GLONASS

Nazwa: GLONASS (Globalnaja Nawigacionnaja Sputnikowaja Sistiema)
Kraj rozwijający system: Rosja (wcześniej ZSRR)
Aktualna liczba satelitów: 25 (23 nadają sygnał – stan na kwiecień 2023 r.)
Docelowa liczba satelitów: 30 (z czego 24 aktywne)
Liczba orbit: 3
Inklinacja orbity: 64,8°
Wysokość orbity: 19 100 km
Okres obiegu Ziemi: 11 godzin 16 min
Ogłoszenie pełnej operacyjności: grudzień 2010 r. (wcześniej na krótko w 1996 r.)
Zajmowane częstotliwości: L1 (1598,06-1604,40 MHz), L2 (1242,94-1248,63 MHz), od 2010 r. L3 (1201,4 MHz)

Historia
W czasie gdy testowano dopiero system CYKADA (1968-69), w ZSRR zdecydowano o stworzeniu jednego satelitarnego systemu nawigacyjnego, umożliwiającego precyzyjniejsze i natychmiastowe wyznaczenie pozycji (czego nie zapewniała CYKADA). Do prac koncepcyjnych zaangażowano instytuty naukowe marynarki wojennej, Ministerstwa Obrony i Akademii Nauk. Mniej więcej w tym samym czasie nad tym samym problemem pracowały więc dwa sztaby naukowców po obu stronach Atlantyku. W grudniu 1976 roku wystartował pierwszy testowy satelita nowego systemu o nazwie GLONASS. Zarys projektu budowy gotowy był dwa lata później. Zakładano wypuszczenie najpierw 4-6 prototypowych satelitów, następnie (do 1984 roku) umieszczenie w kosmosie konstelacji 10-12 satelitów i pełną zdolność operacyjną (z 24 satelitami) w 1987 r.

W październiku 1982 r. rakieta Proton wyniosła na orbitę pierwsze trzy satelity (Kosmos 1413-15) systemu będącego odpowiednikiem GPS. Do października 1986 r. umieszczono w kosmosie 25 satelitów. Ich żywot nie był jednak zbyt długi i wynosił od kilku dni do 2,5 lat. W 1996 roku na krótko udało się osiągnąć liczbę 24 operacyjnych satelitów, jednak wskutek kryzysu ekonomicznego, jaki trapił w latach 90. rosyjską gospodarkę, segment kosmiczny GLONASS szybko stopniał. Na początku 2002 roku składał się już tylko z 6 aparatów, co czyniło je praktycznie bezużytecznymi.

Przełomowym momentem dla GLONASS-a było dojście do władzy Władimira Putina, który przez dwie kadencje zajmował stanowisko prezydenta Federacji Rosyjskiej. W trakcie sprawowania swojej funkcji reaktywacja krajowego systemu nawigacji stała się jednym z priorytetów polityki Rosji, czego efektem było znaczące zwiększenie budżetu programu GLONASS. To umożliwiło z kolei wystrzeliwanie co kilka miesięcy kolejnych satelitów drugiej generacji (oznaczonej jako M - fot. poniżej). Na początku 2004 roku segment kosmiczny składał się już z 13 aparatów, w 2009 z 20. Rozpoczęto także prace nad systemem wspomagania satelitarnego (SDCM), a w 2006 i 2007 r. znoszono kolejne ograniczenia w dostępie do systemu dla użytkowników cywilnych. Dzięki temu w 2011 roku na rynku pojawiły się pierwsze amatorskie urządzenia elektroniczne z odbiornikami dwusystemowymi (GPS + GLONASS).

Przez dłuższy czas Roskosmos zakładał, że ogłoszenie pełnej operacyjności systemu GLONASS nastąpi pod koniec 2010 roku. Plany te pokrzyżowała jednak awaria rakiety nośnej wynoszącej trzy satelity generacji M (5 grudnia 2010 r.). Wskutek złego zatankowania rakiety nośnej zeszła ona o 8° z kursu, a następnie wpadła do Oceanu Spokojnego w okolicach Hawajów.

26 lutego 2011 roku wystrzelono pierwszego satelitę generacji K, który ma rozpocząć nadawanie testowego sygnału L3 (odpowiednika GPS L5) w technologii CDMA.

8 grudnia 2011 roku administratorzy systemu po włączeniu 24. aparatu generacji M oficjalnie ogłosili pełną operacyjność systemu na całym świecie.Od tego momentu władze Federacji Rosyjskiej podjęły szeroko zakrojone działania mające spopularyzować odbiorniki GLONASS w elektronice użytkowej. Jednym z pierwszych popularnych urządzeń śledzących ten system był Apple iPhone 4S wprowadzony do sprzedaży jesienią 2011 r. Oprócz działań typowo marketingowych wprowadzono wysokie cła na sprowadzane do Rosji odbiorniki śledzące wyłącznie sygnały GPS. Od 2014 roku ich import stał się w ogóle niemożliwy.

Warto jednak dodać, że w wielu amatorskich odbiornikach satelitarnych podstawą wyznaczania pozycji wciąż pozostaje system GPS. Z uwagi na zwiększony pobór energii pomiary GPS+GLONASS prowadzone są tylko przy gorszej widoczności satelitów GPS.

2 lipca 2013 r. po raz drugi nie powiodło się wystrzelenie trzech satelitów GLONASS-M. Tym razem katastrofa nastąpiła tuż po starcie z kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie – rakieta zapaliła się, zmieniła trajektorię lotu, a następnie uderzyła o ziemię. Przyczyną wypadku było ponoć przedwczesne wystrzelenie. W skutek tej katastrofy liczba działających aparatów GLONASS wynosi tylko około 24, co zapewnia globalną dostępność sygnałów nawigacyjnych „na styk”, a momentami (szczególnie na niskich szerokościach geograficznych) w ogóle uniemożliwia inicjalizację pomiarów GLONASS.

Wstydliwym epizodem w historii GLONASS była awaria segmentu kosmicznego z kwietnia 2014 r., która na kilka godzin uniemożliwiła korzystanie z tego systemu. Przyczyną okazał się błąd pracowników systemu, którzy przesłali do satelitów błędne efemerydy (szczegółowe informacje o elementach orbitalnych satelitów), a te w konsekwencji trafiły do depesz nawigacyjnych, co uniemożliwiało poprawne wyznaczanie współrzędnych przez odbiornik. To najprawdopodobniej pierwsza tak rozległa awaria systemu nawigacji satelitarnej w historii.

Przyszłość
W 2014 r. rozpoczęto program modernizacji segmentu kosmicznego polegający przede wszystkim na wynoszeniu aparatów trzeciej generacji. Będą one nadawać sygnał na nowej częstotliwości (L3), będącej odpowiednikiem kanału L5 w systemie GPS, oraz wykorzystywać technologię wielodostępu CDMA (Code Division Multiple Access) obok dotychczasowej FDMA (Frequency-Division Multiple Access), co znacząco ułatwi tworzenie odbiorników dwusystemowych (GPS+GLONASS), a w dalszej perspektywie trzysystemowych (GPS+GLONASS+Galileo).

Generacja K ma być podzielona na trzy serie – K1 (która ma nadawać testowy sygnał CDMA L3), K2 (będzie emitować kanały L1, L2 i L3 w technologii CDMA) oraz KM (dodatkowo będzie nadawać na kanale L5). Wstępnie planowano, że pełną wymianę aparatów uda się przeprowadzić do roku 2020 r. Sankcje gospodarcze nałożone na kraje Zachodu na Rosję sprawiły jednak, że zamiary te mocno się opóźniły. Obecnie administrator systemu zakłada, że jego modernizacja nie zakończy się wcześniej niż pod koniec tej dekady.

W planach jest również wystrzelenie na nietypową orbitę 6 satelitów, tzw. High Orbit Complex. Miałyby one wydanie poprawić widoczność aparatów tej konstelacji nad obszarem Rosji, poprawiając dokładność pomiaru nawet o 25%. Planowany termin startu tych aparatów to rok 2026.

Równolegle z modernizacją GLONASS-a władze rosyjskie podejmują działania mające na celu popularyzację rozwiązania wśród użytkowników wojskowych i cywilnych. Mają temu służyć umowy międzynarodowe (podpisane już m.in. z władzami Białorusi, Brazylii, Indii, Kazachstanu czy Nikaragui).

Opracowanie Jerzy Królikowski, 2010 (ostatnia aktualizacja 2023 r.)