Galileo (positsioneerimissüsteem)

Galileo on alatest 2016. aastast toimiv ülemaailmse satelliitnavigatsiooni teenus, mis vahendab GNSS (Global  Navigation Satellite Systems) informatsiooni. Galileo on loodud Euroopa Liidu poolt Euroopa Kosmoseagentuuri vahendusel ja seda haldab Euroopa GNSSi Agentuur. Galileo peakontor asub Tšehhi pealinnas Prahas ning kaks peamist juhtimiskeskust Oberpfaffenhofenis Saksamaal ning Fucinos Itaalias. Projekti maksumuseks on praeguseks kujunenud 10 miljardi eurot. Galileo üheks eesmärgiks on pakkuda Euroopa riikidele Venemaa GLONASSist, Hiina BeiDoust ning Ameerika Ühendriikide GPSist eraldi toimivat suure täpsusega ülemaailmset navigatsioonisüsteemi.

Galileo töötab avaliku teenusena (Open Service) ning teenus on erilise garantiita. Süsteemi kuulub 26 satelliiti. Galileo projekt on nimetatud Itaalia astronoomi Galileo Galilei auks. Kasutada võib ka pikka nimetust "Galileo positsioneerimissüsteem", kuid et mitte tekitada segadust GPSi ja Galileo pika nime lühendi vahel, soovitatakse eelistada lühikest nimevarianti "Galileo".

Teenusest saavad kasu otsingu- ja päästetöötajaid, lisades MEOSAR-i (ingl k Medium Earth Orbit Search and Rescue) süsteemile tagasiside võimaluse.  Galileo satelliidid on varustatud transponderitega, mis vahendavad hädasignaale hädasolijate ja päästekeskuste vahel. Võimalus hädasolijale vastust saata on suur uuendus olemasolevale COSPAS-SARSAT (ingl k COSPAR Satellite – Search and Rescue Satellite) programmile, mis seni tagasisidet ei saada.Testide tulemusena suudeti 77% hädasignaalidest täpsustada 2 kilomeetri raadiusse, 95% hädasignaalidest 5 kilomeetri raadiusse. Kõik hädasignaalid suudeti edastada päästekeskusele 90 sekundi jooksul, mis ületas süsteemile esitatud miinimumnõude 10 minutit.

Kosmosesegment

GIOVE
Esialgse nimega GSTB (ingl k Galileo System Testbed), hiljem ümber nimetatud GIOVE (ingl k Galileo In-Orbit Validation Element) olid Euroopa Kosmoseagentuuri tellitud esimesed kaks satelliiti Galileo positsioneerimissüsteemi algseteks testideks.

GIOVE-A ehitati Suurbritannia firma Surrey Satellite Techology Ltd (SSTL) poolt. GIOVE-A eesmärkideks oli kindlustada Galileo süsteemi sidesagedused, testida kasutatavate rubiidiumkellade tööd, koguda andmeid valitud keskmise orbiidi keskkonna iseloomujoonte kohta, et hilisemad satelliidid oleksid vastavale keskkonnale vastupidavad ja saata signaale kasutades paralleelselt kahte kanalit.GIOVE-A start toimus 28. detsembril 2005. Satelliidi orbiit oli 23 222 kilomeetri kõrgusel maapinnast. Esimesed edukad signaalid GIOVE-A satelliidilt võeti vastu 12. jaanuaril 2006. Juunis 2012 viidi satelliit 100 kilomeetrit kõrgemale orbiidile, et teha ruumi hilisematele satelliitidele. GIOVE-A juhtimise õigus on tootja SSTL käes. SSTL kasutab satelliiti, et koguda andmeid keskmiste orbiitide radiatsiooni kohta.

GIOVE-B oli teine kahest Euroopa Kosmoseagentuuri tellitud Galileo testsatelliidist. Satelliidi ehitas Galileo Industries, mis koosnes mitmest alamfirmast. Satelliidi ehitus läks maksma 72 miljonit eurot. 
GIOVE-B eesmärkideks oli saata navigatsioonisignaale, et kinnitada sagedused Galileo süsteemi tarbeks, koguda andmeid keskmiste orbiitide keskkonna kohta, testida kellade töötamist ja teha eksperimente signaalide saatmisega kosmoses. GIOVE-B peal oli kolm aatomkella, kaks rubiidiumkella ja esimene kosmoses töötav passiivne vesinikumaser.Satelliidi start toimus 27. aprillil 2008. Esimesed signaalid saadi kätte 7. mail samal aastal.
GIOVE-B lõpetas oma töö 23. juulil 2012 ja hakkas seejärel tõusma kõrgemale orbiidile kuhu saadetakse oma töö lõpetanud satelliidid, et nad ei ohustaks teisi, töös olevaid satelliite.

IOV satelliidid
Järgmised 4 satelliiti mis startisid Galileo programmi raames olid IOV (ingl k In-Orbit Validation) satelliidid. Esimesed kaks neist startisid 21. oktoobril 2011 ja teised kaks 12. oktoobril 2012.
Võrreldes GIOVE satelliitidega on IOV satelliidid sarnasemad lõplike FOC satelliitidega. IOV satelliitidele oli lisatud COSPAS-SARSAT programmi toetavad transiivrid. IOV satelliitide eesmärk oli sooritada navigatsiooniteste Euroopa oma navigatsioonisatelliitidega. Testimise jaoks kasutati nelja satelliiti, sest see on vähim satelliitide arv, et oleks võimalik sooritada asukoha määramist kolmes dimensioonis.Esimene edukas asukoha määramine Euroopa satelliitide abil toimus 2013. aasta 12. märtsi hommikul Noordwijkis Hollandis. Asukoha määramise täpsus jäi vahemikku 10–15 meetrit, mis oli eeldatav, võttes arvesse orbiitidel asuvate satelliitide arvu.

FOC satelliidid
7. jaanuaril 2010 avaldati, et esimesed 14 Galileo FOC (ingl k Full Operational Capability) satelliiti ehitavad koostöös OHB System, Saksamaa ja SSTL. Lepingu kogumaksumuseks oli 566 miljonit eurot. Satelliitide startide eest vastutab Prantsuse firma Arianespace. Startide lepingu kogumaksumus on 392 miljonit eurot.

2012. aasta veebruaris võitis OHB System konkursi ehitada järgmised 8 FOC satelliiti. Lepingu kogumaksumuseks oli seekord 250 miljonit eurot. OHB võitis konkursi EADS Astriumi ees pakkudes soodsamaid lepingutingimusi.

Esimesed 10 FOC satelliiti saadeti paarikaupa kosmosesse kasutades Venemaal ehitatud Sojuz rakette. Alates 11. FOC satelliidist kasutatakse stardiks Ariane 5ES rakette, mis suudavad kosmosesse saata 4 satelliiti korraga.

Esimesed kaks FOC satelliiti startisid Kouroust, Prantsuse Guajaanast 22. augustil 2014, 24 tundi pärast algset planeeritud stardiaega, sest halbade ilmaolude tõttu ei olnud start võimalik.
23. augustil teatati, et need satelliidid ei jõudnud oma planeeritud orbiidile. Esimeste analüüside põhjal oli probleemiks Fregat kandja põtkurite kütuseliinide jäätumine. Seetõttu ei olnud võimalik seda juhtida korrektsele orbiidile pärast kanderaketi küljest eemaldumist. Hiljem suudeti satelliidid ümber juhtida sellisele orbiidile, et neid saaks ikkagi kasutada.

15. detsembrist 2016 on Galileo navigatsioonisüsteemi algsed teenused valmis avalikuks kasutamiseks. Esimesed 18 satelliiti on kosmoses, neist viimased neli on testimisel ja on eeldatud liituma süsteemiga 2017. aasta kevadel. Galileo pakub kolme algset teenust, milleks on avalik teenus, riiklikult reguleeritud teenus ja toetavad COSPAS-SARSAT süsteemi.

Peamised tunnusjooned

Satelliidi stardimass on 732,8 kg. Kere mõõtmed on 2,5 × 1,2 × 1,1 meetrit, sellele lisaks on päikesepaneelide ulatus 14,67 meetrit. Stardi ajal kokku pakituna on satelliidi mõõtmed 2,91 × 1,7 × 1,4 m. 30 satelliiti on jaotatud kolme orbiidi vahel, et need oleks nähtavad võimalikult paljudest kohtadest. Orbiitide kõrgus maast on 23 222 meetrit ja inklinatsioon on 56 kraadi. Igal orbiidil on 8 töötavat satelliiti ja 2 tagavara satelliiti.Satelliitide elueaks on planeeritud 12 aastat.Päikesepaneelide toodetud maksimaalne võimsus on 1,9 kW.

Satelliidi osad

L-riba antenn saadab navigatsioonisignaale sagedusalas 1200–1600 MHz.

SAR antenn võtab vastu hädasignaale Maa pealt ja saadab need maajaamale, et neid saaks edastada päästetöötajatele.

Kaks S-riba antenni on osa käsu- ja andmehalduse alamsüsteemist. Nad saadavad maajaamale andmeid satelliidi olukorra ja seadmete töötamise kohta. Vastu võtavad andmeid, et juhtida satelliiti ja selle süsteeme. Lisaks suudavad S-riba antennid saata, vastu võtta ja töödelda signaale mille abil saab mõõta satelliidi kõrgust mõne meetri täpsusega.

Nii infrapuna- kui ka päikeseandurid aitavad hoida satelliiti suunatuna Maa poole. Infrapunasensorid teevad vahet külma kosmose ja sooja Maa atmosfääri vahel. Päikeseandurid mõõdavad, kus suunas asub päike satelliidi suhtes.

Laseri helkuri abil on võimalik mõõta satelliidi kõrgust mõne sentimeetri täpsusega, saates maajaamast laserkiire satelliidi peeglisse mis peegeldab selle maa peal olevasse andurisse tagasi. Helkur on ta sellepärast, et ta peegeldaks laseri kiire tagasi sinna kus kohast ta on saadetud. Helkuriga satelliidi kõrguse mõõtmist kasutatakse umbes üks kord aastas, sest S-riba antenniga mõõdetud kõrgus on suuremal osal kordadest piisava täpsusega.

Kosmoseradiaatorid kiirgavad satelliidi toodetud soojust kosmosesse, et hoida satelliidi alamsüsteeme sobivatel temperatuuridel.

Passiivne vesiniku maser kell on peamine kell satelliidi peal. See on aatomkell, mis kasutab vesiniku aatomi siseseid reaktsioone, et mõõta aega veaga 0,45 ns 12 tunni jooksul.

Rubiidiumkella kasutatakse juhul kui maser kellaga midagi juhtub. Rubiidiumkella viga on 1,8 ns 12 tunni jooksul.

Igal Galileo satelliidil on kumbagi kella kaks tükki. Igal ajal töötab ainult üks maser ja rubiidiumkell. Maser kella vea korral võtab rubiidiumkell töö üle ja tekitab sagedust navigatsioonisignaali jaoks. Maser kella vea korral hakkab teine kellade paar tööle ja selle paari maser kell võtab paari päeva pärast sageduse genereerimise töö üle. Algne maser kell läheb aga ooteolekusse. Sel viisil on satelliidil garanteeritud navigatsioonisignaali genereerimine mistahes ajal.

Kellade jälgimise ja juhtimise alamsüsteem on liides nelja kella ja navigatsioonisignaali genereerimise süsteemi (NSU) vahel. See saadab signaali aktiivselt kellalt NSUle ja lisaks veendub, et peamine ja tagavarakell oleks faasis, et tagavarakell saaks peamise kella töö kohe üle võtta.

SADM (ingl k Solar Array Drive Mechanism) on mehhanism, mis ühendab päikesepaneelid satelliidi kerega ja pöörab neid aeglaselt, et päiksepaneeli pind oleks alati risti Päikese kiirtega.

Güroskoobid mõõdavad satelliidi pööramist.

Hoorattad juhivad satelliidi pöörlemist või hoiavad satelliiti paigal väliste mõjutuste korral pööreldes vajaliku kiiruse ja suunaga.

Magnetmähised muudavad pöörlemise kiirust pöördemomendi tugevust ja suunda muutes.

Elektritoite alamsüsteem kogub päikesepaneelidelt elektrienergiat, salvestab selle ja jagab seda teiste alamsüsteemida vahel vastavalt nende vajadusele.

Teenused

Avalik teenus
Galileo pakub positsioneerimise, liikumiskiiruse ja täpse kellaaja informatsiooni avaliku teenusena, mis on kasutajale tasuta. Teenus sobib kasutamiseks näiteks autonavigatsioonis ja mobiiltelefonides. Aja informatsioon on sünkroonitud UTC maailmaajaga. Kellaaja informatsiooni saab kasutada näiteks võrgu sünkroonimiseks või teaduslikeks rakendusteks.Avalikku teenust võivad kasutada kõik, kellel on olemas vastav vastuvõtja, ilma mingite lubadeta. Kuigi võimalus on kasutada kuni kolme signaali sagedust, siis madalamat täpsust nõudvate rakenduste jaoks piisab odavatest, ühe kanaliga vastuvõtjatest. Suurema täpsuse ja stabiilsuse tagamiseks tuleks kasutada Galileo signaale koos GPSi ja GLONASSi signaalidega.Avalik teenus ei paku kasutajale informatsiooni andmete terviklikkuse kohta, seega signaali kvaliteedi kontroll jääb täielikult kasutaja teha.

Terviklikkuse jälgimise teenus
Terviklikkuse jälgimise teenus (ingl k Safety-Of-Life Service) toetab avalikku teenust. Terviklikkuse jälgimise teenus võimaldab kasutajal saata infot andmete ja signaalide terviklikkuse kohta, peamiselt annab terviklikkuse jälgimise teenus teada kui signaalis on mingeid vigu sees, ning kas signaal on autentne, Galileo saadetud signaal.Teenus on peamiselt nendele, kellele on tähtis, et andmed jõuaksid kindlalt ja täpselt kohale. Kasutamiseks näiteks merenduses, lennunduses ja rongide töös.

Kaubanduslik teenus
Kaubanduslik teenus (ingl k Commercial Service) on suunatud rakendustele, millel on vaja suuremat täpsust võrreldes avaliku teenuse rakendustega. Kaubanduslik teenus on tasuline. Võrreldes avaliku teenusega, lisandub avaliku teenuse signaalidele kaks krüpteeritud signaali. Kaubandusliku teenuse kasutamist juhib teenusepakkuja.

Riiklikult reguleeritud teenus
Riiklikult reguleeritud teenus (ingl k Public Regulated Service) pakub teenust kõrgema turvatasemega. Signaali saatmisel kasutatakse erinevaid häirete vähendamise tehnoloogiaid.Riiklikult reguleeritud teenust kasutavad näiteks politsei, piirivalve, sõjavägi ja toll. Peamine teenuse eelis on signaali robustsus.

Koostöö COSPAS-SARSAT päästeprogrammiga
Galileo toetab otsingu- ja päästetöötajaid läbi COSPAS-SARSAT-programmi, lisades kosmosesse hädasignaalide vastuvõtjaid. Galileo satelliidid suudavad vastu võtta hädasignaale laevadelt, lennukitelt või inimestelt ning saata need riiklikule päästekeskusele. Selle abil saavad päästekeskused teada abivajaja täpse asukoha. Galileo satelliitide süsteemi valmimisel on vähemalt üks satelliit nähtaval mistahes kohalt Maal, seega on võimalik hädasignaalide saatmine peaaegu reaalajas. Galileo lisab COSPAS-SARSAT programmile võimaluse anda hädasignaali saatjale tagasi teade, et nende probleemiga on tegelema hakatud.

Satelliitide nimekiri

Galileo satelliitidele on pandud nimed Euroopa laste järgi, kes võitsid Euroopa Komisjoni korraldatud regionaalsetel joonistusvõistlustel. Võistlus kestis 1. septembrist kuni 15. novembrini 2011. Osaleda said lapsed, kes on sündinud aastatel 2000, 2001 ja 2002. Joonistusvõistluse teemaks oli kosmos ja aeronautika. Igas osalenud riigis valis žürii ühe võitja, kelle järgi nimetati üks Galileo satelliitidest.

Vaata ka
Rahvusvaheline geodeetiliste koordinaatide süsteem
Echelon
GLONASS
Ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem

Viited

Välislingid 

 ESA Galileo (ESA – European Space Agency)
 European GNSS Supervisory Authority (GSA) (GNSS – global navigation satellite system)
 ESA – Galileo IOV Launch (IOV – Galileo In-Orbit Validation)
 "Algas Euroopa satelliitnavigatsiooni võistlus" teadus.err.ee, 4. aprill 2011
 "Joonistusvõistluse võitja saab omanimelise satelliidi" uudised.err.ee, 1. september 2011

 15. detsember 2016, ESA: Galileo begins serving the globe, esa.int, "The start of Galileo Initial Services, the first step towards full operational capability"

Satelliitnavigatsioon
Euroopa Kosmoseagentuur