История создания системы GPS

Предшественники

Работа системы GPS частично основана на аналогичных наземных радионавигационных системах, таких как LORAN и Decca Navigator. Они были разработаны в начале 1940-х годов, и использовались во время Второй мировой войны.

Приемник GPS вычисляет свои позиции, точно измеряя время распространения сигналов, посылаемых со спутников GPS высоко над Землей. Каждый спутник постоянно передает сообщения, которые включают в себя:

время, когда сообщение было передано;
положение спутника на момент передачи сообщения.

Первая спутниковая навигационная система Transit, используемая ВМС США, впервые была успешно испытана в 1960 году. Она использовала группировку из пяти спутников, и могла обеспечить фиксацию навигационных данных примерно раз в час. В 1967 году ВМС США разработали спутник Timation, который доказал возможность размещения сверхточных часов в космосе, что необходимо для технологии GPS. В 1970-х годах, наземная навигационная система Omega, основанная на сравнении фаз передачи сигнала от пары станций, стала первой в мире системой радионавигации. Ограничения этих систем показали необходимость более универсального навигационного решения с большей точностью.

Хотя для точной навигации были большие потребности в военном и гражданском секторах, почти никто из этих отраслей не мог найти оправдание для траты миллиардов долларов на исследования, разработку, развертывание и эксплуатацию группировки навигационных спутников. Во время холодной войны и гонки вооружений, ядерная угроза существованию Соединенных Штатов была единственной причиной, которая позволила Конгрессу США поддержать программу спутниковой навигации. Это рассматривалось как сдерживающая мера, поэтому программа GPS была профинансирована. Это также было причиной полной секретности проекта на то время. Ядерная триада состояла из запускаемых с подводных лодок баллистических ракет военно-морского флота Соединенных Штатов, стратегических бомбардировщиков ВВС США и межконтинентальных баллистических ракет. Считалось что для программы ядерного сдерживания жизненно необходимо точное определение позиции запуска ракет, особенно для ракет, запускаемых с подводных лодок.

Точная навигация позволила бы подводным лодкам получить корректировку своей позиции до запуска баллистических ракет. ВВС США также требовали точную и надежную навигационную систему. Военно-морской флот и Военно-воздушные силы параллельно разрабатывали собственные различные технологии для решения одной проблемы. Для повышения живучести межконтинентальных баллистических ракет, было предложено использовать мобильные платформы запуска (подобные русским СС-24 и СС-25), но по аналогии с ракетами, запускаемыми с подводных лодок, возникла необходимость корректировки координат запуска.

В 1960 году ВВС предложили радионавигационную систему под названием MOSAIC (мобильная система для точного управления МБР), которая, по сути была развитием системы LORAN в 3х координатном пространстве. Последующее исследование под названием "Проект 57" началось в 1963 году, и именно тогда родилась концепция современной системы GPS. В том же году эта концепция развилась в качестве "Проекта 621B", который имел многие из атрибутов, которые сейчас мы видим в GPS, и смог предоставить повышенную точность для бомбардировщиков ВВС, а также межконтинентальных баллистических ракет. Время фиксации координат в системе Transit военно-морского флота было слишком большим для высоких скоростей самолетов ВВС. Научно-исследовательская лаборатория Военно-морского флота продолжала разработку спутников системы Timation (Time Navigation), первый из которых был запущен в 1967 году. В 1974 году был выведен на орбиту третий спутник группировки с первыми в истории атомными часами.

Другой важный предшественник GPS пришел из другой ветви вооруженных сил Соединенных Штатов. В 1964 году армия Соединенных Штатов вывела на орбиту свой первый спутник последовательного сопоставления диапазона (SECOR) который использовался для геодезической съемки. Система SECOR включала в себя три наземных передатчика, установленных в известных местах, которые посылали сигналы транспондеру спутника на орбите. Четвертая наземная станция может затем использовать эти сигналы, чтобы корректировать свое расположение. Последний спутник SECOR был запущен в 1969 году. Через несколько десятилетий в первые годы GPS, гражданская съемка стала одной из основных областей использования новых технологий, потому что эти системы могли обрабатывать сигналы с неполной группировки спутников GPS. GPS можно рассматривать как эволюцию системы SECOR, где наземные передатчики были перенесены на орбиту.

Разработка

Во время этих параллельных разработок в 1960-х годах стало ясно, что намного более совершенная система может быть разработана путем синтеза лучших технологий Проекта 621B, Transit, Timation, и SECOR в мульти-сервисной программе.

Во время выходного по поводу празднования Дня труда в 1973 году, около 12 офицеров на встрече в Пентагоне обсуждали создание оборонной навигационной спутниковой системы (DNSS). Именно на этой встрече и был создан реальный синтез разработок, который стал системой GPS. Позднее в том же году, DNSS программа была названа Navstar. Хотя спутники проходили под именем Navstar (как и с предшественниками Transit и Timation), сама система получила более полное всеобъемлющее название, используемое для идентификации группировки спутников - Navstar-GPS, которая впоследствии была сокращена просто до GPS.

После того как в 1983 году в районе острова Сахалин и Монерон был сбит рейс 007 Корейских Авиалиний, который вторгся в запрещенное воздушное пространство СССР, президент Рональд Рейган издал директиву которая предоставила систему GPS к использованию в гражданских целях, после запуска всех спутников группировки. Первый спутник был запущен в 1989 году, и 24-й спутник был запущен в 1994 году. Роджер Л. Истон был всеобще признан в качестве основного изобретателя GPS.

Первоначально, сигнал с самым высоким качеством был зарезервирован для использования в военных целях, а сигнал который был доступен для использования в гражданских целях был намеренно ухудшен (Selective Availability). Это изменилось во время президента Билла Клинтона. Было приказано отключить Selective Availability, в полночь 1 мая 2000, что привело к повышению точности гражданских GPS от 100 метров до 20 метров. Распоряжение на отключение Selective Availability в 2000 году было подписано в 1996 году министром обороны США Уильямом Перри, из-за широко распространения услуги дифференциальной GPS для улучшения точности и таким образом сведения на нет военных преимуществ. Кроме того, американские военные активно развивали технологию выборочного отключения GPS услуги потенциальным противникам на региональной основе.

За последнее десятилетие в США реализовано несколько улучшений службы GPS, в том числе новые сигналы для гражданского использования, повышение точности для всех пользователей, сохраняя при этом совместимость с существующим оборудованием GPS.

Модернизация системы GPS на данный момент проводится постоянно с добавлением новых возможностей для удовлетворения растущих военных, гражданских и коммерческих нужд. Программа реализуется через ряд запусков новых спутников, в том числе GPS Block III и введением следующего поколения оперативной системы управления (OCX). Правительство США продолжает улучшать космические и наземные сегменты для повышения производительности и точности.

Система GPS является собственностью и управляется правительством США в качестве национального ресурса. Министерство обороны (МО) управляет работой системы GPS. Межведомственный исполнительный совет GPS (IGEB) руководил GPS вопросам политики с 1996 по 2004 год. После этого в 2004 году директивой президента был учрежден комитет национального космического позиционирования, навигации и времени для предоставления консультаций и координации федеральных министерств и ведомств по вопросам, касающимся GPS и связанных с ним систем. Исполнительный комитет находится под совместным председательством заместителя министра обороны и транспорта. В состав вошли эквивалентные должностные лица из Государственного департамента, торговли и Национальной Безопасности, из Объединенного комитета начальников штабов, и НАСА. Исполнительный аппарат президента участвует в качестве наблюдателей. Председатель FCC участвует в качестве посредника.

По закону Министерство обороны обязано "поддерживать стандартные службы определения местоположения (как определено в федеральном плане радионавигации и спецификации сигнала услуги позиционирования), которые будут доступны на постоянной основе, по всему миру», и «разработать меры для предотвращения враждебного использования GPS и ее расширения без чрезмерного нарушения или ухудшения использования в гражданских целях".

Хронология и модернизации

1972 г.	Центр Holloman AFB ВВС США, провел летные испытания двух прототипов приемников GPS на ракетном полигоне White Sands, с использованием наземных псевдо-спутников.
1978 г.	Был запущен первый экспериментальный GPS спутник блока I.
*1983* г.	После гибели 269 человек на борту авиалайнера KAL 007, который был сбит советским самолетом-перехватчиком, президент США Рональд Рейган заявил, что система GPS будет доступна для использования в гражданских целях, как только она будет закончена.
*1985* г.	Десять экспериментальных спутников блока I были запущены для проверки концепции. Командование и управление этими спутниками переместилось из Onizuka AFS, штат Калифорния во 2-ую эскадрилью спутниковой связи, расположенную на станции ВВС Сокол в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо.
14.02.1989 г.	Был запущен первый современный спутник блока II.
1990-1991 г.	Война в Персидском заливе была первым конфликтом, в котором система GPS широко используется.
*1992* г.	2-ая эскадрилья спутниковой связи была расформирована, управление системой GPS передано 50-й космической эскадрилье.
*12.1993* г.	GPS достиг начальной боевой готовности (IOC), что говорит о доступности полной группировки (24 спутников) и предоставления стандартного обслуживания позиционирования (SPS).
*04.1995* г.	Полная оперативная готовность (FOC) была объявлена командованием космических воздушных сил, что означает полную доступность безопасной службы точного позиционирования для военных (PPS).
*1996* г.	Признавая важность GPS для гражданских пользователей и военных пользователей, президент США Билл Клинтон издал директиву, объявив GPS системой двойного назначения и создал Межведомственный Исполнительный совет по GPS, чтобы управлять им в качестве национального актива.
1998 г.	Вице-президент США Альберт Гор объявил о планах добавить в систему GPS два новых гражданских сигнала для повышения точности и надежности обслуживания, особенно для безопасности полетов и в 2000 году Конгресс США одобрил это проект, назвав его GPS III.
02.05.2000 г.	"Избирательная доступность" была прекращена в результате распоряжения 1996 года, что позволило пользователям получать неискаженный сигнал по всему миру.
2004 г.	Правительство США подписало соглашение с Европейским сообществом об установлении сотрудничества в области GPS и Galileo.
2004 г.	Президент Соединенных Штатов Джордж Буш обновил национальную политику и заменил исполнительный совет на Национальный исполнительный комитет использования космического позиционирования, навигации и синхронизации.
11.2004 г.	Компания Qualcomm объявила об успешном испытании Assisted GPS для мобильных телефонов.
2005 г.	Первый модернизированный GPS спутник был запущен и начал передачу второго гражданского сигнал (L2C) для повышения точности.
14.09.2007 г.	Устаревшая база наземного сегмента системы на основе мейнфреймов была модернизирована согласно новому плану эволюции архитектуры.
19.05.2009 г.	правительство Соединенных Штатов Счетная палата опубликовала доклад предупреждение о том, что некоторые GPS могут выйти из строя уже к 2010 году.
21.05.2009 г.	Космическое командование ВВС смягчило страх выхода из строя системы GPS: "Существует очень малый риск того, что мы не сможем продолжать улучшать показатели системы".
11.01.2010 г.	Обновление наземной системы, вызвало несовместимость программного обеспечения у 10000 военных приемников производства подразделения Trimble Navigation Limited в Саннивейл, Калифорния
25.02.2010 г.	ВВС США заключает контракт на разработку следующего поколения оперативной системы управления (OCX) для повышения точности и доступности GPS навигационных сигналов, и служащей важнейшей частью модернизации GPS.
28.05.2010 г.	Был выведен на орбиту очередной спутник GPS. Старейший GPS спутник все еще в работает. Он был запущен 26 ноября 1990 года и начал функционировать 10 декабря 1990 года.
16.07.2011 г.	GPS спутник IIF-2 был запущен в 6:41 GMT с стартового комплекса 37B на мысе Канаверал.
04.10.2012 г.	GPS спутник IIF-3, был запущен в 12:10 GMT с стартового комплекса 37B на мысе Канаверал.
11.2004 г.	Компания Qualcomm объявила об успешном испытании Assisted GPS для мобильных телефонов.

Награды

10 февраля 1993 года, Национальная Аэрокосмическая Ассоциация выбрала победителем трофея Роберта Кольера команду GPS в 1992 году. Этот трофей является самой престижной авиационной наградой страны. Эта группа объединила исследователей из Naval Research Laboratory, ВВС США, Aerospace Corporation, Rockwell International Corporation и IBM Federal Systems Company. Они были награждены за "наиболее значительное событие для безопасной и эффективной навигации и наблюдения воздушного и космического корабля с момента введения радионавигации 50 лет назад". Два GPS разработчика получили премию Чарльза Старка Дрейпера от Национальной инженерной академии за 2003 год:

Иван Геттинг, почетный президент Аэрокосмической корпорации и инженер в Массачусетском технологическом институте, создал основу для GPS, улучшая наземные системы радиосвязи Второй мировой войны LORAN.
Брэдфорд Паркинсон, профессор аэронавтики и астронавтики в Стэнфордском университете, разработал существующую сейчас спутниковую систему в начале 1960-х годов совместно с ВВС США. Паркинсон работал двадцать один год в ВВС, с 1957 по 1978 г. и вышел в отставку в звании полковника.
GPS разработчик Роджер Л. Истон получил Национальную Медаль Технологий 13 февраля 2006 года.
В 1998 году, GPS технология была введена в Зал славы космических технологий Space Foundation.
Френсис Кейн (полковник ВВС США в отставке) был введен в Зал славы пионеров космических и ракетных войск США в Lackland AFB, Сан-Антонио, штат Техас, 2 марта 2010 года за его заслуги в развитии космических технологий и инженерного проектирования концепции GPS, проведенного в рамках Проекта 621B.
4 октября 2011 года, Международная Федерация Астронавтики (IAF) удостоила Глобальную Систему Позиционирования (GPS) премией своего 60-летия, номинированной членами IAF, Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA). В награде комитет признал уникальность программы GPS и роль, которую она сыграла в создании международного сотрудничества на благо человечества.

Статья подготовлена по материалам ресурса en.wikipedia.org