Кіріспе
Халықаралық спутниктік іздеу және құтқару бастамасы
Халықаралық Cospas Sarsat бағдарламасы – спутниктік іздеу және құтқару (SAR) бастамасы. Ол 45 мемлекет пен агенттіктің келісім негізінде құрылған, коммерциялық емес, үкіметаралық, гуманитарлық кооператив ретінде ұйымдастырылған (инфоблокты қараңыз). Оның мақсаты – апатқа ұшыраған адамдар, ұшақтар немесе кемелер іске қосқан апаттық радиолокациялық маяктарды анықтау және олардың орналасқан жерін табу, сондай-ақ осы ескерту туралы ақпаратты құтқару шараларын жүзеге асыра алатын органдарға жеткізу. Мүше елдер Жерді айналатын 65 шамасындағы спутниктерден тұратын жүйе арқылы апат туралы ескертулерді таратуға қолдау көрсетеді, олар 406 МГц жиілігінде хабар тарататын апаттық маяқты Жердің кез келген нүктесінен анықтай алатын транспондерлермен және сигналды өңдейтін құрылғылармен жабдықталған. Апаттық ескертулер анықталып, 200-ден астам ел мен аумаққа тегін жіберіледі, маяк иелеріне немесе ақпаратты қабылдайтын мемлекеттік органдарға ешқандай шығын келтірмейді. Cospas Sarsat бағдарламасын 1979 жылы Канада, Франция, АҚШ және бұрынғы Кеңес Одағы бірлесіп ойластырып, іске қосты. Cospas Sarsat технологиясын қолдану арқылы жасалған алғашқы құтқару операциясы 1982 жылдың 10 қыркүйегінде жүзеге асты. Ұйымның түпкілікті келісімі сол төрт мемлекет тарапынан 1988 жылдың 1 шілдесінде келісімге қол қою арқылы бекітілді, олар келісімнің «Тараптар» болып саналады. Cospas Sarsat термині COSPAS (КОСПАС) атауынан шыққан, ол орыс тілінен аударғанда «Космическая Система Поиска Аварийных Судов» (латын әрпімен: "Cosmicheskaya Sistema Poiska Avariynyh Sudov") деген мағына береді, яғни «Апатқа ұшыраған кемелерді іздеу үшін ғарыш жүйесі», ал SARSAT – «Search And Rescue Satellite Aided Tracking» (Спутниктік көмекпен іздеу және құтқару қадағалауы) деген сөздердің аббревиатурасы.
Бейкондар
Cospas Sarsat апат сигналы – өмірге қауіп төндіретін жағдайда көмек шақыру үшін қосылатын 406 МГц жиілікті цифрлық радио таратушы. Ондай маяктарды ондаған өндірушілер жасап сатады. Олар негізінен үш түрге бөлінеді. Ұшақта пайдалануға арналған маяк авариялық локаторлық хабар таратушы (ELT) деп аталады. Теңіз кемесінде пайдалануға арналғаны – апаттық жағдайды көрсететін радиомаяк (EPIRB), ал жеке адаммен бірге тасымалдауға арналғаны – жеке локаторлық маяк (PLB) деп аталады. Кейде PLB-лер ұшақтарда немесе кемелерде тасымалданады, бірақ бұл қауіпсіздік талаптарына сәйкес келе ме, жергілікті ережелерге байланысты. Маяктардағы жаңа жетістіктер туралы төменде қараңыз.
Жер бетіндегі сегмент
Спутниктерді жердегі станциялар (LUT) қадағалайды, олар спутниктік тарелкалар немесе фазалық антенналық тізімдерді пайдаланып, спутниктерді іздеуге (бағыттап, соңынан жүруге) жабдықталған. LUT-терді жекелеген ұлттық әкімшіліктер немесе агенттіктер орнатады. LUT-ке түскен төтенше жағдай туралы хабарламалар байланысты миссияны басқару орталығына жіберіледі, ол хабарламаларды әлемдік құтқару координациялық орталықтарына бағыттау үшін егжей-тегжейлі компьютерлік алгоритмдер жиынтығын қолданады.
LEOSAR
LEOSAR – Cospas Sarsat ғарыш сегментінің бастапқы архитектурасы. LEOSAR спутниктерінің орбиталары бүкіл Жер шарын мерзімді түрде қамтиды. Олардың салыстырмалы түрде төмен биіктігі (соның салдарынан, кез келген уақытта Жердің кез келген бөлігінің көріну аймағының салыстырмалы түрде кішкентай "ізі") LEOSAR спутнигінің белгілі бір географиялық орналасқан жер үстінен өте бермейтін уақыт аралықтары болуы мүмкін. Сондықтан, дабыл сигналын қабылдауда және осы сигналды жерге жеткізуде кешігулер туындауы мүмкін. Осы себепті LEOSAR спутниктері "нақты уақыт" SARR модульдерімен қатар "сақтау және жіберу" SARP модульдерімен де жабдықталған. Спутник Жердің шалғай аймағынан өтіп, қиын жағдай туралы хабарламаны қабылдай алады, содан кейін бұл деректерді жер станциясының көріс аймағына кіргенде (әдетте, шалғайда орналаспаған аймақтарда) жібереді. LEOSAR шоқжұлдызындағы бес спутниктің орбитасы шамамен 100 минутқа созылады. Олардың полярлық орбиталарының арқасында спутниктердің үстінен өту арасындағы уақыт полюстерде және жоғары ендіктерде ең аз болады. Cospas Sarsat LEOSAR жүйесі Доплерлік өңдеудің арқасында мүмкін болды. LEOSAR спутниктері арқылы берілген дабыл сигналдарын анықтайтын LUT құрылғылары спутниктердің белгілі бір жиілікте хабар тарататын маяктан өтетін кезде қабылдайтын Доплер эффектісінен туындаған жиілік өзгерісіне негізделген математикалық есептеулерді жүргізеді. Математикалық есептеулердің нәтижесінде спутникке қатысты бағытты және қашықтықты анықтауға болады. Қашықтық пен бағыт қабылданған жиіліктің өзгеру жылдамдығы бойынша өлшенеді, ол спутниктің ғарыштағы траекториясына және Жердің айналуына байланысты өзгереді. Бұл компьютерлік алгоритмге маяқтың орналасқан жерін үшбұрышпен анықтауға мүмкіндік береді. Қабылданған жиіліктің жылдам өзгеруі маяқтың спутниктің жер бетіндегі траекториясына жақын екенін көрсетеді. Егер маяқ Жердің айналуына байланысты спутниктік траекторияға қарай немесе одан алыстаса, онда осы қозғалыс тудыратын Доплерлік ауысу да есептеулерде қолданылуы мүмкін.
GEOSAR
Олардың геостационарлық орбитасы сигнал беруші мен GEOSAR спутнигі арасындағы салыстырмалы қозғалысты қамтамасыз етпегендіктен, сигнал берушінің орнын анықтау үшін Доплер әсерін қолдану мүмкіндігі жоқ. Сондықтан GEOSAR спутниктері сигнал берушінің дабыл хабарламасын ғана жібере алады. Егер сигнал беруші орнын хабарлайтын мүмкіндігі бар модель болса (мысалы, бортындағы GPS қабылдағышы арқылы), онда сол орны SAR органдарына жеткізіледі. GEOSAR спутниктерінің сигнал берушіні дербес анықтай алмауы кемшілік болғанымен, олардың артықшылығы бар – ағымдағы спутниктер шоқжұлдызы полярлық аймақтарды қоспағанда, бүкіл Жерді нақты уақытта толық қамтиды.
МЕОЗАР
Коспас Сарсат үшін ең соңғы ғарыш сегментін кеңейту – МЕОСАР. МЕОСАР LEOSAR және GEOSAR жүйелерінің артықшылықтарын біріктіреді, сонымен бірге олардың кемшіліктерін болдырмайды. МЕОСАР жүйесі Cospas Sarsat-тың басым мүмкіндіктеріне айналуда. МЕОСАР жүйесі спутниктердің көп санынан өзге, спутниктердің салыстырмалы түрде үлкен көру аймағынан және жер бетіндегі бір нүктеге қатысты жеткілікті спутниктік қозғалыстан пайда алады, бұл апат сигналының орналасқан жерін есептеу әдісінің бір бөлігі ретінде Доплер өлшемдерін пайдалануға мүмкіндік береді. МЕОСАР келесі навигациялық спутниктер шоқжұлдыздарындағы SARR транспондерлерінен тұрады: Еуропалық Одақтың Galileo, Ресейдің Glonass және АҚШ-тың Global Positioning System (GPS). 2022 жылдың қараша айында Қытай өзінің BeiDou (BDS) навигациялық ғарыш кемелерінің алтысында Cospas Sarsat SAR жүктемелерімен ең жаңа МЕОСАР ғарыш сегментін ұсынушы болды. SAR жабдықталған бірінші BDS ғарыш кемесі 2018 жылдың 19 қыркүйегінде, ал соңғысы 2019 жылдың 23 қарашасында ұшырылды. МЕОСАР жедел ескерту деректерін тарату 2016 жылғы 13 желтоқсанда сағат 13:00 UTC-де басталды. Ұдайы сынақтан өткізіліп, түзетулер енгізілгеннен кейін Cospas Sarsat кеңесі 2023 жылғы 25 сәуірден бастап бастапқы операциялық қабілеттілік туралы мәлімдеме жасады. МЕОСАР жүйесі 406 МГц жиілігіндегі сигналдарды дерлік бірден анықтау, идентификациялау және орналасқан жерін анықтау мүмкіндігін арттырады. МЕОСАР операциялық қолданысқа енгізілгенге дейін, МЕОСАР деректері Жерорта теңізіндегі EgyptAir рейсі 804 апатының орнын анықтауға көмектесу үшін сәтті пайдаланылды. Апат сигналының орналасқан жері қабылдағыш LUT сигналдың келіп түсу жиілігінің айырмашылығын (Доплер әсерінен туындаған өзгерістерге байланысты) және/немесе сигналдың радиосигналдың келіп түсу уақытының айырмашылығын талдау арқылы есептеледі. GPS-те орналастырылған жүктемелерге қатысты, 18 GPS Block IIR және GPS Block IIF спутниктеріндегі тәжірибелік S жолақты жүктемелер және GPS Block IIIA спутниктеріндегі төрт жүктеме Cospas Sarsat жүйесімен операциялық түрде қолданылады. GPS IIIF блогының спутниктері Канадамен қамтамасыз етілген арнайы, операциялық L жолақты SAR жүктемелерімен жабдықталады, ал ұшырулар шамамен 2026 жылдан басталады. GPS SAR жүйесі NASA-да апат туралы ескерту спутниктік жүйесі (DASS) деп белгілі. Сонымен қатар, МЕОСАР жүйесінің Galileo компоненті "Return Link Service" хабарламаларын Galileo навигациялық дерек ағынына кодтау арқылы апат радиомаяғына ақпарат жіберуге қабілетті. Ол сигнал берушідегі индикаторды қосу үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл апат туралы хабарламаның қабылданғанын растайды.
Жер бетіндегі сегмент
2022 жылдың желтоқсанына қарай LEOSAR спутниктері 55 жұмыс істейтін LEOLUT (Төмен орбитадағы жергілікті пайдаланушы терминалдары) антенналарымен, GEOSAR спутниктері 27 жұмыс істейтін GEOLUT антенналарымен және MEOSAR спутниктері 26 жұмыс істейтін MEOLUT станцияларымен қадағаланады және бақыланады, олардың әрқайсысында бірнеше антенна бар. Осы жер станцияларынан алынған деректер 32 МКК (жалпы басқару орталықтары) арқылы жіберіліп, таратылады, олардың 14-і барлық үш топтамадан деректерді өңдеуге жұмылдырылған. (Жер сегментін қамтамасыз ететін елдер мен ұйымдар туралы ақпаратты қараңыз.)
Қазіргі Beacon технологиясы
Cospas Sarsat-пен үйлесімді 406 МГц маяктарының көпшілігі қосымша жиіліктерде дабыл немесе іздеу сигналдарын да жібереді. Көбінесе Cospas Sarsat маяктары 121,5 МГц бергішпен жабдықталады, бұл сигналды жергілікті іздеу топтары (әуеде, құрлықта немесе теңізде) бағытты анықтау құралдарын пайдалана отырып қабылдай алады. Сонымен қатар, соңғы EPIRB құрылғылары теңіздік VHF диапазонында автоматты идентификация жүйесін (AIS) қамтиды, бұл маяқты жақын жердегі кемелерден оңай қадағалауға мүмкіндік береді. Жақында жасалған, теңіздегі қақтығыстарда қолдануға арналған PLB модельдері, теңіздегі апаттан құтылғандарды табу жүйесі ретінде әрекет ететін AIS сигналын жібереді, сондай-ақ жақын маңдағы кемелерде дабыл қағып, тиісті жабдықталған кемелерге маяқты іздеуге мүмкіндік береді. Мұндай сигналдардың комбинациясы бар маяктар, 406 МГц арқылы спутниктерге жаһандық ескертуді және 121,5 МГц және AIS арқылы ең жылдам жергілікті жауап беруді қамтамасыз етеді (әсіресе теңіз ортасындағы жақын маңдағы кемелер үшін). Соңғы коммерциялық авиациялық апаттарға және ICAO-ның апатқа ұшыраған ұшақтарды автономды түрде бақылау қажеттілігіне жауап ретінде, Cospas Sarsat апаттық жағдайларда ұшақтарды іздеуге арналған ELT (ELT(DT)) үшін ICAO талаптарына (Халықаралық азаматтық авиация жөніндегі конвенцияның 6-қосымшасының I бөлігі) сәйкес келетін техникалық талаптарды әзірледі. Дәстүрлі ELT-лер соққыға ұшырағанда немесе ұшу экипажының қолмен іске қосуы арқылы іске қосылады, ал ELT(DT) ұшақ сарапшы агенттіктер алдын ала анықтаған қауіпті ұшу конфигурациясына кіргенде автоматты түрде іске қосылады. Осылайша, ELT(DT) апатқа ұшыраған ұшақты ұшу кезінде, кез келген апатқа дейін, ұшақтағы адамның араласуынсыз қадағалауға мүмкіндік береді. ELT(DT) техникалық талаптары қолданыстағы маяктарды тарату әдісі (тар жолақты BPSK) және екінші буын (кең спектрлі QPSK) модуляция схемаларын пайдалана отырып жасалды (төмендегі тарату технологияларын қараңыз). Cospas Sarsat, тар жолақты BPSK тарату әдісін пайдалана отырып, ELT(DT)-ден дабыл хабарларын қабылдау және өңдеу мүмкіндігі 2023 жылдың 1 қаңтарынан бастап қолданысқа енгізілді. 2023 жылдың қазан айында кең спектрлі QPSK модуляция әдісін пайдалана отырып, ELT(DT)-ден дабыл хабарларын қабылдау және өңдеу мүмкіндігі 2024 жылдың 1 қаңтарынан бастап қолданысқа енгізілді деп жарияланды.
Бейконды тарату технологиялары
Cospas Sarsat 406 МГц цифрлық маяқтарының пайда болғаннан бері 30 жылдан астам уақыттан бері қолданылып келе жатқан бір берілім модуляциясы әдісі бар, ол бинарлық фазалық ығысу (BPSK) кілті, екі рұқсат етілген биттік тізбек ұзындығы бар: 112 (87 бит хабарлама ақпаратымен) және 144 (119 бит хабарлама ақпаратымен). Қол жетімді хабарлама биттік тізбегінде әртүрлі маяқ түрлеріне (ELT, EPIRB және PLB), әртүрлі кеме/ұшақ идентификаторларына және әртүрлі ұлттық талаптарға сәйкес бірнеше хабарлама протоколдарына рұқсат етіледі. Бұл берілімдердің ұзақтығы шамамен жарты секундты құрайды. Бұл тар жолақты берілімдер тағайындалған 406,0-406,1 МГц жолағында арналы схемада шамамен 3 кГц ені бар жиілік спектрін пайдаланады. Cospas Sarsat жақында квадраттуралық фазалық ығысумен (QPSK) таралған спектр технологиясына негізделген жаңа, қосымша маяқ модуляциясы және хабарлама схемасын белгіледі. Қазіргі уақытта осы схеманы қолданатын маяқтар «екінші буын» маяқтары деп аталады. Бұл батарея қуатын үнемдейтін төмен қуатты берілімдерді пайдалануға мүмкіндік береді, Cospas Sarsat жүйесінде маяқтың орналасқан жерін анықтаудың дәлдігін жақсартады және тағайындалған 406,0-406,1 МГц жолағында дискретті каналдау қажеттілігін жояды (мысалы, тар жолақты каналға жүктеме негізінде маяқ өндірушілері үшін Cospas Sarsat-тың арналарды мерзімді түрде жабу және ашу қажеттілігін жояды). Екінші буын маяқтарының берілім мерзімі бір секундқа созылады, онда 250 бит беріледі, оның 202-сі хабарлама биттері болып табылады. Сонымен қатар, берілімдер арасындағы хабарлама биттеріндегі ақпарат айналмалы берілім кестесі бойынша («айналмалы хабарлама өрістері») өзгертілуі мүмкін, бұл берілімдер сериясы барысында айтарлықтай көбірек ақпаратты таратуға мүмкіндік береді. Бұл технологияны ELT(DT)-ларда қолдану 2024 жылдың қаңтарында басталуы мүмкін. Cospas Sarsat-тың технологияны басқа да маяқ түрлерінде қолдануға дайындығы 2024 жылдың соңында күтілуде.
Құрастыру және көрсету
1970 жылдардың басында Канаданың Байланыс зерттеу орталығының (CRC) ғарыш жүйесі тобы, авариялық радиосигнал берушіні (ELT) ғарыштан анықтап, орналастыру мүмкіндігін зерттей бастады. Олар мұны орбитадағы спутник қабылдаған ELT сигналының Доплер эффектісі арқылы іске асыруға болатынын түсінді. CRC AMSAT ұйымымен байланысып, OSCAR әуесқой радио спутнигін пайдалануға рұқсат алды, осы спутник арқылы спутниктің жоғары жиілігіне бейімделген ELT анықталды. НАСА CRC-мен осы жетістіктері туралы байланысқа шықты, содан кейін АҚШ бірлескен жобаға келісім берді.
Бірінші құқықтық база
1979 жылғы 23 қарашада Ленинградта АҚШ Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы, КСРО Сауда флоты министрлігі, Францияның Ұлттық ғарыштық зерттеулер орталығы және Канаданың Коммуникация департаменті арасында "бірлескен тәжірибелік спутниктік іздеу және құтқару жобасындағы ынтымақтастық туралы өзара түсіністік туралы меморандумға" қол қойылды. Меморандумның 3-бабында мыналар көрсетілген:
"Ынтымақтастық 121,5 МГц, 243 МГц және 406,0 – 406,1 МГц жиіліктерінде SARSAT жобасы мен COSPAS жобасы арасындағы өзара үйлесімділікті қамтамасыз ету, сондай-ақ сынақтар жүргізу, сынақ нәтижелерін өзара алмасу және бірлескен есеп дайындау арқылы іске асырылады. Бұл ынтымақтастықтың мақсаты – төмен биіктікте, жерге жақын полярлық орбитадағы спутниктердегі құралдардың қиын жағдайдағы ұшақтар мен кемелерден берілген сигналдарды анықтау және орналасқан жерін табуға көмектесетінін көрсету, осы сигналдарды ақпаратты өңдеу толықталатын жердегі станцияларға жеткізу арқылы құтқару қызметтеріне жіберу. "Бұл бірлескен жобаға қатысушы тараптарға одан әрі жаһандық қолданысқа қатысты ұсынымдар жасауға мүмкіндік береді."
Даму
Бірінші жүйелік спутник "COSPAS 1" (Космос 1383) 1982 жылғы 29 маусымда Плесецк ғарыш айлағынан ұшырылды. Cospas Sarsat 1982 жылдың қыркүйегінде апаттық сигналдардың екі бастапқы түрін – EPIRB және ELT – қадағалай бастады. 9 қыркүйекте спутниктің жұмысын тексеру кезінде COSPAS 1 Британдық Колумбияда ELT сигналын анықтап, ақпаратты сол кездегі Оттава қорғаныс ғылыми-зерттеу мекемесіндегі (DREO) тәжірибелік жер станциясына жіберді. Канадалықтар бағытынан ауысқан шағын ұшақтың орнын есептеп шығарды, бірнеше сағат ішінде апаттан аман қалғандар әуе көлігімен құтқарылды. Олар Cospas Sarsat көмегімен құтқарылған алғашқы адамдар болды, және билік өкілдері ұшқыш Джонатан Зигельхайм спутниктік анықтау арқасында жылдам құтқару болмағанда, жарақаттарынан қайтыс болар еді деп бағалады. Бұл, әсіресе, 112 немесе 911 сияқты стандартты телефон арқылы жедел жәрдем қызметтеріне хабарласа алмайтын адамдар үшін жасалған. Әдетте PLB-ді шалғай аймақтарда демалыспен айналысатын адамдар, сондай-ақ ұшқыштар мен теңізшілер ELT немесе EPIRB-қа қосымша (немесе рұқсат етілген жағдайларда оларды алмастыратын) құрал ретінде пайдаланады. 1982 жылдан бері апат сигналдарының дизайны айтарлықтай өзгерді. Ең жаңа 406 МГц маяктары көбінесе жаһандық навигациялық спутниктік жүйе (GNSS) қабылдағыштарын (мысалы, GPS қолданатындар) қамтиды. Мұндай маяктар өз орналасқан жерін ішкі GNSS қабылдағышы арқылы (немесе сыртқы навигациялық көзбен байланыс арқылы) анықтайды және апат хабарламасында өте дәл координаттарды жібереді. Бұл Cospas Sarsat-қа апат орнын анықтау үшін екінші әдіс береді, Cospas Sarsat LUT-терінің тәуелсіз есептеулеріне қосымша. Спутниктер алған апат туралы хабарлама және хабарламадағы немесе сигналдан есептелген координаттар Cospas Sarsat-тың кең ауқымды халықаралық деректер тарату желісі арқылы ТЖ агенттіктеріне дерлік бірден жіберіледі. Бұл екі деңгейлі сенімділік және жүйенің жаһандық қамтуы SAR агенттіктерінің қазіргі ұранына шабыттандырды: "Іздеуден құтқаруды ажырату".