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俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程与合作现状

俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程与合作现状
2022-02-09 17:37:07

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作者:张记炜

俄罗斯的格洛纳斯系统是继美国GPS系统后,全球第二个建成并使用的卫星导航系统,在经过多年的发展之后具有突出的业务能力。近年来,随着中俄两国合作的不断深化,格洛纳斯系统与北斗系统的合作也在不断加强,为俄罗斯在全球导航领域提供了有力支持。2022年2月,在中国冬奥会期间,中俄两国首脑举行会晤,并签署了15个合作文件。其中《中国卫星导航系统委员会(中华人民共和国)与俄罗斯国家航天集团(俄罗斯联邦)关于北斗和格洛纳斯全球卫星导航系统时间互操作的合作协议》为两国在卫星导航系统领域合作再次提供新的契机。

俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程与合作现状

图1  不同发展阶段的俄罗斯卫星导航

1 俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程

早期探索

利用卫星进行导航的这一想法最早是在1957年苏联科学家探究将射电天文学技术应用于航空导航时而产生的。此后,苏联的相关机构进行了进一步的研究,以确保导航系统的精确定义、全球应用、日常使用和不受天气条件影响。这些研究成果在1963年苏联的第一个低轨道系统——“蝉”(Цикада)的研制过程中得到了应用。1967年,苏联首颗国产卫星导航“宇宙-192”(Космос-192)发射入轨,开始了苏联卫星导航系统的建设。1979年,由4颗卫星组成的“蝉”系统投入使用。这些卫星被置于1000公里处的圆形轨道上,倾角为83°,他们的轨道平面沿赤道均匀分布。用户能够每隔一个半小时与一颗卫星进行联系,并花5-6分钟的时间来确定位置。该系统还装有接收测量设备,能够探测紧急情况下的无线电信号。当卫星接收到了这些信号后,能够将其传送到地面站来计算精确坐标。

转型发展

由于低轨道卫星系统不能满足用户以及任务的需求,苏联需要建设一种通用的卫星导航系统。在经过全面的研究之后,苏联决定发射24颗卫星,使其平均分布在三个与赤道倾角为64.8°的轨道平面上,来组成全球卫星导航系统。这样能够确保即使是在几个卫星的导航仪失灵的情况下,苏联境内的导航服务依然可以照常使用。1982年10月,随着“宇宙-1413”(Космос-1413)卫星的发射,俄罗斯高轨道卫星导航系统——格洛纳斯(ГЛОНАСС)开始了研制试验。苏联解体之后,该系统由俄罗斯继承,并于1993年正式投入运行。1995年俄罗斯完成了由24颗卫星导航组成的第一代格洛纳斯系统的部署,开始了正常的运行。

攻坚克难

但是俄罗斯在90年代面临的严重经济问题使得其太空建设的资金大量减少,到2002年,俄罗斯的全球卫星导航系统仅剩7颗卫星能够正常运行,无法为俄罗斯提供正常的导航服务。鉴于此,俄罗斯于2002年启动了“2002-2011年全球导航系统”的联邦目标规划(Федеральная целевая программа)。在该提案的实施下,格洛纳斯系统得以保存并实现了现代化。2003年,首颗现代化卫星——格洛纳斯-M型卫星发射升空,并于2004年12月开始正常工作。到2009年3月,在轨工作的卫星已增加到20颗,其中包括3颗格洛纳斯-M型卫星。2011年,随着最后一颗格洛纳斯-M型卫星成功运行,俄罗斯的全球卫星导航系统的在轨可用卫星达到24颗,基本实现了满星座的部署计划,标志着其全球卫星导航系统的现代化任务开始进入第三阶段。

俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程与合作现状

图2  格洛纳斯-M型卫星

不断进步

随着卫星导航技术的应用条件和领域越来越广泛,为了满足新形势的需求,俄政府在2012年发布了“2012-2020年格洛纳斯系统的维护、开发和使用”(Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы)的发展计划。新的提案提出要提高格洛纳斯系统的能力,确保其具有竞争力,实现俄罗斯在全球导航领域的领导地位。在该计划的指引下,2013年的时候,格洛纳斯系统实现了29颗卫星同步在轨,其中23颗处于运行状态,能够在全球范围内提供完整的导航服务。同时俄罗斯也在研制第三代卫星——格洛纳斯-K型卫星,并于2011年、2014年、2020年分别发射了三颗该型卫星。2020年2月,俄罗斯卫星制造商列舍特涅夫信息卫星系统公司(Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва)宣布,到2022年将有9颗格洛纳斯-K型卫星发射组网。

俄罗斯全球卫星导航系统的发展历程与合作现状

图3  格洛纳斯-K型卫星

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