QZSS

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].

Орбита QZSS

QZSS в движении

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; 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	не используется
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-4 (Michibiki-4) (Митибики-4)	DS-2000	26 октября 2021	H-IIA 202 F44		2021-096A	49336	действующий
QZS-6 (Michibiki-6) (Митибики-6)	DS-2000	2 февраля 2025	H3-22S F5		2025-023A	62876	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

• Спутниковая система навигации (GNSS)
• MSAS (многофункциональная система дополнения спутникового базирования)

Ссылки

• Официальный сайт Quasi-Zenith Satellites System (англ.).
• Quasi-Zenith Satellite-1 "MICHIBIKI" (англ.). - на сайте JAXA