Цифровая Земля облегчит жизнь самолетам, ракетам и подводным лодкам
Опыт применения высокоточных систем вооружения в Сирии показал, что их эффективность напрямую зависит от современных систем навигации и наведения, таких как ГЛОНАСС и GPS. Системы нового уровня не подвержены воздействию средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ). В них используются магнитное и гравитационное поля Земли, благодаря которым прекрасно ориентируются в пространстве морские млекопитающие и птицы. За рубежом ведутся активные разработки новых высокочувствительных сенсоров, приборов измерения параметров слабых геофизических полей. Как решаются подобные задачи у нас, "Военно-промышленному курьеру" рассказал член Комитета Государственной думы по обороне Алексей Хохлов.
– Алексей Алексеевич, судя по всему, вы осознаете всю серьезность проблемы. В чем ее суть?
– Нет смысла говорить о том, кто поднял проблему первым. Есть прекрасная поговорка: пока гром не грянет, мужик не перекрестится. Примерно так может получиться и в данном случае. Приходится, образно говоря, бить в колокола, чтобы привлечь внимание федеральных структур, руководства страны. Почему это так важно?
Уже в ближайшее время нам просто не обойтись без актуальных цифровых карт геоосновы не только территории нашей страны, но и сопредельных государств, где информация об аномалиях геофизических полей была бы совмещена с моделью рельефа местности и расположением объектов. В перспективе каждая точка цифровой поверхности Земли должна иметь весь спектр необходимой геодезической, магнитометрической и гравиметрической информации. А создание таких карт – одно из важнейших направлений цифровизации экономики страны в целом.
Отдадим должное Министерству обороны. Совместно с Росреестром оно проводит работу по созданию базового сплошного покрытия высокого разрешения, которое может применяться и в военных, и в народно-хозяйственных целях. В дальнейшем это может стать основой для создания и развития единой глобальной координатной основы информационного обеспечения, позволит достичь единства навигационной и геопространственной информации.
– Почему именно сегодня встал вопрос о более полном изучении и использовании магнитного и гравитационного полей Земли? Раньше мы как-то обходились без этого?
– Не совсем так. Степень картографической изученности магнитного и гравитационного полей приближается к 100 процентам, но детальность, точность и информативность их аномальных компонент и современная координатная привязка пока существенно отличаются от района к району. Например, для нужд навигации по магнитному полю Земли такие цифровые карты составляют не более 20 процентов территории страны.
“ За полвека Северный магнитный полюс сместился к Канаде, а сейчас дрейфует к берегам Сибири ”
В настоящее время результаты измерений параметров магнитного и гравитационного полей уже активно применяются в координатно-временном и навигационном обеспечении Российской Федерации. Например, в части, касающейся гравитационного поля Земли: при уточнении общеземной геоцентрической системы координат, высокоточной планетарной модели гравитационного поля, цифровой модели квазигеоида, формировании единой системы высот, создании высокоточных полигонов, формировании сегмента цифровой инфраструктуры государства в реализуемом Роскосмосом проекте "Цифровая Земля".
Если говорить о магнитном поле, практическая применимость результатов находится, мягко говоря, на недостаточном уровне. А их достоверность и точность измерений не соответствуют современным требованиям, предъявляемым со стороны военного и гражданского секторов экономики. Одна из причин в том, что система магнитной навигации России основана на магнитной съемке территории СССР еще 60–70-х годов прошлого века, когда создавался ракетно-ядерный щит СССР. Советский Союз провел тогда огромную работу, плодами которой мы пользуемся до сих пор. Но эти данные требуют корректировки. Например, за полвека Северный магнитный полюс сместился к Канаде, а сейчас дрейфует к берегам Сибири. Поэтому в настоящее время для уточнения мы вынуждены использовать зарубежные данные, прежде всего США. По мнению Комитета по обороне такая ситуация является недопустимой. Вы сами понимаете, что могут нам подсунуть наши "партнеры" в век информационной войны.
– Какие конкретно технологии мы сегодня применяем в навигации? Их плюсы и минусы?
– В настоящее время самый массовый метод решения навигационных задач основан на комплексном использовании инерциальных навигационных систем (ИНС), глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), оптико-электронных и радиотехнических систем. Что они из себя представляют?
ИНС обладают автономностью и скрытностью применения, однако обеспечивают необходимую точность навигации только на начальном и среднем участках движения объекта, скажем, ракеты. На протяженных трассах движения система требует коррекции накапливаемых ошибок.
ГНСС, а также оптико-электронные и радиотехнические системы, обеспечивая достаточно высокую точность позиционирования на всех участках траектории, имеют свои недостатки. Эффективность их в определенной степени зависит от геофизической среды, а главное – они могут быть подвержены радиотехническим и другим помехам, в том числе в результате сознательного внешнего воздействия. В результате получаемая информация может быть неточной или вообще недоступной. Системы не работают или неустойчиво работают под землей, под водой, в густом лесу, горах, других труднодоступных районах Земли, например в Арктическом регионе.
В отсутствие или искажении информации от таких систем требованиям потребителя отвечают перспективные корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС). Они используют текущую информацию о поверхностных полях и аномальных составляющих, определяемых неоднородностью земной коры по плотности (гравитационное поле Земли) и проводимости (магнитное поле). Поскольку такие характеристики уникальны и стабильны во времени и вдоль маршрута движения, то их значения можно использовать, как вы понимаете, для глобальной навигации.
Основные преимущества КЭНС – автономность и точность определения навигационных параметров в режиме реального времени, абсолютная устойчивость к искусственным помехам, надежность, полная независимость от погодных условий и подстилающей поверхности. К тому же в последнее время из-за угрозы несанкционированных воздействий, влияния космической погоды требование к автономности работы навигации вышло на первое место.
Комплексное использование таких систем позволит компенсировать недостатки информации одного поля преимуществами другого. Они также могут составить геопространственную основу в создании специальных электронных карт для бесшовной навигации, позволяющей определять местоположение пользователя как при наличии сигнала ГЛОНАСС (GPS), так и без него.
В настоящее время точность навигации по геофизическим полям колеблется от десятков до сотен метров. Однако уже достижимы результаты на уровне десятков и единиц метров в зависимости от комплексности, точности картографирования и высоты полета.
– Почему нас все-таки не устраивают уже созданные и прекрасно работающие сегодня навигационные средства?
– Все они, к сожалению, подвержены внешнему воздействию со стороны как природных факторов, так и средств РЭБ. Система наведения летательных аппаратов в таком случае может просто ослепнуть. GPS и ГЛОНАСС удобны только в мирной жизни, а когда требуется гарантированное определение точного местоположения, уже нужны резервные источники, тем более в боевой обстановке. В условиях ведения войны нужна система позиционирования и наведения, основанная в первую очередь на принципах использования геофизических полей Земли. Гравитационная и магнитная составляющие не поддаются изменению извне. Если наложить их на современную карту, то получим стопроцентную надежность для систем наведения современного оружия и летательных аппаратов. Для этого надо провести в первую очередь масштабную магнитную съемку поверхности Земли.
Наиболее актуально использование геофизических полей Земли для навигации в Мировом океане. Это позволит значительно увеличить интервалы коррекции ИНС на подводных лодках, продлит сроки их автономного плавания, повысит точность наведения ракет морского базирования и самолетов дальней авиации.
– Внешнее рукотворное воздействие понятно. Это средства РЭБ, это спуфинг – перехват управления, внедрение в программы. А какие природные факторы наиболее опасны?
– Полтора года назад ко мне обратились ученые из Института прикладной геофизики им. Е. К. Федорова Росгидромета и ознакомили со своими работами по влиянию солнечных вспышек на нашу жизнь. Рассказали, как взаимодействует магнитное поле планеты с внешним потоком частиц. Когда мы говорим о солнечной погоде, магнитной зависимости, то надо понимать, что процессы, которые проходят в 150 миллионах километров от Земли, воздействуют на человека, но в большей степени на электронные и электротехнические приборы и устройства.
“ Комплекс третьего поколения позволит уточнить гравитационное поле Земли над недоступными территориями ”
Напомню одну, не самую приятную информацию. Сегодня наша цивилизация находится под серьезной угрозой разрушительного воздействия от супервспышки на Солнце, которая может обрушить нас в каменный век. И это не фигура речи. Опасность реальна. Это может привести к нарушению функционирования всех видов связи, повреждению бортовой электроники космических аппаратов на околоземных орбитах, блэкауту электросетей, авариям на АЭС, отключению систем жизнеобеспечения городов.
Как уберечься? Частицы солнечного ветра идут от Солнца до Земли от нескольких десятков минут до нескольких часов. За это время можно посадить самолеты, перевести в иной режим работу АЭС, отключить электростанции, ЛЭП и т. п. Но к этому надо заранее подготовиться, разработать соответствующие инструкции, нормативные документы, технические средства…
Военные люди понимают, что не менее опасен и мощный электромагнитный импульс, который следует при взрыве ядерного заряда.
Ведущие страны мира готовятся к подобному развитию событий. В частности, экс-президент США Обама в 2016 году издал указ о предотвращении катастрофических воздействий в случае внезапной вспышки на Солнце – объемный документ, где четко прописаны меры, минимизирующие последствия таких событий.
Что касается России, то необходимо в первую очередь признать важность подобной катастрофической опасности. И следовательно, разработать комплекс всеобъемлющих мер для защиты от ее последствий, снижения рисков полного разрушения экономики. Основой должна стать система контроля над активностью нашего светила, а для этого надо срочно сформировать группировку гелиоспутников для мониторинга солнечной погоды. У тех же американцев почти десяток космических летательных аппаратов постоянно наблюдают за космической и солнечной погодой.
– Насколько я понял, в российской индустрии геоданных к настоящему времени остается нерешенным ряд вопросов организационного и технического характера, препятствующих формированию единого геоинформационного пространства. Что это за проблемы?
– О некоторых я отчасти упомянул. Во-первых, это отсутствие единого органа, формирующего государственную политику в области геофизического обеспечения. Несколько министерств и ведомств, государственные и частные структуры, научные организации и высшие учебные заведения занимаются вопросами геофизического обеспечения, не имея общей координации.
Во-вторых, отсутствует системный практический подход в использовании имеющихся данных. Много информации остается невостребованной, и, наоборот, ведомства нередко не доверяют и перепроверяют данные из разных источников. Идет излишнее дублирование работ по регионам и задачам. Межведомственные согласования и исправления геоданных требуют много времени и денег.
В-третьих, критические состояния спутниковой группировки для дистанционного зондирования Земли, специализированных геофизических и, как я говорил, гелиостационарных. Отчасти это стало возможным из-за отсутствия соответствующего приборостроения: бортовых и наземных магнито- и гравиметрических средств высокой точности. Они необходимы в том числе для подготовки навигационных маршрутных задач.
В-четвертых, недостаточное внимание и понимание важности этой тематики со стороны власти и катастрофическое недофинансирование.
– А что делается в этом отношении Комитетом Госдумы по обороне?
– Сам факт обращения Комитета ГД по обороне к данной теме говорит о ее актуальности и важности в деле обороноспособности страны. В марте этого года комитет рассмотрел этот вопрос и подготовил перечень рекомендаций, который за подписью председателя комитета Героя России Владимира Шаманова направлен в заинтересованные министерства и федеральные ведомства. Все участники заседания отметили: для повышения эффективности геоинформационной деятельности и сохранения безопасности государства в этой отрасли знаний необходим законодательный акт, устанавливающий правовые нормы регулирования деятельности в области гелиофизики, в том числе исследования состояния и влияния магнитного поля Земли и аномальной солнечной активности.
К сожалению, до сего дня основным правовым документом, в соответствии с которым решаются задачи определения параметров магнитного поля Земли, является лишь постановление правительства РФ от 23 июля 2004 года № 372 "О Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды". Данный акт нуждается в актуализации и адаптации к реалиям нашего времени. Необходимо внести поправки и в базовый закон № 431-ФЗ от 30 декабря 2015 года "О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ".
Правительству рекомендовано рассмотреть вопрос о создании структуры с полномочиями федерального агентства, отвечающей за осуществление деятельности в области геофизики и смежных с ней областей, координацию деятельности федеральных и местных органов исполнительной власти, госкорпораций и компаний. Разработаны конкретные рекомендации также Минприроды, Министерству цифрового развития, связи и массовых коммуникаций, Минпромторгу, Минфину, другим ведомствам. Минобороны согласно проекту ФЦП "Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2021–2030 годы" рекомендовано предусмотреть создание космического геодезического комплекса третьего поколения (ГЕО-ИК-3), предназначенного для уточнения гравитационного поля Земли над недоступными территориями и акваториями, разработку прорывных технологий в области пространственно-временной изменчивости магнитного и гравитационного полей Земли.
В дальнейшем все это станет базой для создания и развития единой глобальной координатной основы информационного обеспечения, будет способствовать освоению природоподобных технологий и систем в интересах обеспечения национальной безопасности России, ляжет в основу цифровой экономики будущего.
Алексей Хохлов
Беседовал Олег Фаличев
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 28 (791) за 23 июля 2019 года