QZSS

Орбита QZSS
QZSS в движении

Quasi-Zenith Satellite System (QZSS), «Квазизенитная спутниковая система» (яп. 準天頂 дзюнтэнтё:) — проект региональной системы синхронизации времени и одна из систем дифференциальной коррекции для GPS, сигналы которой будут доступны в Японии. Первый спутник, «Митибики» (яп. みちびき, «указание пути»), был запущен 11 сентября 2010 года[1].

QZSS предназначена для мобильных приложений, для предоставления услуг связи (видео, аудио и другие данные) и глобального позиционирования. Что касается услуг позиционирования, QZSS сама по себе предоставляет ограниченную точность и по существующей спецификации не работает в автономном режиме. С точки зрения пользователей, QZSS предстаёт как система дифференциальной коррекции. Система позиционирования QZSS может работать совместно с геостационарными спутниками в японской системе MTSAT[англ.], находящейся в процессе создания, которая сама по себе является системой дифференциальной коррекции, подобной системе WAAS, созданной США.

Ввод системы в строй должен увеличить доступность трёхмерной спутниковой навигации на территории Японии до 99,8 % времени. Дополнительным преимуществом околозенитного положения спутников будет то, что в условиях мегаполисов их сигналы не будут экранироваться и отражаться стенами высотных зданий.

История проекта

Работа над общим проектом квази-зенитной спутниковой системы была одобрена правительством Японии в 2002 году. В неё включились компании Advanced Space Business Corporation (ASBC), Mitsubishi Electric Corp., Hitachi Ltd. и GNSS Technologies Inc. Первоначально система планировалась как трёхспутниковая, в 2005 году планировался запуск спутников в 2008 и 2009 году.[2] Однако ASBC прекратила существование в 2007 году. Работа была продолжена организацией Satellite Positioning Research and Application Center (SPAC), которая принадлежит четырём департаментам правительства Японии: министерствам образования, культуры, спорта, науки и технологий; внутренних дел и связи[англ.]; Министерство экономики, торговли и промышленности и министерству земли, инфраструктуры, транспорта и туризма[3].

В марте 2013 года кабинет министров Японии объявил о планах расширения системы QZSS с трех спутников до четырех, сроки полного вывода всех спутников были перенесены на конец 2017 года. Основным подрядчиком для строительства трех последующих спутников была выбрана компания Mitsubishi Electric, с которой был подписан контракт на 526 млн долл.[4]

Первый спутник системы был запущен в 2010 году, три остальных были запущены в 2017 году[5][6]. Официальная полноценная эксплуатация системы из четырех спутников была начата 1 ноября 2018 года[7].

В перспективе, к 2024 году размер спутниковой группировки планируется довести до 7 спутников[8] плюс 1 резервный[9].

QZSS и дополнение к системе позиционирования

QZSS может улучшить работу системы GPS двумя способами: во-первых, повышением доступности GPS-сигналов, и во-вторых, повышением точности и надёжности работы навигационных систем, работающих с GPS.

Поскольку сигналы о доступности спутников GPS, передаваемые со спутников QZSS, совместимы с модернизированными сигналами GPS и таким образом обеспечена возможность их взаимодействия, QZSS будет передавать сигналы L1C/A, L1C, L2C и L5. Это уменьшает необходимые изменения в спецификации и дизайне приёмников.

В сравнении с автономной системой GPS, комбинированная система GPS и QZSS даёт улучшенную производительность благодаря выбору диапазона коррекционных данных, передаваемых по сигналам L1-SAIF и LEX с QZS. Надёжность повышается также путём передачи данных о состоянии спутников. Предоставляется и другие данные для улучшения поиска спутников GPS.

По первоначальным планам спутники QZS должны нести два типа атомных часов: водородный мазер и атомные часы на основе рубидия. Разработка пассивного водородного мазера была прекращена в 2006 году. Сигнал позиционирования будет генерироваться с использованием атомных рубидиевых часов и будет использована архитектура подобная системе отсчёта времени GPS. QZSS также будет способна использовать двунаправленный спутниковый перенос времени и частоты (Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT), которая будет использована для сбора фундаментальных знаний о поведении спутниковых часов в космосе и других исследовательских целей.

Измерение времени и удалённая синхронизация QZSS

Несмотря на то, что первое поколение системы измерения времени (timekeeping system (TKS)) будет основано на рубидиевых атомных часах, первый спутник QZS будет нести прототип экспериментальной системы синхронизации. В течение первой половины двухгодичной орбитальной тестовой фазы, предварительные тесты исследуют возможность технологии отсчёта времени без атомных часов, которая будет использована в дальнейшем на спутниках QZSS второго поколения.

Упомянутая технология TKS является новой спутниковой системой измерения времени, которая не требует атомных часов на борту, как в используемых ныне спутниках GPS, ГЛОНАСС и разрабатываемых спутниках системы Galileo. Этот концепт отличается использованием системы синхронизации объединённой с упрощёнными часами на борту, которые работают как приёмопередатчики, перераспространяющие информацию о точном времени, предоставленную удалённо сетью синхронизации времени, расположенной на земле. Это позволяет системе работать оптимально когда спутники находятся в непосредственном контакте с наземной станцией, что делает систему подходящей для использования в QZSS. Небольшая масса и невысокая стоимость изготовления и запуска спутников являются значительными преимуществами такой новой системы. Обзор такой системы так же как и два возможных варианта построения сети синхронизации времени для QZSS были изучены и опубликованы в работе Фабрицио Тапперо (Fabrizio Tappero)[10]

Наземная инфраструктура

Наземный сегмент QZSS включает главную станцию управления в Цукубе, две станции контроля слежения и связи на Окинаве и восемь станций наблюдения, расположение которых выбрано для обеспечения максимального географического охвата мониторинга.

Главная станция управления получает данные телеметрии со всех станций наблюдения, оценивает и прогнозирует расхождения времени бортовых атомных часов и элементов орбиты спутников от расчётных, на основании которых генерирует навигационные сообщения для передачи на спутники через другие станции.

Станции контроля слежения и связи контролируют состояние работы спутников и пересылают на них метки времени от наземных атомных часов и навигационные сообщения, полученные от главной станции управления.

Станции наблюдения, которые получают сигналы от спутников и передают их в центр управления, кроме японских островов расположены также в Бангкоке, Бангалоре, Канберре, на Гавайях и острове Гуам.[11]

Проектированием, постройкой и техническим обслуживанием наземной инфраструктуры для спутниковой системы и ее последующей эксплуатацией в течение 15 лет занимается специально созданная для этих целей QZSS Services Inc., дочерняя компания NEC Corp., с которой для этого правительство Японии заключило контракт на сумму более $1,2 млрд.[4]

Список спутников

Спутник Платформа Дата запуска (UTC) Ракета-носитель Орбита NSSDC ID SCN Статус
QZS-1 (Michibiki-1) (Митибики-1) ETS-VIII 11 сентября 2010 H-IIA 202 F18 QZO[яп.][12] (Тундра) 2010-045A 37158 действующий
QZS-2 (Michibiki-2) (Митибики-2) DS-2000[англ.] 1 июня 2017 H-IIA 202 F34 QZO (Тундра) 2017-028A 42738 действующий[13]
QZS-3 (Michibiki-3) (Митибики-3) DS-2000 19 августа 2017 H-IIA 204 F35 ГСО 2017-048A 42917 действующий[14]
QZS-4 (Michibiki-4) (Митибики-4) DS-2000 9 октября 2017[15] H-IIA 202 F36 QZO (Тундра) 2017-062A 42965 действующий[16]
QZS-1R[англ.] (Michibiki-1R) (Митибики-1R) DS-2000 26 октября 2021 H-IIA 202 F44 2021-096A 49336 действующий

Система координат

В системе QZSS используется Японская геодезическая система JGS[англ.] (Japanese geodetic system), близкая по параметрам к ITRF. Параметры основного эллипсоида JGS соответствуют геодезической системе координат 1980 г., включая положение гравитационного центра Земли и ориентацию осей[17].

Параметры орбиты

Три спутника двигаются с интервалом в 8 часов по геосинхронной высокой эллиптической орбите Quasi-Zenith Satellite Orbit (QZO) (российский аналог - «Тундра»). Такие орбиты позволяют спутнику держаться более 12 часов в день с углом возвышения более 70° (то есть большую часть времени спутник находится практически в зените). Этим и объясняется термин «quasi-zenith», то есть «кажущийся находящимся в зените», который дал название системе.
Еще один спутник находится на геостационарной орбите в точке над экватором приблизительно на долготе Японии.[4][8]

Номинальные орбитальные элементы трех геосинхронных спутников таковы:

Кеплеровы элементы орбит спутников QZSS[11]
Эпоха 2009-12-26 12:00 UTC
Большая полуось (a) 42 164 км
Эксцентриситет (e) 0,075 ± 0,015
Наклонение (i) 43° ± 4°
Долгота восходящего узла (Ω) 195° (начальная)
Аргумент перигея (ω) 270° ± 2°
Средняя аномалия (M0) 305° (начальная)
Центральная долгота наземной трассы 135° в. д. ± 5°

См. также

Ссылки

Примечания

  1. ↑ Launch Result of the First Quasi-Zenith Satellite 'MICHIBIKI' by H-IIA Launch Vehicle No. 18. Архивировано из оригинала 4 сентября 2012 года.
  2. ↑ Japan’s Proposed Space Budget Would Reverse Years of Decline (англ.). Space News (13 сентября 2005).
  3. ↑ Service Status of QZSS (12 декабря 2008). Дата обращения: 7 мая 2009. Архивировано из оригинала 4 сентября 2012 года.
  4. ↑ 1 2 3 Japan to build fleet of navigation satellites. Spaceflight Now. www.spaceflightnow.com (4 апреля 2013). Дата обращения: 10 июня 2017. Архивировано 10 ноября 2016 года.
  5. ↑ Japan’s fourth quasi-zenith positioning satellite successfully launches into orbit (англ.). THE JAPAN TIMES (10 октября 2017). Архивировано 11 октября 2017 года.
  6. ↑ Successful H-IIA Launch delivers second Member of Japan’s GPS Augmentation Constellation. Spaceflight101 (1 июня 2017). Дата обращения: 1 июня 2017. Архивировано 1 июня 2017 года.
  7. ↑ Start of QZSS Services (англ.). QZSS Website (1 ноября 2018). Дата обращения: 1 ноября 2018. Архивировано 1 ноября 2018 года.
  8. ↑ 1 2 Japan’s H-IIA conducts Michibiki-2 launch. nasaspaceflight.com. NASA Spaceflight.com (1 июня 2017). Дата обращения: 10 июня 2017. Архивировано 31 мая 2017 года.
  9. ↑ Overview of the Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) (англ.). QZSS Website. Дата обращения: 1 ноября 2018. Архивировано 1 ноября 2018 года.
  10. ↑ Remote Synchronization Method for the Quasi-Zenith Satellite System: study of a novel satellite timekeeping system which does not require on-board atomic clocks (12 декабря 2008). Дата обращения: 2009. Архивировано из оригинала 4 сентября 2012 года.
  11. ↑ 1 2 Japan Aerospace Exploration Agency (2016-10-14), Interface Specifications for QZSS, version 1.8, Архивировано из оригинала 6 апреля 2013, Дата обращения: 10 июня 2017 Источник. Дата обращения: 10 июня 2017. Архивировано из оригинала 6 апреля 2013 года.
  12. ↑ Quasi-Zenith Satellite Orbit (QZO) (англ.). Дата обращения: 1 ноября 2018. Архивировано 9 марта 2018 года.
  13. ↑ Start of QZS-2 Trial Service (англ.) (15 сентября 2017). Дата обращения: 15 января 2018. Архивировано 16 января 2018 года.
  14. ↑ Start of QZS-3 Trial Service (англ.) (19 декабря 2017). Дата обращения: 15 января 2018. Архивировано 16 января 2018 года.
  15. ↑ Japan’s H-2A conducts QZSS-4 launch (англ.). NASA Spaceflight (9 октября 2017). Дата обращения: 9 октября 2017. Архивировано 10 октября 2017 года.
  16. ↑ Start of QZS-4 Trial Service (англ.) (12 января 2018). Дата обращения: 15 января 2018. Архивировано 10 августа 2018 года.
  17. ↑ Региональная навигационная спутниковая система QZSS. Дата обращения: 5 мая 2019. Архивировано 21 марта 2019 года.