Galileo

Nazwa: Galileo
Kraj rozwijający system: Unia Europejska oraz Norwegia i Korea Południowa
Aktualna liczba satelitów: 23 (stan na kwiecień 2023 r.)
Docelowa liczba satelitów: 30
Liczba orbit: 3
Inklinacja orbity: 56°
Wysokość orbity: 23 616 km
Okres obiegu Ziemi: 14 godzin 21 min
Ogłoszenie pełnej operacyjności: 2020 r. (częściowa operacyjność w 2016 r.)
Zajmowane częstotliwości: E1 (1559-1591 MHz), E6 (1260-1300 MHz), E5a+E5b (1176,45-1207,14 MHz)

Historia

W latach 90. Europa zaczęła sobie zdawać sprawę z tego, jak ważne są technologie satelitarne. Przyczyniło się to do opracowania założeń polityki kosmicznej dla Europy. Jednym z jej elementów jest system wspomagania satelitarnego EGNOS, a drugim Galileo.

Pierwsza etap budowy Galileo (tzw. faza definicji) rozpoczął się 19 lipca 1999 i zakończył 22 listopada 2000 r. W tym czasie przeanalizowano potrzeby przyszłych użytkowników systemu i określono techniczne, ekonomiczne i programowe aspekty realizacji projektu. Drugi etap (faza rozwoju) rozpoczął się w 2002 roku. Obejmował on szczegółowe zdefiniowanie parametrów technicznych i opracowanie projektu segmentów: naziemnego, kosmicznego i użytkownika. Jego zwieńczeniem było wystrzelenie 28 grudnia 2005 roku GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element), pierwszego testowego satelity Galileo. Aparat skonstruowano w brytyjskich zakładach Surrey Satellite Technology Ltd. Drugi europejski satelita nawigacyjny (GIOVE-B) znalazł się na orbicie trzy lata później – 27 kwietnia 2008 r. Aparat zbudowano w zakładach EADS Astrium.

Start GIOVE-A (fot. ESA)

Trzecia faza zakłada ukończenie budowy systemu i ogłoszenie jego pełnej operacyjności. Początkowo planowano, że uda się to osiągnąć już w 2010 roku. Pierwszym czynnikiem, który opóźnił prace, były spory o sposób finansowania projektu. Część udziałowców chciała, by koszty przedsięwzięcia pokryły instytucje Unii Europejskiej, a inni – by system budowany był w ramach partnerstwa publiczno-prywatnego. Po wielu latach sporów zdecydowano się na pierwszy wariant, co umożliwiło rozpisanie przetargu na budowę 4 satelitów Galileo fazy walidacyjnej (IOV). Wystrzelenie pierwszych dwóch, po wielokrotnym przekładaniu, odbyło się 21 października 2011 roku. Był to równocześnie pierwszy przypadek wystrzelenia satelitów z centrum kosmicznego w Gujanie Francuskiej za pomocą rosyjskiej rakiety nośnej Sojuz.

Pod koniec 2009 roku pojawiły się kolejne problemy z budową systemu. Komisja Europejska zdecydowała, że na razie zamówi tylko 14, a nie – jak wcześniej planowano – 27 satelitów fazy pełnej operacyjności (FOC). Oficjalną przyczyną jest chęć pozostawienia sobie możliwości unowocześnienia i modyfikacji późniejszych satelitów. Nieoficjalnym powodem są jednak kłopoty finansowe – ocenia się, że na dokończenie budowy Galileo w budżetach UE i ESA brakuje nawet 1 mld euro.

Satelita Galileo fazy FOC

Kolejnym problemem trapiącym europejski system nawigacji jest konflikt z chińskim Compassem (znanym także jako Beidou-2). Gdy Chińczycy zrezygnowali ze współpracy przy budowie Galileo i rozpoczęli opracowywanie własnego systemu, okazało się, że chcą do tego celu wykorzystywać częstotliwości bliskie zarezerwowanym na potrzeby europejskiego rozwiązania. Wielomiesięczne dwustronne negocjacje– jak dotąd – nie przynoszą żadnych rezultatów. Jeśli problem ten nie zostanie rozwiązany, użytkownicy usług autoryzowanych obu systemów (w przypadku Galileo – Regulowanego Serwisu Publicznego) będą musieli liczyć się z okresowymi zakłóceniami.

21 października 2011 roku z centrum kosmicznego w Gujanie Francuskiej z powodzeniem wystrzelono dwa pierwsze operacyjne satelity Galileo. Aparaty nazwano Thijn i Natalia na cześć zwycięzców konkursu rysunkowego Komisji Europejskiej dla dzieci (pochodzą oni odpowiednio z Belgii i Bułgarii). Kolejne dwa znalazły się w kosmosie rok później.

Cztery sprawne aparaty pozwalają już na wyznaczenie pozycji, ale są one widoczne na niebie jednocześnie tylko przez kilka godzin. Pierwszy oficjalny fiks Galileo udało się osiągnąć 12 marca 2013 r. Eksperyment przeprowadzono w laboratorium ESTEC w holenderskiej miejscowości Noordwijk. Dokładność tak wyznaczonych współrzędnych wynosiła od 10 do 15 metrów. Biorąc pod uwagę nie w pełni jeszcze rozwiniętą infrastrukturę Galileo, wyniki te były zgodne z oczekiwaniami specjalistów z ESA.

Sukces ten zapoczątkował serię testów walidacji orbitalnej. Oficjalnie zakończono je w lutym 2014 r. Wykazały one, że dokładność wyznaczania pozycji z wykorzystaniem dwóch częstotliwości wyniosła 8 m w poziomie i 9 m w pionie (prawdopodobieństwo: 95%). Choć nie są to jeszcze tak dobre wyniki, jak w innych systemach nawigacji, to należy pamiętać, że osiągnięto je wyłącznie z czterema satelitami o niekorzystnym układzie na niebie. Jeśli zaś chodzi o współdziałający z aparatami Galileo system poszukiwania i ratownictwa, w 77% przypadkach sygnał alarmowy udało się zlokalizować z dokładnością nie gorsza niż 2 km, a w 95% – do 5 km. Wszystkie alerty docierały do odpowiedniego centrum najpóźniej w ciągu 1,5 minuty, choć wymagania postawione przed systemem dopuszczały nawet 10 min.

22 sierpnia 2014 roku wystrzelono pierwsze satelity Galileo bloku pełnej operacyjności (FOC – Full Operational Capability) zbudowane przez niemiecko-brytyjskie konsorcjum firm OHB i SSTL. Wskutek usterki w rakiecie nośnej Sojuz aparaty trafiły jednak na nieprawidłową orbitę – eliptyczną zamiast kołowej. Zamiast na pułapie 23 222 km satelity znalazły się na wysokości od 13 713 km do 25 900 km, do tego inaczej, niż planowano, nachylonej do płaszczyzny równika. Seria manewrów przeprowadzonych najpierw na satelicie nr 5, a później nr 6 sprawiła, że orbity stały się bardziej kołowe. Wskutek braku wystarczającej ilości paliwa przywrócenie zakładanych parametrów było niemożliwe. Obecnie trwają badania, które mają sprawdzić, na ile te zabiegi wpłyną na użyteczność satelitów Galileo.

17 listopada 2016 roku do wystrzelenia satelitów Galileo po raz pierwszy wykorzystano nie – jak dotychczas – rosyjską rakietę Sojuz, ale specjalnie zmodyfikowaną francuską Ariane. Tę drugą wyróżnia możliwość transportu aż czterech aparatów Galileo jednocześnie, co ma znacznie przyspieszyć budowę tego systemu. Kolejny taki start odbył się 12 grudnia 2017 r.

15 grudnia 2016 roku Komisja Europejska ogłosiła inicjalną operacyjność pierwszych usług Galileo:

• Serwisu Otwartego (Open Service, OS) – powszechnie dostępnego, bezpłatnego serwisu zapewniającego dokładny pomiar czasu i pozycji.
• Serwisu Regulowanego Publicznie (Public Regulated Service, PRS) – serwisu bezpłatnego dla członków Unii Europejskiej zapewniającego organom administracji państwowej, władzom odpowiedzialnym za ochronę cywilną oraz bezpieczeństwo narodowe dokładny pomiar czasu i pozycji bazujący na dodatkowych kodowanych sygnałów (odseparowanych od innych) w celu zagwarantowania jakości i ciągłości usług. Usługa umożliwi rozwinięcie w krajach UE aplikacji, które ulepszą instrumenty wykorzystywane przy walce z nielegalnym eksportem i migracją.
• Serwisu Poszukiwania i Ratownictwa (Search and Rescue Service, SAR) – powszechnie dostępnego dla wszystkich zainteresowanych, bezpłatnego serwisu zapewniającego precyzyjną lokalizację i komunikację zwrotną pomiędzy wysyłającym sygnał ratunkowy a operatorem usługi.

Przyszłość: Druga generacja Galileo (Galileo Second Generation – GSG)

W 2021 roku ESA podpisała umowy na budowę satelitów Galileo II generacji. Nowe aparaty mają zrewolucjonizować flotę Galileo. Po pierwsze, będą znacznie większe od starszych aparatów. Po drugie, będą wyposażone we własny napęd elektryczny, co pozwoli wystrzeliwać dwa urządzenia na raz z możliwością ich samodzielnego dotarcia na docelową orbitę. Po trzecie, ich elektronikę podkładową zaprojektowano tak, aby zapewnić możliwość rekonfiguracji satelitów już po wystrzeleniu. Pozwoli to dynamicznie dostosowywać system Galileo do zmieniających się potrzeb użytkowników, udostępniając im nowe sygnały i usługi. Po czwarte, lepsza antena nadawcza zapewni mocniejszy sygnał, bardziej odporny na zakłócanie. Po piąte, aparaty będą mogły nawiązywać między sobą łączność, co pozwoli lepiej monitorować ich stan.

Co te zmiany oznaczają dla użytkowników? Chociażby szybszą inicjalizację pomiaru czy zmniejszone zużycie energii – wyjaśnia ESA. Ma to spore znaczenie w takich zastosowaniach jak chociażby drony czy internet rzeczy (IoT).

Nowa generacja satelitów Galileo pozwoli ponadto rozsyłać do użytkowników kompatybilnych urządzeń powiadomienia o zagrożeniach takich jak choćby tsunami. Co ważne, tego typu wiadomości będą docierać do odbiorników w dowolnym zakątku świata, niezależnie od dostępności usług telekomunikacyjnych.

Opracowanie Jerzy Królikowski, 2010 (aktualizacja: 2023)