ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСЗ ДЛЯ СВЯЗИ И НАВИГАЦИИ НА МОРЕ

Одним из основных прямых контактных методов получения информации о Мировом океане, особенно при длительных измерениях, с давних пор в океанологии считался метод сбора информации с применением автономных океанологических буев. Для этого с борта НИС в интересующем ученых районе Мирового океана устанавливались на якорях или пускались в свободный дрейф специальные океанологические буи с размещенной на них аппаратурой для непосредственных контактных измерений. Полученная при работе буя информация передавалась на лежащее поблизости в дрейфе НИС или записывалась на автономные буйковые самописцы.

Схема работы с использованием буев довольно проста и эффективна, но имеет некоторые недостатки. Прежде всего при такой организации работы необходимо держать НИС вблизи установленного буя. Это не всегда желательно, а иногда и искажает сигналы датчиков, приводит к потерям времени и средств. Передать же информацию непосредственно на берег, нередко на расстояния несколько тысяч километров, сложно и дорого, поскольку в этом случае на каждом буе необходимо установить мощную автономную радиостанцию.

Очевидно, что задачу можно гораздо проще решить, используя какой-либо промежуточный ретранслятор, и лучше всего, если такой ретранслятор установить на ИСЗ. Тогда на буе можно разместить простой малогабаритный и надежный УКВ-передатчик с антенной, направленной вверх. Океанологические датчики буя будут периодически опрашиваться с помощью специального коммутатора и полученные сигналы записываться на буферном самописце.

При пролете ИСЗ над буем этот передатчик включается и передает накопленную информацию на спутник, где она сначала записывается на бортовой магнитофон, а затем при пролете ИСЗ над наземным пунктом связи «сбрасывается» вниз. Дальнейшее ее распределение между потребителями осуществляется уже по обычным наземным каналам связи.

Орбиты ИСЗ-ретрансляторов могут выбираться таким образом, что сеансы связи буев с ИСЗ и передача информации с буев будет осуществляться не реже одного раза в сутки. А в принципе при выборе достаточно высоких орбит ИСЗ и оснащении системы сбора данных достаточным количеством спутников можно реализовывать и более частую и даже непрерывную передачу океанологической информации с буев.

Такие спутниковые системы сбора и передачи информации (СССПИ) различного типа были разработаны в СССР, ГДР, США, Франции и других странах и прошли успешные испытания на ряде ИСЗ. В частности, аппаратура для отработки СССПИ, разработанная специалистами социалистических стран, устанавливалась на ИСЗ «Интеркосмос-20» и «Интеркосмос-21». На каждом буе в этой системе можно было установить 31 датчик, период опроса которых варьировался от 30 до 60 мин.

Во время сеанса связи ИСЗ с буем может определяться взаимное расстояние между ИСЗ и буем, чтобы по этим данным рассчитать положение буя в земной системе координат. Такие автоматические системы определения координат буев открывают широкие перспективы для использования свободно дрейфующих буев, для слежения за их перемещениями, облегчают поиск буев, их обслуживание и т. д. Точность определения координат буев при этом достигает 1 ? 3 км, что вполне достаточно для решения многих практических задач.

В качестве примера технических характеристик современных СССПИ приведем основные данные франко-американской системы «Аргос», которая функционирует с 1978 г.

Район работы системы ? весь земной шар

Типы ИСЗ-ретрансляторов ? метеорологические ИСЗ «Тирос-Н»

Высота орбит ИСЗ-ретрансляторов ? 830 км

Типы орбит ? полярные или солнечно-синхронные

Максимальное количество обслуживаемых системой буев ? 16 000

Средняя частота опроса буев с ИСЗ ? 3,5 ч

Точность определения координат буев ? 3 км

Количество измерительных каналов на каждом буе ? 32

Период опроса датчиков буя ? 40 ? 200 с

Рабочая частота передатчика буя ? 401 МГц

Вес комплекта служебной аппаратуры для буя ? 1,5 кг

Энергопотребление служебной аппаратуры ? не более 200 мВт

Время предварительной обработки информации от момента ее передачи с ИСЗ до момента передачи потребителю ? не более 6 ч

Стоимость одного комплекта аппаратуры для буя ? не более 10 тыс. фран.

Широкое применение находит сейчас и использование ИСЗ для навигации судов промыслового, транспортного и научного флота. Практически на всех крупных НИС сейчас установлены спутниковые навигационные системы и объясняется это рядом принципиальных достоинств спутниковых навигационных систем. Последние могут работать при любых метеоусловиях, в дождь и туман, а точность их работы значительно выше, чем у традиционных оптических и радиодальномерных систем. Судовое оборудование для спутниковых систем в современном исполнении имеет небольшие габариты и массу.

Идея использовать ИСЗ для навигации судов довольно проста. ИСЗ движется по орбите, параметры которой можно измерить и спрогнозировать довольно точно ? с точностью до нескольких метров. Если в какой-то момент времени измерить расстояние от судна до ИСЗ или скорость изменения этого расстояния, то затем несложно рассчитать координаты судна в момент связи. Здесь используется та же идея, что и при определении координат буев в СССПИ. В спутниковой навигационной системе одновременно может использоваться несколько ИСЗ, что позволяет проводить навигационные измерения через периоды менее 1 ч.

По такому принципу построена, например, американская спутниковая система навигации «Транзит». Коммерческое использование системы началось в 1967 г., а сейчас этой системой пользуются десятки тысяч судов, находящихся в различных точках Мирового океана. В системе «Транзит» используется шесть ИСЗ, обращающихся вокруг Земли по полярным орбитам высотой 1075 км. Время наблюдения каждого ИСЗ потребителем в сеансе определения координат составляет 10 ? 15 мин, я за это время ИСЗ пролетает несколько тысяч километров.

Использование полярных орбит для навигационных ИСЗ позволяет работать с системой в любом районе Мирового океана. В этой системе перерывы в навигационных наблюдениях максимальны на экваторе и составляют 80 мин. Среднеквадратичная точность определения координат судов с использованием системы «Транзит» составляет около 100 м.

Это уже достигнутый уровень. Разрабатываемая сейчас перспективная спутниковая навигационная система «Навстар» должна обеспечивать точность определения положения судов около 5 м. В состав этой системы войдут 24 ИСЗ, круговые орбиты которых будут иметь высоту около 20 тыс. км и наклонение 63°. Такое расположение ИСЗ позволит обеспечить радиовидимость из любой точки на поверхности Земли в любой момент времени не менее шести ИСЗ системы, что необходимо для непрерывных определений навигационных параметров в реальном масштабе времени.

Судовое оборудование спутниковых навигационных систем в современном исполнении имеет малые габариты, массу и потребление энергии. Так, аппаратура, разработанная для установки на малых судах, весит всего несколько килограммов и потребляет не более, чем обычная осветительная лампочка.

Конечно, использование ИСЗ для целей навигации собственно не приносит ученым новых сведений о Мировом океане, но тем не менее позволяет более эффективно решать многие традиционные задачи океанологии. Например, с использованием спутниковых навигационных систем стал возможен точный выход НИС в любую точку Мирового океана. На поиск оставленного ранее буя или донной станции в этом случае не расходуется драгоценное экспедиционное время. При проведении исследований с борта НИС, лежащего в дрейфе, можно точно определять параметры этого дрейфа и учитывать их при обработке информации.

Одним из самых последних примеров использования ИСЗ для решения «морских» задач является их применение для связи с судами. Обычные коротковолновые и низкоинформационные системы морской связи уже не могут в ряде случаев удовлетворить ученых, которым часто необходимо передавать в береговые центры (или из них на НИС) большие потоки информации, например для обработки ее на ЭВМ. Обычные УКВ-системы связи в этом случае помочь не могут, так как из-за кривизны земного шара имеют ограниченный радиус действия.

Для успешного решения задачи, как и во многих других подобных случаях, необходим промежуточный ретранслятор, и таким ретранслятором опять же может быть ИСЗ. На суше спутниковые системы связи (ССС) работают уже с начала 60-х годов. Но в том виде, в котором они были разработаны для передачи информации с одного континента на другой, эти системы не подходили для использования на море из-за больших габаритов антенн и большой сложности связной аппаратуры.

В настоящее время связная аппаратура достигла такой степени миниатюризации, что ее можно устанавливать практически на любых судах. В одной из моделей морской ССС (советской системе «Волна-С») антенна судовой приемопередающей станции имеет диаметр 1,5 м и размещается на гиростабилизированной платформе. По командам специального вычислительного устройства она наводится в расчетную точку небесной сферы (где находится связной ИСЗ) с точностью около 1° при любой качке судна.

В морских ССС используются, как правило, ИСЗ-ретрансляторы на стационарных орбитах, что значительно облегчает наведение судовых антенн и позволяет иметь в системе небольшое число ИСЗ. Так, в американскую систему «Марисат» входят только три геостационарных ИСЗ ? по одному над Атлантическим (точка стояния 15° з. д.), Индийским (73° в. д.) и Тихим (176,5° в. д.) океанами.

В сентябре 1976 г. на сессии Межправительственной морской консультативной организации (ММКО) было подписано соглашение о создании первой международной системы связи и навигации для судов морского флота ? системы «Инмарсат». В создании и финансировании этой системы принимает участие несколько десятков государств, в том числе и СССР. Развертывание системы будет происходить в 1982 ? 1985 гг. В системе «Инмарсат» будут использоваться ретрансляторы, установленные в качестве полезной нагрузки на связных ИСЗ «Интелсат-5», «Марекс» и «Горизонт».

Наконец, в заключение этого раздела можно отметить перспективу создания спутниковой системы обнаружения судов, терпящих бедствие на море. Благородная задача охраны жизни людей, работающих в море, и их спасения также будет решаться с использованием ИСЗ.

Советский Союз участвует в настоящее время в международном проекте «Коспас ? Сарсат» по созданию такой системы. В рамках этого проекта на судах и самолетах будут установлены специальные передатчики, автоматически включающиеся в момент аварии. С помощью специальных ИСЗ будет осуществляться прием сигналов этих передатчиков, определение их координат и ретрансляция аварийной информации в береговые центры, два из которых создаются на территории СССР. Начало экспериментальной эксплуатации системы «Коспас ? Сарсат» намечено на 1982 г.

В настоящее время, несмотря на полученные отдельные интересные результаты, вклад космических методов в общую программу исследования Мирового океана пока еще совершенно недостаточен. Это связано прежде всего с несовершенством аппаратуры дистанционного зондирования и методов обработки поступающей из космоса информации, и в этом направлении предстоит еще много работы. Но тем не менее уже и сейчас имеется ряд примеров высокой эффективности космических методов не только для исследования Мирового океана, но и для решения важных народнохозяйственных задач.

Космическая фотоинформация, в том числе фотоинформация о Мировом океане, нашла применение сейчас во многих организациях и дает экономический эффект, исчисляющийся сотнями миллионов рублей в год.

Таким образом, космические методы исследования Мирового океана убедительно продемонстрировали свою полезность и перспективность, но это совсем не значит, что они смогут в близком или отдаленном будущем полностью заменить традиционные судовые измерения. Будущее, очевидно, за разумным объединением этих различных методов океанологических исследований, и космические методы в комплексной перспективной системе исследования Мирового океана займут достойное место.

Во всяком случае, первые опыты по исследованию Мирового океана из космоса показали, что в ближайшие годы можно ожидать новых крупных успехов в этой новой области науки, новых открытий.