První dvě družice Galileo

V pátek 21. října 2011 byly vyneseny první dvě družice navigačního systému Galileo.

Start měl původně proběhnout ve čtvrtek, ale byl o 24 hodin odložen kvůli vadnému ventilu palivového systému. V pátek všechny stupně nosné rakety fungovaly bezchybně a její poslední stupeň, označovaný jako Fregat-MT, vypustil oba satelity na cílovou dráhu ve výšce 23 222 km 3 hodiny a 49 minut po startu. Vynesené družice jsou první dvě opravdu provozní družice z celkem třiceti plánovaných, které by měly tvořit kompletní navigační systém Galileo v roce 2019.

Předchůdkyněmi těchto družic byly pokusné technologické družice GIOVE (zkratka z anglického Galileo In-Orbit Validation Element). Družice GIOVE-A byla vypuštěna už v roce 2005 a GIOVE-B ji následovala v roce 2008. Družice GIOVE-B kromě jiných experimentů také monitorovala úroveň kosmické radiace na operační dráze budoucích družic systému Galileo a měla na palubě nejpřesnější hodiny, jaké byly do té doby vynesené na oběžnou dráhu, dosahující přesnosti 1 nanosekunda za den.

Všechny družice pro budoucí systém Galileo vynesly ruské rakety Sojuz, experimentální GIOVE z ruského kosmodromu Bajkonur, ale s prvními dvěma provozními družicemi raketa Sojuz odstartovala poprvé z evropského kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně (stát severně od Brazílie na jihoamerickém pobřeží Atlantského oceánu). Ruská raketa sem byla dopravena rozložená na díly po dvoutýdenní plavbě lodí. Hlavním důvodem bylo to, že evropský kosmodrom se nachází blízko rovníku a díky lepšímu využití rotace Země je raketa startující z tohoto místa schopna vynést téměř dvakrát těžší náklad, než pokud by startovala z ruských kosmodromů Bajkonur nebo Pleseck.

Obr. Nosná raketa Sojuz ST-B/Fregat-MT na rampě evropského kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně se připravuje ke startu s první dvojicí provozních družic navigačního systému Galileo. Zdroj: ESA

Sojuz ST-B je třístupňový modernizovaný nosič s přidaným posledním stupněm označovaným jako Fregat-MT, který provádí finální vypouštění družic na cílovou orbitální dráhu, ale raketa jako celek stále konstrukčně vychází a vzhledem stále připomíná své téměř už padesát let staré předchůdkyně, které létají už od roku 1966 i ještě starší rakety Vostok. Ale dlouhodobé zkušenosti, vysoký počet startů a průběžné modernizace nakonec přinesly této raketě pověst nejspolehlivějšího a nejpoužívanějšího nosiče. Evropská kosmická agentura ESA proto usoudila, že pokud jsou tyto nosiče Sojuz k dispozici a splňují všechny požadavky, není důvod, proč ho nepoužít. S nosiči Sojuz se v ESA počítá nadále pro středně těžké náklady. Pro ty těžší se bude používat francouzská raketa Ariane 5 a pro vynášení malých družic by se měl používat nosič Vega, jehož první start je naplánován na rok 2012.

Dvě další družice systému Galileo mají být vyneseny v roce 2012 a 14 dalších během následujících dvou let, aby v roce 2015 mohl být systém Galileo zprovozněn v základní konfiguraci, kdy ho má tvořit 18 satelitů. Kompletní systém má v roce 2019 až 2020 tvořit 30 družic (z toho tři záložní) ve třech rovinách na kruhovách drahách ve výšce zhruba 23.5 tisíce kilometrů, každá z rovin dráhy bude svírat s rovinou rovníku úhel 56°, což umožní využívat navigační systém bez potíží až do míst ležících na 75° zeměpisné šířky.

Obr. Typická provozní družice navigačního systému Galileo bude mít hmotnost 675 kg, rozměry 2.7m krát 1.2m krát 1.1m, bude vybavena slunečními panely o rozpětí 18.7 metru a měla by vydržet fungovat zhruba 12 let. Zdroj: ESA/J.Huart

Princip fungování systému Galileo bude obdobný jako u GPS, družice vysílají synchronizovaný signál a z rozdílu časů, za který signál dorazí od několika družic k přijímači lze spočítat polohu

Navigační systém Galileo bude poskytovat 5 různých úrovní služeb:
Základní službu OS (zkratka z anglického Open Service), přístupnou zdarma všem uživatelům, použitelný pro automobilovou nebo turistickou navigaci. Přesnost by měla být při použití dvou pásem signalů 4m polohově a 8m vertikálně. Bylo dosaženo dohody o kompatibilitě s americkým navigačním systémem GPS, takže budoucí přijímače budou schopné využívat oba systémy najednou.
Komerční službu CS (zkratka z anglického Commercial Service), s vyšší přesností, než základní úroveň. Tato úroveň bude použitelna pro jednodušší geodetické práce, jako je zaměřování pozemků nebo v mýtných systémech. Tato služba bude šifrovaná a pro uživatele zpoplatněná.
Veřejně Regulovanou službu PRS (zkratka z anglického Public Regulated Service), která bude šifrovaná, s kontrolovaným přístupem a bude hlavně pro armádní a bezpečnostní složky států.
Kritickou službu z hlediska bezpečnosti SoL (zkratka z anglického Safety of Life), s plánovaným využitím například v leteckém provozu, která bude opět šifrovaná, s důrazem na bezpečnost, důvěryhodnost a spolehlivou znalost momentální přesnosti poskytovaných údajů
Vyhledávací a záchranou službu SAR (zkratka z anglického Search And Rescue service), kde bude aktivní signál umožňovat (na rozdíl od GPS) předávání zpráv, takže po vyslání nouzového signálu bude možné potvrdit odesílateli jeho přijetí a ujistit ho, že je pomoc na cestě.

Hlavními výhodami sytému Galileo oproti americkému GPS jsou:
Vyšší přesnost. I přesnost GPS by mohla být vyšší, ale je z bezpečnostích důvodů snižována.
Vysoký sklon dráhy družic vůči rovníku umožní lepší pokrytí polárních oblastí.
Lepší pokrytí vyšším počtem plánovaných družic spolu se sklonem dráhy zajistí vyšší pravděpodobnost dobrého signálu i ve městech, kde se jinak ztrácí signál z družic blízko obzoru kvůli stínění budovami.
Nové možnosti, jako je aktivní předávání zpráv ve vyhledávací a záchranné službě SAR.
Nezávislost evropského systému na vládách mimoevropských zemí, které mají pod kontrolou své navigační systémy.

Za jednu z nevýhod systému Galileo bývá považována vysoká cena, která se vyšplhala na 3.4 miliardy EUR z rozpočtu Evropské Unie a pravděpodobně bude dále stoupat. Protože si ale za tuto cenu Evropa vytvoří další pracovní místa pro vlastní občany, získá nové zkušenosti a znalosti a většina těchto financí bude investována v Evropě, měla by se taková investice vyplatit.

Nevýhodami systému Galileo by se ale mohly stát paradoxně i jeho hlavní přednosti, kterými budou vysoká přesnost a všeobecná dostupnost. I americký systém GPS byl a je schopen poskytovat údaje s vyšší přesností, které jsou ale vyhrazené jen pro americké ozbrojené síly s přijímači vybavenými dekódovacím klíčem a přijímačem dvou různých frekvenci L1 (1575.42MHz) a L2 (1227.62 MHz) . Ostatní neautorizovaní uživatelé mají k dispozici C/A kód na frekvencích L1 a do tohoto kódu byla původně úmyslně vnášena chyba. Toto opatření se nazývalo „selektivní dostupnost“ (anglicky Selective Availability) a způsobovalo polohovou chybu okolo 50 metrů polohově a 100 metrů výškově. Teprve až když USA vyvinuly způsob, jak civilní signál GPS rušit lokálně, byla selektivní dostupnost v květnu 2000 zrušena a přesnost se tak zvýšila na zhruba 10 metrů. V roce 2005 pak začala první nová modernizovaná družice vysílat i druhý signál pro civilní použití označovaný jako L2C, čímž dochází k dalšímu zpřesňování a omezování chyb z lokálních interferencí. Stále ale platí, že běžně dostupné příjímače GPS mají omezení funkce pouze do výšky 18 kilometrů a rychlosti 515 m/s (což je 1854 km/h). Důvodem tohoto omezení je znemožnit použití těchto přijímačů k navigaci balistických raket. Na přijímače GPS, které by toto omezení neměly, se hledí jako na vojenský materiál a jejich případný nedovolený vývoz do zahraničí by byl stíhán a trestán stejně jako pašování zbraní a munice. Hlavně ale nyní v případě vojenského konfliktu spoléhají USA na možnost lokálního rušení civilního signálu GPS v rámci bojiště, kdy jejich vojáci budou využívat šifrovaný vojenský signál a nepřitel zůstane bez navigace. Proto vyvolala politickou rozepři mezi USA a Evropou v počátcích plánování evropského systému Galileo možnost, že pokud by Galileo používal podobné frekvence jako vojenský signál GPS, nemohly by ho americké ozbrojené síly začít rušit bez ztráty vlastního navigačního signálu. Po vzájemné dohodě o změně frekvencí pro Galileo začaly USA pohlížet na evropský projekt příznivěji a dohodly se na kompatibilitě civilních přijímačů obou systémů. V případě vojenského konfliktu budou mít USA nadále možnost v rámci bojiště znehodnotit signál jak civilního GPS tak systému Galileo a zabránit tak jeho zneužití nepřátelskou třetí stranou. Pokud by ale někdy v budoucnu u systému Galileo kvůli jeho vyšší přesnosti začalo i jen teoreticky hrozit nebezpečí zneužití k teroristickým činům, mohla by být Evropa nucena snížit jeho přesnost na stejnou úroveň jako GPS a tím by systém přišel o svou hlavní výhodu.

Možným významným konkurentem navigačních systémů GPS a Galileo je ruský Glonass, který už má na oběžné dráze 20 funkčních satelitů a v listopadu plánuje vypustit z Bajkonuru další čtyři, čímž by dosáhl kompletního počtu 24 funkčních družic, i když zatím bez plánovaných 2 až 3 družic záložních. Své vlastní menší družicové navigační systémy mají v různém stavu i další země (např. plánovaný čínský systém Compass), ale v budoucnu se pravděpodobně (alespoň co se civilní části týká) budou všechny navigační systémy spíše propojovat a doplňovat, než navzájem soupeřit. Nejaktuálnější ukázkou je, že si Apple vybral ruský systém Glonass, aby běžel na jeho iPhonu 4S souběžně s americkým GPS.

Technické podrobnosti o obou nových družicích systému Galileo (pojmenovaných Thijs a Natalia) lze nalézt v českém jazyce zde a zde .