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美国NASA研发的先进的第二代救援信标ANGEL

2022-12-10 07:47阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1238150742

美国宇航局“阿尔忒弥斯1号”（Artemis I）探月返回的猎户座太空舱（Orion）中的救援信标 2022年11月16日，美国国家航空航天局（NASA）新一代登月火箭“太空发射系统”从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，展开代号“阿耳忒弥斯1号”的无人绕月飞行测试。

这是一次绕月飞行测试，携带猎户座飞船不载人，为阿尔忒弥斯2号载人绕月、阿尔忒弥斯3号载人登月做准备。NASA计划通过“阿尔忒弥斯”任务将首位女性和首位有色人种送上月球表面，为长期驻留月球、通往火星铺路。

这次期待已久的发射是在多次推迟后进行的，标志着美国迈出重返月球的第一步。如果任务成功，美国航天局预计最早于2024年展开“阿耳忒弥斯2号”载人绕月飞行任务，最后将进行“阿耳忒弥斯3号”登月任务。
阿尔忒弥斯一号任务正
在进行25.5天的旅程，将于12月11日环绕月球返回地球。

“阿尔忒弥斯1号”的宇航员乘组共有三个模拟人：美国NASA提供的一个男性人体模型，欧空局ESA提供的两个女性人体模型。欧空局的人体模型是为了研究辐射对人体的影响而设计的，因为乳腺癌和卵巢癌会因暴露于辐射环境而有更大的患病概率。
NASA约翰逊生存和救援系统工程师科迪·凯利说：“在正常情况下猎户座太空舱将被拉到船的甲板上，宇航员将被军方和NASA人员带走。如果船员出于某种原因需要下水，他们会配备救生衣、救生筏和先进的第二代救援信标ANGEL，以确保可以快速找到他们。”
在最初的几次阿尔忒弥斯任务中，NASA使用ANGEL信标将主要用于返回落水后或在发射中止的情况。随着阿尔忒弥斯任务不断推进，朝着在月球表面长期驻扎的目标发展，搜救办公室已经计划开发增强的月球搜救（LunaSAR）能力，以应对向在月球上工作的宇航员提供紧急通信和定位服务的独特挑战。
美国宇航局已经在发射前对阿尔忒弥斯（Artemis I）的救援信标进行了系统的测试，以确保宇航员在任务中安全返回。

NASA和美国海军已经在2021年11月完成了一系列海上测试中的第九次测试。他们验证了流程和硬件，这将用于在猎户座飞船（Orion ）在深空探测任务落入太平洋后，回收该飞船。
这项测试是Artemis I该系列的最后一次测试，它将为未来宇航员登月任务铺平道路。美国国家航空航天局的着陆和回收团队正在演练各种措施，以确保宇航员和猎户座飞船的安全回收。NASA的搜救办公室（SAR）是NASA太空通信和导航（SCaN）项目办公室的一个部分，正在测试用于阿尔忒弥斯应急行动的关键遇险信标技术。
Cospas Sarsat项目是专门提供卫星辅助遇险定位服务的，自1979年成立以来，NASA一直为该项目提供专项的技术支持。Cospas Sarsat系统使用受保护的406 MHz频率提供准确可靠的紧急定位服务。GPS和其他类似天基系统上的Cospas Sarsat中继器持续“监听”救援信标信号，一旦有救援信标被激活，中继器在接收到救援信标信号后，向地面站转发救援信标的信息。
SCaN负责全球定位系统政策的副主任JJ Miller表示：“美国宇航局为满足搜索和救援而不断开发出新技术和新技巧，这些举措为世界各地的救援机构救援陆地、空中和海上的人员铺平了道路。美国宇航局将进一步加强这些服务，并且将重点放在我们首要的人类探索任务上。
对于阿尔忒弥斯任务，宇航员计划落海后待在猎户座舱内部，直到救援部队抵达找到他们。如果出现特殊情况，在救援队到达之前宇航员需要离开猎户座舱，美国宇航局将会利用在他们救生衣上的专用的高级下一代紧急定位仪（ANGEL）信标追踪并找回他们。
美国搜救署办公室主任丽莎·马祖卡说：“阿尔忒弥斯任务正在使用我们的最新技术为其他用户提供进一步增强和可用性奠定了基础，这些新的创新充分利用了Cospas-Sarsat空间段的升级优势。”
目前，Cospas-Sarsat系统基础设施正在进行增强，称为中地球轨道搜索和救援（MEOSAR）。这些升级协同工作，以提供比系统先前提供的更快的响应时间和更准确的位置数据。
该系统通过为飞机、船只或个人使用定位信标来工作。当有人遇险时，他们启动信标发射射频信号，然后由轨道上的卫星接收。卫星将信号传回地球上称为本地用户终端（LUT）的地面站。从那里，位置数据将传递给第一响应者，他们再进行救援动员，以帮助遇险人员。

SAR搜救署开发了第二代信标（SGB），其信号更加稳健，抗干扰性能更佳，并且提高了定位精度。这意味着救援遇险人员所需的时间减少。
第一批使用SGB技术的人将是阿尔忒弥斯任务的宇航员。先进的下一代紧急定位仪（ANGEL）信标，一个连接在宇航员救生装置上的信标，在宇航员历史性地返回月球后，可以在宇航员溅落回地球时使用。这些信标将允许阿尔忒弥斯船员在水中分离的情况下定位。
搜救系统升级的另一个关键要素是称为SAR/GPS中继器的卫星有效载荷。这些卫星将信标信号转发传回地球。作为MEOSAR系统升级概念的证明，在前几年试验过程里中继器最初被集成到19颗GPS卫星中。这些卫星位于中地球轨道（MEO），高度超过2万公里。它们的视野比以前的系统架构中使用的低地球轨道（LEO）搜索和救援卫星要宽得多。MEO卫星可以提供连续的全地球覆盖，并几乎即时检测到救援信标信号。相比之下，LEO卫星可能需要90分钟才能探测到救援信标信号。
现在，MEOSAR架构已经得到验证，救援署SAR正在与多个机构合作，设计、开发和集成更多这些中继器，并将其集成到新一代GPS卫星上。
SAR/GPS中继器的开发和集成是美国和加拿大政府共同参与的，加拿大国防部提供中继器硬件，美国搜救署SAR任务办公室为中继器的开发和集成提供工程监督、安全和任务保证支持。美国空军在新的GPS卫星上托管中继器。
第一颗新的GPS卫星计划于2026年发射。随着更多有效载荷部署到全球导航卫星系统中，SAR有效载荷总数将接近80个。
除了在轨道上的中继器方面的工作外，SAR办公室还对Cospas-Sarsat系统的地面部分进行了升级改造。这些升级包括位于GSFC的MEOSAR卫星使用的第一套LUT。SAR建造一个相控阵天线，它将取代目前用于跟踪MEOSAR卫星的六个抛物面天线。由于相控阵没有天线旋转运动部件，，再加上需要的天线数量更少，意味着可以节省巨大的维护成本。
MEOSAR的所有信号处理都在LUT地面站完成，而不是在卫星上完成。这意味着未来的任何改变都将更容易完成，不会影响卫星。
Cospas Sarsat通过三种类型的卫星工作：低地球轨道（LEOSAR）、中地球轨道（MEOSAR）和高空地球同步轨道（GEOSAR）。
ANGEL信标是由位于美国马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的搜救署办公室开发的经过改进和小型化第二代救援信标，他们通过Cospas Sarsat提供强大的定位服务。无论字世界上任何地方，救援信标被激活的瞬间，该系统可以计算出宇航员的位置，精度在100米左右。

NASA开发的第二代搜救信标技术
正在回收船上的搜救工程师戴夫·沃森说：“第二代救援信标充分利用了全球导航卫星上新的中地球轨道（MEO）星座的搜索和救援仪器，配合新的信标和地面基础设施，搜救星座为阿尔忒弥斯提供了独特的精确能力。”

在这次回收测试中，船上的搜救人员正在与美国宇航局位于佛罗里达州肯尼迪航天中心的地面搜索系统团队密切合作，通过将ANGEL信标连接到开放水域的小船上，激活信标，并在戈达德的搜救实验室验证和监控这套搜救系统，来测试ANGEL信标的操作使用。他们正在测试搜救智能终端（SAINT）应用程序，该应用程序为搜救团队提供ANGEL数据。此外，该团队正在休斯敦NASA约翰逊航天中心练习将信标数据传递给任务控制中心。
搜救国家事务任务经理科迪·凯利（Cody Kelly）在船上领导搜救测试工作，他表示：“这项搜救测试是一项高度合作的工作，涉及多个NASA中心的多个政府机构和专家。同时我们也在为对下一代月球探险者的支持做准备，这证明了我们作为一个整体进行探索所能取得的成就。”

目前有五颗近地轨道搜索和救援卫星（LEOSAR）、七颗地球同步轨道卫星（GEOSAR）和超过35颗中地球轨道卫星（MEOSAR）正在运行。
目前有65个称为本地用户终端（LUT）的地面站跟踪LEOSAR，31个跟踪GEOSAR，17个跟踪MEOSAR。
目前全球有超过100万个应急信标在使用。Cospas Sarsat使用三种类型的应急救援信标，这取决于它们是由个人、飞机上还是海上船只携带，分别对应PLB(个人示位标)、ELT(航空无线电示位标)、EPIRB(船用)。自1982年以来Cospas Sarsat系统通过提供救援信息，帮助救援超过13000个遇险情况下的48000人。
原文地址：
http://fly2peak.com/a/news/hyxw/2022/1120/348.html
往期回顾和扩展阅读：

406MHz紧急遇险信标简介

全球卫星搜救系统COSPAS/SARSAT简介

EPIRB卫星紧急无线电示位标

全球最小的Orolia的遇险跟踪型应急定位发射机（ELT-DT）

2021年美国NOAA卫星帮助救援330人

BT200救援信标测试仪


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