卫星搜救系统简介及使用方法

任务目标

1.掌握COSPAS/SARSAT系统的概念、功能及COSPAS/SARSAT系统组成;

2.能对EPIRB进行正确安装;

3.会对EPIRB进行正确操作。

任务分析

在充分了解国际卫星搜救系统的组成及工作原理基础上,学习利用EPIRB发送信息,并对设备进行维修和保养。

COSPAS/SARSAT系统原称“低近极轨道搜救卫星系统”,近年来,该系统又引入静止卫星作为转发器,因此,现在系统更名为“国际搜救卫星系统”,是1981年由美国、苏联、法国和加拿大四国联合开发的旨在全球利用卫星进行搜索和救援的信息服务系统,它是GMDSS的重要组成部分,为海上搜救提供信息服务。

国际卫星搜救系统(COSPAS/SARSAT)以其可靠、方便、免费使用等优点赢得人们的青睐。该系统不仅广泛地应用于航海领域,而且对航空业和陆地用户提供全球性的卫星搜救服务。

一、COSPAS/SARSAT系统组成

COSPAS/SARSAT系统由卫星空间段、示位标和地面段三部分组成,如图4-1所示。

图4-1　COSPAS/SARSAT系统示意

由图4-1可以看出,应急示位标(EPIRB)发出的信号经搜救卫星中继到地面段,通过地面段的本地用户接收终端LUT(Local User Terminal)、任务控制中心MCC(Mission Control Center)送至相应的搜救协调中心(RCC),由RCC来开展组织救助工作。

1.空间段

空间段由两部分组成,即地球同步轨道卫星系统(Geostationary Search and Rescue System,GEOSAR)和低近极轨道卫星系统(Low-altitude Earth Orbit System for Search and Rescue,LEOSAR),如图4-2所示。

图4-2　COSPAS/SARSAT卫星

(1)低近极轨道卫星。低近极轨道卫星共有8颗,是由苏联的COSPAS卫星和美国的SARSAT卫星组成,卫星高度为850～1 000 km,运行轨道为低近极轨道。因为该系统的卫星轨道较低,所以,单颗卫星覆盖地球的面积比地球同步静止卫星要小,覆盖直径约为6 000 km的圆形区域,该区域称为卫星共视区,随着卫星绕地球旋转,在地面上形成宽约为6 000 km的带状覆盖区域。

低近极轨道卫星的运行周期约为100 min,在目前卫星的工作情况下,中纬度地区两颗卫星飞越同一地区的时间间隔在1 h之内,在靠近赤道地区,最长达1.5 h,从地面上看,一颗卫星飞过的时间为10～15 min。因此,对遇险目标来说,存在着一定的等待时间;同时,由于地面上本地用户接收终端LUT的分布有限,只有那些和LUT处在同一个卫星共视区内的遇险目标才能实现实时报警,而其他区域的报警将会出现一定的延时。因此,目前已经开始使用地球同步卫星实现对信标信号的实时转发,以消除卫星的等待延时。

(2)地球同步轨道卫星。地球同步轨道卫星共有5颗,分别由美国、印度和欧洲气象卫星组织提供,如图4-2所示。因为该卫星在地球同步轨道上,所以可以实现除南、北两极之外的全球覆盖。

由地球同步轨道卫星构成的COSPAS/SARSAT搜救分系统(GEOSAR),作为低近极轨道卫星搜救系统的补充,具有如下特点:

1)仅支持406 MHz EPIRB。

2)能够实现南北纬75°之间的实时报警,提高了报警的时效性。

3)无定位功能,需要人工注入或GPS定位仪注入位置信息。因为卫星和示位标之间无相对运动,因而不能利用多普勒频移原理对报警信标进行定位。

2.示位标

示位标实际上就是一台全自动小型发射机,其作用是发射遇险报警和搜救作业时帮助确定幸存者位置。示位标按用途分为航空用示位标(Emergency Locator Transmitter,ELT)、船用示位标(Emergency Position Indication Radio Beacons,EPIRB)和个人用示位标(Personal Locator Beacon,PLB)。目前,个人用示位标和船用示位标的工作频率是406 MHz,航空用示位标的工作频率是121.5 MHz和243 MHz。

3.地面段

地面段由区域用户中心也称本地用户接收终端(LUT)、搜救任务控制中心(MCC)和搜救协调中心(RCC)组成。

(1)本地用户终端(LUT)。在COSPAS/SARSAT系统中有两种本地用户接收终端。工作于低近极轨道卫星搜救分系统中的LUT称为LEOLUT;工作于地球同步轨道卫星搜救分系统中的LUT称为GEOLUT。LUT作为卫星地面接收站,其作用:跟踪搜救卫星并接收卫星转发下来的遇险示位标报警信号,然后解码、计算,给出示位标识别码和位置数据,将示位标的报警数据和统计信息送给相应的搜救任务控制中心。

(2)任务控制中心(MCC)。搜救任务控制中心和本地用户接收终端相连接,其主要作用:收集、整理、储存和分类从LUT及其他MCC送来的数据;分析数据的可信度,过滤虚假报警,解除模糊值;在COSPAS/SARSAT系统内与其他MCC进行信息交换;将报警和定位数据送到相应的搜救协调中心(RCC)或搜救协调点(Search and Rescue Point of Contact,SPOC)。

对于每一个MCC,国际搜救卫星组织都按照其所属的地理区域位置,划分了搜救服务区。MCC在对每一个示位标数据进行处理时,首先判定其发生报警的位置。如果报警发生在自己的搜救服务区内,那么MCC将把遇险信息转发到与其相关联的搜救协调中心(RCC)或搜救协调点(SPOC);如果报警发生在自己搜救服务区以外,MCC将通过其所属节点的任务控制中心(Nodal MCC)将报警信息转发给遇险示位标所在搜救服务区的MCC。

目前,全球已经建立了LEOLUT 45个,GEOLUT 18个,共有26个MCC处于工作状态,LUT的地理分布可以把地球的大部分表面覆盖。

(3)搜救协调中心(RCC)。搜救协调中心的任务是组织、协调、指挥救助工作。

二、COSPAS/SARSAT系统的业务

COSPAS/SARSAT系统的主要业务是为全球包括极区在内的海上、陆上和空中提供遇险报警及定位服务,以使遇险者得到及时有效的救助。

对于遇险目标的搜救行动应在能够提供帮助的各搜救主管部门的协调下来完成,但地面系统和卫星系统的搜救协调工作程序还是有所不同的。

1.利用地面系统的搜救协调工作程序

如果船舶利用地面系统设备报警,可能的话离报告的事故地点最近的岸台应对遇险报警给予收妥确认。如果该最近的岸台因故没有应答,则收到报警的其他岸台应予以收妥确认。给予报警收妥确认的岸台在将其责任移交之前必须与遇险船沟通并保持有效的通信,同时,岸台会将报警信息转发给与其相关联的RCC。

2.利用卫星系统的搜救协调工作程序

如果船舶利用卫星船站报警,则需选择报警岸站,该岸站收到报警后会直接把报警信号转给与其相关联的RCC;如果使用卫星EPIRB进行报警,则报警信号经卫星转发至LUT,再通过MCC的处理和协调,最终转发给RCC。

一个报警信号可能被多个岸台或岸站收到,但与第一个给出收妥确认的岸台相联系的RCC,或与遇险者所选择的报警岸站相关联的RCC,为组织协调的RCC。若事故发生地不在本RCC救助区内或本RCC地理位置不利于搜救,则除非有另外一个其地理位置有利于救助的RCC来承担责任,否则第一个RCC应承担起全部后续的搜救协调工作。若有多个岸台给予了收妥确认而无法确定哪个RCC为第一个RCC,则相关的RCC之间必须尽快地商定出由哪个RCC承担起搜救协调工作,以便对事故作出最迅速的响应。图4-3所示为COSPAS/SARSAT系统搜救通信业务操作流程。

图4-3　COSPAS/SARSAT系统搜救通信业务操作流程

三、EPIRB认识

国际海事组织规定,所有300总吨以上的货船及适用于SOLAS公约的公约船,无论航行在A1、A2、A3或A4哪个海区(在A1海区可用VHF EPIRB代替),都必须配备406 MHz EPIRB。

1.406 MHz EPIRB简介

船用EPIRB一般内装两个发射机,406 MHz发射机和121.5 MHz/243 MHz发射机(121.5 MHz和243 MHz EPIRB不是强制的),用于发射遇险报警信号。同时,121.5 MHz/243 MHz发射机发射的信号还可作为搜救飞机和搜救船舶的寻位信号。

在船上的406 MHz EPIRB要求安装在自浮式支架上,并能人工启动和自动启动。EPIRB示位标启动后,每50 s发射一次0.5 s、功率为5 W的射频脉冲。EPIRB的电池使用年限为4年,电池容量为48 h。自浮式支架上的静水压力释放器使用年限为2年。图4-4所示为两种应急示位标外形。

图4-4　两种应急示位标外形

如果船舶要配备EPIRB,应及时向有关机构注册。注册的内容都在注册卡上标明,主要包括装船EPIRB的出厂序列号,船舶的国籍、船东、船名等信息。如果注册的内容有任何变更,应迅速通知注册机构,如船舶的变更,船东的变更,EPIRB的丢失、被盗等,都要迅速通知注册机构。

2.406 MHz EPIRB的启动方式

406 MHz EPIRB的启动方式分为自动启动和手动启动两种。

(1)自动启动。如果示位标的存放盒或安装支架是浮离式的,则该示位标可以自动启动。具体是指当船舶遇险,船体下沉到一定深度后(一般为1.5～4 m),由压力传感器测得海水静压力,释放机构自动启动,示位标脱离支架或存放盒,浮出水面,开始发射报警信号,所以自动启动式示位标需要安装在没有遮挡的暴露场合处。当然,自动启动式示位标通常也可以手动启动。

(2)手动启动。手动启动是指人为地将示位标从安放支架或存放盒中取出,手动启动式示位标的遇险报警功能,使示位标开始发射遇险信号。

3.应急示位标的维护保养(https://www.xing528.com)

应急示位标的维护保养主要包括一些部件的更换及日常维护保养。

(1)部件的更换。部件的更换主要指电池和静水压力释放器。不同型号示位标电池的有效期是不相同的,一般为3～5年,有效期通常标记在手动启动式示位标圆顶的后侧或自动启动式示位标的存放盒上。静水压力释放器的有效期一般为2年,有效期通常标记在静水压力释放器及存放盒侧面的标签上。电池和静水压力释放器的有效期要经常查看,到期前应及时报告申请安排换新,换新后的电池、静水压力释放器要标明有效期。

(2)日常维护保养。

1)检查应急示位标周围有无杂物堆积、有无新的构建物会在紧急时刻影响应急示位标的释放。

2)检查应急示位标周围有无腐蚀品,尤其在油船、化学品船舶上,注意机体或存放支架是否牢固,有无腐蚀及爆裂等损坏。

3)检查应急示位标机体是否有海水浸泡及密封不良的情况。

4)检查应急示位标电池和静水压力释放器的有效期,如果即将到期,要及时通知岸上的代理机构更换。

5)每月利用设备自身提供的自检测方式,检测设备工作状态。

6)检查应急示位标机体上的标志是否清晰,如果异常及时更换。

7)到港时注意防盗。

8)定期测试。根据SOLAS公约的要求:“卫星应急示位标(EPIRB)应在不超过12个月的间隔期内,对其操作有效性的各个方面进行测试。”届时应及时通知部门负责人并且做好相关记录,将各项检查结果填入无线电日志。

日常检查时应注意防止误报警,应急示位标的误报警已经是GMDSS误报警的主要来源。另外,由于EPIRB有水敏开关,因此在冲洗甲板时不要对着EPIRB冲洗以免发生误报警。如果发现用EPIRB设备发送了误报警,必须马上联系就近的海岸电台或者适当的海岸地球站,或RCC取消误报警。

无论哪种设备出现了误报警,均应将误报警日期、UTC时间、地理位置、经由的海岸电台或地面站记入无线电日志。一般来讲,对那些在产生误报警之后,能够按照正确的步骤取消报警从而消除其不利影响的船舶免予处罚。但是,那些经常进行错误操作的船舶可能被追究责任。另外,一旦船舶发生了误报警,船舶靠港时很可能面临严厉港口国监督(Port State Control,PSC)检查,所以,航海人员必须认真对待。

四、使用EPIRB时的规定

我国已有相当数量的船舶配备了应急示位标(EPIRB)。为加强设备的管理,防止发生误报警,使EPIRB设备发挥应有的作用,作出相应的规定:

(1)EPIRB设备安装前,各船舶所属公司的通信导航管理部门应认真核对和试验所装设备与船舶相关的数据是否一致;做好电池失效期、静水压力释放器更换期等有关数据的记录工作;按照要求填写相关数据资料,报送给相关主管部门。

(2)EPIRB设备的电池、静水压力释放器的更换,由船舶所属公司的通信导航管理部门负责监督、执行,更新日期应填入表4-1,一式两份,一份存通信导航管理部门,一份存船方。

表4-1　EPIRB设备管理记录登记表

(3)EPIRB放置设备应安装在靠近驾驶室并易于操作的位置,并张贴明显标志。设备周围和上方应避免有碍设备取出和自浮释放的物体。

(4)EPIRB设备安装后,船长应组织全体船员学习有关使用规定和注意事项。船长、驾驶员必须了解和熟练掌握该设备的性能结构、操作规程及试验方法。

(5)EPIRB设备属救生无线电报警设备。当船舶处于危急状况,严重危及船舶和人命安全时,在船长指示下或机关操作人员主动请求船长批准后方可启动。严禁无关人员随意触动设备及其附属设施。任何违反操作规程造成的误报警发射,要及时上报有关部门,并按《海上海事行政处罚规定》处理。

(6)EPIRB设备在应急状态下的操作使用及设备在船上的日常维护工作由二副负责。按照《海船安全开航技术要求 第1部分:一般要求》(GB/T 11412.1—2009),远洋船舶(往返航期为三个月左右),每次国内开航前由二副对设备进行一次试验。短航线船舶(往返期不足两个月),每季度第一次开航前由二副对设备进行一次试验。试验时,应按产品说明书自测试程序进行,防止由于操作不当造成误报警发射,并将试验情况填入无线电日志。该项试验方法应作为交接班的一项内容。

(7)当各地港监或验船师登船检查时,二副应在场,并给予必要的协助。

任务实施

技能一 406 MHz EPIRB的安装

一、406 MHz EPIRB安装时应考虑的因素

406 MHz EPIRB一般安装在驾驶台两侧或驾驶台顶部。安装的地点应便于接近,容易维护,人工启动方便;周围无障碍,无废气,无化学品污染,无机械冲击,无海浪冲击。

二、406 MHz EPIRB的安装

(1)安装EPIRB时要注意使收纳器盖子完全打开,以便EPIRB能浮出水面。注意EPIRB浮起时不能挂到船舷上。为使打开的收纳器盖子不会掉下,要在收纳器上安装支架,如图4-5所示。

图4-5　EPIRB的安装台

(2)安装EPIRB后,要在EPIRB旁边显著位置张贴荧光纸,以便显示EPIRB的位置(贴纸由造船厂提供)。

(3)剥去水压传感器的有效期标志(有效期:自检查月起2年),如图4-6所示。

图4-6　EPIRB的安装

技能二 JQE-3A 406 MHz EPIRB设备操作

一、JQE-3A 406 MHz EPIRB简介

JQE-3A 406 MHz EPIRB设备是日本JRC公司产品,如图4-7所示。它是自浮式EPIRB,发射406 MHz遇险信号和121.5 MHz自引导信号,满足IMO/CCIR与COSPAS/SARSAT的相关规则。当船只遇险沉没时,卫星示位标会自动从托架上释放,发射406 MHz紧急求救信号,在信号被COSPAS/SARSAT卫星接收后,会传送到LUT。LUT会解码分析出示位标位置,并传达RCC,以便实施紧急救援。定位精度误差为2～5 km。同时可向飞机发射专用频率信号,以便展开更有效的搜救行动。

图4-7　JQE-3A 406 MHz EPIRB设备

(a)外形;(b)组成部分名称

二、JQE-3A 406 MHz EPIRB操作

JQE-3A 406 MHz EPIRB设备存放与工作程序如下。

1.平时放置

示位标平时放置在自浮式支架上,机体上的黑色箭头和示位标自浮式支架上黑色箭头应对齐;选择开关在“READY”位,如图4-8所示。

图4-8　JQE-3A 406 MHz EPIRB开关

2.自动启动

船舶遇险时,EPIRB在水下2～4 m,示位标被释放,浮出水面,开始发射报警信号。

3.人工启动

船舶遇险时,可人工启动EPIRB。具体方法:选择开关放置到“ON”位,如图4-8所示。示位标的电池电压提供到发射机,发射机开始发射报警信号。

4.试验

将选择开关旋转到“TEST”位,如图4-8所示。绿色指示灯亮,表示示位标工作正常。

任务总结

通过本任务的学习,了解了国际卫星搜救系统的功能和组成,了解了EPIRB的工作原理和安装与操作过程。