Планы развития системы GPS(NAVSTAR) – переход к GPS III

13.04.2010

Планы развития системы GPS(NAVSTAR) – переход к GPS III

    Высокоточная навигация и синхронизация времени, обеспечиваемая Глобальной Системой Позиционирования (GPS) ВВС США стали для многих как электричество – прочно вплетено в ткань современной цивилизации, и трудно представить, как жили без него.

    При проведении банковских операций используют GPS для синхронизации времени, транспортные компании применяют для повышения безопасности перевозок и увеличения эффективности маршрутов, а в сельском хозяйстве – для посадки и выращивания зерновых культур. Так же GPS очень широко используется в современных военных операциях: для наведения на цель ракет, поддержки разведки, проведения маневров и доставки грузов.

    Поэтому даже временный отказ в работе GPS является неприемлемым для военно-воздушных сил. Это основная причина для проведения мероприятий по повышению надежности: от составления длинного списка возможных неисправностей и методов их устранения до появления спутников GPS IIF, которые будут запущены этой весной в рамках новой, уже реализуемой программы по разработке Системы следующего поколения – GPS III.

    Первый спутник GPS IIF, построенный «Boeing Defense, Space and Security», будет нести усовершенствованные атомные часы и будет первым, кто передаст новый оперативный сигнал safety-of-life (безопасности жизни) L5. Ожидается, что он будет запущен в мае, при помощи ракетоносителя Delta IV с мыса Канаверал. Хотя теперь «большинство понимает необходимость программы IIF» , говорит Гэри Пэйтон (Gary Payton), заместитель генерального секретаря Воздушных Сил по вопросам космоса, но первоначально запуск хотели осуществить ещё в 2001г. Пэйтон признает ответственность правительства за такую длительную задержку.

    «У IIF была серьезная болезнь роста. Она возникла потому, что после заключения контракта правительством вмешались мы и добавили новые требования к полету», говорит Пэйтон, отмечая, что дополнительные требования  гражданского сигнала L5 привели к значительной модернизации технического задания для Boeing, и как результат – к значительной задержке при создании спутника.

    Первоначально в 1996 году контракт получила  Rockwell Space Systems Div., бывшая в то время крупным промышленным объединением. Но в том же году Boeing купил «Rockwell», а так же спустя несколько лет приобрел «Hughes Space and Communications». В конечном счете, Boeing переместил работу над IIF из Сеал бич (Seal Beach), Калифорния, на полигон в Эль-Сегундо (El Segundo), Калифорния, где, по словам Пэйтона, Boeing мог привлечь к работе бывших экспертов Hughes. Хотя это вызвало временный демонтаж объекта, «эффективность работы значительно выросла», отметил Гэри Пэйтон.

    Однако, Boeing столкнулся с проблемами надежности отдельных блоков – некоторые усилители и трансмиттеры перегревались в ходе тестирования – и после сбоя на спутнике NASA появились вопросы с работой силового маховика (reaction wheel). Хотя это вызвало дальнейшие задержки, Пэйтон заявил, что «все наши начинания сталкивались с проблемами» при выполнении работ субподрядчиками. «Такое происходит не только с Boeing».

    Boeing так же столкнулся с проблемами финансирования программы IIF. Конечная стоимость 9 спутников IIF была установлена около 10ти лет назад. По словам полковника Дэйва Мэддена, ответственного за материально-техническое снабжение аэрокосмических сил в Эль-Сегундо, «Boeing постоянно завышает установленную сумму контракта».

    «Мы прилагаем все усилия, чтобы не выйти за пределы установленной цены за спутники. Но они могут потерять до 50% своей эффективности из-за перерасходов», говорит Мэдден. Средняя цена спутника GPS IIF по контракту составляла 121млн. долларов; первые 3 спутника обошлись в среднем по 306 млн. долларов за каждый.

    Lockheed Martin так же получил свою долю неприятностей из-за добавления L5. По словам полковника Дэвида Бакмэна, замначальника по навигации и синхронизации в штабе Аэрокосмических Силам (Col. David Buckman, chief of precision navigation and timing for Air Force Space Command), последний спутник IIRM, запущенный в марте 2009, в своей полезной нагрузке нес самый первый источник L5, чтобы продемонстрировать сигнал и «застолбить» частоту. Однако компания непреднамеренно спроектировала блок, генерирующий сигнал  L5 таким образом, что он ослабил сигналы L1 и L2, передача которых являлась главной задачей спутника. И нет никакой возможности отключить L5, не отключая при этом основные сигналы.

    «Получилось так, что мы добились успеха в передаче сигнала, но, из-за способа установки системы, мы попали в тупик с проблемой многополосной передачи L1 и L2», говорит Дон ДиГриз (Don DeGryse), вицепрезидент по навигационным системам в Lockheed Martin Space Systems. Результатом явилось падение производительности. Бакмэен сравнивает эффективность спутника IIRM со спутниками GPS IIA. Спутник не мог функционировать в заданном режиме, т.е. не мог ретранслировать принимаемые сигналы с достаточным усилением. По словам Пэйтона, были рассмотрены различные варианты решения проблемы, но пока никакие меры не были приняты. По существу, задачей операторов будет «одурачить спутник», внушив что он не там, где на самом деле находится, тем самым повышая точность сигнала. «На бумаге всё это выглядит довольно просто… но мы колеблемся, потому что не хотим вводить его в группу уже функционирующих спутников, т.к. это группа хороша сама по себе»

    Планируется продолжать запуски спутников IIF (ещё 12 шт) до 2014 года, когда первый спутник системы GPS III, произведенный Lockheed Martin, должен выйти на орбиту. В течении это времени IIF присоединятся к уже выведенным IIRM от Lockheed Martin, завершая группу из 18 космических устройств, необходимых для оперативного использования вооруженными силами М-кода. В М-коде применяется уникальная кодировка, которая обеспечивает военным возможность безопасного использования системы GPS, рассказал Пэйтон. Он добавил, что чиновники так же могут «испытать мощь» передатчиков М-кода если возникнут проблемы при приеме.

    Хотя правительственные чиновники с нетерпением ждут новых возможностей, они будут рады забыть практику работы с IIF и использовать новые варианты разработки и закупки спутников следующего поколения GPS III. Мэдден говорит, что цена GPS III вероятно будет раза в 3 выше цены IIF. Тщательный контроль за Lockheed Martin необходим для того, чтобы точно выдерживались сроки и стоимость проекта. Если план сработает, то это станет исключением среди других военно-космических программ запущенных в последние десятилетия, большинство из которых были прекращены или претерпели серьезные изменения главным образом из-за перерасхода денежных средств или из-за задержек по времени.

    ВВС  структурировали изготовление GPS III таким образом, чтобы провести финансирование в полном объеме, независимо от возникающих перерасходов, чтобы гарантировать стабильность работы, обеспечить возможность добавления новых блоков во избежание риска полной переработки проекта, мотивировать подрядчика в течении всего времени жизни программы, а не только на ранней стадии, и разработать промышленный цикл, дабы избежать проблем во время перехода от разработки к производству.    

    При выборе между Boeing  и Lockheed Martin предпочтение отдали второму, и в мае 2008г. был заключен полуторамиллиардный контракт на разработку и производство первых двух спутников GPS III. Впоследствии планируется закупить ещё  6 спутников GPS IIIA (хотя количество может быть увеличено и до 10). Так же предполагается, что позже будут закуплены восемь спутников IIIB и шестнадцать IIIC.

     Блок IIIA добавит гражданский сигнал L1C, который будет использоваться европейской системой Галилео, и увеличит мощность М-кода, сказал Пэйтон. «Мы можем поднять мощность М-кода и наши военные получат его несмотря ни на какие помехи. И поможет в этом не только сила сигнала, но и его изменчивость», говорит он.

     Более высокая скорость канала передачи данных будет, вероятно, основным преимуществом конфигурации блока IIIB, сказал Бакмэн. Это позволит подводить часы одновременно во всей группировке спутников, вместо того чтобы обновлять их отдельно на каждом. «Существует ошибка, которая накапливается в течении дня. Время, когда точность минимальна – это 23 часа 59 минут после последнего обновления, говорит говорит ДиГриз. «Что мы сможем сделать, когда расширим каналы связи – это отдавать команды как одному, так и сразу всем спутникам». «Контракт на IIIB ожидается в 2012-13 годах. В ближайшие несколько месяцев ВВС планируют пересмотреть требования для блока IIIB», сообщил Мэйден.

     «Высокоэнергетический точечный луч», дающий дополнительную устойчивость к помехам ожидается в блоке IIIC. И генерал Боб Кехлер, начальник штаба Аэрокосмических сил (Air Force Space Command chief Gen. Bob Kehler) одобрил требования для Спутниковой Системы Обнаружения Критических Ситуаций (Distress Alerting Satellite System, DASS), сигнал которой будет передаваться через спутники IIIC. Но они должны быть утверждены ещё и командованием Пентагона.

     Все модели GPS III будут включать в себя новейшую установку обнаружения ядерных зарядов. GPS всегда несла на себе датчик обнаружения ядерного взрыва. Но детали нового устройства не разглашаются в целях обеспечения безопасности, заявил Пайтон.

    Стратегия в области закупок делает GPS III уникальной среди последних военно-космических программ, потому что она действительно требует полноценную производственную линию. Большинству военных программ, связанных со спутниками требовалось такое небольшое количество, что в нормальной производственной линии не было необходимости, и как следствие, не было возможности создать эффективное производство.

    Вся серия будет построена на A2100 - коммерческой платформе Lockheed Martin, хотя детали проекта, связанные с военными нуждами, требуют надежное функционирование на орбите в течении 15ти лет. «Мы конструировали космические аппараты, готовые к такому сроку работы… Всё зависит от того, какие вы приобретаете блоки, какую защиту устанавливаете, какие дополнительные испытания можете провести для того, чтобы гарантировать надежность блоков», сказал ДиГриз. «Это обойдется дороже, но это как страховка. Вы добавляете системе избыточности и вы проводите намного больше испытаний». GPS находятся  на средневысотной околоземной орбите, которая повергается воздействию радиации. Поэтому разработка на базе A2100 должна быть обеспечена дополнительной защитой.

    В конечном счете, компания планирует выпускать четыре спутника GPS III в год, что требует новых сборочных и испытательных линий, включая безэховую камеру в Денвере. GPS III будет производиться в здании, где ранее собирался Atlas V  Здание было перестроено специально под текущую программу. В Ньютауне (Newtown), Пенсильвания, будут размещаться все основные руководители проекта, а так же конструкторы некоторых главных подсистем, например, энергетической.

    Между тем, в Ньютауне работают над  прототипом GPS IIIA, который не предназначен для оперативного использования. Первый модуль будет использован в испытательных целях и будет отправлен в Денвер для тестирования и отработки процесса изготовления. «Мы не хотим, чтобы первый блин полетел в космос», сказал ДиГриз. «Это значительно снизит степень риска».

    Первые спутники «не для полета» были запланированные в ряде более ранних программ, но они зачастую не были созданы из-за уменьшения финансирования, сообщил Мэйден. Пэйтон сказал, что ВВС намерены горой стоять за прототип GPS IIIA, так как это значительно снижает риски. Он так же заявил, что уже «наставил оружие» на некоторых чиновников Пентагона могущих настоять на изменениях требований к IIIA, как это уже было с GPS IIF.

    Для программы GPS III ВВС так же изменили методику заключения контракта, сосредоточив внимание на реализации всей программы, а не на  скорейшее получение первых результатов. «GPS III нацелена на конечный результат. Большинство стимулов рассчитано не на первые 3 месяца на орбите, но на годы работы в космосе», сказал Пэйтон. Контракт включает в себя покрытие издержек плюс стимулирующая премия. Это дает правительству возможность понять фактические цены. Если чиновники всё же установят фиксированную цену, то они потеряют это понимание. Мэдден говорит, что основные субподрядчики так же зависят от увеличения издержек по цепочке поставщиков. Это и является новой стратегией управления GPS III.

    По словам ДиГриза, Lockheed Martin создала веб-портал, чтобы клиенты могли наблюдать за развитием программы. «Клиент видит данные, как только мы получаем их. Отчеты о выполненных работах видны сразу, как только попадают в базу данных».

    ВВС оставляет за собой право устроить повторный конкурс на право создания блоков GPS III, если Lockheed Martin окажется не в состоянии выполнить контракт. Но есть желание поддерживать долгосрочные отношения, с целью стабильной работы GPS III. Это фактически выводит Boeing из бизнеса GPS, если Lockheed Martin не потерпит неудачу. Пэйтон уверяет, что не стоит беспокоится по поводу промышленной базы. «Главный подрядчик не так уж и важен. Что важно – это часы, цезиевые и рубидиевые атомные часы, это знания о том, как конструировать передатчики» А их поставщики могут работать с любыми подрядчиками.

    Между тем, Мэйден так же взаимодействует с Raytheon, чтобы наметить основные линии работы по GPS OCX  (оперативный сегмент управления), которая выиграла полуторамиллиардный контракт у Northrop Grumman и Lockheed Martin. Ранее они так же участвовали в создании системы управления спутником. Однако Мэйден говорит, что часто  бывает недостаточно использовать лучшие силы инженеров – разработчиков компании, чтобы избежать проблем с сегментом управления. Поэтому, в случае с GPS III правительство будет напрямую управлять развитием отдела разработки компании Raytheon. Контракт охватывает производство и 10тилетную поддержку первых 2х блоков. Первые результаты работы OCX ожидаются в 2015 году.

     Автор: Эмми Батлер (Amy Butler)

     Перевод

     По материалам
     http://www.aviationweek.com/aw/generic/story_generic.jsp?channel=awst&id=news/awst/2010/04/12/AW_04_12_2010_p44-216329.xml

     Права на перевод принадлежат ©GPSClub.ru , перепечатка без согласия Автора запрещена