Американская компания Xona Space Systems готовится развернуть собственную спутниковую навигационную систему Pulsar, которая должна стать коммерческой альтернативой привычной GPS. В рамках ближайшего этапа проекта на околоземную орбиту планируется отправить шесть космических аппаратов, а в дальнейшем группировку расширят до 258 спутников. Разработчики обещают значительно повысить точность определения координат, обеспечить более уверенный приём сигнала среди высотных зданий и повысить устойчивость навигации к радиопомехам.

Главное преимущество Pulsar заключается в использовании низкой околоземной орбиты, благодаря чему навигационные сигналы должны быть значительно мощнее, чем у традиционных спутниковых систем. Xona рассчитывает обеспечить позиционирование с сантиметровой точностью, необходимой беспилотному транспорту, промышленным роботам и высокотехнологичному сельскому хозяйству. Компания уже привлекла более 300 миллионов долларов инвестиций и намерена к 2028 году организовать полноценное покрытие США, Европы, Японии и Южной Кореи.

Частная компания решила бросить вызов традиционной спутниковой навигации

Сегодня глобальная навигация во многом зависит от государственных спутниковых группировок. Наиболее известной остаётся американская GPS, однако существуют и другие системы: европейская Galileo, российская ГЛОНАСС и китайская BeiDou.

Все они обеспечивают определение местоположения и точного времени, необходимые для работы транспорта, мобильных устройств, телекоммуникационной инфраструктуры и множества промышленных систем.

При этом у традиционной спутниковой навигации есть ограничения.

Сигналы от космических аппаратов, находящихся на значительном расстоянии от Земли, достигают поверхности сравнительно слабыми. Из-за этого приём может ухудшаться в тоннелях, помещениях, плотной городской застройке и других сложных условиях.

Дополнительную проблему представляют радиопомехи и преднамеренное подавление навигационных сигналов.

Именно эти недостатки команда Xona Space Systems решила использовать как отправную точку для создания нового коммерческого продукта.

В отличие от существующих государственных систем, Pulsar разрабатывается как частная навигационная инфраструктура, ориентированная на потребности бизнеса, промышленности и перспективных автономных технологий.

От университетской идеи до космического стартапа

История Xona началась в 2019 году, когда пятеро инженеров, познакомившихся во время обучения в аспирантуре по аэрокосмическому направлению, решили создать собственную компанию.

Одним из основателей стал Тайлер Рид, посвятивший докторскую диссертацию исследованию возможностей низкоорбитальных спутников для повышения точности навигации.

Его научная работа легла в основу будущей технологической концепции Pulsar.

Первоначально идея создания частного конкурента GPS казалась сомнительной даже некоторым участникам проекта.

Генеральный директор Xona Брайан Мэннинг признавал, что поначалу не видел очевидного коммерческого смысла в разработке альтернативы бесплатной государственной навигационной системе.

Однако дальнейшее изучение рынка показало, что сама возможность бесплатно принимать GPS-сигналы не означает отсутствия коммерческого спроса.

Ежегодно в мире продаются огромные объёмы навигационного оборудования, а производители высокотехнологичных устройств готовы инвестировать в решения, обеспечивающие более точное и надёжное позиционирование.

Именно этот рынок Xona рассматривает как основу будущего бизнеса.

Почему низкая орбита позволяет улучшить навигацию

Главное техническое отличие Pulsar от классической GPS заключается в расположении спутников.

Традиционная GPS использует аппараты на средней околоземной орбите высотой около 20 200 километров.

Xona намерена разместить собственную группировку значительно ближе к поверхности планеты — на низкой околоземной орбите.

Такое решение обеспечивает несколько потенциальных преимуществ.

Более мощный сигнал. Благодаря меньшему расстоянию до приёмника спутниковый сигнал может поступать с существенно большей мощностью, что улучшает условия его обнаружения и обработки.

Повышенная точность. Новая архитектура рассчитана на более точные навигационные измерения, позволяющие определять координаты с погрешностью вплоть до нескольких сантиметров при соответствующих условиях.

Устойчивость к помехам. Более высокий уровень принимаемого сигнала способен затруднить его подавление, хотя полностью исключить воздействие мощных источников радиопомех невозможно.

Работа в сложной городской среде. Разработчики рассчитывают улучшить доступность навигации среди высотных зданий и в отдельных помещениях, где традиционные спутниковые сигналы часто оказываются слишком слабыми.

При этом обещанная сантиметровая точность является целевым показателем системы, а не гарантией одинакового результата в любых условиях.

Реальная точность будет зависеть от характеристик приёмника, доступности спутников, отражений сигнала и используемых методов коррекции.

Спутники Pulsar смогут обходиться без дорогих атомных часов

Одной из наиболее сложных задач при создании новой навигационной группировки стало обеспечение точной синхронизации времени.

Для спутниковой навигации этот параметр имеет принципиальное значение.

Приёмник определяет расстояние до космических аппаратов на основе времени распространения радиосигнала. Даже чрезвычайно небольшие ошибки синхронизации способны привести к заметным погрешностям координат.

В традиционных навигационных спутниках для решения этой задачи применяются высокоточные атомные часы.

Однако подобное оборудование увеличивает стоимость, массу и сложность космических аппаратов.

Инженеры Xona разработали альтернативную архитектуру, позволяющую поддерживать необходимую точность времени без установки дорогостоящих атомных часов на каждом спутнике.

Система опирается на регулярное взаимодействие низкоорбитальных аппаратов с наземной инфраструктурой, располагающей эталонными источниками времени.

Благодаря сравнительно небольшой высоте орбиты спутники могут чаще обмениваться необходимыми данными с наземными станциями.

Такой подход должен снизить стоимость развёртывания группировки и упростить производство космических аппаратов.

Для использования Pulsar не потребуется полностью менять навигационное оборудование

Ещё одной важной задачей стала совместимость новой технологии с существующей экосистемой спутниковых приёмников.

Если бы для Pulsar требовалось принципиально новое оборудование, массовое внедрение системы могло бы занять значительно больше времени.

Поэтому Xona изначально стремилась создать сигнальную архитектуру, которую можно интегрировать в совместимые современные навигационные чипсеты без масштабной переработки аппаратной части.

По утверждению разработчиков, для некоторых приёмников достаточно относительно небольших программных изменений.

Это потенциально открывает путь к использованию новой навигации в уже существующих категориях устройств — от промышленного оборудования до транспортных систем.

Однако совместимость не означает, что любой смартфон или GPS-навигатор автоматически сможет принимать Pulsar после обычного обновления программного обеспечения.

Практическая поддержка будет зависеть от возможностей конкретного радиочипа, антенны, прошивки и решений производителя устройства.

Первые шесть спутников станут основой будущей группировки

В ближайшем запланированном запуске Xona намерена отправить на орбиту сразу шесть спутников при помощи ракеты-носителя SpaceX.

Эти аппараты относятся к двум различным технологическим вариантам.

Четыре спутника созданы на базе платформы Aerospace Labs и конструктивно близки к экспериментальному аппарату, который компания ранее использовала для проверки основных принципов своей технологии.

Ещё два спутника полностью разработаны и изготовлены самой Xona на предприятии в Берлингейме, штат Калифорния.

Именно собственная конструкция должна стать фундаментом дальнейшего серийного развёртывания Pulsar.

Полноценная орбитальная группировка, согласно представленному плану, будет включать 258 космических аппаратов.

Такое количество необходимо из-за особенностей низкой орбиты.

В отличие от более высоко расположенных навигационных спутников, низкоорбитальные аппараты быстро перемещаются относительно земного наблюдателя. Поэтому для непрерывного покрытия определённой территории требуется большое число спутников, сменяющих друг друга в зоне видимости.

Первые клиенты смогут испытать систему ещё до полного развёртывания

Xona не собирается ждать завершения строительства всей спутниковой группировки, чтобы приступить к коммерческим испытаниям.

После вывода первых аппаратов на орбиту компания планирует организовать бета-тестирование с участием реальных заказчиков.

На начальном этапе навигационный сигнал будет доступен периодически, во время пролётов спутников над определёнными территориями.

По предварительным расчётам, в средних широтах такие возможности могут возникать примерно восемь раз в сутки.

Одним из участников испытаний станет компания TimeBeat, специализирующаяся на технологиях точной синхронизации времени.

Её генеральный директор Иэн Гоф сообщил, что новая спутниковая система позволит проверять и корректировать временные параметры оборудования, используемого в разных частях мира.

Это направление имеет большое значение для телекоммуникационных сетей, финансовой инфраструктуры, энергетики и распределённых вычислительных систем.

Таким образом, Pulsar ориентируется не только на определение географических координат, но и на предоставление высокоточных сигналов времени.

Сантиметровая навигация может ускорить развитие беспилотного транспорта

Одним из наиболее перспективных рынков для Xona являются автономные транспортные системы.

Современные беспилотные автомобили используют сразу несколько источников информации о своём окружении: камеры, радары, лидары, инерциальные датчики и спутниковую навигацию.

Однако стандартной точности GPS часто недостаточно для задач, требующих уверенного определения положения транспортного средства относительно дорожной разметки, препятствий и других участников движения.

Дополнительные сложности возникают в городах, где спутниковые сигналы отражаются от зданий и могут создавать ошибки позиционирования.

Pulsar должна стать дополнительным источником высокоточных координат, повышающим надёжность навигационной подсистемы.

Особенно востребованной технология может оказаться в следующих направлениях:

• Беспилотные легковые и грузовые автомобили.

• Автономная сельскохозяйственная техника.

• Роботизированные системы доставки.

• Промышленные и складские роботы.

• Беспилотные летательные аппараты.

• Высокоточное геодезическое оборудование.

• Автоматизированная строительная и горнодобывающая техника.

Технический директор Xona Тайлер Рид ранее участвовал в разработке беспилотных автомобилей в компании Ford.

Полученный опыт убедил его в необходимости более надёжных и точных навигационных решений для дальнейшего развития автономного транспорта.

Руководство Xona рассчитывает, что совершенствование спутникового позиционирования поможет приблизить уровень безопасности беспилотных автомобилей к стандартам, характерным для гражданской авиации.

При этом спутниковая навигация остаётся лишь одним из компонентов автономного управления и не может самостоятельно обеспечить безопасное движение без других датчиков и систем контроля.

Проект привлёк более 300 миллионов долларов инвестиций

Разработка собственной спутниковой навигационной группировки требует значительных финансовых ресурсов.

С момента основания Xona Space Systems сумела привлечь от инвесторов более 300 миллионов долларов.

В числе источников финансирования упоминаются и Космические силы США, предоставившие компании около 20 миллионов долларов.

Интерес со стороны государственных структур объясняется не только коммерческими перспективами проекта.

В последние годы устойчивость спутниковой навигации приобретает всё большее значение на фоне распространения технологий радиоэлектронного подавления и подмены навигационных сигналов.

Подобные воздействия способны нарушать работу беспилотных систем, авиационного оборудования и других устройств, критически зависящих от точных координат и времени.

Более мощный навигационный сигнал рассматривается как один из способов повысить устойчивость соответствующей инфраструктуры.

Однако даже такая система не будет полностью защищена от всех разновидностей помех и спуфинга. Для обеспечения надёжности необходимы дополнительные методы проверки подлинности сигналов и независимые источники навигационной информации.

К 2028 году Xona рассчитывает обеспечить постоянное покрытие ключевых регионов

В соответствии с представленными планами, к 2028 году компания намерена обеспечить полноценное спутниковое покрытие нескольких крупнейших технологических рынков.

В их число входят США, европейские страны, Япония и Южная Корея.

Именно в этих регионах сосредоточено большое количество производителей автомобилей, промышленной робототехники, телекоммуникационного оборудования и высокоточных электронных систем.

Постепенное расширение группировки позволит перейти от периодических испытательных сеансов к более стабильному предоставлению навигационных услуг.

В дальнейшем Xona рассчитывает превратить Pulsar в масштабируемую коммерческую платформу, способную обслуживать большое количество клиентов по всему миру.

Тем не менее достижение заявленных сроков будет зависеть от успешности запусков, производства спутников, получения необходимых разрешений и результатов практических испытаний.

Сможет ли Pulsar действительно заменить GPS?

Появление частной спутниковой навигационной системы может стать важным этапом развития глобальной инфраструктуры позиционирования.

Однако называть Pulsar полноценной заменой GPS пока преждевременно.

Американская GPS, европейская Galileo, российская ГЛОНАСС и китайская BeiDou уже располагают действующими группировками, обеспечивающими широкое географическое покрытие.

Xona только приступает к развёртыванию собственной сети, а её наиболее впечатляющие характеристики ещё предстоит подтвердить в условиях массовой эксплуатации.

Кроме того, для многих пользователей стандартная спутниковая навигация уже обеспечивает достаточную точность и доступна без отдельной платы за сигнал.

Поэтому основными клиентами Pulsar, вероятнее всего, станут организации, которым действительно необходимы сантиметровое позиционирование, повышенная устойчивость к помехам и высокоточная синхронизация времени.

Главная особенность проекта заключается не в попытке полностью отказаться от GPS, а в создании нового коммерческого уровня спутниковой навигации, рассчитанного на более сложные технические задачи.

Если Xona удастся реализовать заявленные возможности и развернуть группировку из 258 аппаратов, рынок спутникового позиционирования получит нового крупного участника.

А для беспилотного транспорта, робототехники и промышленной автоматизации появится ещё один инструмент, способный повысить точность и надёжность работы в условиях, где традиционной навигации уже недостаточно.