Ugrás a tartalomhoz

Műholdas helymeghatározás 2., GNSS alaprendszerek

Dr. Busics György (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

2.4 Az európai Galileo

2.4 Az európai Galileo

A Galileo nevű GNSS rendszer az amerikai és az orosz műholdas navigációs rendszerek európai versenytársa. Céljában nem, de megvalósításában és szolgáltatásaiban eltér az eddig működő rendszerektől. A Galileo deklaráltan tisztán polgári célú műholdas navigációs rendszer lenne, nincs katonai vonatkozása. Nyugat-európai (német, francia, angol, olasz) kezdeményezésként indult 1999-ben. Célja egy európai, fejlett GNSS rendszer létrehozása.

Kezdetben fele-fele részben az Európai Unió (EU: European Union) és az Európai Űrügynökség (ESA: European Space Agency) finanszírozta, és komoly reményeket fűztek a magánszektor befektetéseihez is (PPP beruházások). Mivel e remények nem váltak valóra, jelenleg a projekt teljes finanszírozása az EU költségvetéséből történik.

2-11. A Galileo logója

A Galileo eddigi történetének néhány állomása:

  • 2001: megszületnek az első projektleírások

  • 2002. március 26.: az Európa Tanács határozatot hoz a projekt indításáról 1,1 milliárd eurót irányoz elő az első (2002-2005 közötti) fejlesztési szakaszra; a becsült költség 3,4 milliárd euró. A műholdak indítását a 2006-2010 közötti időszakra tervezik

  • 2003: közös vállalatot alapítanak Brüsszelben (Galileo Joint Undertaking)

  • 2004. június: előzetes megállapodás az USA-val a frekvenciákról

  • 2005. december 28.: az első kísérleti műhold startja (GIOVE-A)

  • 2007: pénzügyi válságban a projekt

  • 2008. április 27: a második kísérleti műhold startja (GIOVE-B)

  • 2008. ápr.: pénzforrást szabadítanak fel: PPP helyett csak EU-s finanszírozás lesz a jövőben

  • 2009. november: Francia Guyanában követőállomást avatnak

  • 2010. december: Svédországban követőállomást, Olaszországban irányítóközpontot avatnak

2-12. ábra. Az első terv időrendje, amely nem valósult meg

2.4.1 A Galileo tervezett műholdjairól

A műholdas alrendszer 30 darab, közepes magasságú Föld körüli pályán (MEO: Medium Earth Orbit) keringő műholdból fog állni a teljes kiépítésben, ebből 3 tartalék. A műholdak három, 56 fokos hajlású pályán keringenek a Föld körül, 24 000 km-es átlagos magasságban (a pálya fél nagytengelye átlagosan 29601,297 km). A műhold-konstellációt úgy tervezték, hogy a magasabb (akár 75°-os) északi és déli szélességi körökön a GPS-hez képest több műhold legyen észlelhető, így például a skandináv országok a jelenleginél kedvezőbb helyzetbe kerülnek. A keringési idő 14 óra 22 perc, a műhold-konstelláció 10 naponta ismétlődik.

2-13. ábra. A Galileo 30 holdja 3 pályán

2-14. ábra. Az első kísérleti hold indítása Bajkonurból 2005 decemberében

A Galileo rendszer első kísérleti műholdját 2005. december 28-án juttatták 23260 km magasságú Föld körüli pályára Bajkonurból, Szojuz hordozórakétával tesztelési céllal, GIOVE-A névvel (GIOVE: Galileo In-Orbit Validation Element, más jelzéssel: GSTB/V2A). Fedélzetén 2 darab 10 ns/nap stabilitású svájci (Termex) rubídium atomórát helyeztek el. A kísérleti hold 2006. január 12-én elkezdte a rádiójelek sugárzását. A műhold jeleit a földi obszervatóriumokban elemzik, ellenőrzik; vizsgálják azt is, hogy nem okoznak-e zavaró interferenciát a három kijelölt frekvenciasáv szomszédságában.

A Galileo rendszer második tesztműholdját 2008. április 27-én juttatták közepes Föld körüli pályára (GIOVE-B). Fedélzetén 1 ns/nap stabilitású német gyártmányú hidrogén mézer órát helyeztek el, első alkalommal mozgó űrjárművön. A kísérleti hold 2008. május 7-én rendben elkezdte a rádiójelek sugárzását. A jel szerkezete egy előző évi amerikai-európai megállapodás értelmében közös lesz a Galileo és a modernizálandó GPS rendszerben. A GIOVE-A és B csak tesztelési holdak, nem lesznek részei a majdani teljes rendszernek, csupán a technológia egyes elemeit próbálják ki velük.

2006 januárjában az ESA és a Galileo Industries nevű konzorcium képviselői aláírták azt a szerződést, melynek értelmében az utóbbi vállalkozási szövetség legyártja az első négy „valódi” Galileo műholdat. A négy első (IOV: In-Orbit Validation) műhold gyártása során azonban váratlan technikai problémák léptek fel és a költségeket is jelentősen, 400 millió euróval túllépték.

2007 végén az Európai Parlament 3,4 milliárd eurós összeget fogadott el a Galileo kiépítése céljára, a 2013-ig tartó költségvetési periódusra. Akkor úgy kalkuláltak, hogy 2013-ra a rendszer már működőképes állapotba jut, ami azonban túl optimista reménynek bizonyult.

2010 januárjában az Európai Bizottság bejelentette, hogy a német OHB System vezetésével gyártatják le a navigációs műholdrendszer első hullámában pályára állítandó 14 Galileo műholdat. A megbízást elnyert OHB partnere a brit Surrey Satellite Technology cég. Ők a navigációs jeleket előállító fedélzeti berendezéseket szállítják. Az első űreszköz elkészítése 2012 júliusára remélhető. A terv az, hogy onnantól kezdve 2014 tavaszáig folyamatosan, másfél havonta készüljenek el az új Galileo műholdak. A szerződés értelmében a gyártók 566 millió eurót kapnak munkájukért. A rendszer kiszolgálására, technikai összehangolására, a jelek biztonságának és minőségének szavatolására, a földi hálózat kialakítására a Thales Alenia Space vezette csoport kapott megbízást. A 2010 és 2014 közötti első időszakban ezért 85 millió eurót kapnak.

A 2010-es állapot szerint úgy tűnik, hogy 2014 végéig is legfeljebb csak részleges (4+14=18 műholdból álló) kiépítettségben lehet reménykedni. Közben a költségvetés jelentős része elment az első, a rendszer „éles” próbáját jelentő fázis négy műholdjának legyártására. Ezeket a holdakat az EADS Astrium és Thales Alenia Space űripari vállalatok építik. Közülük az első két hold a remények szerint 2011 őszén startolhat.

Az EU következő költségvetési periódusa 2014-ben indul, de a Galileo folytatásához addig is pénzt kellene teremteni. A program irányítói további áldozatvállalást várnak a tagországoktól, különösen Németországtól, ahol az első 18-ból 14 műhold épül. Miközben a politikai vezetők a plusz támogatásért küzdenek, a szakértők az elszálló költségek visszafogásának lehetőségein gondolkodnak. A fennmaradó műholdak megépítése érdekében 2011-ben meg kell kezdjék a tárgyalásokat, hogy ne legyen kihagyás az első fázis befejezése, vagyis a 18 műhold pályára állítása után.

2-3. A GPS, a GLONASSZ és a Galileo összehasonlítása. táblázat -

GPS

GLONASSZ

GALILEO

Műholdpályák száma

6

3

3

Műholdak száma (teljes kiépítésnél)

6 × 4 = 24

3 × 8 = 24

3 × (9+1) = 30

Pályamagasság

20 180 km

19 100 km

23 222 km

Keringési idő

11 óra 56 perc

11 óra 15 perc

14 óra 22 perc

Pályahajlás

55°

64,8°

56°

Vonatkoztatási rendszer

WGS84

PZ90

ITRS

Rendszer idő

GPS idő

UTC idő

GST idő

Jel megosztás

kódok szerint (CDMA)

frekvenciák szerint (FDMA)

kódok szerint (CDMA)

Frekvenciák száma

ma: 2 (L1, L2) később: 3

ma: 2 (L1, L2) később: 3

4 (L1A, L1B, E5, E6)

Jelek száma

ma: 3 később: 8

10


2.4.2 A Galileo tervezett vezérlő rendszeréről és szolgáltatásairól

A vezérlő alrendszer a következő típusú állomásokból áll majd:

  • vezérlőközpontok (GCC: Galileo Control Centre),

  • követő- és vezérlőállomások (TTC: Telemetry, Tracking and Command)

  • adatfeltöltő állomások (ULS: Up-Link Station)

  • egyszerű követőállomások (GSS: Galileo Sensor Station).

Egy-egy Galileo földi állomás egyszerre több funkciót is betölthet. A világméretű követő- és vezérlőállomás-hálózat feladata a műholdak működésének és pályájának nyomon követése és új parancsok felküldése a fedélzetükre. A Galileo első fejlesztési szakaszában (IOV: In-Orbit Validation) két vezérlő központ (GCC), 2 követő- és vezérlőállomás (TTC), 5 adatfeltöltő állomás (ULS) és 18 egyszerű követőállomás (GSS) üzembe helyezését tervezik. A követőállomások (GSS) adatai először a vezérlőállomásokra (TTC) kerülnek, majd onnan a központba (GCC).

2-15. ábra. A Galileo tervezett vezérlő alrendszere az első fejlesztési szakaszban (IOV)

A Galileónak, a GPS-hez hasonlóan, saját rendszerideje lesz (GST: Galileo System Time). A Galileo műholdak közvetítik a GST-hez viszonyított időkülönbséget a GPS-időtől és az UTC-től.

A Galileo vonatkoztatási rendszere (GTRS: Galileo Terrestrial Reference System) az ITRF rendszer legújabb megvalósításával lesz azonos.

A vezérlő rendszernek két központja lesz; az egyik Németországban, München mellett (Oberpaffenhofen), a másik Olaszországban, Fucinóban. A központok feladata a műholdak működésének követése, irányítása, a navigációs üzenetek előállítása. A két központ között a feladatokat megosztják, de a Galileo folyamatos működésének biztosítása érdekében, szükség esetén bármelyikük át tudja venni a teljes irányítást, ha a másik központban váratlan zavar lépne fel. Az IOV fázisban Németországból irányítják majd a műholdakat, az olasz központ pedig a navigációs szolgáltatás biztosításáért felel (műholdak pályaadatainak és órahibáinak számítása, navigációs üzenetek előállítása). A két GCC működtetését a Spaceopal nevű olasz-német vegyesvállalat végzi.

2-16. ábra. A fucinói (balra)és az oberpaffenhofeni (jobbra)irányító állomás

A Rómától 130 km-re keletre fekvő fucinói központ ünnepélyes megnyitására 2010. december 20-án került sor. Az olasz Galileo-központ a világ legnagyobb műholdas kommunikációs állomásán kapott helyet. Az 1963-ban megnyitott állomás területén több mint 90 antenna működik. Az állomást kereskedelmi műhold-üzemeltető cégek, mint pl. az Inmarsat is használják. A helyszín kiválóan alkalmas a rádiós távközlésre, mivel nagy kiterjedésű, sík területen fekszik, a körülötte levő magaslatok pedig leárnyékolják a földi forrásokból származó zavaró rádió-interferenciát. A helyszín ideális tulajdonságai a medencét kitöltő tó több évszázados munkával történő lecsapolása eredményeként alakultak ki.

2009. november 19-én avatták fel Kourou mellett, Francia Guyanában az első Galileo követő- és vezérlőállomást (TTC). A kouroui állomás hármas funkciót tölt be; TTC állomás (a műholdak működésének és pályájának nyomon követésére), ULS állomás (adatok, parancsok felküldésére a műholdakra) és GSS követőállomás (monitorozásra, ellenőrzésre) is helyet kapott is. Kourou 1970-től működik, mint francia űrrepülőtér, innen indítják az Ariane rakétákat. Mivel közel fekszik az Egyenlítőhöz, könnyebb a rakéták startja. A Galileo holdakat is innen, indítják majd, a tervek szerint kettesével, mégpedig Szojuz hordozórakétákkal. Ehhez külön indítóállást építenek. Az első startra legkorábban 2011 végén kerülhet sor. Az egyelőre lekötött első 10 start 397 millió euróba kerül.

2010. december 12-én Svédországban, Kirunában újabb Galileo követő- és vezérlőállomást (TTC) avattak. Az északi sarkkörön is 200 km-rel túl fekvő kirunai állomás lesz a Galileo követő- és vezérlőállomás-hálózatának másik olyan tagja, amely már a kezdeti, IOV fázisban szolgálatba áll. A 13 méter átmérőjű rádióteleszkóp és a berendezések működése automatikus, emberi beavatkozásra csak karbantartás vagy egy esetleges zavar elhárítása esetén van szükség.

2.4.3 A Galileo tervezett szolgáltatásai

Még az új évezred kezdetén, a legelső tervezési fázisban számos terv született a Galileo szolgáltatásait, felhasználóit, költségeit illetően. A kezdeti tervek nem valósultak meg, ezért az itt következő felsorolást a Galileo öt tervezett szolgáltatásáról is kellő óvatossággal kell kezelni.

1.Nyílt szolgáltatás (Open Service – OS). Tömeges igényeket kielégítő, bárki számára hozzáférhető ingyenes jelvétel, 6 m-es abszolút helymeghatározási pontossággal.

2.Életvédelmi szolgáltatás(Safety-of-Life Service – SOL). Elsősorban a közlekedés számára fenntartott navigációs szolgáltatás, magas fokú integritás biztosításával.

3.Kereskedelmi szolgáltatás(Commercial Service – CS). Nagy pontossági igényeket kielégítő szolgáltatás, 2 külön frekvencián azon regisztrált felhasználóknak, akik erre külön előfizetnek. Ide sorolhatók a geodéziai pontosságot és fázismérést igénylő felhasználók.

4. Közbiztonsági szolgáltatás(Public Regulated Service – PRS). A rendőrség, határőrség, vámőrség és a biztonsági szolgálatok számára fenntartott, titkosított szolgáltatás, amelyhez a hozzáférés engedélyhez kötött.

5.Életbiztonsági és mentő szolgáltatás (Search and Rescue Services – SaR). Ez a szolgáltatás Európa hozzájárulásának tekinthető a világban már működő életmentő és kereső szolgálatokhoz (KOSZPASZ-SARSAT). A jelenlegi megoldáshoz képest csökkenni fog a riasztástól számított várakozási idő, és lényegesen nőni fog a helymeghatározás pontossága (a mostani néhány km-ről néhány méterre), továbbá a szolgáltatás lehetősége takart környezetben is lehetséges lesz.

A Galileo része lesz a jelenlegi EGNOS rendszer is (bővebben a 7. modulban).

A Galileo regionális komponensei közé fog tartozni egy olyan garantált integritás-ellenőrzés, amely független lesz az alaprendszertől. Legalább két, 25 fokos magassági szög felett észlelhető műhold biztosítja a jelvételt.

A Galileo lokális komponense olyan földi rádiócsatornákon meglévő kommunikációs hálózatokat jelent, amellyel pontosságnövelő és integritás-ellenőrző információkat továbbítanak az alaprendszerről.