Производитель | Локхид Мартин | ||
---|---|---|---|
Страна происхождения | Соединенные Штаты | ||
Оператор | Космические силы США | ||
Приложения | Навигационный спутник | ||
Технические характеристики | |||
Автобус | Локхид Мартин А2100 М | ||
Стартовая масса | 3880 кг (8550 фунтов) [1] | ||
Сухая масса | 2269 кг (5002 фунта) | ||
Власть | 4480 Вт (конец срока службы) | ||
Аккумуляторы | Никель-водородный аккумулятор | ||
Режим | Полусинхронная средняя околоземная орбита | ||
Дизайн жизни | 15 лет (планируется) | ||
Производство | |||
Статус | Производство завершено | ||
Построено | 10 [2] | ||
Запущен | 7 | ||
Оперативный | 6 [3] | ||
Первый запуск | 23 декабря 2018 г. [4] | ||
Последний запуск | 17 декабря 2024 г. | ||
Связанные космические аппараты | |||
Получено из | GPS-блок IIF | ||
|
GPS Block III (ранее Block IIIA ) состоит из первых десяти спутников GPS III , которые используются для поддержания работоспособности системы глобального позиционирования Navstar. Компания Lockheed Martin спроектировала, разработала и изготовила испытательный стенд GPS III Non-Flight Satellite Testbed (GNST) и все десять спутников Block III. [5] Первый спутник в серии был запущен в декабре 2018 года. [6] [7] [8]
Глобальная система позиционирования (GPS) США достигла полной эксплуатационной готовности 17 июля 1995 года, [9] завершив свои первоначальные проектные цели. Достижения в области технологий и новые требования к существующей системе привели к усилиям по модернизации системы GPS. В 2000 году Конгресс США санкционировал усилия, называемые GPS III .
Проект предполагает использование новых наземных станций и новых спутников с дополнительными навигационными сигналами как для гражданских, так и для военных пользователей и направлен на повышение точности и доступности данных для всех пользователей.
25 февраля 2010 года компания Raytheon получила контракт на поставку системы оперативного управления GPS следующего поколения (OCX). [10]
Первый спутник в серии планировалось запустить в 2014 году [11], но значительные задержки [12] отодвинули запуск на декабрь 2018 года. [6] [13] Десятый и последний запуск GPS Block III запланирован на 2026 финансовый год [14] .
Спутники Block III используют структуру спутниковой платформы A2100M компании Lockheed Martin . Топливные и напорные баки производятся компанией Orbital ATK из легких, высокопрочных композитных материалов. [15] Каждый спутник будет нести восемь развертываемых антенн JIB, разработанных и изготовленных компанией Northrop Grumman Astro Aerospace [16]
Уже значительно отложенный по сравнению с запланированным на 2014 год запуском первого спутника, [11] 27 апреля 2016 года SpaceX в Хоторне, Калифорния , получила контракт с твердой фиксированной ценой на 82,7 млн долларов США на услуги по запуску для доставки спутника GPS III на его предполагаемую орбиту. Контракт включал производство ракеты-носителя, интеграцию миссии и операции по запуску для миссии GPS III, которые должны были быть выполнены в Хоторне, Калифорния; на авиабазе Кейп-Канаверал , Флорида ; и Макгрегоре, Техас . [17] В декабре 2016 года директор Управления систем глобального позиционирования ВВС США объявил, что первый спутник будет запущен весной 2018 года. [18] В марте 2017 года Главное контрольно-счетное управление США заявило: «Технические проблемы как со спутником GPS III, так и с системой управления и проверки запуска OCX Block 0 в совокупности поставили под угрозу запланированную на март 2018 года дату запуска первого спутника GPS III». [19] Задержки были вызваны рядом факторов, в первую очередь из-за проблем, обнаруженных в навигационной полезной нагрузке. [12] [20] Дальнейшие переносы даты запуска были вызваны необходимостью дополнительных испытаний и проверки ракеты SpaceX Falcon 9 , которая в конечном итоге запустила спутник 23 декабря 2018 года. [21] [22] 22 августа 2019 года второй спутник GPS III был запущен на борту ракеты Delta IV . [23]
21 сентября 2016 года ВВС США реализовали опцион на контракт стоимостью 395 миллионов долларов США с компанией Lockheed Martin на девятый и десятый космические аппараты Block III, запуск которых, как ожидается, будет возможен к 2022 году. [24]
Запущено 7 из 10 спутников GPS Block III. В настоящее время 6 из них находятся в эксплуатации, а 1 проходит испытания.
Спутник | СВН | Дата запуска ( UTC ) | Ракета | Стартовая площадка | Статус | Ссылка. |
---|---|---|---|---|---|---|
USA-289 GPS III-01 Веспуччи | 74 | 23 декабря 2018, 13:51 | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | В эксплуатации | [25] [26] |
USA-293 GPS III-02 Магеллан | 75 | 22 августа 2019, 13:06 | Дельта IV М+ (4,2) | Мыс Канаверал , SLC‑37B | В эксплуатации | [27] |
USA-304 GPS III-03 Мэтью Хенсон | 76 | 30 июня 2020, 20:10 | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | В эксплуатации | [28] |
USA-309 GPS III-04 Сакагавеа | 77 | 5 ноября 2020, 23:24 | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | В эксплуатации | [29] |
USA-319 GPS III-05 Нил Армстронг | 78 | 17 июня 2021 г., 16:09 | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | В эксплуатации | [30] |
USA-343 GPS III-06 Амелия Эрхарт | 79 | 18 января 2023, 12:24 | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | В эксплуатации | [31] [32] [33] [34] |
GPS III-07 Салли Райд | 80 | 17 декабря 2024 г. | Сокол 9 Блок 5 | Мыс Канаверал , SLC‑40 | Тестирование | [31] [35] [36] |
GPS III-08 Кэтрин Джонсон | 81 | 2025 | Вулканский кентавр | Мыс Канаверал , SLC‑41 | Доступно для запуска | [31] [14] [37] |
GPS III-09 Эллисон Онидзука | 82 | 2026 финансовый год | Вулканский кентавр | Мыс Канаверал , SLC‑41 | Доступно для запуска | [38] [14] [39] |
GPS III-10 Хеди Ламарр | 83 | 2025 финансовый год | Вулкан Кентавр VC2S | Мыс Канаверал , SLC‑41 | Доступно для запуска |
Одним из первых объявлений было добавление нового гражданского сигнала, который будет передаваться на частоте, отличной от частоты L1, используемой для существующего сигнала GPS Coarse Acquisition (C/A). В конечном итоге это стало известно как сигнал L2C, поскольку он транслируется на частоте L2 (1227,6 МГц). Он может передаваться всеми спутниками блока IIR-M и более поздних разработок. Первоначальный план гласил, что до тех пор, пока не будет установлена новая система OCX (Block 1), сигнал будет состоять из сообщения по умолчанию («Type 0»), которое не содержит навигационных данных. [40] OCX Block 1 с навигационными данными L2C должен был войти в эксплуатацию в феврале 2016 года, [41] [42] но был отложен до 2022 года или позже. [43]
В результате задержек OCX сигнал L2C был отделен от графика развертывания OCX. Все спутники, способные передавать сигнал L2C (все спутники GPS, запущенные с 2005 года), начали транслировать предварительные сообщения гражданской навигации (CNAV) в апреле 2014 года, а в декабре 2014 года ВВС США начали передавать загрузки CNAV на ежедневной основе. [40] [44] Сигнал L2C будет считаться полностью работоспособным после того, как его начнут транслировать по крайней мере 24 космических аппарата, что, как прогнозируется, произойдет в 2023 году. [40] По состоянию на октябрь 2017 года L2C транслировался с 19 спутников; к июню 2022 года этот сигнал транслировали 24 спутника. [40] Сигнал L2C призван обеспечивать повышенную точность навигации, обеспечивать легко отслеживаемый сигнал и выступать в качестве резервного сигнала в случае локальных помех.
Непосредственным эффектом передачи двух гражданских частот с одного спутника является возможность непосредственного измерения и, следовательно, устранения ошибки ионосферной задержки для этого спутника. Без такого измерения приемник GPS должен использовать общую модель или получать ионосферные поправки из другого источника (например, спутниковой системы коррекции ). Достижения в технологии спутников GPS и приемников GPS сделали ионосферную задержку крупнейшим источником ошибки в сигнале C/A. Приемник, способный выполнять это измерение, называется двухчастотным приемником. Его технические характеристики:
Он определен в IS-GPS-200. [45]
Основной компонент процесса модернизации, новый военный сигнал под названием M-код был разработан для дальнейшего улучшения защиты от помех и безопасного доступа к военным сигналам GPS. M-код передается на тех же частотах L1 и L2, которые уже использовались предыдущим военным кодом, кодом P(Y). Новый сигнал сформирован так, чтобы разместить большую часть своей энергии на краях (вдали от существующих носителей P(Y) и C/A). В отличие от кода P(Y), M-код разработан как автономный, что означает, что пользователи могут вычислять свои позиции, используя только сигнал M-кода. Приемники кода P(Y) обычно должны сначала захватить код C/A, а затем перейти на захват кода P(Y).
В существенном отличии от предыдущих разработок GPS, M-код предназначен для трансляции с направленной антенны с высоким коэффициентом усиления , в дополнение к широкоугольной (полной Земле) антенне. Сигнал направленной антенны, называемый точечным лучом , предназначен для направления на определенную область (например, несколько сотен километров в диаметре) и увеличения локальной мощности сигнала на 20 дБ (10× напряженность поля напряжения, 100× мощность). Побочным эффектом наличия двух антенн является то, что для приемников внутри точечного луча спутник GPS будет выглядеть как два сигнала GPS, занимающих одну и ту же позицию.
В то время как полноценный сигнал M-кода Земли доступен на спутниках Block IIR-M, антенны с точечным лучом не будут доступны до тех пор, пока не будут развернуты спутники Block III. Как и другие новые сигналы GPS, M-код зависит от OCX, в частности Block 2, который должен был войти в эксплуатацию в октябре 2016 года, [42] [46], но был отложен до 2022 года, [47] и эта первоначальная дата не отражала двухлетнюю задержку запуска первого спутника, ожидаемую GAO. [48] [49]
Другие характеристики М-кода:
Safety of Life — это гражданский сигнал, транслируемый на частоте L5 (1176,45 МГц). В 2009 году спутник WAAS отправил первые тестовые передачи сигнала L5. SVN-62 , первый спутник GPS block IIF, непрерывно транслировал сигнал L5, начиная с 28 июня 2010 года.
В результате задержек в графике сегмента управления GPS III сигнал L5 был отделен от графика развертывания OCX. Все спутники, способные передавать сигнал L5 (все спутники GPS, запущенные с мая 2010 года) [50], начали транслировать предэксплуатационные сообщения гражданской навигации (CNAV) в апреле 2014 года, а в декабре 2014 года ВВС начали передавать загрузки CNAV на ежедневной основе. [51] Сигнал L5 будет считаться полностью работоспособным, когда по крайней мере 24 космических аппарата будут транслировать сигнал, что в настоящее время прогнозируется в 2027 году. [50]
По состоянию на 10 июля 2023 года вещание L5 осуществляется с 17 спутников после удаления блока IIF, SVM-63. [52]
WRC-2000 добавил компонент космического сигнала в этот авиационный диапазон, чтобы авиационное сообщество могло управлять помехами на L5 более эффективно, чем на L2. Он определен в IS-GPS-705. [53]
L1C — это гражданский сигнал, который будет транслироваться на той же частоте L1 (1575,42 МГц), что и сигнал C/A, используемый всеми текущими пользователями GPS.
Трансляция L1C началась, когда GPS III Control Segment (OCX) Block 1 вступит в строй, что запланировано на 2022 год. [43] [18] Сигнал L1C достигнет полного рабочего состояния, когда будет транслироваться по крайней мере с 24 спутников GPS Block III, что запланировано на конец 2020-х годов. [54]
Он определен в IS-GPS-800. [55]
Увеличение мощности сигнала у поверхности Земли:
Исследователи из Aerospace Corporation подтвердили, что наиболее эффективные средства для генерации мощного сигнала M-кода повлекут за собой отход от полного покрытия Земли, характерного для всех пользовательских сигналов нисходящей линии связи до этого момента. Вместо этого антенна с высоким коэффициентом усиления будет использоваться для создания направленного точечного луча диаметром в несколько сотен километров. Первоначально это предложение рассматривалось как модернизация запланированных спутников Block IIF. При более внимательном рассмотрении руководители программы поняли, что добавление большой развертываемой антенны в сочетании с изменениями, которые потребуются в сегменте оперативного управления, представляет собой слишком большую проблему для существующей тогда конструкции системы. [56]
Сегмент оперативного управления GPS (OCS), состоящий из всемирной сети центров управления спутниками, наземных антенн и станций мониторинга, обеспечивает возможности командования и управления (C2) для спутников GPS Block II. [60] Последнее обновление GPS OCS, Architectural Evolution Plan 7.5, было принято в эксплуатацию в 2019 году. [61]
В 2010 году ВВС США объявили о планах по разработке современного сегмента управления, важнейшей части инициативы по модернизации GPS. OCS продолжит служить в качестве наземной системы управления до тех пор, пока новая система, Next Generation GPS Operational Control System (OCX), не будет полностью разработана и функциональна. [62]
Функции OCX поставляются ВВС США в три отдельных этапа, известных как «блоки». [63] Блоки OCX пронумерованы от нуля до двух. С каждым поставляемым блоком OCX приобретает дополнительную функциональность.
В июне 2016 года ВВС США официально уведомили Конгресс о том, что прогнозируемые расходы программы OCX превысили 4,25 млрд долларов США, тем самым превысив базовые оценки расходов в размере 3,4 млрд долларов США на 25%, также известные как критический взлом Нанна-Маккарди . Факторы, приведшие к взлому, включают «неадекватную системную инженерию на начальном этапе программы» и «сложность требований кибербезопасности на OCX». [64] В октябре 2016 года Министерство обороны официально сертифицировало программу, что является необходимым шагом для продолжения разработки после критического взлома. [65]
В июле 2021 года все установки станций мониторинга OCX были завершены. [66] Ожидается, что станции мониторинга OCX перейдут к эксплуатации в «начале 2023 года», а Космические силы США надеются завершить эксплуатационную приемку всех OCX в 2027 году. [66]
OCX Block 0 обеспечивает минимальный набор полных возможностей OCX, необходимых для поддержки запуска и ранней проверки шины космического корабля на орбите на космических аппаратах GPS III. [18]
Блок 0 завершил два мероприятия по тестированию кибербезопасности в апреле и мае 2018 года, в ходе которых не было обнаружено никаких новых уязвимостей. [67]
В июне 2018 года Блок 0 провел третью успешную комплексную репетицию запуска с GPS III. [67]
ВВС США приняли поставку OCX Block 0 в ноябре 2017 года и использовали его для подготовки к первому запуску GPS в декабре 2018 года. [68]
По состоянию на май 2022 года OCX Block 0 успешно поддержал запуск и проверку GPS III SV 01–05. [69]
OCX Block 1 — это обновление OCX Block 0, в котором система OCX достигает начальной операционной готовности (IOC). После развертывания Block 1 OCX впервые сможет управлять и контролировать спутники GPS Block II и Block III, а также поддерживать возможность начать трансляцию гражданского сигнала L1C. [18]
В ноябре 2016 года GAO сообщило, что OCX Block 1 стал основной причиной задержки активации миссии GPS III PNT. [70]
Блок 1 завершил финальную итерацию критического обзора проекта (CDR) в сентябре 2018 года. [67] Разработка программного обеспечения для Блока 1 должна завершиться в 2019 году, после чего программное обеспечение Блока 1 пройдет 2,5 года системного тестирования. [67]
OCX Block 2 обновляет OCX с помощью расширенных функций M-кода для военных пользователей и возможности контролировать производительность гражданских сигналов. [63] В марте 2017 года подрядчик изменил свой график поставок OCX, так что Block 2 теперь будет доставлен ВВС одновременно с Block 1. [71] В июле 2017 года было объявлено о дополнительной задержке графика на девять месяцев. Согласно графику программы от июля 2017 года, OCX будет доставлен ВВС США в апреле 2022 года. [47]
OCX Block 3F модернизирует OCX, позволяя выполнять запуск и проверку спутников Block IIIF. [72] [66] Ожидается, что запуск спутников Block IIIF начнется в 2026 году.
Контракт OCX Block 3F стоимостью 228 миллионов долларов был присужден компании Raytheon Intelligence and Space 30 апреля 2021 года. [73]
GPS III Contingency Operations («COps») — это обновление сегмента оперативного управления GPS, позволяющее OCS предоставлять функции положения, навигации и синхронизации (PNT) Block IIF со спутников GPS III. [18] Усилия по Contingency Operations позволяют спутникам GPS III участвовать в созвездии GPS, хотя и в ограниченном объеме, не дожидаясь, пока OCX Block 1 вступит в строй (запланировано на 2022 год).
В феврале 2016 года Космические силы США заключили контракт на проведение экстренных операций на сумму 96 миллионов долларов США. [74] Экстренные операции были приняты в эксплуатацию в апреле 2020 года. [61]
Дата | Развертывание | Космические аппараты | Замечания | ||
---|---|---|---|---|---|
Командование и контроль | Спутники, предоставляющие навигационные данные | ||||
ОКС | ОСХ | ||||
Декабрь 2018 [67] [68] | OCX-блок 0 | Блок II | Блок III (только запуск и проверка) [18] | Блок II | OCS и OCX работают параллельно |
Апрель 2020 г. [61] | Операции в чрезвычайных ситуациях | Блок II и Блок III | |||
Март 2023 г. [75] | OCX Блок 1 и OCX Блок 2 | Блок II и Блок III | OCS больше не используется, начинаются передачи L1C, достигнута полная функциональность GPS III. | ||
Июль 2025 г. [72] | OCX Блок 3F | Блок II и блок III (завершен), блок IIIF (только запуск и проверка) [72] |
Шестой, седьмой и восьмой спутники GPS III компании Lockheed Martin уже готовы, "готовы к запуску" и ждут только согласования даты запуска.
Планируется, что Космические силы запустят 27-й спутник GPS с поддержкой M-кода в феврале 2025 г.
{{cite web}}
: |last=
имеет общее название ( помощь )