Решит ли новый спутниковый эксперимент проблему PNT для США?
Военные США для выполнения практически любой своей миссии почти полностью зависят от созвездия из 32 спутников глобального позиционирования. Военные спикеры утверждают, что они всё понимают про уязвимость GPS, но первая из приоритетных программ ВВС США Vanguard мало что делает для устранения рисков для важнейшей навигационной системы.
Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL) готовит экспериментальный спутник под названием NTS-3, с которым после запуска в конце этого года будет осуществлено более ста различных технологических экспериментов, связанных с PNT.
Директор AFRL генерал-майор Хизер Прингл изложила мотивацию для NTS-3: «Мы знаем, что способ ведения войны изменился, и у нас будут проблемы с глушением и трудности с получением PNT-сигналов у наших военных».
В 2019 году ВВС назначили NTS-3 одной из первых трёх программ Vanguard, имея целью обеспечить «инновационные, революционные возможности для бойца в ускоренном темпе».
Для описания своих программ ВВС использует слоган: «Преобразуем PNT для удовлетворения потребностей военных истребителей 21-го века».
Спутник NTS-3 сможет оценивать ряд различных методов и процедур GPS, но он не собирается «трансформировать PNT» и не будет иметь «возможности изменить правила игры». Он просто отлаживает схему работы GPS, которую США имели в течение последних 35 лет.
Путь к нынешнему созвездию GPS был проложен в начале 1970-х годов космическими аппаратами NTS-1 и NTS-2 Военно-морской научно-исследовательской лаборатории, которые революционно изменили правила игры. NTS-3 оценит технологии расширения сигнала GPS, которые, вероятно, будут интегрированы в предстоящие спутники GPS III Follow-on (GPS IIIF). Они, в отличие от нынешней группировки на средней околоземной орбите (MEO), будут летать на более высокой геостационарной орбите (GEO). Это позволит горстке (22 шт.) спутников обеспечить глобальное GPS-покрытие.
Туда же будет запущен NTS-3. Там он опробует новую фазированной антенную решётку, которая, как ожидается, позволит излучать мощные сигналы GPS, нацеленные на регионы земного шара, где американские войска сталкиваются с глушением GPS и другими помехами, генерируемыми противниками. Тот факт, что высота GEO может допускать несколько точечных лучей одновременно, является одним из его заявленных преимуществ.
NTS-3 также будет экспериментировать с M-кодом по требованию – более безопасным противопомеховым GPS-сигналом, предназначенным для автономности, что означает, что пользователь может рассчитать своё положение, используя только этот конкретный сигнал. Спутник будет продолжать экспериментировать с возможностью перепрограммирования на орбите, что, по сути, позволит NTS-3 транслировать сигналы GPS в различных, часто меняющихся формах сигналов, таких как программно-определяемое радио.
Дополнительный наземный сегмент под названием Global Navigation Satellite System Test Architecture, или GNSSTA (разработанный корпорацией MITRE в партнёрстве с AFRL), представляет собой перепрограммируемый программно-определяемый приёмник, позволяющий пользователям получать как устаревшие GPS, так и передовые сигналы, генерируемые NTS-3. GNSSTA заложит основу для будущих оперативных приёмников, чтобы предоставить Космическим и Военно-воздушным силам возможность быстро реагировать на помехи и спуфинг GPS.
NTS-3 не использует никаких новых подходов, таких как использование ресурсов на орбите для помощи с магнитными или фотоническими навигационными методами или укрепление инерциальной навигации с помощью квантового зондирования.
«Мы не сосредоточились на массовой перегруппировке того, что мы собираемся сделать для PNT, – говорит Келле Вендлинг, президент сектора космических систем поставщика Пентагона «Эл 3 Харрис Текнолоджис» (L3 Harris Technologies). – Некоторые из них могут быть замком поставщика, а некоторые из них могут быть вещами, происходящими с нынешней системой. Наш подход заключался в том, что если у нас будет возможность – и возможность прямо сейчас будет эволюционной или революционной – мы возьмём эти технологии и внесём постепенные изменения, которые дадут нам некоторую гибкость, но, безусловно, не изобретут повторно PNT».
Они потенциально делают GPS-ресурсы на орбите, которые могли бы выжить на начальных этапах конфликта высокой интенсивности, более гибкими.
«У нас ещё нет орбитального теста, но все признаки наземного тестирования, которые мы провели, – говорит Вендлинг, – заключаются в том, что NTS-3 будет невероятно гибким с точки зрения формы волны, перепрограммирования и автономии».
Правительство в настоящее время планирует разместить на орбите GEO всего три спутника с базовой полезной нагрузкой. Хотя они могут предложить лучшее покрытие, противоглушение, кратчайшее время и прочее, чтобы лучше достичь вооружённых сил США, которым нужно PNT, они также будут уязвимы для наземного и космического противоспутникового оружия Китая и России, а также для глушения на орбите, грэпплинга и других возможностей, которыми, как полагают, обладают такие противники.
Один из неудобных вопросов – уязвимость спутников, расположенных на GEO, к засорению космоса. Авторы эксперимента утверждают, что размещение дополнительных навигационных спутников на LEO делает их уязвимыми для космического мусора и мусорных эксплойтов.
Это говорит о том, что подключение полезных нагрузок NTS-3 к другим низколетящим созвездиям, таким как интернет-сеть Starlink, 66-спутниковое созвездие связи Iridium (сеть, которая имеет малоизвестную альтернативу GPS под названием «STL») или спутниковое созвездие Aireon ADS-B, не является хорошей идеей. Ещё в 2017 году анализ показал, что угроза, создаваемая космическим мусором для спутников на геосинхронных орбитах Земли, была намного больше, чем предполагалось.
LEO также предлагает возможность использования «виртуальных» спутников PNT – спящих спутников, которые выглядят как мусор. Отдельные части полезной нагрузки PNT могут быть запущены независимо и распределены на LEO и другие орбиты. Датчики могут находиться в одном месте, усилитель в другом, процессор в другом, все сегменты погружены в космический мусор.
А что касается освещения американских войск в отдалённых глобальных местах, следует помнить, что близость спутников LEO (в 25 раз ближе к Земле, чем спутники ГНСС) с сигналами высокой мощности, такими как STL Iridium, может предложить вещание PNT до 1000 раз (30 дБ) сильнее, чем GPS, позволяя им проникать глубоко в среды, в которых сигналы затрудняются или деградируют, в том числе в помещении.
Как первая из программ Vanguard, эксперимент NTS-3, по-видимому, вообще не находится в авангарде передовых космических PNT. Это гораздо больше предмет умолчания, как признает Вендлинг.
«Мы ничего не можем сделать. В отсутствие интереса со стороны Минобороны мы действительно хотим переосмыслить PNT и собираемся вложить миллиарды в новую архитектуру, это нынешняя возможность поэкспериментировать с PNT, и именно так они решили двигаться вперёд. Мы реагируем на аппетит, который сейчас есть у правительства».
Когда дело доходит до содействия основному способу борьбы военных США, просто возиться с GPS недостаточно.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал