Стандартное время Земли
Любая спутниковая навигационная система – будь то американская NAVSTAR, российская ГЛОНАСС или китайская Beidou, имеет военные корни, военное назначение и, в целом, оборонным ведомствам этих стран совершенно все равно, как будут использовать сигналы этих навигационных систем гражданские пользователи. Военные используют навигационные системы для ориентировки на местности, для наведения крылатых ракет на цели, для автоматизированного управления боевыми действиями с участием смешанных группировок.
Тем не менее, гражданские пользователи навигационные системы также активно применяют – и не только для того, чтобы оптимальным образом попасть из точки А в точку Б. Порядка 10% граждан пользуются навигацией и около 90% применяют GPS для синхронизации времени.
В целом, мир живет по GPS-часам, и военные тоже. В материале «Ubiquitous PNT and Sequestration: The World Runs on GPS Time» издания GPS World описана гипотетическая ситуация, когда террорист проносит на военную базу США GPS-джаммер для того, чтобы заглушить сигналы со спутников GPS. Казалось бы, что тут страшного? Сама по себе база ведь никуда не летит и не едет. Но не все так просто. «Все наши радиоприемники, компьютеры, сети синхронизируются по атомным GPS-часам. GPS-джаммер вывел бы нас из игры вплоть до момента активации резервной системы атомного отсчета времени. GPS-джаммер размером с банку Кока-колы имел бы для наших систем связи катастрофические последствия, но резервные атомные часы позволили бы эти последствия преодолеть», - объяснил корреспонденту GPS World один из младших офицеров военной базы.
Возникает простой вопрос – если военные системы связи работают, синхронизируя время по атомным часам, установленным на спутниках американской навигационной системы GPS, то не имеет ли это отношения к гражданским коммуникационным системам?
Имеет, и прямое. Весь наш мир на сегодняшний момент работает, синхронизируя время с атомными часами GPS. Каждый спутник системы GPS на текущий момент имеет четверо атомных часов – по два рубидиевых и по паре цезиевых. Точность времени, которая обеспечивается использованием сигналов GPS, составляет 50 нс.
Синхронизация времени является важной задачей в ИТ. Например, проблемы с часами влияют на протоколы, связанные с криптографией. Так, в Active Directory разница в часах более 5 минут будет приводить к проблемам аутентификации Kerberos. Внутренние часы компьютерных систем синхронизируются по протоколу Network Time Protocol (NTP). Как ясно объяснено в материале «Синхронизация времени NTP» сайта Vasilisc.Com, протокол NTP использует иерархическую систему «часовых уровней» (stratum). Навигационный спутник, например, соответствует уровню stratum 0 (секунда не теряется за 300 000 лет). В компьютерах, которые берут время у stratum 0 (другими словами, снабжены приемниками спутникового времени) – время на уровне stratum 1. Так как всегда есть задержки из-за передачи сигнала, то компьютеры stratum 1 не так точны, как stratum 0, различие достигает пары микросекунд. Следующий уровень компьютеров, берущих время по сети у stratum 1 - это stratum 2 (различие от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд).
А что же ГЛОНАСС? На спутниках российской навигационной системы ГЛОНАСС ведь тоже установлены атомные часы. И соответствующие сигналы также могу использоваться для синхронизации. Тем более что на сигналах времени ГЛОНАСС базируется Единая Государственная шкала времени РФ. Кроме этой шкалы, существуют и другие примеры использования сигналов точного времени системы ГЛОНАСС. Например, с декабря 2013 года участники Санкт-Петербургской точки обмена трафиком MSK-IX могут воспользоваться NTP сервером на технологической площадке «Октябрьской железной дороги». Служба NTP Server MSK-IX относится к высшему (stratum 1) и предназначена для синхронизации внутренних часов компьютеров и сетевого оборудования (серверов, маршрутизаторов) с сервером точного времени и доступна для всех пользователей Интернет. В качестве источника синхронизации используется эталонный сигнал времени со спутниковых систем ГЛОНАСС (приоритетно) и GPS.
Но с атомными часами системы ГЛОНАСС есть проблемы. Как пишут «Известия», причиной того, что запуск второго новейшего навигационного спутника «ГЛОНАСС-К» (первый работает на орбите с 2011 года) все время откладывается, являются проблемы с атомными часами. Причем, как сообщил генеральный директор и генеральный конструктор ИСС имени Решетнева Николай Тестоедов – проблемы есть и с рубидиевыми часами, и с цезиевыми. На ГЛОНАСС-К, так же, как и на спутники GPS, планируется устанавливаться четверо часов – два цезиевых и два рубидиевых.
Проблема в комплектующих. В «Глонасс-М», российских навигационных спутников предыдущего поколения, применялись цезиевые стандарты частоты. Для того, чтобы их получить, нужно было восстановить производство комплектующих. «В частности, в 2006 году в подмосковном Фрязино на предприятии «Исток» было реанимировано производство атомно-лучевых трубок, созданное в советское время (оборудование для производства атомно-лучевых трубок в девяностые было законсервировано и простояло 10 лет). В целом работа дала результат — «Глонасс-М» с этими цезиевыми часами летают и обеспечивают заданную точность измерений. Но в испытаниях «Глонасс-К» они должных параметров не продемонстрировали, отмечалась быстрая деградация», - сообщает газета «Известия». Российские компании, работающие с атомными измерителями времени, заявляют, что если начать работать прямо сейчас, проблему с часами «ГЛОНАСС-К» можно решить года через три. Эксперты дружно высказывают мнение, что отставание в этой области у России стремительно нарастает.
Интересно, что у развертываемой в настоящее время европейской системы Galileo (работа над этой системой ведется медленно и трудно) на спутниках устанавливаются водородные (в качестве основных) и рубидиевые (резервные) атомные часы (напомним, водородные часы – самые точные, за ними идут цезиевые и рубидиевые). Производителем атомных часов для Galileo – как рубидиевых, так и водородных, является компания Spectratime – это дочернее предприятие швейцарского концерна Orolia, расположенное в техасском городе Остин.
К слову, в ходе работы над китайской системой Beidou инженеры из КНР не разрабатывали собственные атомные часы, а купили их за рубежом. Но для России такой вариант неприемлем – закупка иностранных атомных часов для ГЛОНАСС нанесет такой сокрушительный удар производству атомно-лучевых трубок в нашей стране, от которых эта отрасль промышленности сможет уже не оправиться.
Опубликовано 27.01.2014