Мир глонасс. Реально ли играть без спутников? Системы навигации без спутников

Наша Солнечная система содержит в себе 9 планет и у двух из них отсутствуют спутники.

Есть гипотеза, что у этих планет первоначально были спутники, однако Солнце их «примагнитило» под действием сил притяжения к себе, и они сгорели.

Кроме двух указанных планет, остальные 7 обладают спутниками. Наша планета Земля обладает всего одним - это Луна.

В 1877 году мы открыли пару два спутника у планеты Марс - это Деймос и Фобос, что переводится как «Ужас» и «Страх» соответственно. Очень сильные для тех времён телескопы позволили нам видеть их, а с появлением косимческих станций - увидеть и сфотографировать гораздо ближе. Деймос и Фобос представляют из себя некие глыбы, которые не обладают круглой формой, испещрённые кратерами.

Планета Юпитер имеет несколько спутников, которые называют Галлилеевыми: Европа, Каллисто, Йо и Ганимед. Рассмотреть их можно даже при помощи хорошего бинокля. Каллисто и Ганимед имеют такой же размер, как Меркурий.

Сатурн - это рекордсмен по количеству «соседей» - у него их 23 штуки! Один из них - Титан, по размерам больше нашей Луны в два раза.

Планеты Венера Меркурий не имеют спутников - только они одиноко вращаются в бесконечном космическом пространстве.

С момента их ввода в эксплуатацию 60 лет назад, спутники стали незаменимой и неотъемлемой частью нашего современного высокотехнологичного мира. Мы настолько привыкли к их надежности и фактической незаметности, что принимаем спутники как само собой разумеющееся.

Мы решили узнать, что же может произойти, если вдруг все спутники, которые в настоящий момент кружат вокруг нашей планеты, в одночасье выйдут из строя или просто исчезнут.

Предположение о том, что выход из строя всех спутников или по крайней мере большего их числа, не так безумна, как может показаться на первый взгляд. Есть как минимум три возможных сценария, в результате которых это действительно может рано или поздно произойти.

Например, в научно-фантастическом рассказе «Ghost Fleet: A Novel of the Next World War», который совсем скоро появится на полках магазинов, говорится о том, что спутники могут быть сбиты в результате действий воюющих стран. В этой книге за авторством П.В. Сингера и Августа Кола рассказывается, как в недалеком будущем развязывается война, в которой китайское правительство решает использовать высокоэнергетическое оружие, установленное на спутники-перехватчики, для уничтожения важных стратегических точек США. В результате десятки околоземных спутников оказываются уничтоженными еще до того момента, как начинаются наземные боевые действия.

Иллюстрация DIA 1986 года работы спутника-перехватчика, атакующего свою цель

Есть и другой сценарий, в результате которого все спутники могут быть уничтожены. Джефф Кейтер, доцент Института имени Джорджа С. Маршалла - исследовательского центра Виргинии, занимающегося научными и общественно-политическими вопросами - говорит, что воюющие стороны могут уничтожить спутники с наземных станций, используя специальные глушилки, ракеты, лазеры, а также ядерное вооружение.

Кроме того, все наши спутники могут быть уничтожены очень сильной солнечной бурей. Так называемой Вспышкой Каррингтона, солнечного супершторма, один из которых произошел, например, в 1859 году. Произойди он сейчас - и вся наша высокотехнологичная цивилизация вернется в развитии назад на несколько поколений. Как описывает портал Universe Today, столь сверхмощная геомагнитная буря попросту вызовет перегрузку в магистральных сетях на Земле и поджарит все наши электронные устройства, включая те, что находятся на орбите планеты.

«В этом случае частицы проходят сквозь Землю и несут на себе невероятно мощный электрический разряд», - пишет Universe Today.

«Если рядом с Землей находятся спутники, то они в большинстве случаев находятся под защитой геомагнитного поля планеты, однако спутники на более высоких орбитах, особенно те, которые находятся на геосинхронных орбитах, совершенно беззащитны от подобного рода явлений. В результате шторма внутри спутника будут накапливаться заряженные частицы, которые в конце концов высвободят мощный электрический разряд, что приведет к полному повреждению компонентов спутника. Они просто выгорят».

Universe Today указывает, что прямо сейчас несколько сотен спутников, находящихся на геосинхронной орбите планеты, остаются очень уязвимыми. В фактор риска входят также спутники, находящиеся на высоте 20 000 километров и отвечающие за GPS-сети.

Гравитация

В конце концов не стоит исключать Синдром (Эффект) Кесслера. Такой вариант развития событий был описан в киноленте «Гравитация» 2013 года. Сбитый российский спутник-шпион и разлетевшиеся после него осколки вызывали цепную реакцию, в результате которой околоземное пространство превратилось в настоящую свалку из разбитых спутников и даже космической станции, что, конечно же, поставило под угрозу жизнь всех находящихся в космосе астронавтов. Страшно признавать, но Синдром (Эффект) Кесслера действительно очень вероятен, и вероятность эта только возрастает с накапливаемым на орбите после различных космических запусков мусором.

Понимая возможность развития описываемых выше событий, вполне логичным будет задаться вопросом: что же будет дальше, если одно из этих событий случится что называется здесь и сейчас. Если говорить в общем и целом, то полная потеря спутников приведет к серьезному сбою в нашей нынешней высокотехнологичной жизни. Последствия будут как кратковременными, так и долговременными и при этом охватывающие многочисленные сферы.

Потеря связи

Практически сразу же мы станем свидетелями резкого снижения нашей способности к коммуникации, передаче информации и проведению различных цифровых сделок.

Визуализация, показывающая лишь часть наших коммуникационных сетевых маршрутов

«Если мы потеряем коммуникационные спутники, то это сильно снизит пропускную способность коммуникационных каналов», - говорит Джонатан Макдауэлл, астрофизик и ученый Канадской обсерватории, работающий с Гарвард-Смитсоновским центром астрофизики.

По мнению Макдауэлла, с потерей коммуникационных спутников все телекоммуникационные кабели и сети, проложенные на земле и под водой, окажутся бесполезной кучей проводов. Несмотря на то, что некоторые виды коммуникационных возможностей исчезнут в таком случае мгновенно, некоторые все же останутся и смогут функционировать.

Все линии международных звонков и трафик данных придется перенаправить по другим каналам, что вызовет колоссальное возрастание нагрузок как на наземные, так и на подводные коммуникационные линии. Дополнительная нагрузка в конечном итоге достигнет своего предела, и это скажется на многих телефонных звонках, которые просто не смогут дойти до адресатов. Бесполезными станут сотовые телефоны. В удаленных зонах люди, полагающиеся на спутниковое телевидение, Интернет и радио, в одночасье окажутся в коммуникационной блокаде.

Карта подводных коммуникационных линий

«Да, телевидение фактически исчезнет. Ведь значительная часть этого телевидения предоставляется компаниями с помощью спутниковых приемников», - говорит Макдауэлл.

Важно учесть, что в 1998 году случился прецедент, который при больших масштабах мог привести к таким печальным последствиям для жителей всей Земли. Тогда всего один вышедший из строя спутник явился причиной неработающих по всему миру пейджеров.

Возврат к бумажным картам

При потере спутников мы потеряем и с доступ к системе глобального позиционирования. За годы своего существования на работу GPS стала неотъемлемым сервисом в нашей жизни, на который полагаются не только многие люди, но и многие компьютеризированные системы в различных индустриях.

Спутник GPS-III-AHI компании Lockheed Martin

«Мало того, что многие уже просто забыли то, как управлять своими автомобилями без GPS, так еще и многие самолеты полагаются на эту систему», - объясняет Макдауэлл.

Несмотря на то, что существуют запасные методы и системы навигации, авиалинии пользуются GPS для прокладки наиболее экономически выгодных (с точки зрения расхода топлива) маршрутов. Без GPS-спутников и телекоммуникационных спутников диспетчерам станет очень сложно поддерживать связь не только между собой, но и с самолетами, которые находятся на их маршрутах. Авиалиниям придется вернуться к более старым способам и системам коммуникации. А учитывая насыщенность сегодняшнего воздушного трафика, такой вариант развития определенно повысит процент авиакатастроф. Пострадают, конечно же, и другие навигационные системы, которые используются на грузовых судах, а также в системах поставок и перевозок. Все они полагаются на GPS.

Следует указать, что GPS - это не просто средство предоставления информации о точном местонахождении. Это также и система, которая позволяет рассчитать временные рамки. Ту же функцию могут выполнять, например, наземные атомные часы, однако GPS эффективно используется для корректировки через спутники единого временного стандарта. При отсутствии этой возможности сети, требующие точной синхронизации времени, испытают «временной сдвиг», что приведет к серьезным потерям производительности и выходу из строя многих сервисов. Все это может привести к серьезным последствиям. Пострадает все: начиная от магистральных сетей высокого напряжения и заканчивая финансовым сектором.

В своей статье «День без космоса: последствия для экономики и национальной безопасности» Эд Моррис, исполнительный директор отдела коммерческого использования космоса и департамента коммерции пишет:

«Если вы думаете, что справиться со своей работой при неработающем Интернете покажется сверхсложной задачей, то представьте, что будет, если вы утратите еще и возможность общения по мобильным телефонам, потеряете доступ к телевидению, радио, банкоматам, кредитным картам и, возможно, всем остальным электронным вещам, которыми вы пользуетесь сейчас. […]»

«Беспроводные устройства, особенно те, что работают со стандартами CDMA, станут бесполезными. Вы не сможете дозвониться с одного сотового на другой. Компьютерные сети испытают задержку, так как данным придется проходить по перегруженным каналам связи со сниженной пропускной способностью. То же самое касается и всех остальных основных сетей, использующихся для коммуникации и развлечений, так как все они используют IP-адреса и требуют максимальной точности в таймингах для уверенности в том, что отосланные данные достигли своего места назначения».

Отсутствие правильной синхронизации во времени особенно сильно скажется на банковском секторе, потому что тайминги транзакций требуют записи. Платежи кредитными картами и банковскими аккаунтами, вероятнее всего, будут полностью заморожены. Миллиарды долларов, евро и другой валюты просто исчезнут из бизнеса. Наверное, не следует говорить, что за этим последует сильнейший финансовый кризис?

Потеря военной мощи

Неожиданная потеря спутниковых возможностей снизит эффективность армий.

Ракеты, полагающиеся на данные GPS, станут бесполезными

Институт имени Джоджа Маршалла объясняет последствия, которые скажутся на военной мощи США:

«Космос является критическим звеном в правильной работе всех американских военных структур. Отделы логистики, навигации, коммуникации, центры прогнозирования погоды и собственно сами военные подразделения окажутся бесполезными».

Макдауэлл называет зависимость от спутников «Ахиллесовой пятой» армии США.

Эксперт по боевым действиям Питер В. Сингер из New America Foundation говорит:

«Тот, кто контролирует небо, будет контролировать то, что происходит в битвах на земле».

Подводя итоги последствий, которые скажутся на военном потенциале, Сингер пишет:

«Сегодня работают около 1100 активных спутников. Все они являются нервной системой не только нашей экономики, но также и нашей армии. Буквально все, начиная от коммуникаций и заканчивая GPS и логистикой, полагается на эти спутники. Потенциальные противники отмечают, что именно по этой причине Россия и Китай недавно начали испытания нового поколения противоспутникового оружия, что в свою очередь привело к дополнительным вливаниям 5 миллиардов долларов в военный бюджет США для разработки различных космических боевых комплексов».

«Что произойдет, если мы потеряем доступ к космосу? В таком случае, как выразился один офицер вооруженных сил США, «нам придется воевать палками и камнями», потому что все наши дроны, наши ракеты и даже наземная техника окажутся бесполезными без GPS. Это заставит нас пересмотреть все наши представления о готовности к боевым действиям 21-го века. Может, у нас и есть незаметные военные корабли нового поколения, однако потеря космоса будет означать для нас и потерю флота. Все будет как в игре Battleship, где две противоборствующие стороны, как слепые котята, будут пытаться найти друг друга в театре боевых действий».

Кроме того, Макдауэлл отмечает, что потеря спутниковых возможностей приведет к снижению эффективности руководства боевыми действиями. Космические системы можно использовать для наблюдения. Без этих возможностей армия окажется слепой.

«Приведет все это к тому, что никто не будет знать, что на самом деле происходит», - говорит Макдауэлл.

«Спутники обеспечивают нас как глобальной, так и локальной картиной происходящего. Потеря возможности наблюдения приведет к снижению адекватности и правдивости получаемой информации. А это уже в свою очередь может катастрофически сказаться на безопасности».

Гидрометцентры и климатология уйдут в прошлое

Одна из самых полезных вещей, которой нас обеспечили спутники, является возможность более точного предсказания погодных условиях в тех или иных регионах планеты. Предсказание небольшой облачности - это, конечно, хорошо, однако некоторые страны, такие как, например, Индия, Пакистан и Бангладеш, зависят от таких систем прогнозирования погоды, потому что именно они могут предсказать возможность катастрофических климатических изменений. Например, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США подсчитало, что во время ежегодных сезонов ураганов погодные спутники позволяют сохранить до 3 миллиардов долларов возможного ущерба и человеческих жизней.

Ураган Айван

Потеря спутников скажется и на науке. Большинство того, что мы знаем о климатических изменениях, мы знаем именно благодаря спутникам.

Макдауэлл говорит, что основные изменения будут заметны в первые недели без спутников. Однако если смотреть на вопрос в 10-летней перспективе, то отсутствие доступа к спутникам лишит нас возможности понимания и наблюдения за такими вещами, как озоновый слой, уровень углекислого газа в атмосфере, а также движение льда в мировом океане. Наземные станции и старые добрые метеозонды, конечно, могут в этом помочь, однако точность данных в таком случае окажется на порядок ниже, чем сейчас.

Без спутников можно будет попрощаться с такими картами

«Мы слишком зависимы от спутников, которые являются нашими глазами и говорят нам о том, что происходит на планете. И говорят нам тогда, когда это действительно очень и очень нужно», - продолжает Макдауэлл.

Конечно же, не стоит забывать и о том, что без спутников мы не сможем вести наблюдение за погодой в космосе. Например, не сможем вовремя узнавать, когда должна произойти следующая солнечная буря.

Время для восстановления

При потере всех спутников государства частные компании постараются восстановить свои космические возможности. В зависимости от природы событий, которое повлечет за собой уничтожение всех спутников, может потребоваться не один десяток лет для того, чтобы можно было вернуться в прежнее русло технологического стандарта. Например, произойди Вспышка Каррингтона, и нам придется очень долго восстанавливать необходимую инфраструктуру, потому что поврежденными окажутся не только космические спутники, но и вся наземная электроника.

Американская армия уже готовится к возможным подобным событиям и в настоящий момент разрабатывает методы и средства, которые позволят очень быстро наладить связь. Этими методами и средствами могут оказаться маленькие спутники, которые можно будет запустить на низкую околоземную орбиту. Компактные спутники-кубсаты в последнее время набирают популярность. Их легко запустить, они недорогие и в то же время являются эффективным решением. Правда, кратковременным решением. Штаб оперативно-космического командования США ведет разработку концепта метода экстренного восстановления способности к «быстрому развертыванию, которые будут удовлетворять поставленным военным требованиям внутри всего спектра операций, начиная от действий в мирное время и заканчивая военным временем».

Кубсаты на орбите

Возврат же полноразмерных геостационарных спутников на орбиту несомненно станет более сложной задачей. Потребуются годы для того, чтобы просто их построить. Не говоря уже о том, что придется строить и большие, дорогие ракеты, которые смогут эти спутники доставить в космос.

В случае события Эффекта Кесслера, который поразит все наши спутники, схема восстановления и возврата к технологическому стандарту пойдет по совсем другому сценарию. Макдауэлл считает, что на восстановление работоспособности в данном случае потребуется как минимум 11 лет на то, чтобы расчистить низкую околоземную орбиту от мусора, в противном случае все запущенные объекты, находящиеся на высоте ниже 500 километров, просто упадут обратно на Землю.

К сожалению, на высоту более 600 километров над поверхностью Земли добраться нам не удастся еще какое-то время. Объекты, находящиеся на такой высоте, остаются там очень и очень долго. Вполне возможно, что от такой орбитальной высоты в конце концов и вовсе придется отказаться. Или же мы можем в данном случае вручную попробовать ее отчистить, используя известные на данный момент методы.

Как видим, событие Эффекта Кесслера может представляться наиболее серьезным ударом по нашему высокотехнологическому будущему, поэтому мы должны принимать во внимание тот факт, что это событие действительно рано или поздно может произойти и что в таком случае за этим событием последует.

Шестьдесят лет назад на орбиту Земли был запущен первый искусственный спутник. Сегодня их уже около полутора тысяч. Мы обращаемся к их услугам, когда пользуемся навигатором в телефоне, снимаем деньги в банкомате или слушаем прогноз погоды. В честь юбилея «Спутника-1» давайте задумаемся, что бы произошло, если бы спутников вдруг не стало, и о том, насколько вероятен подобный сценарий.

Почти половина спутников на орбите - это спутники связи, они передают сигналы спутниковых телефонов, интернета и радио. Ими пользуются в далеких от цивилизации районах, например в Антарктиде, где нет ни наземных станций связи, ни подводных кабелей. Кроме того, спутниковые телефоны нужны везде, где обычная инфраструктура не работает: в море, в районах стихийных бедствий и боевых действий.

История знает случаи перебоев со связью из-за поломок спутников: в 1998 году из-за одного сломавшегося PanAmSat перестали работать 80-90% пейджеров. Правда, сейчас, скорее всего, подобное повториться не может: спутниковые телефоны используются лишь в особых случаях, а сотовые телефоны и радио работают благодаря наземным станциям, обычная же телефонная связь, как и интернет, полагается на кабели.

Если вывести из строя все спутники, то нам грозят проблемы со связью в труднодоступных районах. «Любители спутникового ТВ не смогут смотреть передачи, станет гораздо менее точной геолокация в каждом автомобиле. Пилотам тоже придется непросто, но у них есть дополнительные приборы. Перестанут обновляться Google Maps», - рассказал Илья Тагунов, разработчик симулятора работы спутников «Орбита».

Действительно, системы GPS/ГЛОНАСС сейчас используются всеми, кому нужно ориентироваться на местности, - от водителей автомобилей до пилотов самолетов и капитанов кораблей. Однако без спутников навигация, хоть и станет менее точной, не сломается совсем: навигаторы в мобильных телефонах и планшетах могут определять свое положение по сигналу сотовых станций и Wi-Fi, в самолетах есть радионавигация и инерциальные системы, на кораблях - электронные карты. В конце концов, все это как-то ездило, летало и плавало и до появления спутниковой навигации.

Однако навигационные спутники позволяют не только отвечать на вечный вопрос «Где я?». На борту каждого спутника находятся атомные часы, так что спутники постоянно передают точное время. Оно используется во множестве компьютерных систем: например, операторы связи синхронизируют по ним работу сотовых вышек, а банки фиксируют время операций по GPS.

Теоретически без GPS все это должно рассинхронизироваться, но и это на практике оказывается не так страшно. В 2016 году у 15 спутников GPS «сбилось» время - на целых 13 микросекунд. Ошибку быстро устранили, и она не имела заметных последствий для обычных пользователей, хотя и переполошила специалистов.

Кроме того, без спутников станет менее точным прогноз погоды, прекратится не только обновление Google Maps и Яндекс. Карт, но и всякого рода мониторинг Земли из космоса в принципе.

Могут ли спутники «погибнуть»?

«Убить» спутник можно, но очень сложно. Для них опасны сильные солнечные бури, но пока настолько сильных бурь, чтобы хватило на всю спутниковую флотилию, не было, хотя отдельные спутники солнечная активность выводила из строя. Так, геомагнитная буря 1989 года на неделю вывела из строя четыре навигационных спутника.

«Противоспутниковые ракеты сейчас разрабатываются (недавно свои испытания провел Китай), но уничтожить все действующие спутники очень дорого. Разрабатываются и спутники-камикадзе для уничтожения спутников, но это опять же очень дорого. Заблокировать сигнал спутника в конкретной точке можно, если поставить очень сильную глушилку. По всей планете заблокировать связь не получится», - говорит Тагунов.

Российский институт со сложным названием АО НИИМА Прогресс показал недавно на одной из выставок новую систему навигации – локальную. То есть, без участия спутников, сетей сотовой связи и Wi —Fi . В основу положен принцип, похожий в общих чертах на GPS : базовые станции (минимум 4), являющиеся источником измерительного радиосигнала, и абонентские устройства объединяются единым тактовым генератором (локальной службой сверхточного времени). То есть, каждый элемент системы знает ровно то же время, которое знают и другие. А дальше координаты определяются в результате расчёта времени прохождения сигнала (разностно-дальномерный метод). Точность позиционирования – в пределах 15 см, причём как по горизонтали, так и по вертикали.

Система эта разрабатывается уже несколько лет, неоднократно фигурировала в различных докладах и презентациях. Но сейчас создатели вплотную подошли к аппаратной реализации.

Подобные системы строились ещё в прошлом веке, в доспутниковую эпоху, в частности, для морской навигации. Была ещё наземная система Чайка, но она грешила низкой точностью, порядка 100 метров. Существуют такие разработки и сейчас, например, ЛСН от российской фирмы Авиаавтоматика или австралийская система UHRS Locata . Последняя и послужила прообразом ЛСН от Прогресса. Но в последней используются иные мощности (2 Вт) и диапазон частот – от 100 до 2500 МГц. Это примерно, точный диапазон для системы не выделен, соответственно, пока она находится только на самом первом этапе тестовой эксплуатации. Будет ли она воплощена в коммерческий продукт – неясно.

Система создана в рамках ОКР «Создание интегрированных с радиотехническими и нерадиотехническими устройствами навигационных модулей для навигационных средств различных применений «Спин-П» , объявленного Минпромторгом на 2012-2020 годы.

ЛСН, кроме узкоспециальных задач, может быть интересна как возможность обеспечения навигации в закрытых помещениях и мониторинга транспорта в заданной геозоне (пока до 22 км вокруг одной БС). Пи расширении зоны покрытия ЛСН станет отличной системой поиска и возврата угнанных автомобилей, её почти невозможно заглушить (потребуется источник помех мощностью 20 кВт).

Интересно, что в качестве абонентского приёмника Прогресс показывает давно известный псевдо-чип (на самом деле – микросборку) ГеоС-3М.

Навигационный модуль ГеоС-3М

Но есть и более свежий приёмник вроде бы собственной разработки, но тоже созданный на базе чипа Geostar .

Оригинальный навигационный приёмник

Вот что рассказал об ЛСН ведущий менеджер Прогресса Сергей Колесников.

Русский автомобиль — независимое издание, не имеющее спонсоров, инвесторов и рекламодателей. Если вы сможете поддержать редакцию скромным пожертвованием, то нам будет проще делать интересные материалы.