и наземной радиотехнической аппаратуры, а также бортовой аппаратуры морских судов; Российский институт радионавигации и времени (РИРВ) – разработчик бортовой космической аппаратуры синхронизации и навигационной аппаратуры ряда типов морских судов, а также другие предприятия космической, радиотехнической и судостроительной отраслей промышленности СССР. Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС запатентована в Соединенных Штатах Америки…» И далее в Ю.А.Соловьев продолжает: «…B 1995 г. было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного состава (24 НС). В настоящее время предпринимаются большие усилия по поддержанию группировки. Разработаны самолетная аппаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземная аппаратура АСН-15 (РИРВ), морская аппаратура “Шкипер” и “Репер” (РНИИ КП) и др. Работы по созданию спутниковых радионавигационных систем осуществлялись помимо НПО ПМ (руководители работ М.Ф. Ре-шетнев, А.Г. Козлов, Г.М. Чернявский, В.Ф. Черемисин) коллективами РНИИ КП (руководители работ Л.И. Гусев, М.И. Борисенко, Н.Е. Иванов, В.А. Салищев), РИРВ (руководители работ П.П. Дмитриев, А.Ф. Смирновский, ГО, Г. Гужва, А.Г. Геворкян, Ю.М. Устинов, С.Н. Клюшников, И.В. Кудрявцев, Г.С. Цеханонич, Б.В. Шебшаевич, В.Ю. Кутков) при активном участии руководителей и специалистов министерства общего машиностроения (ныне Российское космическое агентство) Ю.П. Коптева, Ю.Г. Милова и Ю.В. Медведкова, научно-исследовательскими учреждениями министерств обороны, гражданской авиации, морского флота, Управления по геодезии и картографии и др. Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление системами являются Военно-космические силы РФ. Механизм государственного контроля и координации работ по СРНС ГЛОНАСС осуществляется на межведомственной основе Координационным Советом, созданным в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 237 от 7 марта 1995 г. Рабочим органом Координационного совета определен научно-технический центр “Интернавигация”. В соответствии с Постановлением Правительства РФ № 237 от 7 марта 1995 г. основными направлениями дальнейших работ являются: модернизация СРНС ГЛОНАСС на основе модернизированного спутника ГЛОНАСС-М с повышенным гарантийным сроком службы (пять лет и более вместо трех и настоящее время) и более высокими техническими характеристиками, что позволит повысить надежность и точность системы в целом; внедрение технологии спутниковой навигации в отечественную экономику, науку и технику, а также создание нового поколения навигационной аппаратуры потребителей, станций дифференциальных поправок и контроля целостности; разработка и реализация концепции российской широкозонной дифференциальной подсистемы на базе инфраструктуры Военно-космических сил и ее взаимодействия с ведомственными региональными и локальными дифференциальными подсистемами, находящимися как на территории России, так и за рубежом; развитие сотрудничества с различными международными и зарубежными организациями и фирмами в области расширения использования возможностей навигационной системы ГЛОНАСС для широкого круга потребителей; решение вопросов, связанных с использованием совместных навигационных полей систем ГЛОНАСС и GPS в интересах широкого круга потребителей мирового сообщества: поиск единых подходов к предоставлению услуг мировому сообществу со стороны космических навигационных систем; согласование опорных систем координат и системных шкал времени; выработка мер по недопущению использовании возможностей космических навигационных систем в интересах террористических режимов и группировок. Работы в указанных направлениях ведутся в соответствии с требованиями, выдвигаемыми различными потребителями (воздушными, морскими и речными судами, наземными и космическими средствами, топогеодезическими, землеустроительными и другими службами)…»
