Programa Internacional Cospas-Sarsat

Una baliza de emergencia Cospas-Sarsat es un transmisor de radio digital de 406 MHz que puede activarse en una emergencia que ponga en peligro la vida para solicitar asistencia de las autoridades gubernamentales. Estas balizas son fabricadas y vendidas por decenas de proveedores. Se clasifican en tres tipos principales. Una baliza diseñada para su uso a bordo de una aeronave se conoce como transmisor localizador de emergencia (ELT). Una diseñada para su uso a bordo de una embarcación se denomina radiobaliza de localización de emergencia ( EPIRB ). Y una diseñada para ser portada por una persona se conoce como baliza localizadora personal (PLB). A veces, las PLB se llevan a bordo de aeronaves o embarcaciones, pero si esto cumple con los requisitos de seguridad depende de las regulaciones locales. ^{[ 6 ]} Una baliza Cospas-Sarsat no transmite hasta que se activa en una emergencia (o cuando el usuario activa ciertas funciones de prueba). Algunas balizas están diseñadas para activarse manualmente pulsando un botón, mientras que otras se activan automáticamente en determinadas circunstancias (por ejemplo, las ELT pueden activarse automáticamente por un impacto físico, como en un accidente, y las EPIRB por contacto con el agua). Cospas-Sarsat no impone ninguna suscripción ni otros costes por la posesión o el uso de las balizas. (Algunos países pueden imponer tasas de licencia o registro para la posesión de balizas, y algunas jurisdicciones pueden cobrar costes por las operaciones de rescate). ^{[ 14 ]} Véase a continuación la información sobre las últimas innovaciones en balizas.

El segmento espacial operativo del sistema Cospas-Sarsat consta de instrumentos SARR y/o SARP a bordo: ^{[ 15 ]}

• Tres satélites en órbita terrestre polar de baja altitud con cargas útiles LEOSAR (búsqueda y rescate en órbita terrestre de baja altitud),
• 13 satélites en órbita geoestacionaria terrestre con cargas útiles GEOSAR (búsqueda y rescate en órbita geoestacionaria terrestre) (otros dos satélites en órbita altamente elíptica se están preparando para su uso),
• 49 satélites en órbita terrestre de altitud media con cargas útiles MEOSAR (sistema de búsqueda y rescate en órbita terrestre de altitud media) (otros seis disponibles para pruebas en el segmento terrestre y otros cinco en preparación para su uso).

Un instrumento SARR o SARP es una carga útil secundaria , con sus antenas asociadas, que se acopla a los satélites como complemento de la misión principal. Un instrumento SARR retransmite una señal de socorro a una estación terrestre del satélite en tiempo real. Un instrumento SARP registra los datos de la señal de socorro para que la estación terrestre pueda recopilarlos posteriormente cuando el satélite pase por encima.

Los satélites son monitoreados por estaciones terrestres receptoras (LUT) equipadas para rastrearlos (apuntar hacia ellos y seguirlos) mediante antenas parabólicas o conjuntos de antenas en fase . Las LUT son instaladas por administraciones u organismos nacionales. Los mensajes de socorro recibidos por una LUT se transmiten a un centro de control de misión asociado, que utiliza un conjunto detallado de algoritmos informáticos para dirigir los mensajes a los centros de coordinación de rescate en todo el mundo.

LEOSAR fue la arquitectura original del segmento espacial Cospas-Sarsat . Las órbitas complementarias de los satélites LEOSAR proporcionan cobertura periódica de toda la Tierra. Debido a su altitud relativamente baja (y, por lo tanto, a su pequeña área de visibilidad en cualquier momento dado), existen intervalos de tiempo en los que un satélite LEOSAR puede no estar sobre una ubicación geográfica determinada. Esto puede provocar un retraso en la recepción de una señal de alerta y en su transmisión a tierra. Por este motivo, los satélites LEOSAR están equipados con módulos SARP de almacenamiento y reenvío, además de módulos SARR de tiempo real . El satélite puede sobrevolar una zona remota de la Tierra y recibir un mensaje de socorro, para luego reenviar esos datos cuando se encuentre dentro del alcance visual de una estación terrestre (que generalmente se ubica en zonas menos remotas). Los tres satélites de la constelación LEOSAR tienen órbitas de aproximadamente 100 minutos. Debido a sus órbitas polares, la latencia entre los pasos de los satélites es menor en los polos y mayor en el ecuador. La dependencia del sistema LEOSAR se está reduciendo gradualmente en favor de los sistemas GEOSAR y MEOSAR que se describen a continuación.

El sistema LEOSAR de Cospas-Sarsat fue posible gracias al procesamiento Doppler . Las tablas de búsqueda (LUT) que detectan las señales de socorro transmitidas por los satélites LEOSAR realizan cálculos matemáticos basados ​​en el desplazamiento de frecuencia inducido por el efecto Doppler que reciben los satélites al pasar sobre una baliza que transmite a una frecuencia fija. A partir de estos cálculos, es posible determinar tanto la orientación como la distancia con respecto al satélite. La distancia y la orientación se miden a partir de la tasa de cambio de la frecuencia recibida, que varía según la trayectoria del satélite en el espacio y la rotación de la Tierra. Esto permite que un algoritmo informático trilateratee la posición de la baliza. Un cambio más rápido en la frecuencia recibida indica que la baliza está más cerca de la trayectoria terrestre del satélite . Cuando la baliza se mueve hacia o desde la trayectoria del satélite debido a la rotación de la Tierra, el desplazamiento Doppler inducido por dicho movimiento también puede utilizarse en el cálculo.

Debido a que su órbita geoestacionaria no proporciona un movimiento relativo entre una baliza de socorro y un satélite GEOSAR, no es posible utilizar el efecto Doppler para calcular la ubicación de la baliza. Por lo tanto, los satélites GEOSAR solo pueden retransmitir el mensaje de socorro de una baliza. Si la baliza es un modelo con una función para informar su ubicación (por ejemplo, mediante un receptor GPS a bordo ), dicha ubicación se transmite a las autoridades de búsqueda y rescate. Si bien la incapacidad de localizar una baliza de forma independiente es una desventaja de los satélites GEOSAR, estos satélites tienen la ventaja de que la constelación actual cubre prácticamente toda la Tierra en tiempo real, excepto las regiones polares.

La última ampliación del segmento espacial de Cospas-Sarsat es MEOSAR. MEOSAR combina las ventajas de los sistemas LEOSAR y GEOSAR, evitando sus inconvenientes. El sistema MEOSAR se está convirtiendo en la principal capacidad de Cospas-Sarsat. Además del gran número de satélites, el sistema MEOSAR se beneficia de una cobertura satelital relativamente amplia y un movimiento satelital suficiente con respecto a un punto en tierra para permitir el uso de mediciones Doppler como parte del método para calcular la ubicación de una baliza de socorro. MEOSAR consta de transpondedores SARR a bordo de las siguientes constelaciones de satélites de navegación: Galileo de la Unión Europea , Glonass de Rusia y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de Estados Unidos . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} En noviembre de 2022, China se convirtió en el proveedor más reciente del segmento espacial MEOSAR, con cargas útiles SAR Cospas-Sarsat a bordo de seis de sus naves espaciales de navegación BeiDou (BDS). La primera nave espacial BDS equipada con SAR fue lanzada el 19 de septiembre de 2018, y la última el 23 de noviembre de 2019.

La distribución operativa de los datos de alerta MEOSAR comenzó a las 13:00 UTC del 13 de diciembre de 2016. Tras continuas pruebas y ajustes, el Consejo Cospas-Sarsat declaró la capacidad operativa inicial (IOC) con vigencia a partir del 25 de abril de 2023. El sistema MEOSAR mejora la capacidad de proporcionar detección, identificación y determinación de ubicación casi instantáneas de balizas de 406 MHz. Antes de la introducción operativa de MEOSAR, los datos de MEOSAR se utilizaron con éxito para ayudar a determinar la ubicación del accidente del vuelo 804 de EgyptAir en el mar Mediterráneo. ^{[ 20 ]} La ubicación de una baliza de socorro es calculada por la LUT receptora analizando la diferencia de frecuencia de llegada (relacionada con variaciones inducidas por Doppler ) y/o la diferencia de tiempo de llegada de la señal de radio de una baliza debido a las diferencias en la distancia entre la baliza y cada satélite MEOSAR que pueda estar a la vista.

Con respecto a las cargas útiles alojadas en GPS, el sistema Cospas-Sarsat utiliza operativamente cargas útiles experimentales de banda S a bordo de 18 satélites GPS Block IIR y GPS Block IIF , y cuatro cargas útiles a bordo de satélites GPS Block IIIA . Está previsto que los satélites GPS Block IIIF cuenten con cargas útiles SAR operativas de banda L dedicadas, proporcionadas por Canadá, con lanzamientos que comenzarán alrededor de 2026. El sistema GPS SAR es conocido como Sistema de Satélites de Alerta de Emergencia (DASS) por la NASA .. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

Además, el componente Galileo del sistema MEOSAR puede descargar información de vuelta a la radiobaliza de socorro codificando mensajes de "Servicio de Enlace de Retorno" en el flujo de datos de navegación de Galileo. Se puede utilizar para activar un indicador en la baliza y confirmar la recepción del mensaje de socorro. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

A diciembre de 2022, los satélites LEOSAR son rastreados y monitoreados por 55 antenas LEOLUT (terminales de usuario local en órbita terrestre baja) en funcionamiento, y los satélites GEOSAR por 27 antenas GEOLUT en funcionamiento.y los satélites MEOSAR mediante 26 estaciones MEOLUT comisionadas, cada una con múltiples antenas. Los datos de estas estaciones terrestres se transfieren y distribuyen a través de 32 MCC establecidos a nivel mundial , 14 de los cuales están comisionados para procesar datos de los tres tipos de constelaciones. ^{[ 27 ] [ 28 ]} (Véase el recuadro informativo para conocer los países y organismos que proporcionan el segmento terrestre).

A principios de la década de 1970, el Grupo de Sistemas Espaciales del Centro de Investigación de Comunicaciones de Canadá (CRC) comenzó a investigar si se podía detectar y localizar una ELT desde el espacio. Se dieron cuenta de que esto se podía lograr mediante el desplazamiento Doppler de la señal de una ELT recibida por un satélite en órbita. El CRC contactó con AMSAT y obtuvo permiso para usar un satélite de radioaficionados OSCAR , a través del cual localizaron una ELT modificada a la frecuencia de enlace ascendente del satélite. La NASA contactó con el CRC tras su éxito y Estados Unidos posteriormente acordó un proyecto conjunto. ^{[ 33 ]}

El 23 de noviembre de 1979, se firmó en Leningrado, URSS, un « memorando de entendimiento relativo a la cooperación en un proyecto experimental conjunto de búsqueda y rescate asistido por satélite» entre la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos , el Ministerio de Marina Mercante de la URSS, el Centro Nacional de Estudios Espaciales de Francia y el Departamento de Comunicaciones de Canadá. En virtud del artículo 3 del memorando, se declaró que: ^{[ 34 ]}

La cooperación se logrará mediante la interoperabilidad entre el proyecto SARSAT y el proyecto COSPAS en las bandas de 121,5 MHz, 243 MHz y 406,0-406,1 MHz, así como mediante la realización de pruebas, el intercambio mutuo de resultados y la elaboración de un informe conjunto. El objetivo de esta cooperación es demostrar que los equipos instalados en satélites de baja altitud y órbita casi polar pueden facilitar la detección y localización de señales de socorro, transmitiendo la información de aeronaves y buques en peligro a estaciones terrestres, donde se completa el procesamiento de la información y se transmite a los servicios de rescate.

"Este proyecto conjunto permitirá a las Partes formular recomendaciones sobre posibles aplicaciones globales posteriores."

El primer satélite del sistema, "COSPAS-1" ( Kosmos 1383 ), fue lanzado desde el Cosmódromo de Plesetsk el 29 de junio de 1982. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} Cospas-Sarsat comenzó a rastrear los dos tipos originales de balizas de socorro, EPIRB y ELT, en septiembre  de 1982. Mientras se verificaba el funcionamiento del satélite el  9 de septiembre , COSPAS-1 detectó una señal ELT en la Columbia Británica y transmitió la información a una estación terrestre experimental en ese momento en el Centro de Investigación de Defensa de Ottawa (DREO). Los canadienses calcularon la posición de la pequeña aeronave, que estaba a 90 km (56 mi) de su ruta, y en cuestión de horas los sobrevivientes del accidente fueron rescatados por vía aérea. Estas fueron las primeras personas rescatadas con la ayuda de Cospas-Sarsat, y las autoridades consideraron que el piloto Jonathan Ziegelheim probablemente habría muerto a causa de sus heridas de no ser por el rápido rescate que hizo posible la detección satelital. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 33 ]}  

Antes de la fundación de Cospas-Sarsat, la aviación civil ya utilizaba la  frecuencia de 121,5 MHz para señales de socorro, mientras que la aviación militar empleaba  la de 243,0 MHz como frecuencia principal, con la de 121,5 MHz como alternativa. En ambos casos, la detección de la señal de socorro dependía de la recepción por parte de aeronaves que sobrevolaban la zona, y la localización se realizaba con equipos de radiogoniometría  terrestres . Los satélites permitieron ampliar este paradigma de búsqueda local a una capacidad global.

Cada uno de los cuatro estados fundadores se encargó de una de las tareas principales del proyecto. Estados Unidos (con el liderazgo del proyecto a cargo del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland) encargó a Datron Systems en Chatsworth, California, el diseño y la construcción de estaciones terrestres LUT para recibir la señal descendente de los satélites. En Datron, un equipo diseñó una LUT con una antena monopulso de cinco bocinas para el seguimiento del satélite, que se desplazaba rápidamente por el cielo. Jeffrey Pawlan diseñó el convertidor descendente y el receptor altamente especializado capaz de sincronizarse con la señal descendente de los satélites. Pawlan partió de un receptor Microdyne y lo modificó considerablemente con un circuito adicional diseñado por él, capaz de detectar la portadora suprimida y mantenerse sincronizado con ella mientras recibía las tres subportadoras. Logró esto con un discriminador cuadricorrelacionador que incluía tres bucles de enganche de fase conmutables de diferentes anchos de banda. Francia y Canadá fueron responsables de la generación y decodificación de datos. Diseñaron la computadora que determinaba la posición aproximada de la baliza a partir del efecto Doppler de su señal, causado por el movimiento relativo entre la baliza y el satélite receptor. La antigua Unión Soviética fue responsable del diseño y la construcción del primer satélite lanzado. Ingenieros de los cuatro países se reunieron en Moscú en febrero de 1982 para probar con éxito el funcionamiento de todos los equipos en un mismo laboratorio.

Los estados miembros lideraron el desarrollo de la baliza EPIRB marina de 406 MHz , que utilizaba un sistema de mensajería digital para su detección. La EPIRB se consideró un avance clave en la tecnología SAR en el peligroso entorno marítimo. El mensaje digital permitía identificar de forma unívoca la baliza y su embarcación asociada. En sus inicios, el sistema Cospas-Sarsat se diseñó para detectar alertas de baliza transmitidas a 406  MHz, 121,5  MHz y 243,0  MHz. Debido a la gran cantidad de falsas alarmas y a la imposibilidad de identificar de forma unívoca dichas balizas debido a su antigua tecnología analógica (que no proporcionaba ningún mensaje, solo un tono que indicaba peligro), el sistema Cospas-Sarsat dejó de recibir alertas de balizas que operaban a 121,5  MHz y 243,0  MHz a partir de 2009, y ahora solo recibe y procesa alertas de balizas digitales modernas de 406 MHz.

A principios de la década de 2000 (en 2003 en EE. UU.) se puso a disposición un nuevo tipo de baliza de socorro, la baliza de localización personal (PLB), ^{[ 40 ]} para su uso por personas que no pueden contactar con los servicios de emergencia a través de los servicios telefónicos habituales, como el 1-1-2 o el 9-1-1 . Normalmente, las PLB son utilizadas por personas que realizan actividades recreativas en zonas remotas, y por pilotos de avionetas y marineros como complemento (o, cuando está permitido, sustituto) de una ELT o una EPIRB.

El diseño de las balizas de socorro en su conjunto ha evolucionado significativamente desde 1982. Las balizas más recientes de 406 MHz suelen incorporar receptores del sistema global de navegación por satélite (GNSS) (como los que utilizan GPS ). Estas balizas determinan su ubicación mediante el receptor GNSS interno (o una conexión a una fuente de navegación externa) y transmiten en su mensaje de socorro informes de posición de alta precisión. Esto proporciona a Cospas-Sarsat un segundo método para conocer la ubicación de la emergencia, además de los cálculos que realizan de forma independiente las tablas de búsqueda (LUT) de Cospas-Sarsat para determinar la ubicación. La alerta de socorro recibida por los satélites y la ubicación de la baliza contenida en el mensaje o calculada a partir de la señal de socorro se envían casi instantáneamente a las agencias de búsqueda y rescate (SAR) mediante la extensa red internacional de distribución de datos de Cospas-Sarsat. Esta fiabilidad de dos niveles y la cobertura global del sistema han inspirado el lema actual de las agencias SAR: «Eliminar la "búsqueda" de la búsqueda y el rescate». ^{[ 41 ]}