Чи може суборбітальний політ перевернути уявлення про глобальну навігацію? Чи здатні приймачі GNSS приймати одночасно сигнали як GPS, так і Galileo та ефективно співпрацювати у космосі?
Відповіді на ці питання розкриваються у захоплюючому дослідженні місії SL-15, що об’єднала зусилля трьох країн у прагненні до космічних інновацій.
Історія почачался на світанку 1 жовтня 2024 року, коли SL-15 стартував у ідеально чисте блакитне небо над пустелею з космопорту Америка в Лас-Крусес, Нью-Мексико. Політ, проведений компанією UP Aerospace за підтримки програми Flight Opportunities NASA, підняв на борт корисні навантаження та надії дослідників з трьох країн — Італії, Німеччини та Сполучених Штатів — та десяти організацій.
Ключова мета цієї місії полягала в підтвердженні здатності відстежувати сигнали як GPS, так і Galileo у високо динамічних умовах запуску звукової ракети. Це мало включати початкове прискорення до 14 G (або 14 разів гравітаційного прискорення на поверхні Землі), швидкість обертання 7 Гц (сім обертів у секунду) та максимальну швидкість понад 1400 м/с (3132 милі на годину).
Космопорт Америка, перший комерційний космопорт у світі, є ліцензованим пусковим комплексом FAA. Розташований поруч з полігоном ракетних систем U.S. Army White Sands у південному Нью-Мексико, він має сприятливе середовище для ракет: 10 000 квадратних кілометрів обмеженого повітряного простору, низька щільність населення, велика злітно-посадкова смуга, вертикальні пускові комплекси та близько 340 днів сонячної погоди з низькою вологістю.
UP Aerospace, компанія з Денвера, заснована в 1998 році, здійснила свій перший суборбітальний політ із Космопорту Америка у 2006 році, який також був першим польотом з цього космопорту. UP Aerospace підтримує пусковий комплекс, центр обробки корисних навантажень та центр космічного двигунобудування на космопорту. Її пускові операції та суборбітальний пусковий апарат SpaceLoft були розроблені та побудовані як надійна, недорога система багаторазових пускових апаратів (RLV).
Програма Flight Opportunities NASA швидко демонструє технології, розроблені промисловістю, а також вченими NASA та інших урядових установ, шляхом тестування з різними комерційними авіалініями. Програма перевіряє можливості, необхідні для місій NASA та комерційних застосувань, одночасно стратегічно інвестуючи в розвиток комерційної космічної індустрії США. Доступні пускові платформи включають суборбітальні ракети, ракетоносії, літаки, що виконують параболічні траєкторії для досягнення зменшеної гравітації, високовисотні повітряні кулі та орбітальні апарати з платформою на борту.
Тест на взаємодію
Одним із корисних навантажень, доставлених на суборбітальну висоту ракетою SL-15, був набір мульти-частотних GNSS приймачів від програми Space Communications and Navigation (SCaN) NASA, Європейського космічного агентства (ESA) / Центру космічних операцій Європейського космічного агентства (ESOC), Італійського космічного агентства (Agenzia Spaziale Italiana або ASI), а також їхніх підрядників Fraunhofer (німецька публічна організація з науково-дослідних та розробних робіт) та Qascom (приватна італійська інженерна компанія, що пропонує рішення з безпеки в супутниковій навігації та космічній кібербезпеці). Ключовою метою пілотного тесту було визначення обсягу взаємодії цих приймачів. Повні результати тесту будуть представлені на міжурядовій зустрічі Міжнародного комітету GNSS (ICG), що є частиною Комітету Організації Об’єднаних Націй з мирного використання космосу (COPUOS) у Відні у червні 2025 року.
Ліза Валенсія, інженер-електрик компанії Overlook Systems Technologies, Inc. та менеджер програми SCaN NASA у штаб-квартирі NASA, була менеджером програми для місії з корисним навантаженням SCaN. У листопаді 2019 року SL-14 протестував автономний блок завершення польоту NASA, а також GNSS-рекордер сигналів Qascom. Оскар Поззобон, співзасновник, президент та CEO Qascom, зміг провести постобробку даних, зібраних рекордером. SL-15 спочатку планувався до запуску у листопаді 2022 року, однак його було відкладено через інтерференцію між передавачем S-діапазону пускового апарату та GNSS-приймачем L-діапазону на борту. У травні 2023 року оригінальний бустер SL-15 був використаний для SL-17, місії з корисними навантаженнями студентів, яка зазнала аномалії, завершивши пілотний тест через три секунди після старту. Тому Валенсія, її команда та інші залучені команди були вельми раді успішному запуску у жовтні 2024 року.
Мета та команда
На основі успіху попереднього запуску SL-14, місія SL-15 з перевезення двох приймачів GPS-Galileo є результатом угоди між NASA, ASI та ESA. Основною метою було оцінити продуктивність GPS-Galileo у високо динамічному середовищі. Додатковою метою було інтегрувати GNSS-приймачі з авіонікою на борту апарата з метою тестування використання PVT в режимі реального часу під час польоту, на відміну від постобробки на SL-14. Це дозволило оцінити можливість оперативного використання багаточастотних GNSS для систем автономного завершення польоту (AFTS). AFTS — це незалежна підсистема пускового апарату.
Взаємодійний експеримент на місії SL-15 включав два автономних блоки завершення польоту (AFTU) та два приймачі GPS-Galileo, які використовували сигнали L1/E1/L5/E5a: GNSS Dual Frequency / Dual Constellation QN400-SPACE приймач для програми GPS-GALILEO Receiver for Human Exploration & Operations (GARHEO) ASI та Qascom, GNSS-приймач з відкритим програмним інтерфейсом (GOOSE) від ESA/ESOC та Fraunhofer, а також приймач JAVAD GPS L1. Під час польоту 12-секундна фаза запуску та підсилення була слідувана підйомним кортом до досягнення апогею на висоті 115 км, після чого йшла фаза спуску, повторного входу в атмосферу та посадки, загальна тривалість польоту склала 13 хвилин. Ракета досягла максимальної швидкості 1400 м/с, максимальної прискорення 13,5 G та максимальної швидкості обертання 7 Гц.
Спонсором NASA для місії GNSS Payload є Джеймс Дж. Міллер, виконавчий директор Національної ради з позиціонування, навігації та таймінгу (PNT) з програмою SCaN. 
Члени команди:
NASA: Джеймс Дж. Міллер, Ліза Валенсія, Хьюберт Чанг, Пол Де Леон, Ан Н. Нгуєн
ASI: Джанкарло Варакаллі, Клаудіа Факкінетті, Маріо Мусмечі
Qascom: Оскар Поззобон, Рікардо Лонго, Сальваторе Гучці, Самуеле Фантінато
ESA: Вернер Ендерле, Марк Ван Кінтс, Ерік Шонеманн, Фолькер Майєр
Fraunhofer: Маттіас Овербек, Сантьяго Уркіхо, Ініго Кортес, Фабіо Гарція
UP Aerospace: Джеррі Ларсон, Тревор Морган, Ерік Ларсон, Крэйг МакЮен та Джей Холкомб
Результати та наступні кроки
Під час цього високо динамічного польоту всі GNSS-приймачі успішно відстежували з високою точністю, базуючись на рішеннях позиції, швидкості та часу (PVT), відповідаючи цілям взаємодійного корисного навантаження щодо сумісності подвійної констеляції (GPS та Galileo) та подвійної частоти (L1/E1 та L5/E5a).
Один з графіків зміни висоти ракети з часом, створений на основі зібраних даних, вражає: синя лінія, що представляє дані від GARHEO, та червона лінія, що представляє дані від моніторингового радара на землі, ідеально збігаються, утворюючи одну фіолетову лінію на графіку.
Під час запуску космічні апарати покладаються на сигнали GNSS для відстеження, моніторингу та безпеки. Їх здатність отримувати сигнали з кількох GNSS-сузір’їв забезпечує пусковим апаратам більш точну та надійну інформацію PVT у режимі реального часу. Експеримент GNSS SL-15 продемонстрував переваги взаємодії між Galileo та GPS у високо динамічних середовищах.
Наступним кроком буде детальний аналіз зібраних під час польоту даних: обробка даних від приймача GOOSE, взятого на борт, та застосування різних концепцій і алгоритмів для досягнення максимально можливої точності траєкторії польоту SL-15. Серед них також буде використана техніка GNSS Precise Point Positioning (PPP), яка використовує дані приймача GOOSE у поєднанні з точними орбітами та годинниками для Galileo та GPS, які будуть розраховані програмним забезпеченням Precise Navigation System (EPNS) ESOC. Результати очікуються на початку 2025 року. Наступні кроки ASI/Qascom включають використання зібраних даних експерименту SL-15 для підтримки розробки та валідації нового покоління GNSS-приймачів з високою динамікою, що забезпечують підвищену стійкість до загроз GNSS. Це основна мета приймача Qascom. Щонайменше один пусковий апарат планує інтегрувати багаточастотний GNSS (GPS + Galileo) приймач у свою систему AFTS.
Джерело: GPS World