Na kłopoty... satelita

W ciągu dwóch minut i z dokładnością do jednego metra satelity będą namierzały na całym globie nieszczęśników wysyłających sygnał SOS. Testy nowoczesnego orbitalnego systemu ?Znajdź i uratuj? zaczną się pod koniec roku

Tę historię pamięta praktycznie każdy: w marcu tego roku polski kitesurfer wpadł w tarapaty, gdy próbował przepłynąć Morze Czerwone.

Gdy doszło do wypadku, uruchomił nadajnik, a ten zaczął wysyłać w kosmos sygnał alarmowy na specjalnej częstotliwości 406 MHz. Tylko tak kitesurfer mógł zawiadomić świat, że znalazł się w niebezpieczeństwie. Nie wiedział jednak, czy jego wołanie o ratunek zostało odebrane. Pomoc w końcu dotarła, choć dopiero następnej doby, czyli bardzo późno. W takich przypadkach kluczowe są pierwsze 24 godziny. Potem szansa na odnalezienie żywego człowieka szybko spada, szczególnie gdy doznał obrażeń i nie ma wody pitnej.

Inny przykład, także z marca tego roku. 61-letni Brytyjczyk wyruszył na samotną wyprawę w dzikie góry Nowej Zelandii. Zwichnął kolano i nie mógł zrobić kroku. Znajdował się poza zasięgiem sieci telefonii komórkowej, jednak przezornie zabrał ze sobą urządzenie wysyłające do satelitów falę 406 MHz. Miał więcej szczęścia niż polski kitesurfer. Dwie godziny później był już w helikopterze. Podobnych zdarzeń rejestruje się dziesiątki każdego roku. W ciągu 30 lat satelity namierzyły i pośrednio uratowały życie ponad 30 tys. ludziom.

Jan Lisewski

Wrzesień '82 - pierwsi uratowani

To zasługa systemu noszącego oficjalną nazwę COSPAS-SARSAT. Powstał on w 1982 r. dzięki współpracy Związku Radzieckiego, USA, Kanady i Francji. Wcześniej przez dekadę poszczególne kraje eksperymentowały na własną rękę. Pod koniec lat 70. uzgodniono jednak, że powstanie wspólna sieć alarmowa oparta na początek na dwóch radzieckich i dwóch amerykańskich satelitach okołobiegunowych poruszających się na wysokości 850-1000 km. Zainstalowano na nich instrument nazwany SAR, od ang. search and rescue, czyli znajdź i uratuj. Odbierał on sygnał z nadajników naziemnych (początkowo na częstotliwości 121,5 MHz) i po przetworzeniu retransmitował go do anten rozstawionych na Ziemi.

Pierwszy satelita z przekaźnikiem SAR zaczął działać we wrześniu 1982 r. Kilka dni później odebrał sygnał SOS od osób ocalałych z katastrofy awionetki w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Byli to pierwsi ludzie uratowani dzięki orbitalnym aniołom stróżom.

Satelity biegunowe miały jednak swoje wady. Ponieważ latają nisko i z dużą prędkością, widzą tylko kawałek globu. Potrzebują około półtorej godziny, aby go okrążyć. Może więc być tak, że gdy sygnał o zagrożeniu zostaje wyemitowany, nie ma ich w pobliżu. Trzeba poczekać, aż któryś z nich pojawi się ponad horyzontem. Poza tym satelity okołobiegunowe potrzebują dwóch przelotów, aby w miarę dokładnie ustalić lokalizację nadajnika. Zanim więc namierzą pechowca, może upłynąć wiele godzin. A w tak długim czasie wiele może się zdarzyć - nadajnik przestanie działać, straci moc albo też jego sygnał zostanie zakłócony. Poza tym, nawet jeśli wszystko przebiegnie idealnie, dokładność takiego pomiaru wynosi kilka kilometrów.

Im wyżej, tym więcej widać

Z tych wszystkich powodów pod koniec lat 90. XX w. do systemu włączono satelity geostacjonarne. Mają one tę zaletę, że „wiszą” nad jednym punktem na powierzchni globu, oglądając go z odległości blisko 36 tys. km. Z tak dużego dystansu mogą stale monitorować sporą część planety. Dzięki temu błyskawicznie odbierają i przekazują wezwanie o pomoc. Niemal od razu wiadomo więc, że ktoś gdzieś na globie potrzebuje pomocy, a na podstawie kodu nadajnika można ustalić, kim jest ów nieszczęśnik. Wadą takich satelitów jest jednak to, że nie potrafią wskazać, skąd nadszedł sygnał, chyba że taki nadajnik współpracuje z odbiornikiem GPS - wtedy wysyłana jest też informacja o położeniu. To pozwala namierzyć źródło sygnału z dokładnością do stu metrów. Ale i tu są pewne ograniczenia: satelity geostacjonarne nie odbiorą wezwania z nadajnika ukrytego za przeszkodą terenową, poza ich zasięgiem znajdują się regiony polarne, ponadto sygnał, zanim ponownie dotrze do Ziemi, pokonuje olbrzymie odległości i po drodze łatwo ulega zniekształceniu. A poza tym nadajniki sprzężone z dobrej jakości odbiornikiem GPS są drogie i dość duże.

Dostęp do systemu jest bezpłatny dla użytkowników. Aby jednak z niego skorzystać, trzeba sobie najpierw sprawić nadajnik. Te dla użytkowników indywidualnych zwane są PLB (ang. Personal Locator Beacon), a ich ceny wahają się od 200-300 dol. w przypadku najprostszej wersji (raczej niepolecanej) do nawet ponad tysiąca dolarów. Są to więc dość drogie urządzenia. System COSPAS-SARSAT jest finansowany przez 43 państwa uczestniczące w programie. Jego dotychczasowy koszt to ok. 250 mln dol., w tym blisko 50 mln dol. stanowiły wydatki na naziemne stacje odbioru i przekazywania sygnału SOS. Drugie 200-250 mln dol. wydali użytkownicy systemu na zakup nadajników. Prawdziwe żniwa dla producentów tego typu sprzętu dopiero jednak się zaczną, gdy cały system „Znajdź i uratuj” zostanie przeniesiony na satelity nawigacyjne: amerykańskie, europejskie i rosyjskie.

Spokojnie: Wiemy o tobie

Flotylla blisko 75 sond krążących na wysokości ok. 20 tys. km zapewniłaby doskonałe pokrycie całego globu, dotarcie sygnału do centrali ratownictwa w ciągu jednej-dwóch minut i zlokalizowanie go z dokładnością do 1 m. Szybkość, precyzja i niezawodność brałyby się stąd, że komunikat SOS byłby odbierany równocześnie przez kilka satelitów. Wszystkie natychmiast przekazywałyby informację na ziemię. Nie miałoby znaczenia, czy jest to sonda amerykańskiej sieci GPS, europejskiej Galileo, czy też rosyjskiej GLONASS.

GPS Block III

Na wszystkich pracowałyby identyczne przekaźniki wrażliwe na falę 406 MHz. Satelity nawigacji globalnej mają też tę zaletę, że mogłyby przesyłać nadawcy informację zwrotną potwierdzającą odebranie sygnału. Osoba w tarapatach wiedziałaby, że świat dowiedział się o jej nieszczęściu. Poza tym dzięki takim sygnałom zwrotnym można sprawdzać, czy alarm nie był fałszywy.

Eksperymentowanie z satelitami nawigacyjnymi rozpoczęło się cztery lata temu w USA. Projekt nazwano roboczo Distress Alerting Satellite System (DASS). Testy koordynuje Goddard Space Flight Center - znajdujący się pod Waszyngtonem wielki ośrodek badawczy NASA. Na jego terenie zbudowano próbną stację naziemną do odbioru sygnału o niebezpieczeństwie. Przekazują go obecne sondy GPS, ale nie jest to jeszcze właściwy system „Znajdź i uratuj”. Ten zostanie zainstalowany dopiero na znacznie bardziej zaawansowanych technologicznie satelitach typu GPS Block III. Amerykanie chcą je zacząć rozmieszczać po 2015 r. Na razie testują dopiero prototyp.

Miliony pod opieką satelitów

Więcej dzieje się po tej stronie oceanu. Już w tym roku, zapewne wczesną jesienią, w kosmos polecą dwie kolejne (pierwsze dwie poleciały w 2011 r.) sondy europejskiego systemu Galileo. Na nich znajdą się przekaźniki o docelowych parametrach. Pierwszy taki transponder umieszczono w zeszłym roku na rosyjskiej sondzie sieci GLONASS. Ta trójka stanowić będzie pierwszy element nowego systemu globalnej łączności alarmowej. W jej zasięgu znajdzie się najpierw Europa. Testy zaczną się pod koniec tego roku i potrwają dwa lata - tak zdecydowano pod koniec lutego br. podczas spotkania w centrum technicznym Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w Noordwijk w Holandii.

Ustalono tam, że sygnały z orbity będą odbierane przez stacje kontrolne ustawione na Cyprze, Wyspach Kanaryjskich i Svalbardzie. Rzecz jasna bez satelitów cały system „Znajdź i uratuj” nie mógłby działać, ale jego mózgiem są właśnie stacje naziemne, zwane w eksperckiej nomenklaturze LUT (ang. Local User Terminal). Projektują je, budują i testują Kanadyjczycy do spółki z Francuzami. Zamówienia opiewają na dziesiątki milionów dolarów. Wyposażone są w: trzy anteny, z których każda śledzi innego satelitę nawigacyjnego, komputery dużej mocy, które błyskawicznie dokonują obliczeń i podają lokalizację odebranego sygnału, oraz szybkie łącza naziemne, które podnoszą alarm w regionalnych centrach koordynacji ratownictwa, a równocześnie ślą do anten sieci GPS komunikat potwierdzający odebranie wezwania o pomoc.

Tak będzie wyglądał budowany przez Lockheed Martin  satelita systemu Galileo

- Po dwuletnim okresie próbnym, czyli pod koniec 2014 r., będziemy gotowi do udostępnienia systemu użytkownikom - zapowiada Igor Stojkovic z ESA. Stopniowo, wraz z wystrzeliwaniem kolejnych sond nawigacyjnych, będzie on obejmował następne fragmenty globu. Najpóźniej za dziesięć lat w jego zasięgu znajdzie się 99?proc. powierzchni globu. Parę lat później ucichną przekaźniki na sondach okołobiegunowych i geostacjonarnych. Eksperci oceniają, że nowy system będzie mógł obsługiwać równocześnie dziesiątki milionów osobistych nadajników SOS. Ich ceny dzięki mniejszym rozmiarom, prostszej konstrukcji i masowej produkcji znacznie spadną - poniżej 100 dol. za standardową wersję. Markowi producenci już zacierają ręce. Z pewnością pojawią się też nowi chętni do wejścia na ten nowy rynek.

Andrzej Hołdys jest dziennikarzem naukowym i popularyzatorem nauki. Publikuje m.in w "Wiedzy i Życiu", "Polityce", "Gazecie Wyborczej".

Więcej o: