Космические спасатели: как советская «Надежда» положила начало системе КОСПАС-SARSAT

КОСПАС‑SARSAT — это международная спутниковая поисково-спасательная система, созданная для оперативной фиксации сигналов бедствия с аварийных буев или маяков, позволяющих определять координаты судов, самолетов и даже отдельных людей, попавших в чрезвычайную ситуацию. Ее название образовано из русской и английской аббревиатур: КОСПАС — КОсмическая Система Поиска Аварийных Судов, а SARSAT — Search And Rescue Sаtellite-Aided Tracking.

История создания системы КОСПАС‑SARSAT

Несмотря на то, что КОСПАС-SARSAT вошёл в историю как пример уникальной глобальной кооперации, путь к нему начинался в условиях жёсткого соперничества двух сверхдержав. Изначально в СССР и США разрабатывались независимые системы по спасанию терпящих бедствие с помощью информации от радиобуёв. Эти автономные радиопередатчики должны были автоматически включаться в момент аварии и посылать сигнал в эфир, а спутники на орбите — пеленговать их и передавать точные координаты наземным службам.

В США импульсом к разработке стала трагедия в октябре 1972 года на Аляске, когда бесследно исчез самолёт с американскими конгрессменами, а масштабные визуальные поиски не дали результатов. После этого Конгресс США законодательно обязал авиацию использовать аварийные радиомаяки, а для приёма их сигналов в безлюдных районах было решено задействовать спутники.

В СССР практические работы начались в середине 1970-х годов в рамках проектирования гражданской навигационной спутниковой системы, которую было решено дополнить спасательной аппаратурой. Для СССР, обладающего огромными малонаселёнными территориями суши и акваториями, появление эффективной системы поиска и спасания было очень актуальным и должно было иметь немалое социальное и хозяйственное значение.

Поэтому проект получил поддержку в руководстве страны. Официально создание советского сегмента КОСПАС было утверждено Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 26 января 1977 года за №81-84. Поначалу в СССР вопросами разработки и использования аварийных морских радиобуёв занималось агентство «Морсвязьспутник» при Министерстве морского флота, а за создание космического сегмента и бортовой радиоаппаратуры отвечало Министерство общего машиностроения СССР.

В 1977-м началась интенсивная разработка советской спутниковой системы КОСПАС. Головным разработчиком системы от Министерства общего машиностроения было назначено НИИ космического приборостроения (ныне — «Российские космические системы»). Спутники разрабатывались в НПО прикладной механики (ныне — «РЕШЕТНЁВ») и выпускались на производственном объединении «Полет». Запуски выполнялись на омских ракетах-носителях «Космос-3М» того же объединения. Сами выводимые на орбиту аппараты не имели в открытой печати собственных названий и регистрировались под обезличенными номерами серии «Космос».

Параллельно с этим масштабные работы развернулись на Западе, где США, Канада и Франция объединили усилия для создания совместимой системы SARSAT. Такое партнёрство диктовалось практическими причинами: в США инициатором проекта выступило Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), а исполнителем работ — Центр Годдарда NASA. Канада, имевшая острую потребность в спасении пилотов на своих труднодоступных полярных территориях, через Министерство связи взяла на себя разработку бортовых космических ретрансляторов аварийного сигнала. Франция, в лице Национального центра космических исследований CNES, спроектировала и предоставила для американских спутников ключевой элемент космического сегмента — бортовые электронные процессоры для обработки сигналов нового цифрового диапазона.

В марте 1977 года, во время планового посещения Центра Годдарда советской технической делегацией (визит проводился в рамках действующего межгосударственного обмена по итогам программы «Союз-Аполлон»), американская сторона представила проект планируемых американо-канадских спасательных испытаний системы SARSAT. Поскольку в СССР к этому моменту уже велась разработка КОСПАС, инженеры обеих стран пришли к выводу о возможности совмещения усилий. Стало понятно, что параллельная работа в космосе требует взаимной технической совместимости оборудования и частот. Именно это мартовское техническое соглашение и легло в основу нового межправительственного соглашения, подписанного 18 мая 1977 года в Женеве между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях взамен истекавшего договора 1972 года. Оно официально вступило в силу 24 мая 1977 года, став официальной правовой основой для начала практических работ по созданию международной системы поиска и спасания КОСПАС-SARSAT.

Опираясь на опыт реализации программы ЭПАС, специалисты СССР и США немедленно приступили к созданию совместимых технических требований для будущих спутниковых систем поиска. Результатом этой работы стало Постановление Совета Министров СССР № 33-15 от 12 января 1978 года «О проведении работ по созданию совместно с США, Канадой экспериментальной спутниковой системы для определения местоположения самолётов, потерпевших аварию», закрепившее международный статус советского проекта КОСПАС.

Затем последовало итоговое предварительное соглашение, заключённое в Гамбурге 27 апреля 1979 года между СССР, США, Францией и Канадой, которое окончательно утвердило технические стандарты сопряжения комплексов КОСПАС и SARSAT в единую глобальную сеть.

Начало функционирования системы КОСПАС-SARSAT

Функционирование системы началось 30 июня 1982 года. Как зафиксировано в официальной летописи головного разработчика аппаратуры, РНИИ космического приборостроения, в этот день «лётные испытания системы КОСПАС начались с запуска отечественного спутника КОСПАС-1 („Космос-1383“)». К этому времени, в соответствии с принятыми в 1970-х годах национальными законами об обязательной установке аварийных маяков, зарубежные партнёры уже разместили сотни аварийных радиобуёв на своих самолётах и кораблях. Устройства для индивидуального использования появились даже в открытой продаже.

Архив Роскосмос Медиа«КОСПАС-1» или «Надежда»

Утром 9 сентября легкомоторный самолёт Cessna 172 в условиях плохой видимости столкнулся со склоном горы в Британской Колумбии. Бортовые средства связи оказались повреждены. Несмотря на серьёзные ушибы, переломы и резкое охлаждение бизнесменам из провинции Онтарио Вану Амельсвурту (пилот арендованного самолёта), Джону Зигельхейму и Джорджу Химскерку, удалось передать сигнал о бедствии: бортовой аварийный радиомаяк автоматически автоматически сработал на частоте 121,5 МГц от удара при падении. В тот же день во время пролёта над Северной Америкой «КОСПАС-1» зафиксировал этот сигнал и ретранслировал его на поисковую базу Ширли Бэй вблизи Оттавы. Там точно вычислили координаты крушения. В 4 часа утра следующего дня, 10 сентября, высланная к месту аварии спасательная служба эвакуировала всех троих пострадавших.

Экспериментальный этап совместных испытаний осуществлялся на основании Меморандума о взаимопонимании, подписанного 23 ноября 1979 года в Ленинграде представителями Министерства морского флота СССР, французского CNES, Департамента связи Канады и американского NASA.

Вскоре к международной системе подключились Болгария, Венесуэла, Великобритания и Норвегия. За ними последовали Австралия, Бразилия, Дания, Индия, Испания, Италия, Нидерланды, Чили, Швейцария, Швеция, Япония и другие страны. В результате экспериментальная система была одобрена Международной морской организацией (ИМО) и Международной организацией гражданской авиации (ИКАО).

Практическая реализация КОСПАС-SARSAT

В 1985 году система КОСПАС-SARSAT была официально объявлена общедоступной и введена в постоянную эксплуатацию. В декабре 1987 года, по итогам завершения цикла государственных испытаний советского сегмента, космический комплекс определением Правительства СССР получил официальное постоянное наименование «Надежда». С 1989 года новые серийные аппараты стали выводиться на орбиту уже под этим открытым именем.

По мере развития и расширения количества стран-участников программы было принято решение о заключении постоянного межправительственного соглашения, которое подписали в Париже в 1988 году.

В соглашении были заложены правовые основы работы международной системы. Доступ к ее возможностям предоставляется всем государствам на равноправной основе, а для тех, кто оказался в бедствии, ее использование безвозмездно. Тогда же были учреждены Совет и Секретариат КОСПАС-SARSAT.

В конце ХХ века к Международной программе КОСПАС-SARSAT официально присоединилась КНР. 9 октября 1992-го Китай направил уведомление в Международную морскую организацию (ИМО) и вошёл в программу в статусе государства-пользователя, развернув Китайский центр координации спасательных операций. 28 марта 1997 года КНР повысила свой статус, став поставщиком оборудования наземного сегмента, что позволило стране развернуть на своей территории собственные станции приёма и обработки аварийной информации.

В октябре 2017 года на 31-й сессии Совета КОСПАС-САРСАТ Китай предложил интегрировать в международную сеть спасения модули среднеорбитального сегмента (MEOSAR) на базе национальной навигационной системы «Бейдоу» [INDEX]. После серии успешных совместных тестов, в 2020 году группировка «Бейдоу» третьего поколения (BDS-3) была официально введена в эксплуатацию, встав в один ряд со спасательными спутниковыми компонентами России (ГЛОНАСС), США (GPS) и Европы (Galileo).

При этом участие Европы в программе началось задолго до развёртывания её навигационной системы: европейские спасательные ретрансляторы SARSAT функционировали на низкоорбитальных метеорологических спутниках серии MetOp, начиная с аппарата MetOp-A в 2006 году. На среднеорбитальный уровень интеграция перешла с запуском навигационных спутников Galileo. На первой паре аппаратов 2011 года спасательная электроника отсутствовала, но уже со второй пары, выведенной на орбиту в октябре 2012 года, ретрансляторы стали штатными. В декабре 2016 года, с объявлением начальной готовности системы Galileo, Европейский Союз официально ввёл свой среднеорбитальный сегмент поиска и спасания в постоянную международную эксплуатацию.

Сейчас в программе участвуют более 15 государств Азии. Ведущими поставщиками наземного оборудования в регионе стали Япония, Индия и Республика Корея. Причём Индия самостоятельно расширяет космический сегмент, размещая средства ретрансляции системы на своих геостационарных спутниках серии Insat. Помимо этих технологических доноров, официальными государствами-пользователями системы в Азии и на Ближнем Востоке стали Пакистан, Индонезия, Малайзия, Сингапур, Таиланд, Филиппины, Вьетнам, ОАЭ, Саудовская Аравия и Катар

На сегодня официальными участниками межправительственного соглашения КОСПАС-SARSAT являются 45 государств и организаций. Согласно международной структуре управления, они разделены на четыре категории: 4 государства-основателя (Россия, США, Франция и Канада), 30 государств — поставщиков наземного сегмента, 9 государств-пользователей, официально участвующих в управлении программой и гарантирующих работу своих национальных спасательных служб, а также 2 международные организации.

Благодаря этой работе по всему миру проведено около 20 000 только зарегистрированных поисково-спасательных операций, в ходе которых спасено более 63 000 человеческих жизней. Услугами международной системы КОСПАС-SARSAT на безвозмездной основе сегодня пользуются более 200 стран и территорий по всему миру.

Несмотря на то, что официально в программу входят 45 участников, сигналы бедствия принимаются и обрабатываются абсолютно для любого государства, судна или самолёта на планете Земля. Поисково-спасательные точки контакта развёрнуты почти во всех странах мира, что делает систему полностью глобальной и недискриминационной.

Как работает система КОСПАС-SARSAT

Система состоит из трех основных компонентов:

Аварийные радиобуи или маяки (АРБ)

Это компактные передатчики, которые активируются автоматически или вручную при аварии. Они бывают трех типов:

• EPIRB (Emergency Position-Indicating Radio Beacon) — для морских судов, активируемые как вручную, так и автоматически. Модели с автоматическим отделением оснащены гидростатическим механизмом освобождения, который при достижении глубины от 1,5 до 4 метров позволяет бую отсоединиться от кронштейна, всплыть на поверхность и начать передачу сигнала.

• ELT (Emergency Locator Transmitter) — маяки и буи для воздушных судов. Они активируются автоматически от срабатывания гравитационных датчиков при столкновении с землей или водной поверхностью.

• PLB (Personal Locator Beacon) — персональные маяки могут использоваться людьми, работающими в отдаленных районах, где нет другой связи. Их активация производится вручную или автоматически при погружении в воду.

При активации любой радиобуй излучает радиопосылку мощностью 5 Вт в цифровом виде на частоте 406 МГц. Чтобы экономить заряд батареи, сигнал длительностью 0,5 секунды излучается каждые 50 секунд. В «посылке» закодированы: страна регистрации, уникальный идентификатор радиобуя, тип бедствия, а в моделях с навигационным приемником — вычисленные координаты. В этом последнем случае поисково-спасательные службы сразу получают тревожное сообщение уже с координатами аварии, что существенно ускоряет начало поиска.

РоскосмосРадиомаяк КОСПАС-САРСАТ

Ранее в системе использовались частоты 121,5 МГц и 243 МГц, на которых сигнал передавался в аналоговом виде и не содержал закодированных цифровых данных о владельце, а вычисление координат производилось исключительно наземными станциями по доплеровскому сдвигу частоты. В 2009 году было принято решение о прекращении обработки сигналов на частотах 121,5 и 243 МГц спутниковым сегментом и полном переходе на частоту 406 МГц, которая благодаря возможности ретрансляции сигнала в цифровом виде гарантирует высокую точность определения местоположения, а большая пиковая мощность увеличивает вероятность обнаружения.

Но от частоты 121.5 полностью пока не отказались. Большинство маяков до сих пор производятся со сдвоенными рабочими частотами 121.5 и 406 MHz.

В настоящее время по всему миру более 2 млн государственных и частных пользователей аварийными радиобуями и персональными маяками.

Космический сегмент

В него входят спутники, работающие на низких, геостационарных и средних околоземных орбитах. Они принимают сигналы от аварийных маяков и ретранслируют их на наземные станции. Спутники оснащены ретрансляторами сигналов с аварийных радиобуев.

• Низкоорбитальные спутники («Метеор-М», NOAA-18 и MetOp-A) — чаще всего на приполярных орбитах высотой порядка 800–1000 км. Их главная задача — доплеровское определение координат: спутник фиксирует изменение частоты сигнала из‑за своего движения относительно источника. По характеру этого сдвига вычисляется местоположение буя. Получаемая точность — 1–2 км. Минусом низкоорбитальных спутников является то, что нужно дождаться пролета спутника в области приема сигнала одной из наземных станций, из‑за чего задержка может быть значительной.

• Геостационарные спутники (высота орбиты около 36 тыс. километров) — стали использоваться в системе КОСПАС-SARSAT с октября 1998 г. Они фиксируют сигнал и передают его в Центр приема за 5–10 минут, но для точного определения местоположения требуется информация с модификации радиобуя со встроенным GPS или ГЛОНАСС приемником, так как они не могут определять координаты «по доплеру». К сожалению, эти спутники не охватывают приполярные районы. Сейчас с ретрансляторами системы КОСПАС-SARSAT на геостационарной орбите около десятка аппаратов («Электро-Л», «Луч-5А», Meteosat, GOES, Insat-3, MSG)

• Среднеорбитальные спутники («Глонасс-К», «Глонасс-К2», GPS IIF и GPS III, Galileo-FOC, Beidou-3) — в составе современных глобальных навигационных систем (высота от 19000 до 24000 км) сами обеспечивают высокую скорость и точность обнаружения места источника аварийного сигнала.

Наземный сегмент

Состоит из наземных станций приема и обработки информации, которые обрабатывают данные, получаемые со спутниковых ретрансляторов, вычисляют (при необходимости) координаты источника и передают информацию в координационные центры. Эти станции полностью автоматизированы и участие человека требуется лишь для профилактики и ремонта.

АО "Решетнев"Наземные станции для системы КОСПАС-САРСАТ

Также в состав наземного сегмента входят координационные центры системы, которые собирают данные со станций обмениваются информацией между собой и с поисково-спасательными службами ближайших к аварии стран, а затем передают координаты в соответствующие службы для начала спасательной операции. Таких центров создано уже 31.

Из них узловые — в России (Москва), США (Сутленд), Франции (Тулуза), Австралии (Канберра), Испании (Мадрид) и Японии (Токио). Стандартные центры, кроме России, созданы в Алжире, Аргентине, Бразилии, Великобритании, Венесуэле, Вьетнаме, Греции, Индии, Индонезии, Италии, Канаде, Китае, Норвегии, ОАЭ, Пакистане, Перу, Республике Корея, Нигерии, Саудовской Аравии, Сингапуре, США, Таиланде, Турции, Чили, ЮАР и в особом административном районе Гонконге. Автоматизированные протоколы, которыми обмениваются центры разных стран, передаются в стандартных форматах, чтобы разные страны и службы могли быстро и однозначно интерпретировать информацию о бедствии.

Перспективы системы КОСПАС-SARSAT

Уже сейчас система КОСПАС-SARSAT работает таким образом, что время доставки аварийного сообщения до спасательных служб в случае использования радиобуёв со встроенными навигационными приёмниками не превышает 5 минут даже в самых сложных погодных и географических условиях.

В перспективе развитие системы связано с полной цифровизацией, переходом с низкоорбитальных и геостационарных спутников на среднеорбитальные группировки (сегмент MEOSAR) и внедрением интеллектуальных маяков. Текущий технологический этап направлен на то, чтобы сократить время обнаружения пострадавших до нескольких секунд, а точность локализации со встроенным навигационным чипом довести до считанных метров. При этом независимый расчёт координат самой спутниковой системой без встроенного в маяк GPS/ГЛОНАСС-приёмника составит менее 1–2 километров уже по первому сигналу (вместо прежних часов ожидания пролёта низкоорбитального аппарата).

Разрабатываемое второе поколение аварийных маяков (SGBs) будет поддерживать функцию обратной связи (Return Link Service), которая позволяет передавать со спутника на буй сообщение «мы вас услышали» в виде мигания индикатора или другим способом, что особенно важно в удалённых районах. Разрабатываемые маяки будут широко использовать технологию широкополосного сигнала (spread-spectrum), что делает их более устойчивыми к помехам.

Значимость системы КОСПАС-SARSAT

Информация о количестве спасённых благодаря наличию системы КОСПАC-SARSAT человеческих жизней не только не является абсолютно точной, но и сильно разнится. Причина этого в основном в том, что после удачного спасания (что бывает не всегда) не все спасательные организации по различным причинам присылают результаты в Центры КОСПАС-SARSAT, и потому они не регистрируются.

Тем не менее есть данные, что к 2005 году число спасённых граждан России и СНГ превысило 900 человек. В 2016 году эта цифра перешагнула рубеж в 1600 человек. С учётом среднегодового числа удачных поисково-спасательных операций в РФ (от 50 до 200) к 2027 году общее число спасённых превысит 2000 человек. Эти сведения подтверждаются внутренней статистикой российского «Морсвязьспутника», согласно которой благодаря КОСПАС-SARSAT в России и странах бывшего СССР уже обеспечено оперативное реагирование и спасение порядка двух тысяч граждан.

КОСПАС‑SARSAT — это пример того, как спутниковые технологии, изначально развивавшиеся в рамках космических программ отдельных стран, стали повседневной инфраструктурой безопасности для всего мира, в которой успешно сочетаются орбитальная механика, радиофизика, навигация и международная кооперация.

Специализированные аварийные радиомаяки системы КОСПАС-SARSAT входят в состав бортового оборудования и носимого аварийного запаса пилотируемых космических кораблей. В частности, они служат резервным средством пеленгации при обеспечении посадок спускаемых аппаратов транспортных пилотируемых кораблей «Союз МС». Благодаря сквозному мониторингу орбитальной группировки, время оповещения о посадке дежурными сменами Главного и региональных поисково-спасательных служб в экстренных ситуациях составляет не более пяти минут.