Космонавтика

СИГНАЛ БЕДСТВИЯ ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ КОСМОС

Двадцать четвертого марта 1983 г. в СССР произведен запуск искусственного спутника Земли "Космос-1447". На его борту установлена научная аппаратура для продолжения исследования космического пространства, а также для отработки системы определения местоположения судов и самолетов, терпящих бедствие. "Космос-1447" - второй советский спутник системы "КОСПАС-САРСАТ". Третий - американский, запущен на орбиту 28 марта 1983 г.

...Судоходство - дело международное. Безопасность плавания обеспечивается коллективно, всеми странами. Сигнал бедствия SOS одинаково звучит на всех языках, и к тому, кто его послал, обязаны спешить на выручку любые близнаходящиеся суда независимо от национальной принадлежности.

Советский Союз был одним из инициаторов создания международной системы космической спутниковой связи с судами, способной обеспечить не только надежную связь, но и охрану человеческой жизни и имущества на море, быстрый поиск и спасение людей и судов в случае аварии.

Почему именно космические спутники? Потому, что издревле искусство мореплавания связано с двумя главными проблемами: знанием своего местоположения в море и возможностью быстрой передачи необходимых сведений. Если в начале, даже в середине нашего века астрономические места нахождения судов с точностью в 15-20 миль считались в мореплавании большим достижением, то ныне необходимо знать свое место относительно грунта в сто раз точнее - до 0,01 - 0,2 мили. Если прежде короткие сообщения по радио на расстояния не более 100 миль от берега вполне всех удовлетворяли, то ныне требуется глобальный охват каналами связи всего Мирового океана, передача и прием потоков информации с помощью телеграфа, телефона, фототелеграфа и других средств со скоростью до 56 килобит в секунду (бит - количество информации в единицу времени).

В открытом море место устанавливают либо методом счисления по скорости и курсу судна, либо с помощью фазовых или импульсно-фазовых радионавигационных систем. И все же оба метода не дают удовлетворительных по современным требованиям результатов. Первый - из-за большой, причем накапливающейся со временем погрешности, второй - из-за ограниченности района действия или непостоянства скорости распространения электромагнитных волн в различных частях Мирового океана. Современные навигационные комплексы используют одну или несколько систем для определения местоположения судна, причем одна из них периодически корректирует другую. Таким образом, даже наличие совершенных радиоэлектронных средств недостаточно для полного обеспечения потребностей мореплавания и судовождения. И тогда советские ученые, как и специалисты различных стран, сосредоточили усилия на изучении возможностей использования спутников для морского судоходства. Изыскания объединила Межправительственная морская организация (ИМО), входящая в систему ООН.

В 1966 г. в ИМО начал действовать подкомитет по радиосвязи. Ученые и специалисты СССР прорабатывали технические, экономические и организационно-правовые аспекты создания международной системы спутниковой связи с судами. Предпочтение отдавалось спутникам, выведенным на геостационарную орбиту Энергетические расчеты показали, что для судов будет достаточен диаметр зеркала параболической антенны всего в 1,2 м, что вполне приемлемо даже для установки на небольших (грузоподъемностью 1000 - 3000 т) судах. Геостационарные спутники (высота до 36 тыс. км в плоскости экватора) и были избраны для организации системы связи с судами.

В 1972 г. в рамках ИМО собрали группу экспертов по морским спутникам. В 1975 г. удалось подготовить проекты конвенции и эксплуатационного соглашения о международной организации морской спутниковой связи (ИНМАРСАТ). Оба документа вступали в силу в том случае, если конвенцию ратифицируют правительства стран, чей общий суммарный заявленный долевой взнос составит 95 % от общего капитала. 16 июля 1979 г. правительства 15 государств ратифицировали конвенцию, обеспечив взнос в 96,24 %. В настоящее время в ИНМАРСАТе участвует 37 государств.

Всесоюзное объединение "Морсвязьспутник" по уполномочию правительств СССР, УССР и БССР подписало эксплуатационное соглашение об ИНМАРСАТе и является участником от СССР в этой организации. 1 февраля 1982 г. организация ИНМАРСАТ приступила к коммерческой эксплуатации системы.

Технической основой построения системы морских спутников послужили решения Всемирной административной конференции по радиосвязи, когда были выделены для морской службы две полосы частот по 7,5 МГц: одна - для работы в направлении спутник - судно в диапазоне 1,5 ГГц, другая - в направлении судно - спутник в диапазоне 1,6 ГГц.

С 1976 по 1979 г. до момента вступления в силу конвенции об ИНМАРСАТе в специально созданном подготовительном комитете советские специалисты, основываясь на предварительных технических проработках общей конфигурации и отдельных элементов, предложили построить систему на специализированных спутниках, ретранслятор которых не имеет других нагрузок, кроме функций связи с морскими судами в отведенных полосах частот.

Из коммерческих соображений система ИНМАРСАТ состоит не только из специализированных спутников типов "Марисат" и "Мареке", но и многоцелевых типа ИНТЕЛСАТ-У с ретранслятором в диапазоне частот 1,5 и 1,6 ГГц.

ИНМАРСАТ предоставляет судам, бурильным установкам и другим устройствам, эксплуатируемым в море, услуги по обеспечению связью - телеграфом, телексом, телефоном, фототелеграфом - передачи данных со скоростью 2,4 и 56 килобит в секунду. У транспортных судов наиболее популярный вид связи - телекс, поскольку это позволяет администрации судна передать грузоотправителю, грузополучателю, судовладельцу, портовым властям и другим абонентам в любой стране всю необходимую информацию, связанную с рейсом судна, в автоматическом режиме.

Как показывает опыт эксплуатации спутниковых станций на транспортных судах, удается заметно экономить ходовое время благодаря увеличению скорости принятия решений по управлению флотом, более быстрому выбору оптимальных путей плавания с учетом принимаемых судном в реальном времени прогнозов погоды. Экспертные оценки свидетельствуют также о снижении ущерба от аварий на 10 % в год. Для других типов судов, например рыбопромысловых, научно-исследовательских, бурильных и нефтедобывающих установок, наиболее эффективными могут оказаться телефон, обычный телеграф или передача данных.

Однако научный поиск должен продолжаться. Как советские специалисты, так и ученые других стран заняты решением технических задач для спутников второго поколения ИНМАРСАТ, которые выйдут на орбиты в 1987 - 1988 гг. и будут эксплуатироваться до 1995 г.

Группа советских ученых под руководством вице-президента АН СССР академика В. А. Котельникова на основе данных слежения еще за первым советским спутником предложила доплеровски и метод определения параметров орбиты. Исследования показали: наблюдая за спутником на одном витке, можно с достаточной точностью определять элементы его орбиты. Одновременно решили "обратную" задачу: доказали, что на основе сведений о параметрах орбиты можно вычислить координаты нахождения объекта по измерению доплеровского смещения частоты или при пролете спутника в зонах видимости его с объекта. Причем решение "обратной" задачи оказалось проще, чем основной, так как для нее достаточно вести измерения не на всем витке, а лишь на ограниченном участке орбиты спутника.

31 марта 1978 г. был запущен спутник "Космос-1000" для определения места судов транспортного и рыбопромыслового флотов, аппаратура которого основывалась на принципе системы доплеровского типа.

Судовые устройства спутниковой навигации работают на частотах 150 и 400 МГц и состоят из антенны, приемной техники, аппаратуры опознавания сигналов спутника, стандарта частоты, электронного вычислителя и средств отображения информации (видеоэкрана и печатающего устройства). После ввода начальных данных все делается автоматически, не требуя вмешательства оператора, идет счисление координат по курсу и скорости. Точность определения места составляет 0,1 - 0,3 мили, что вполне удовлетворяет требованиям судовождения не только в открытом море, но и в узких проливах. Правда, спутниковые системы навигации на низких орбитах обладают и недостатками. Например, невозможно уточнить место в любое время (дискретность на экваторе при 6 спутниках составляет около 1,2 ч): измерения занимают сравнительно большой интервал времени - от 6 до 16 мин и др.

В настоящее время эксплуатируются как отечественные, так и зарубежные спутниковые навигационные системы. Транспортные суда Минморфлота оснащаются теми и другими приборами, что повышает безопасность их плавания и сокращает ходовое время судов, экономя топливо, моторесурсы судовых агрегатов и улучшая другие показатели.

На судах, помимо спутниковых средств навигации и связи, устанавливают и другие электрорадионавигационные приборы, такие, как гирокомпас для указания курса, эхолот для измерения глубин с показателем и подачей специального сигнала при выходе судна на опасную (недостаточную для него) глубину, лаг - для измерения скорости судна относительно воды и фунта, радиопеленгатор, служащий уже не средством навигации, а прибором для определения направления на объект, находящийся в бедствии, навигационная радиолокационная станция - мощное средство в руках судоводителя для предотвращения столкновений и решения навигационных задач, приемоиндикатор радионавигационной системы (РНС) как ближнего, так и дальнего действия, который в сочетании со спутниковой навигационной системой позволяет корректировать показания одной системы по данным другой, т. е. иметь на судне комбинированное, высокоточное надежное обеспечение.

Пример другого немаловажного и гуманного применения космической технологии на море - совместная работа СССР, США, Канады и Франции по использованию низколетящих спутников для местоопределения судов и самолетов, терпящих бедствие.

Специалисты трех стран составили протокол о сотрудничестве по проведению эксперимента с применением спутников для поиска и спасения судов и самолетов, потерпевших аварию, который был подписан 18 марта 1977 г. Вскоре к работам присоединился и Национальный центр по исследованию космоса (КНЕС) Франции. Для системы выбрали низкоорбитальные спутники (высота до 800 - 1000 км и наклонение орбиты, близкое к полярному) и две частоты 121,5 и 406,1 МГц для радиобуев. Пролетая на такой высоте, спутник имеет возможность принимать сигналы с площади круга до 27 000 км ² под ним на поверхности океана или суши, диаметр которого получается около 6000 км при угле видимости с поверхности земли в 7.

На земле для приема информации со спутника на частоте 1 544,5 МГц оборудуются пункты, откуда после предварительной обработки сведения направляются в вычислительный центр. На основе данных эфемерид (траектория в трех измерениях - положение на орбите) спутника вычисляют координаты аварийного радиобуя. Сообщение немедленно поступает в ближайший центр поисково-спасательных служб страны, где расположен пункт приема информации (ППИ), который либо сам принимает меры, посылая необходимые средства к месту бедствия, либо сообщает об аварии и ее координатах в аналогичный центр той страны, кому принадлежит аварийный объект, или той, которая несет ответственность за поиск и спасение в определенном районе океана.

Определение места аварийного радиобуя осуществляется обработкой сигналов по величине доплеровского сдвига частоты и коррекции их с точным временем. Для выяснения этого с заданной точностью требуется примерно 8-12 мин полета спутника в зоне видимости ППИ. Расчетная точность определения места радиобуя в выбранной системе для частоты 121,5 МГц, выделенной воздушным службам, составляет 10-15 км, а для частоты 406,1 МГц, специально выделенной международным регламентом радиосвязи для аварийных спутниковых радиобуев, - 2-3 км. В условиях открытого моря или труднодоступных мест суши, особенно при аварии самолета в гористой местности, для более точного выхода поисково-спасательных средств на радиобуй требуются дополнительные данные. Воздушной службе удобно в этих целях использовать сам сигнал буя на частоте 121,5 МГц, так как поисково-спасательные самолеты и вертолеты всех стран имеют радиопеленгаторы на этой частоте.

С 1977 по 1982 г. специалистами четырех стран по согласованной программе сделаны научные и технические проекты построения спасательной системы и разработана аппаратура для установки на спутниках и на ППИ, а также создан аварийный радиобуй - первичный элемент системы. Проект получил название КОСПАС-САРСАТ (SARSAT). Как русская, так и английская аббревиатуры означают "поиск и спасение с использованием спутников".

Сейчас уже созданы и действуют пункты приема информации (ППИ) в Москве, Тулузе, Оттаве и Сан-Луисе, заканчиваются работы в Архангельске, Сан-Франциско, на Аляске (местечко Кодьяк), в Трапсе (Норвегия). Сеть ППИ будет расширяться; в частности, в СССР вступит в строй еще один ППИ во Владивостоке. Учитывая большую протяженность нашей страны, возможно, потребуется дополнительный пункт и в районе Западной Сибири. Система из четырех спутников, постоянно находящихся на орбите, и достаточно густая сеть пунктов приема обеспечивают надежность поступления аварийных сигналов и определение места радиобуя за время от нескольких минут до одного часа в экваториальных районах, где наибольшая "расходимость" спутников друг от друга.

Технические испытания системы КОСПАС начались сразу после запуска "Космоса-1383". Они показали, что местонахождение радиобуев для частоты 121,5 МГц определяется с точностью в 10 - 15 км, а для частоты 406,1 М Гц - до 3 км, если радиобуи расположены на суше. Одновременно изучались возможные помехи для частоты 406,1 МГц, в частности появление ложных сигналов. Неблагоприятными зонами оказались Европа, Северная Африка и Ближний Восток с центром в районе Красного моря, Австралия, Индонезия с центром в районе города Перт, Центральная Америка с центром в районе Панамы.

Эффективность системы проявилась на самых начальных этапах. Первыми спасенными с помощью КОСПАС-САРСАТ и благодаря советскому спутнику "Космос-1383" оказались трое жителей Канады.

Кроме поиска самолетов, система также использовалась на море. 10 октября 1982 г. в Атлантике, в 300 милях от побережья США, тримаран "Гонзо" перевернулся. Полученная береговой охраной США информация от спутника "Космос- 1383" обеспечила быстрое проведение операции по спасению экипажа яхты: двух американцев и одного англичанина.

Демонстрацию и оценку системы КОСПАС-САРСАТ по согласованной четырьмя странами программе начали 31 января 1983 г., после снятия эксплуатационных характеристик совместной системы, выяснения эффективности ее использования поисково-спасательными службами различных стран и разработки рекомендаций по эксплуатации. За "Космосом-1383" последовал спутник-спасатель "Космос- 1447".

Итак, в морское судоходство быстро внедряется космическая техника. В мире уже около 40 тысяч судов оборудовано средствами космической навигации, более 1600 судов работают через международную спутниковую систему связи ИНМАРСАТ. На очереди - оснащение судов аварийными буями, действующими через низкоорбитальные спутники.

Ю.С. АЦЕРОВ, председатель Всесоюзного объединения "Морсвязьспутник"