12
3) Время работы АРБ должно составлять не менее 24 часов;
4) Период излучения меняется случайным образом от посылки
к посылке и лежит в диапазоне 50 ± 2.5 секунды;
5) Крутизна фронтов генератора сигнала должна лежать в диапазоне
150±100 мкс;
Время излучения одной посылки составляет 440 мс (короткая посылка)
или 520 мс (длинная посылка). Первые 160 мс представляют
немодулированную несущую, остальные 280 мс используются для кодирования
112 (короткая посылка) или 144 (длинная посылка) бит цифровой посылки.
Рисунок 4 - Несколько типов аварийных радиобуев КОСПАС-САРСАТ
На данный момент аварийными радиобуями оборудованы практически
все коммерческие самолеты и морские суда. В принципе, купить аварийный
буй КОСПАС-САРСАТ может любой желающий.
Разрабатывать новые типы АРБ и производить их может любая
коммерческая организация. Каждый новый тип АРБ должен пройти
комиссионные испытания на соответствие Т.001 в сертифицированной
лаборатории и получить сертификат одобрения типа в Секретариате КОСПАС-
САРСАТ.
На данный момент в мире насчитывается около 2 млн.
зарегистрированных АРБ КОСПАС-САРСАТ.
13
Кроме того, ведется разработка спецификации на широкополосные буи
(АРБ второго поколения, SGB –Second Generation Beacon). Ширина полосы
АРБ второго поколения составляет 80 кГц (ширина полосы АРБ первого
поколения составляет около 3 кГц), что позволяет значительно улучшить
точность измерения времени прихода сигналов на КА для этих буев
и значительно улучшить точность измерения их координат
в среднеорбитальном сегменте КОСПАС-САРСАТ [26].
1.1.3 Низкоорбитальная Спутниковая Система Поиска и Спасания
(НССПС, LEOSAR)
Принцип работы НССПС изображен на рисунке 5. В случае аварийной
ситуации автоматически или вручную активируется АРБ. Через некоторое
время над местом аварии пролетает один из низкоорбитальных КА, который
принимает посылки аварийного радиобуя, измеряет время и частоту их прихода
на КА, извлекает цифровое сообщение и запоминает эту информацию в
бортовом устройстве хранения информации.
Рисунок 5 - Принцип работы НССПС
Одновременно с приемом посылок от АРБ низкоорбитальные КА
постоянно передают в сторону Земли накопленную за 24 часа информацию. Как
только в зоне видимости КА появится наземная Станция Приема и Обработки
14
Информации низкоорбитального (СПОИ-НО) сегмента, становится возможным
принятие информации от КА, обработка сообщений АРБ и вычисление места
аварии. Эта аварийная информация по наземным каналам распространения
данных КОСПАС-САРСАТ попадает в соответствующую поисково-
спасательную службу и на места аварии отправляется спасательная команда [1].
Рисунок 6 - Пример одномоментной зоны КА SARSAT
Чаще всего АРБ в КОСПАС-САРСАТ предполагается неподвижным и
расположенным на поверхности Земли. Так как координаты в СССПС
вычисляются по измерениям сдвига доплеровской частоты, то неизвестными
являются три параметра – широта и долгота нахождения АРБ, а также его
несущая частота. Таким образом, для вычисления координат АРБ
низкоорбитальный КА за один сеанс пролета над АРБ должен принять как
минимум 3 посылки. Один сеанс пролета КА над АРБ обычно длится около 15
15
минут, за это время АРБ успевает излучить около 18 посылок. Пример
одномоментной зоны видимости низкоорбитального КА показан на рисунке 6.
Штатный космический сегмент НССПС состоит из 4 низкоорбитальных
КА на приполярной орбите – 2 КА КОСПАС и 2 КА SARSAT (рисунок 7).
Такой космический сегмент обеспечивает пролет одного из спутников над
местом аварии в течение времени, не превышающим 2 часов.
Рисунок 7 - КА КОСПАС (слева) и КА SARSAT (справа)
На рисунке 8 показано расположение наземных станций СПОИ-НО.
Синим цветом закрашены области, в которых низкоорбитальные КА
не находятся в зоне видимости ни одной СПОИ-НО [35].
Рисунок 8 - Наземный сегмент СПОИ-НО. 45 станций СПОИ-НО
1.1.4 Геостационарная Система Поиска и Спасания
(ГССПС, GEOSAR)
Принцип работы ГССПС показан на рисунке 9. На геостационарных КА
устанавливаются ретрансляторы сигнала АРБ (обработка сигнала на КА не
производится). В случае аварийной ситуации автоматически или вручную
активируется АРБ на частоте 406 МГц. Если АРБ находится в зоне видимости
16
одного из геостационарных КА, то сигнал АРБ тут же ретранслируется на
наземную станцию приема и обработки информации геостационарного (СПОИ-
ГС) сегмента на частоте 1545 МГц, где обрабатываются сообщения АРБ,
фиксируется факт аварии и, при условии наличия координат в цифровом
сообщении (вычисленных АРБ на месте аварии при помощи ГНСС)
декодируются координаты АРБ и другая вспомогательная информация. Так как
геостационарный КА практически неподвижен относительно Земли, то в
измерениях частоты сигнала АРБ, ретранслированных через геостационарные
КА, практически отсутствует доплеровский сдвиг частоты и независимое
определение координат в данном случае невозможно.
Рисунок 9 - Принцип работы ГССПС
Таким образом, ГССПС значительно сокращает время фиксирования
факта аварии (в течении 5 минут с вероятностью 0.95) и для некоторых типов
АРБ – время доставки координат (полученных с помощью ГНСС) [36].
1.1.5 Среднеорбитальная Спутниковая Система Поиска и Спасания
СССПС (MEOSAR)
Принцип работы СССПС показан на рисунке 10. На КА глобальных
навигационных спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС и Galileo (рисунок 11)
устанавливаются ретрансляторы сигналов АРБ (обработка сигнала на КА не
производится).
17
Рисунок 10 - Принцип работы СССПС
В случае аварийной ситуации автоматически или вручную активируется
АРБ на частоте 406 МГц. Среднеорбитальные КА, находящиеся в зоне
видимости АРБ, ретранслируют принятые сигналы на наземную станцию
приема и обработки информации среднеорбитального (СПОИ-СО) сегмента на
частоте 1545 МГц, где обрабатываются сообщения АРБ, измеряется время
прихода сигнала на КА (TOA – Time Of Arrival) и его частота (FOA – Frequency
Of Arrival), определяются координаты АРБ независимым способом (при
наличии измерений ТОА и FOA как минимум от 3 КА), извлекаются
зашифрованные в цифровом сообщении координаты от ГНСС приемника (при
их наличии). Полученная аварийная информация отправляется в
координационный центр системы и далее по каналу связи КОСПАС-САРСАТ
доставляется в ответственную поисково-спасательную службу.
Важно отметить, что навигационные КА являются лишь транспортом
для СССПС, при этом СССПС способна определять координаты АРБ
независимым от ГНСС способом.
18
При полностью развернутом космическом и наземном сегменте СССПС
будет способна определять координаты с точностью не хуже, чем НССПС,
независимым образом. Кроме того, потенциально возможно достижение
точности в 10-50 раз превышающую точность определения координат в
НССПС. Такая возможность была продемонстрирована на московском
СПОИ-СО.
Рисунок 11 - Спутниковые системы GPS, ГЛОНАСС и Galileo
Важной особенностью СССПС по сравнению с НССПС и ГССПС
является необходимость учета возможной даже очень медленной (вследствие
волнения моря, течения, ветра или качки) скорости АРБ. Таким образом,
в общем случае АРБ в СССПС не может считаться неподвижным, что приводит
к необходимости вычисления 6 неизвестных при определении координат –
широты, долготы, частоты радиосигнала и 3 компонента скорости. С другой
стороны, вычисление скорости АРБ дает возможность решать задачи,
недоступные НССПС и ГССПС, например – определение координат быстро
двигающегося объекта (самолет, вертолет и т.д.) [29].
1.1.6 Координационные Центры Системы КЦС (MCC)
Для доставки аварийной информации до поисково-спасательных служб
служат КЦС. Координационные центры системы принимают аварийную
19
информацию от ассоциированными с ними наземными станциями (СПОИ-НО,
СПОИ-СО, СПОИ-ГО) и от других КЦС и перенаправляют их
в ассоциированные поисково-спасательные службы.
Для глобального распространения аварийной информации существуют 6
узловых КЦС (в Австралии, Японии, России, Франции, США и Испании),
каждый из узловых КЦС отвечает за свою часть Земли, а каждый обычный
КЦС ассоциирован с одним из узловых КЦС.
Если на основе геосортинга КЦС понимает, что данная аварийная
информация не относится к его зоне ответственности, он пересылает эту
информацию в свой узловой КЦС, который в свою очередь пересылает ее либо
в ассоциированную с ним поисково-спасательную службу, либо в нужный
узловой КЦС, либо в один из ассоциированных с ним КЦС.
Таким образом, совокупность всех КЦС позволяет доставить аварийную
информацию в какой бы точке мира он не находился и к какой бы точке мира
не относилась эта аварийная информация.
На структурной схеме работы системы КОСПАС-САРСАТ (рисунок 12)
отображено информационное взаимодействие между сегментами системы:
аварийных радиобуев, космического сегмента, наземных станций и КЦС.
Рисунок 12 - Структурная схема работы системы КОСПАС-САРСАТ
20
1.2 Российский сегмент системы КОСПАС-САРСАТ
Российский сегмент Международной космической системы КОСПАС-
САРСАТ представлен во всех сегментах системы: сегменте радиобуев,
наземном и космическом сегментах и, соответственно, в «срезах» систем
НССПС, ГССПС, а также в виде экспериментальных образцов инфраструктуры
в СССПС.
Российская Федерация с момента основания системы внесла
значительный вклад в работу НССПС как в части космического, так
и наземного еѐ сегментов [38].
1.2.1 Российский наземный сегмент низкоорбитальной спутниковой
системы поиска и спасания (НССПС)
Российский наземный сегмент НССПС, в части земных станций на
данный момент представлен двумя станциями НИОСПОИ (код 2731 и 2733)
производства США, расположенными в г. Москве и г. Находке и находящимися
в ведении ФГУП «Морсвязьспутник» (Министерство транспорта РФ). На
ноябрь 2016 года НИОСПОИ (г. Москва) не функционирует и находится на
этапе модернизации, которая по плану должна завершится в 2017 году, тогда
как НИОСПОИ (г. Находка) находится в штатной эксплуатации. Общая
наработка последней составила более 9 лет, она находится за гарантийным
сроком эксплуатации, аппаратура почти выработала свой ресурс. Модернизация
еѐ планируется только в 2018 году.
Таким образом, по состоянию российского сегмента НССПС (кроме
КЦС) можно сделать следующие выводы:
6) сегмент требует скорейшего проведения мероприятий по
модернизации/ремонту аппаратно-программных средств НИОСПОИ,
находящихся в ведении ФГУП «Морсвязьспутник»;
7) с учѐтом планов ввода в ближайшее время КА «КОСПАС» на базе КА
«Метеор-М» №2-1 и последующего наращивания группировки КА «КОСПАС»
необходимо рассмотреть вопросы о проведении мероприятий по
восстановлению существующих или созданию новых средств
21
многофункционального контроля низкоорбитальных КА «КОСПАС» в части
КОСПАС-САРСАТ, а также вопросы их последующей эксплуатации [24].
1.2.2 Российский наземный сегмент геостационарной спутниковой
системы поиска и спасания (ГССПС)
В данный момент номенклатура средств российской части наземного
сегмента ГССПС представлена следующими элементами:
1) Станция приѐма информации от аварийных радиобуев (СПИАБ №0,
опытный образец, размещена в г. Москве, на территории АО «Российские
космические системы»), предназначена для работы с КА «Электро-Л» №1.
Находиться в штатной эксплуатации в системе КОСПАС-САРСАТ с декабря
2013 года;
2) СПИАБ №1 (г. Железногорск, Красноярского края), предназначена
для работы с КА «Луч-5В». Планируется ввод в систему;
3) СПИАБ №2, предназначенная для работы с КА «Электро-Л» №3,
развѐрнута в г. Хабаровске. Планируется ввод в систему;
4) СПИАБ №3 (размещена в г. Москве, на территории АО «Российские
космические системы»), предназначена для работы с КА «Электро-Л» №2.
Планируется ввод в систему;
5) СПИАБ №4 (г. Хабаровск), предназначена для работы с КА
«Луч-5А». Планируется ввод в систему.
На рисунке 13 изображена структурная схема состава и размещения
российских средств ГССПС на март 2017 года.