Космическая погода: Факторы риска для глобальных навигационных спутниковых систем

Последние два десятилетия большую значимость при решении широкого круга прикладных и научно-исследовательских задач, а также задач обороноспособности и государственной безопасности, приобрели глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): ГЛОНАСС (Россия); GPS (США); Galileo (Евросоюз) и BeiDou (Китай). Указанные системы дополнены неотъемлемой частью - дифференциальными дополнениями наземного и космического базирования: РСДКМ (Россия); WAAS (США) и EGNOS (Евросоюз). На основе этого технологического задела уже сегодня возможно достижение сантиметровой и миллиметровой точности позиционирования подвижных и стационарных объектов. В то же время открываются широкие возможности использования сигналов ГНСС для исследований околоземного космического пространства, атмосферы, океана и земной поверхности из Космоса. Например, важным научным направлением является дистанционное зондирование ионосферы и атмосферы Земли. Цепочка взаимодействий «земная кора – атмосфера – ионосфера – магнитосфера – межпланетная среда – Солнце» является единой системой, а ионосфера и атмосфера могут рассматриваться в этой системе, как чувствительные индикаторы состояния геосфер и использоваться для построения эффективных систем раннего предупреждения о землетрясениях, цунами и циклонической активности. Такое широкомасштабное использование ГНСС требует улучшения качества измерений радионавигационных параметров и совершенствования системы контроля целостности и доступности требуемых навигационных характеристик. Это возможно лишь с учетом ряда факторов, которые объединены в современной литературе общим термином «космическая погода». Этот термин включает такие экстремальные явления, как мощные геомагнитные возмущения ионосферы, ионосферные мерцания трансионосферных сигналов и мощные всплески радиоизлучения Солнца в диапазоне рабочих частот ГНСС. В результате большого числа исследований в период 2000–2020 гг в России и за рубежом, установлено существование многочисленных случаев серьезных нарушений в работе ГНСС и их функциональных дополнений в период прохождения главной фазы геомагнитных возмущений и под прямым воздействием мощных всплесков радиоизлучения Солнца. Главным результатом указанных исследований явился важный вывод о существовании фундаментальной научной проблемы выявления и количественной оценки преобладающих радиофизических и радиотехнических механизмов и характерных закономерностей деградации качества измерений радионавигационных параметров ГНСС под воздействием факторов «космической погоды». Из указанной научной проблемы вытекает научно-прикладная проблема: обеспечение требуемого качества измерений радионавигационных параметров для решения прикладных и научно-исследовательских задач в условиях воздействия экстремальных факторов «космической погоды». Цель научной обзорной статьи - анализ современного состояния исследований по указанным выше научной и научно-прикладной проблемам в России и за рубежом. Для достижения этой цели в рамках обзорной статьи предполагается рассмотреть следующие вопросы: • воздействие солнечных вспышек радиоизлучения на функционирование ГНСС; • механизмы влияния геомагнитных возмущений на функционирование ГНСС; • мерцания амплитуды и фазы сигналов навигационных спутников и их воздействие на функционирование аппаратуры пользователей ГНСС; • сравнительный анализ особенностей функционирования ГНСС в автономном и дифференциальном режиме работы в условиях действия факторов космической погоды; • Интенсивность и частота проявления экстремальных факторов космической погоды, опасных для функционирования ГНСС. По итогам обзорного анализа предполагается наметить приоритетные направления совершенствования аппаратно-программных средств ГНСС и их функциональных дополнений с учетом действия экстремальных факторов «космической погоды».