ELT




ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПОИСКА И СПАСАНИЯ



 
 

img ILT

ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПОИСКА И СПАСАНИЯ

ИСТОРИЯ ВОПРОСА
КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА КОСПАС-САРСАТ
НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ПОИСКА И СПАСАНИЯ (НССПС)
ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ СПУТНИКОВАЯСИСТЕМА ПОИСКА И СПАСАНИЯ (ГССПС)
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОИСКА И СПАСАНИЯ:

 
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
10S

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

С сентября 1982 года по всему миру спасено более 22 400 человек в ходе 6 200 поисково-спасательных операций…
Многочисленные исследования аварий показали, что если на море и на суше помощь терпящим бедствие приходит только через двое суток, то шансы выжить у потерпевших бедствие менее 10%, а если помощь приходит не позднее, чем через 8 часов, то эти шансы превышают 50%. Быстрое определение координат места бедствия не только во много раз сокращает расходы на поисковые работы, но и снижает риск аварий для экипажей самих поисковых судов и самолетов.
Для России, располагающей обширными малонаселенными территориями суши и большими площадями акваторий морей Мирового океана, создание эффективной системы поиска и спасания имеет большое социальное и хозяйственное значение.
Система КОСПАС в официальных документах получила название «Надежда», ее модернизированный вариант — «Надежда-М». Аббревиатура КОСПАС наиболее широко используется в международной практике, как обозначение российской части международной космической системы КОСПАС-SARSAT (идентичная запись: КОСПАС-САРСАТ, COSPAS-SARSAT).
Система КОСПАС создавалась как самостоятельная система одновременно с аналогичной по задачам американо-канадо-французской системой SARSAT (Search And Rescue Satellite-Aided Tracking).
Но в то же время обе системы разрабатывались как взаимодействующие по единым согласованным требованиям, что позволило обеспечить их полную техническую совместимость и, в конечном счете, создать единую глобальную международную систему. Требования не предусматривали обслуживания системой всех видов транспорта и работы во всех встречающихся на практике аварийных ситуациях, но только в наиболее типичных случаях, что делало систему практически реализуемой в сравнительно короткие сроки и при приемлемых затратах. Такой рациональный подход оправдал себя и не исключил возможности расширения в перспективе сферы действия системы.
Работы начались на основании Межправительственного соглашения между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, подписанного в Москве 24 мая 1977 г. Затем к этому соглашению присоединились Франция и Канада. В СССР работы были продолжены в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР №33-15 от 12.01.1978 г.
Летные испытания системы КОСПАС начались 30 июня 1982 г. с запуска отечественного ИСЗ КОСПАС-1 (КОСМОС-1383). В процессе летных испытаний 10 сентября 1982 г. КА КОСПАС-1 ретранслировал аварийный сигнал от потерпевшего аварию канадского самолета, его экипаж из трех человек был спасен.
В 1984 г. система КОСПАС была принята в опытную эксплуатацию в составе трех ИСЗ — КОСПАС-1, КОСПАС-2, КОСПАС-3 (КОСМОС-1383, КОСМОС-1447, КОСМОС-1574), трех наземных станций приема и обработки информации в Москве, Архангельске, Владивостоке и одного Центра системы в Москве.
В Ленинграде 05.10.1984 г. был подписан и 08.06.1985 г. вступил в силу Меморандум о взаимопонимании между Министерством морского флота СССР, Национальным управлением по океанам и атмосфере США, Министерством национальной обороны Канады и Национальным центром Франции по исследованиям космоса относительно дальнейшего сотрудничества в спутниковой системе поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. В 1987 г. система КОСПАС решением ЦК КПСС и СМ СССР №1414-350 от 08.12.1987 г. принята в штатную эксплуатацию.
С прекращением 1 февраля 2009 г. обработки сигналов 121,5 МГц завершилась 27-летняя эра спутникового аварийного оповещения на частоте 121,5 МГц.
Вначале, благодаря Канаде, спутниковая ретрансляция с последующей обработкой сигналов на земле была успешной. В результате данных экспериментов и родилась Система Коспас-Сарсат.
Характеристики сигнала 121,5 МГц были в действительности не очень хороши, т.к. не было намерения их использовать с точки зрения обработки и спутниковой технологии.
Детектировать в окружающем шуме слабый непрерывный аналоговый сигнал 121,5 МГц, который ретранслируется спутником, анализируется во времени его частотная полоса и автоматически распознаются возможные Доплеровские кривые для локализации передатчика — это был реальный вызов.
Источник сигнала, АРМ 121,5 МГц, был разработан для детектирования его с низколетящих самолетов.
Сам сигнал был далек от идеального для предложенной обработки через спутник.
Функционирование спутниковой части системы осуществляется на частоте 406,025 МГц, взаимодействие с поисковыми самолетами на частоте 121,5 МГц.
Оба передатчика устанавливаются на автоматический радиобуй АРБ-406, и по сигналу на частоте 406 МГц спутник системы с помощью эффекта Доплера может самостоятельно определить координаты объекта.
До появления системы и в первые годы ее функционирования в качестве аварийных передатчиков использовались маломощные на частоте 121,5 МГц для поиска с самолетов.
Однако Система не могла преодолеть основные ограничения аналогового сигнала 121,5 МГц.
Логическое развитие Системы — это цифровая система 406 МГц, которая продемонстрировала превосходные характеристики.
Более высокая стоимость радиобуев 406 МГц была платой за очевидные улучшения.
Тем не менее, АРМ 406 МГц на сегодняшнем рынке имеет мало что общего с АРМ 1970-х.
Кожух, G-switch (датчик перегрузки) и установка радиобуя на борту летательного аппарата основательно специфицированы и протестированы для обеспечения гарантии надежности.
Современные цифровые радиобуи 406 МГц дают много преимуществ перед старыми аналоговыми радиобуями 121,5 МГц.
Они передают более сильный сигнал, их легче контролировать и проще отслеживать.
Аварийные сигналы 406 МГц могут быть очень точно локализованы в течение нескольких минут. Каждый радиобуй 406 МГц имеет уникальный идентификатор, закодированный в его сигнале.
Если радиобуй зарегистрирован, то спасательные службы могут быстро подтвердить реальность бедствия, кого искать и где.
Это значит, что поиск может быть начат даже до того момента, как окончательно будет определено точное местоположение бедствия.
Точность определения местоположения радибуя 406 МГц соответствует радиусу менее 5 км, что снижает поисково-спасательным службам время на поиск.
Более того, технология 406 МГц имеет существенный потенциал для улучшения при будущем использовании системы СССПС.
В настоящее время в работе участвует более 40 стран. Усложнилась структура системы: кроме низкоорбитальных КА ретрансляторы сигналов аварийных радиобуев были установлены на геостационарных и среднеорбитальных космических аппаратах. Время задержки в приеме сигналов от аварийных радиобуев снижено до 5 мин, а точность самоопределения координат составляет 3,6 км в глобальном масштабе.

img table
 
 
 
 
 
 
 
 

КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА КОСПАС-САРСАТ

11S
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Система Коспас-Сарсат предоставляет информацию о бедствии и его местоположении службам поиска и спасания (ПС) во всем мире для морских, авиационных и сухопутных пользователей.
Система состоит из:
— спутников на низкой орбите (НССПС) и
— геостационарной орбите (ГССПС), которые обрабатывают и / или ретранслируют сигналы, полученные от аварийных радиобуев;
— наземных приёмных станций, называемых Станциями приёма и обработки информации (СПОИ), которые обрабатывают сигналы от спутников с целью определения местоположения радиобуя; и
— Координационных центров Системы (КЦС), которые предоставляют аварийную информацию службам поиска и спасания.
Система Коспас-Сарсат детектирует радиобуи на частоте 406 МГц.
Спутниковая обработка устаревших аналоговых сигналов 121,5 МГц прекращена 1 февраля 2009 г.
Аварийные данные Коспас-Сарсат о бедствии и его местоположении передаются в национальные службы поиска и спасания по всему миру на недискриминационной основе, независимо от участия стран в управлении Программой.
По состоянию на август 2013 г. СистемаКоспас-Сарсат включала в себя:

1S

 
 
 
 
 
 
 

► 6 спутников НССПС на низкой орбите
► 6 спутников ГССПС на геостационарной орбите
► 58 СПОИ, принимающих сигналы от спутников НССПС
► 22 СПОИ, принимающих сигналы от спутников ГССПС
► 31 Координационный центр Системы (КЦС) для маршрутизации
аварийных сообщений в поисково-спасательные службы
В российскую часть международной системы КОСПАС-САРСАТ входят следующие элементы:
● орбитальная группировка спутников типа КОСПАС;
● командно-измерительный комплекс (система контроля и управления спутниками);
● международный координационно-вычислительный центр, расположенный в Москве;
● станции приема и обработки информации, расположенные в Архангельске, Новосибирске, Москве и Находке.

 

НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ПОИСКА И СПАСАНИЯ (НССПС)

Система ГССПС включает в себя ретрансляторы 406 МГц на борту низкоорбитальных спутниковых систем, а также наземные станции, называемые НЕОСПОИ, которые обрабатывают получаемые от спутников сигналы.
Система Коспас-Сарсат наглядно показала, что обнаружение и определение местоположения сигналов аварийных радиобуев 406 МГц может быть значительно упрощено путем глобального мониторинга, основанного на использовании спутников с низкими околополярными орбитами.
Полная, но не непрерывная зона видимости поверхности Земли достигается при применении простого аварийного радиобуя, работающего на частоте 406 МГц и подающего сигнал бедствия.
Не непрерывная зона видимости вызвана тем, что приполярный спутник может наблюдать в каждый момент времени только часть земной поверхности.
В результате этого Система не может выдать аварийный сигнал до тех пор, пока спутник не окажется в положении, где он способен «видеть» аварийный радиобуй.
Тем не менее, поскольку бортовой процессор 406 МГц включает в себя модуль памяти, спутник способен хранить информацию аварийного радиобуя и повторно ее передавать, когда он находится в поле зрения СПОИ, тем самым обеспечивая глобальный охват.
Как указано выше, одиночный спутник, облетая Землю через полюса, осматривает всю поверхность земного шара.
«Орбитальная плоскость» (или траектория движения спутника) остается фиксированной, в то время как Земля вращается под ним.
Требуется лишь пол оборота Земли (т.е. 12 часов) для прохода любой точки под плоскостью спутника.
При втором спутнике со сдвигом угла орбиты на 90 градусов по отношению к первому требуется лишь четверть оборота или максимум 6 часов для полного обзора Земли этими двумя спутниками.
Аналогично, чем больше спутников вращается вокруг Земли с различными орбитами, тем меньше время ожидания.
При конструктивной группировке Системы Коспас-Сарсат в четыре спутника типичное время ожидания на средних широтах составляет менее одного часа.
Система НССПС рассчитывает местоположение бедствия, используя метод Доплера.
Доплеровское определение координат основано на том, что частота аварийного радиобуя, которую принимает бортовое оборудование спутника, зависит от относительной скорости движения спутника и соответствующего радиобуя.
Путем мониторинга изменения частоты принятого от радиобуя сигнала, а также зная точное местоположение спутника, СПОИ способна рассчитать местонахождение радиобуя.

 

ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ПОИСКА И СПАСАНИЯ (ГССПС)

Система ГССПС включает в себя ретрансляторы 406 МГц на борту геостационарных спутников, а также наземные станции, называемые ГЕОСПОИ, которые обрабатывают получаемые от спутников сигналы.
Благодаря чрезвычайно большой зоне видимости геостационарного спутника ГЕОСПОИ способны почти мгновенно выдавать аварийную информацию для огромных территорий.
Поскольку геостационарный спутник остается неподвижным по отношению к поверхности Земли, то отсутствует Доплеровский эффект для принимаемого сигнала и Доплеровское определение координат аварийного радиобуя невозможно.
Для поисково-спасательных служб информация о местоположении радиобуя должна быть либо:
-представлена самим радиобуем от внутреннего или внешнего навигационного приемника путем декодирования сообщения радиобуя, или
-получена от системы НССПС после определенной задержки.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОИСКА И СПАСАНИЯ:

● Сокращение времени доставки сигнала бедствия до спасательных служб
● Повышение точности определения географических координат
Дальнейшее развитие программы КОСПАС-САРСАТ связано с обновлением и расширением космического сегмента, так как эффективность системы напрямую зависит от численности орбитальной группировки.
На многих спутниках, предназначенных, например, для метеорологии, при наличии возможности устанавливаются процессоры сигналов 406 МГц в качестве дополнительной полезной нагрузки. Сейчас в эксплуатации находятся уже семь таких аппаратов и их количество увеличивается.
Так же ведутся работы по размещению оборудования КОСПАС-САРСАТ на космических аппаратах, предназначенных для работы в составе глобальных навигационных систем ГЛОНАСС, GPS и Galileo. Развитие системы ГЛОНАСС можно посмотреть здесь
 
 
img ILT
В перспективе все они могут быть оснащены соответствующими бортовыми комплексами, что обеспечит постоянное повсеместное покрытие и экстремально высокую точность определения координат.
26 февраля 2011 года ракетоносителем «Союз» на средне-высотную орбиту был выведен первый спутник «Глонасс-К» российской глобальной навигационной спутниковой системы, оснащённый эксплуатационной поисково-спасательной нагрузкой КОСПАС.
«Глонасс-К» является первым среднеорбитальным спутником, оснащённым эксплуатационным ретранслятором для передачи сигналов из диапазона 406 МГц в L-диапазон.
В настоящее время ведутся испытания полезной поисково-спасательной нагрузки спутника.

Глонасс-К2 будет отличаться от предшественников-
* большей точностью определения пользователями своих координат достигнутой благодаря новейшим хронометрам и новым типом испускаемых сигналов с кодовым разделением
* CDMA сигналы теперь будут передаваться на частотах как «L1» и «L2», а также и «L3». Также планируется поддержка Коспас-Сарсат.

Новый орбитальный сегмент в текущем проектном состоянии называют MEOSAR или DASS.
Предполагается, что орбитальная группа MEOSAR обеспечит практически мгновенное обнаружение, идентификацию, получение и определение географического положения с помощью эффекта Допплера аварийных сигналов 406 МГц.
Кроме того, теоретически возможна реализация обратной связи с аварийными радиобуями.

СИСТЕМА СССПС (MEOSAR) — БУДУЩЕЕ КОСПАС-САРСАТ

6S
 
 
 
 
Коспас-Сарсат модернизирует свою систему путем установки поисково-спасательных ретрасляторов на борту глобальных навигационных спутников (американских GPS, российских ГЛОНАСС и европейских Galileo), вращающихся вокруг Земли на высоте от 19 тыс. до 23 тыс. км.
Эти новые космические элементы Коспас-Сарсат сформируют систему под названием СССПС (MEOSAR), что означает “средне орбитальная спутниковая система поиска и спасания”.
Система СССПС включит в себя все преимущества существующих систем НССПС и ГССПС и исключит их сегодняшние множественные ограничения путём
ретрансляции аварийных сообщений радиобуя и одновременным вычислением его местоположения в любом районе планеты практически в момент получения аварийного сигнала.
Система СССПС позволит также предоставить, как опцию, “обратную связь” в направлении радиобуя.
Одна из функций обратной связи — это уведомление находящегося в бедствии человека в том, что его аварийное сообщение получено.С успешным запуском 26 февраля 2011 г. первого российского спутника “ГЛОНАСС-К” с поисково-спасательной нагрузкой 406 МГц КОСПАС-SARSAT получил первый аппарат, который положил начало новой группировке спутников для обнаружения аварийных сигналов от судов, самолетов и путешественников из удалённых районов мира. Это первая рабочая нагрузка среднеорбитальной спутниковой системы поиска и спасания (СССПС, MEOSAR), которая добавилась к уже существующим десяти экспериментальным нагрузкам DASS (аварийная система спутникового оповещения), установленным на спутниках GPS США.
В начале 2013 года Коспас-Сарсат приступил к реализации фазы демонстрации и оценки (D&E) системы СССПС .Предполагается, что этап D&E системы СССПС продлится до конца 2015 года, после чего начнётся этап Начальной эксплуатационной готовности системы СССПС (IOC), в рамках которого сигналы бедствия, предоставляемые системой СССПС, будут оперативно передаваться поисково-спасательным (ПС) службам по всему миру.
Переход к этапу Полной эксплуатационной готовности системы СССПС (FOC) будет объявлено, когда на орбиту будет выведено достаточное количество спутников и развернуто достаточно земных станций, чтобы обеспечить глобальное покрытие в близком к реальному масштабе времени.
В 2000 г. советом КОСПАС-SARSAT было принято решение о распространении действия системы на персональные радиобуи (ПРБ). В настоящее время уже 12 стран приняли необходимые законы, регламентирующие использование ПРБ. По статистике число спасенных за год с использованием ПРБ составляет до 30% от общего числа, а доля ПРБ в мировом парке аварийных радиобуев приближается к 50%. Для России, имеющей около 60% территории без надежной и доступной связи, расширение использования ПРБ – одна из актуальных задач по спасению людей в чрезвычайных обстоятельствах. Дело за малым — нужно подготовить соответствующую законодательную базу
СССПС это почти мгновенное глобальное оповещение о бедствии с очень точным определением его местоположения (которое независимо от данных GPS); надежная связь радиобуя со спутником при высоком уровне спутниковой избыточности и доступности; независимость от преград между радиобуем и спутником (таких как блокирование горами или стенами каньона) и возможное предоставление расширенных услуг поиска и спасания (например, обратной связи для пользователей радиобуя при бедствии). Сегодня перед системой стоят задачи уменьшения времени получения аварийного сообщения до одной минуты, повышения точности определения координат АРБ с 5 км до 100 м, введение режима квитанции о получении аварийного сообщения.


Система Orphus

ВВЕРХ
Возврат на главную страницу ILT