2022年11月16日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）新一代登月火箭“太空發(fā)射系統(tǒng)”從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，展開(kāi)代號(hào)“阿耳忒彌斯1號(hào)”的無(wú)人繞月飛行測(cè)試。
這是一次繞月飛行測(cè)試，攜帶獵戶(hù)座飛船不載人，為阿爾忒彌斯2號(hào)載人繞月、阿爾忒彌斯3號(hào)載人登月做準(zhǔn)備。NASA計(jì)劃通過(guò)“阿爾忒彌斯”任務(wù)將首位女性和首位有色人種送上月球表面，為長(zhǎng)期駐留月球、通往火星鋪路。
這次期待已久的發(fā)射是在多次推遲后進(jìn)行的，標(biāo)志著美國(guó)邁出重返月球的第一步。如果任務(wù)成功，美國(guó)航天局預(yù)計(jì)最早于2024年展開(kāi)“阿耳忒彌斯2號(hào)”載人繞月飛行任務(wù)，最后將進(jìn)行“阿耳忒彌斯3號(hào)”登月任務(wù)。
阿爾忒彌斯一號(hào)任務(wù)正在進(jìn)行25.5天的旅程，將于12月11日環(huán)繞月球返回地球。
“阿爾忒彌斯1號(hào)”的宇航員乘組共有三個(gè)模擬人：美國(guó)NASA提供的一個(gè)男性人體模型，歐空局ESA提供的兩個(gè)女性人體模型。歐空局的人體模型是為了研究輻射對(duì)人體的影響而設(shè)計(jì)的，因?yàn)槿橄侔┖吐殉舶?huì)因暴露于輻射環(huán)境而有更大的患病概率。
NASA約翰遜生存和救援系統(tǒng)工程師科迪·凱利說(shuō)：“在正常情況下獵戶(hù)座太空艙將被拉到船的甲板上，宇航員將被軍方和NASA人員帶走。如果船員出于某種原因需要下水，他們會(huì)配備救生衣、救生筏和先進(jìn)的第二代救援信標(biāo)ANGEL，以確保可以快速找到他們。”
在最初的幾次阿爾忒彌斯任務(wù)中，NASA使用ANGEL信標(biāo)將主要用于返回落水后或在發(fā)射中止的情況。隨著阿爾忒彌斯任務(wù)不斷推進(jìn)，朝著在月球表面長(zhǎng)期駐扎的目標(biāo)發(fā)展，搜救辦公室已經(jīng)計(jì)劃開(kāi)發(fā)增強(qiáng)的月球搜救（LunaSAR）能力，以應(yīng)對(duì)向在月球上工作的宇航員提供緊急通信和定位服務(wù)的獨(dú)特挑戰(zhàn)。
美國(guó)宇航局已經(jīng)在發(fā)射前對(duì)阿爾忒彌斯（Artemis I）的救援信標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試，以確保宇航員在任務(wù)中安全返回。
NASA和美國(guó)海軍已經(jīng)在2021年11月完成了一系列海上測(cè)試中的第九次測(cè)試。他們驗(yàn)證了流程和硬件，這將用于在獵戶(hù)座飛船（Orion ）在深空探測(cè)任務(wù)落入太平洋后，回收該飛船。
這項(xiàng)測(cè)試是Artemis I該系列的最后一次測(cè)試，它將為未來(lái)宇航員登月任務(wù)鋪平道路。美國(guó)國(guó)家航空航天局的著陸和回收?qǐng)F(tuán)隊(duì)正在演練各種措施，以確保宇航員和獵戶(hù)座飛船的安全回收。NASA的搜救辦公室（SAR）是NASA太空通信和導(dǎo)航（SCaN）項(xiàng)目辦公室的一個(gè)部分，正在測(cè)試用于阿爾忒彌斯應(yīng)急行動(dòng)的關(guān)鍵遇險(xiǎn)信標(biāo)技術(shù)。
Cospas Sarsat項(xiàng)目是專(zhuān)門(mén)提供衛(wèi)星輔助遇險(xiǎn)定位服務(wù)的，自1979年成立以來(lái)，NASA一直為該項(xiàng)目提供專(zhuān)項(xiàng)的技術(shù)支持。Cospas Sarsat系統(tǒng)使用受保護(hù)的406 MHz頻率提供準(zhǔn)確可靠的緊急定位服務(wù)。GPS和其他類(lèi)似天基系統(tǒng)上的Cospas Sarsat中繼器持續(xù)“監(jiān)聽(tīng)”救援信標(biāo)信號(hào)，一旦有救援信標(biāo)被激活，中繼器在接收到救援信標(biāo)信號(hào)后，向地面站轉(zhuǎn)發(fā)救援信標(biāo)的信息。
SCaN負(fù)責(zé)全球定位系統(tǒng)政策的副主任JJ Miller表示：“美國(guó)宇航局為滿(mǎn)足搜索和救援而不斷開(kāi)發(fā)出新技術(shù)和新技巧，這些舉措為世界各地的救援機(jī)構(gòu)救援陸地、空中和海上的人員鋪平了道路。美國(guó)宇航局將進(jìn)一步加強(qiáng)這些服務(wù)，并且將重點(diǎn)放在我們首要的人類(lèi)探索任務(wù)上。
對(duì)于阿爾忒彌斯任務(wù)，宇航員計(jì)劃落海后待在獵戶(hù)座艙內(nèi)部，直到救援部隊(duì)抵達(dá)找到他們。如果出現(xiàn)特殊情況，在救援隊(duì)到達(dá)之前宇航員需要離開(kāi)獵戶(hù)座艙，美國(guó)宇航局將會(huì)利用在他們救生衣上的專(zhuān)用的高級(jí)下一代緊急定位儀（ANGEL）信標(biāo)追蹤并找回他們。
美國(guó)搜救署辦公室主任麗莎·馬祖卡說(shuō)：“阿爾忒彌斯任務(wù)正在使用我們的最新技術(shù)為其他用戶(hù)提供進(jìn)一步增強(qiáng)和可用性奠定了基礎(chǔ)，這些新的創(chuàng)新充分利用了Cospas-Sarsat空間段的升級(jí)優(yōu)勢(shì)。”
目前，Cospas-Sarsat系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施正在進(jìn)行增強(qiáng)，稱(chēng)為中地球軌道搜索和救援（MEOSAR）。這些升級(jí)協(xié)同工作，以提供比系統(tǒng)先前提供的更快的響應(yīng)時(shí)間和更準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)。
該系統(tǒng)通過(guò)為飛機(jī)、船只或個(gè)人使用定位信標(biāo)來(lái)工作。當(dāng)有人遇險(xiǎn)時(shí)，他們啟動(dòng)信標(biāo)發(fā)射射頻信號(hào)，然后由軌道上的衛(wèi)星接收。衛(wèi)星將信號(hào)傳回地球上稱(chēng)為本地用戶(hù)終端（LUT）的地面站。從那里，位置數(shù)據(jù)將傳遞給第一響應(yīng)者，他們?cè)龠M(jìn)行救援動(dòng)員，以幫助遇險(xiǎn)人員。
SAR搜救署開(kāi)發(fā)了第二代信標(biāo)（SGB），其信號(hào)更加穩(wěn)健，抗干擾性能更佳，并且提高了定位精度。這意味著救援遇險(xiǎn)人員所需的時(shí)間減少。
第一批使用SGB技術(shù)的人將是阿爾忒彌斯任務(wù)的宇航員。先進(jìn)的下一代緊急定位儀（ANGEL）信標(biāo)，一個(gè)連接在宇航員救生裝置上的信標(biāo)，在宇航員歷史性地返回月球后，可以在宇航員濺落回地球時(shí)使用。這些信標(biāo)將允許阿爾忒彌斯船員在水中分離的情況下定位。
搜救系統(tǒng)升級(jí)的另一個(gè)關(guān)鍵要素是稱(chēng)為SAR/GPS中繼器的衛(wèi)星有效載荷。這些衛(wèi)星將信標(biāo)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)傳回地球。作為MEOSAR系統(tǒng)升級(jí)概念的證明，在前幾年試驗(yàn)過(guò)程里中繼器最初被集成到19顆GPS衛(wèi)星中。這些衛(wèi)星位于中地球軌道（MEO），高度超過(guò)2萬(wàn)公里。它們的視野比以前的系統(tǒng)架構(gòu)中使用的低地球軌道（LEO）搜索和救援衛(wèi)星要寬得多。MEO衛(wèi)星可以提供連續(xù)的全地球覆蓋，并幾乎即時(shí)檢測(cè)到救援信標(biāo)信號(hào)。相比之下，LEO衛(wèi)星可能需要90分鐘才能探測(cè)到救援信標(biāo)信號(hào)。
現(xiàn)在，MEOSAR架構(gòu)已經(jīng)得到驗(yàn)證，救援署SAR正在與多個(gè)機(jī)構(gòu)合作，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和集成更多這些中繼器，并將其集成到新一代GPS衛(wèi)星上。
SAR/GPS中繼器的開(kāi)發(fā)和集成是美國(guó)和加拿大政府共同參與的，加拿大國(guó)防部提供中繼器硬件，美國(guó)搜救署SAR任務(wù)辦公室為中繼器的開(kāi)發(fā)和集成提供工程監(jiān)督、安全和任務(wù)保證支持。美國(guó)空軍在新的GPS衛(wèi)星上托管中繼器。
第一顆新的GPS衛(wèi)星計(jì)劃于2026年發(fā)射。隨著更多有效載荷部署到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，SAR有效載荷總數(shù)將接近80個(gè)。
除了在軌道上的中繼器方面的工作外，SAR辦公室還對(duì)Cospas-Sarsat系統(tǒng)的地面部分進(jìn)行了升級(jí)改造。這些升級(jí)包括位于GSFC的MEOSAR衛(wèi)星使用的第一套LUT。SAR建造一個(gè)相控陣天線(xiàn)，它將取代目前用于跟蹤MEOSAR衛(wèi)星的六個(gè)拋物面天線(xiàn)。由于相控陣沒(méi)有天線(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，，再加上需要的天線(xiàn)數(shù)量更少，意味著可以節(jié)省巨大的維護(hù)成本。
MEOSAR的所有信號(hào)處理都在LUT地面站完成，而不是在衛(wèi)星上完成。這意味著未來(lái)的任何改變都將更容易完成，不會(huì)影響衛(wèi)星。
Cospas Sarsat通過(guò)三種類(lèi)型的衛(wèi)星工作：低地球軌道（LEOSAR）、中地球軌道（MEOSAR）和高空地球同步軌道（GEOSAR）。
ANGEL信標(biāo)是由位于美國(guó)馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的搜救署辦公室開(kāi)發(fā)的經(jīng)過(guò)改進(jìn)和小型化第二代救援信標(biāo)，他們通過(guò)Cospas Sarsat提供強(qiáng)大的定位服務(wù)。無(wú)論字世界上任何地方，救援信標(biāo)被激活的瞬間，該系統(tǒng)可以計(jì)算出宇航員的位置，精度在100米左右。
NASA開(kāi)發(fā)的第二代搜救信標(biāo)技術(shù)
正在回收船上的搜救工程師戴夫·沃森說(shuō)：“第二代救援信標(biāo)充分利用了全球?qū)Ш叫l(wèi)星上新的中地球軌道（MEO）星座的搜索和救援儀器，配合新的信標(biāo)和地面基礎(chǔ)設(shè)施，搜救星座為阿爾忒彌斯提供了獨(dú)特的精確能力。”
在這次回收測(cè)試中，船上的搜救人員正在與美國(guó)宇航局位于佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的地面搜索系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)密切合作，通過(guò)將ANGEL信標(biāo)連接到開(kāi)放水域的小船上，激活信標(biāo)，并在戈達(dá)德的搜救實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證和監(jiān)控這套搜救系統(tǒng)，來(lái)測(cè)試ANGEL信標(biāo)的操作使用。他們正在測(cè)試搜救智能終端（SAINT）應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?yàn)樗丫葓F(tuán)隊(duì)提供ANGEL數(shù)據(jù)。此外，該團(tuán)隊(duì)正在休斯敦NASA約翰遜航天中心練習(xí)將信標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞給任務(wù)控制中心。
搜救國(guó)家事務(wù)任務(wù)經(jīng)理科迪·凱利（Cody Kelly）在船上領(lǐng)導(dǎo)搜救測(cè)試工作，他表示：“這項(xiàng)搜救測(cè)試是一項(xiàng)高度合作的工作，涉及多個(gè)NASA中心的多個(gè)政府機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家。同時(shí)我們也在為對(duì)下一代月球探險(xiǎn)者的支持做準(zhǔn)備，這證明了我們作為一個(gè)整體進(jìn)行探索所能取得的成就。”
目前有五顆近地軌道搜索和救援衛(wèi)星（LEOSAR）、七顆地球同步軌道衛(wèi)星（GEOSAR）和超過(guò)35顆中地球軌道衛(wèi)星（MEOSAR）正在運(yùn)行。
目前有65個(gè)稱(chēng)為本地用戶(hù)終端（LUT）的地面站跟蹤LEOSAR，31個(gè)跟蹤GEOSAR，17個(gè)跟蹤MEOSAR。
目前全球有超過(guò)100萬(wàn)個(gè)應(yīng)急信標(biāo)在使用。Cospas Sarsat使用三種類(lèi)型的應(yīng)急救援信標(biāo)，這取決于它們是由個(gè)人、飛機(jī)上還是海上船只攜帶，分別對(duì)應(yīng)PLB(個(gè)人示位標(biāo))、ELT(航空無(wú)線(xiàn)電示位標(biāo))、EPIRB(船用)。自1982年以來(lái)Cospas Sarsat系統(tǒng)通過(guò)提供救援信息，幫助救援超過(guò)13000個(gè)遇險(xiǎn)情況下的48000人。
往期回顧和擴(kuò)展閱讀：
全球最小的Orolia的遇險(xiǎn)跟蹤型應(yīng)急定位發(fā)射機(jī)（ELT-DT）
