周少騫 李強(qiáng) 王劍 劉虎林

（1.上海航天電子技術(shù)研究所 上海市 201109 2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所 北京市 100080）

AIS（Aotomatic Identification System）船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是由國(guó)際海事組織IMO、國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)IALA、國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-R 于2000年開(kāi)始共同推廣，在甚高頻海上移動(dòng)頻段采用SOTDMA 自組織時(shí)分多址接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)識(shí)別、導(dǎo)航和通信功能的助航電子系統(tǒng)?？稍诖?船和船-岸之間自動(dòng)交換來(lái)自船舶傳感器（陀螺羅經(jīng)、GNSS 設(shè)備、回旋速率指示器等）的船舶信息（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)）、人工輸入的靜態(tài)信息（船舶長(zhǎng)度和寬度等）和航次相關(guān)信息（船舶吃水、目的港、貨物等）。

VDES（VHF Data Exchange System ）甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)是AIS 系統(tǒng)的升級(jí)系統(tǒng)，于2015年世界無(wú)線(xiàn)電通信（WRC-15）大會(huì)上經(jīng)162 個(gè)成員國(guó)和136 個(gè)國(guó)際組織和團(tuán)體審議通過(guò)確定。VDES系統(tǒng)在AIS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了LAIS（Long Range AIS ）遠(yuǎn)距離船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、ASM 特殊應(yīng)用報(bào)文系統(tǒng)和VDE 系統(tǒng)。VDES系統(tǒng)在確保船舶位置、安全信息最高優(yōu)先級(jí)傳輸?shù)幕A(chǔ)上將水文、氣象等信息通過(guò)ASM 系統(tǒng)傳輸，其余信息通過(guò)VDE 系統(tǒng)傳輸，不僅拓寬了AIS系統(tǒng)的收、發(fā)頻帶資源，還將船舶的信息交互由船-船、船-岸之間拓展到了船-星之間，使船舶信息的海天地實(shí)時(shí)互聯(lián)成為可能。

返回式空間飛行器的著陸場(chǎng)地分為陸上著陸場(chǎng)和海上著陸場(chǎng)兩種。著陸搜救系統(tǒng)就是針對(duì)著陸場(chǎng)的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的以捕獲返回艙飛行軌跡、預(yù)判著陸位置、持續(xù)跟蹤返回艙，并配合搜救團(tuán)隊(duì)或第三方組織、個(gè)人執(zhí)行回收救援任務(wù)的系統(tǒng)。

2020年，嫦娥五號(hào)探測(cè)器計(jì)劃完成月球探測(cè)“繞、落、回”中的最后一步；新一代載人飛船計(jì)劃進(jìn)行首飛；空間站建設(shè)將進(jìn)入技術(shù)驗(yàn)證階段，高密度的發(fā)射和空間返回將成為常態(tài)；未來(lái)可能開(kāi)展的載人登月工程也必然對(duì)返回式空間飛行器有更高的要求。相應(yīng)的返回式空間飛行器的著陸技術(shù)和搜救技術(shù)的研究將成為未來(lái)一段時(shí)間科學(xué)研究的重點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)著陸搜救系統(tǒng)現(xiàn)狀

空間飛行器返回地面時(shí)一般采取陸上著陸方式或海上著陸方式。陸上著陸方式的優(yōu)點(diǎn)是搜救方便，缺點(diǎn)是軌道傾角受限、返回艙重量受限且需裝備緩沖著陸發(fā)動(dòng)機(jī)、對(duì)著陸場(chǎng)地形、建筑物要求較多。海上著陸方式的優(yōu)點(diǎn)是軌道傾角限制較低、返回艙重量限制較低（一般無(wú)需裝備緩沖著陸發(fā)動(dòng)機(jī)）、著陸場(chǎng)可選范圍大，缺點(diǎn)是返回艙及航天員需適應(yīng)高海況的工作環(huán)境、搜救技術(shù)難度大、搜救時(shí)間受限。

目前我國(guó)的載人航天工程都以陸上著陸方式返回地面，著陸搜救系統(tǒng)也以陸上著陸搜救為主。

我國(guó)的載人航天著陸系統(tǒng)由測(cè)控分系統(tǒng)、主（副）著陸場(chǎng)搜救分系統(tǒng)、上升段陸上應(yīng)急搜救分系統(tǒng)、上升段海上應(yīng)急搜救分系統(tǒng)、運(yùn)行段國(guó)內(nèi)外應(yīng)急搜救分系統(tǒng)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保及醫(yī)療救護(hù)分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)和氣象保障分系統(tǒng)等組成。

著陸搜救分系統(tǒng)搜救設(shè)備主要包含空中搜救、地面搜救和海上搜救三種，通常以空中搜救為主、地面搜救為輔，通過(guò)空地協(xié)同完成返回艙搜索和航天員救援任務(wù)。從神九飛船開(kāi)始，著陸場(chǎng)搜救系統(tǒng)增加了海上搜救設(shè)備。

著陸搜救分系統(tǒng)的搜救技術(shù)包括測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)、定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、氣象地理信息預(yù)報(bào)技術(shù)和醫(yī)療救護(hù)技術(shù)等。

測(cè)控技術(shù)用于跟蹤和測(cè)量返回艙在返回大氣層后著陸段的軌跡，預(yù)估著陸點(diǎn)位置。我國(guó)載人航天工程的測(cè)控和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)主要由天鏈系列地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)、遠(yuǎn)望系列測(cè)量船和陸基測(cè)控站提供。

導(dǎo)航和定位技術(shù)用于在返回艙近地和著陸后對(duì)返回艙進(jìn)行定位、跟蹤。我國(guó)載人航天工程采用了406MHz 國(guó)際救援信標(biāo)和北斗定位系統(tǒng)相結(jié)合的著陸搜索救援信標(biāo)系統(tǒng)。借助全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)，應(yīng)急返回的返回艙和航天員不論應(yīng)急著陸于世界哪個(gè)地區(qū)，都能很快與搜救人員取得聯(lián)系，以便動(dòng)用附近力量進(jìn)行搜救。北斗定位系統(tǒng)同時(shí)具備定位和衛(wèi)星通信能力，可利用中心站用戶(hù)機(jī)直接構(gòu)造搜救平臺(tái)的地理信息態(tài)勢(shì)系統(tǒng)。

神舟飛船返回艙安裝有超短波信標(biāo)機(jī)，通信半徑約幾十公里。配備了超短波定向儀的搜救飛機(jī)和搜救船舶均可在有效通信距離內(nèi)對(duì)返回艙進(jìn)行定位。

通信技術(shù)用于整個(gè)著陸系統(tǒng)的通訊指揮。神州飛船返回艙裝備有衛(wèi)星通信設(shè)備和超短波通信設(shè)備，可與指揮中心直接通信，也可與搜救團(tuán)隊(duì)進(jìn)行區(qū)內(nèi)通信。

載人飛船返回地面共分制動(dòng)飛行階段、再入大氣層階段、大氣層自由下降階段、著陸階段這四個(gè)階段，著陸搜救主要發(fā)生在再入大氣層階段之后。以陸上著陸搜救為例：載人飛船再入大氣層后飛控中心首先計(jì)算出其預(yù)計(jì)落點(diǎn)；當(dāng)載人飛船開(kāi)始返回制動(dòng)后四架空中搜索直升機(jī)飛至距理論落點(diǎn)35 公里處的四個(gè)方向；當(dāng)飛船到達(dá)距離地面40 公里的高度時(shí)，飛船上的信標(biāo)機(jī)開(kāi)始工作，空中待命的四架直升機(jī)獲得定位信號(hào)；飛船距離地面10 公里高度時(shí)，執(zhí)行開(kāi)傘動(dòng)作；飛船距離地面5.7 公里高度時(shí)，拋掉防熱大底，啟動(dòng)反沖裝置；防熱大底拋射完畢并確認(rèn)后，四架直升機(jī)立即直飛飛船著陸點(diǎn)，執(zhí)行醫(yī)監(jiān)醫(yī)保或應(yīng)急救援程序；地面搜救分隊(duì)立即趕赴飛船著陸點(diǎn)執(zhí)行返回艙和艙載設(shè)備的處置回收任務(wù)。

在有落點(diǎn)預(yù)報(bào)、返回艙信標(biāo)工作正常的情況下，飛船正常返回主（副）著陸場(chǎng)時(shí)6 小時(shí)內(nèi)可完成搜救任務(wù)；彈道式返回主（副）著陸場(chǎng)時(shí)，在搜救區(qū)域擴(kuò)大的情況下24 小時(shí)內(nèi)可完成搜救任務(wù)；應(yīng)急搜救時(shí)，一般可在48 小時(shí)內(nèi)由兩架固定翼飛機(jī)（各配置一個(gè)醫(yī)療救護(hù)小組和一個(gè)傘兵小組）完成搜救任務(wù)。

2 現(xiàn)有著陸搜救系統(tǒng)局限性

著陸場(chǎng)搜救系統(tǒng)應(yīng)具備正常返回時(shí)的快速回收能力，上升段逃逸時(shí)的應(yīng)急搜救能力，在軌應(yīng)急返回時(shí)的全球搜救能力。

表1：AIS 系統(tǒng)產(chǎn)品列表

從發(fā)展的角度考慮，我國(guó)現(xiàn)有著陸搜救系統(tǒng)在如下幾個(gè)方面存在一定的局限性：

2.1 超短波信標(biāo)機(jī)的局限性

（1）超短波信標(biāo)機(jī)作用距離僅幾十公里，若返回艙著陸點(diǎn)遠(yuǎn)離預(yù)計(jì)著陸區(qū)域，則搜救團(tuán)隊(duì)的超短波定位儀將暫時(shí)失效，影響搜救效率。

（2）超短波信標(biāo)機(jī)為單向發(fā)射器，無(wú)信息交互功能。

（3）超短波信標(biāo)機(jī)發(fā)射的信號(hào)具有特殊性，無(wú)法為第三方搜救組織所使用。

2.2 406MHz國(guó)際救援信標(biāo)的局限性

首先，406MHz 國(guó)際救援信標(biāo)報(bào)警響應(yīng)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，定位精度不高。

406 國(guó)際救援信標(biāo)可通過(guò)COSPAS-SARSAT 國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的遇險(xiǎn)報(bào)警和定位功能。LEOSAR 系統(tǒng)僅5 顆衛(wèi)星正常工作，典型定位精度5km,典型定位精度5km，平均檢測(cè)時(shí)間45min。MEOSAR 系統(tǒng)激活30s 定位精度可達(dá)5km，激活1min 定位精度可達(dá)1km，激活30min 定位精度可達(dá)100m。GEOSAR 系統(tǒng)示位標(biāo)帶有導(dǎo)航裝置時(shí)定位精度可達(dá)60m。

雖然2019年12月發(fā)布的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)體系（1.0版）文件中聲稱(chēng)2019年12月北斗系統(tǒng)全球SAR 服務(wù)已具備能力（上行6 顆MEO 播發(fā)衛(wèi)星，下行3 顆IGSO 播發(fā)衛(wèi)星和24 顆MEO 播發(fā)衛(wèi)星，獨(dú)立定位精度95%達(dá)到≤5 千米），但是擬在2020年6月才發(fā)布北斗系統(tǒng)SAR 服務(wù)接口控制文件，我國(guó)目前仍屬?lài)?guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)的地面設(shè)備提供國(guó)，暫未成為空間設(shè)備提供國(guó)。

因?yàn)槟壳癓EOSAR 衛(wèi)星數(shù)量較少，北斗衛(wèi)星的MEOSAR 服務(wù)尚未正式投入使用，覆蓋我國(guó)境內(nèi)的印度GEOSAR 衛(wèi)星INSAT-3D 其下行波束在調(diào)整后主要覆蓋印度（國(guó)內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)受限），所以我國(guó)搜救衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)406MHz 國(guó)際救援信標(biāo)的監(jiān)視時(shí)間受限，同時(shí)報(bào)警響應(yīng)等待時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于降落在水面的返回艙，其所在位置可能因水流的變化而隨時(shí)改變，信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)性和定位精度受限的406MHz 國(guó)際救援信標(biāo)不適用于該應(yīng)用場(chǎng)景。

其次，406MHz 國(guó)際救援信標(biāo)與國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)之間為單向信息傳輸，無(wú)信息交互功能，需借助第三方平臺(tái)將救援信標(biāo)的相關(guān)信息傳遞到搜救系統(tǒng)，不適用于著陸點(diǎn)遠(yuǎn)離主（副）著陸場(chǎng)的場(chǎng)景。

2.3 著陸搜救通信系統(tǒng)的局限性

返回艙（尤其是載人飛船或探月工程返回艙）的著陸搜救系統(tǒng)應(yīng)具備大范圍、全時(shí)段的通信能力。

神州系列載人飛行器通信手段包括超短波電臺(tái)和北斗短報(bào)文系統(tǒng)。超短波電臺(tái)僅可在返回艙周?chē)鷰资锓秶鷥?nèi)進(jìn)行場(chǎng)區(qū)內(nèi)通信，一旦返回艙著陸點(diǎn)遠(yuǎn)離車(chē)載/機(jī)載/船載搜救設(shè)備就無(wú)法進(jìn)行通訊。北斗短報(bào)文系統(tǒng)則可在中國(guó)及周邊乃至全球范圍內(nèi)使用。

北斗全球短報(bào)文系統(tǒng)單次報(bào)文最多約40 個(gè)漢字（560bits），響應(yīng)時(shí)延一般優(yōu)于1min，用戶(hù)端需進(jìn)行自適應(yīng)多普勒補(bǔ)償，且上行后信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星頻偏需小于1kHz。

如果用戶(hù)端具備進(jìn)行多普勒頻偏處理和預(yù)處理的能力，則我國(guó)的返回式載人飛行器可在全球任一著陸位置與著陸系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信。但對(duì)著陸搜救系統(tǒng)而言目前仍存在兩個(gè)問(wèn)題，首先是應(yīng)用問(wèn)題，根據(jù)官方文件公告，2019年12月北斗GSMC（全球短報(bào)文通信）服務(wù)將具備能力，2020年RSMC（區(qū)域短報(bào)文通信）服務(wù)將形成能力；其次是裝備數(shù)量的問(wèn)題，當(dāng)返回艙降落在遠(yuǎn)離大陸的非預(yù)定著陸區(qū)時(shí)，憑常規(guī)搜救隊(duì)伍無(wú)法及時(shí)有效進(jìn)行搜救時(shí)需借助返回艙附近的海上船舶進(jìn)行搜救。但在2017年全球進(jìn)行海洋作業(yè)的漁船總量約325 萬(wàn)艘的情況下，目前全國(guó)僅7 萬(wàn)余艘漁船和執(zhí)法船安裝了北斗終端，國(guó)外安裝北斗終端的船舶數(shù)量應(yīng)該更少，無(wú)法通過(guò)北斗短報(bào)文系統(tǒng)與大多數(shù)船舶聯(lián)系并組織營(yíng)救。

2.4 我國(guó)海上應(yīng)急搜救力量的薄弱性

根據(jù)網(wǎng)上搜集的資料，執(zhí)行應(yīng)急搜救任務(wù)時(shí)，我國(guó)搜救團(tuán)隊(duì)一般可在48 小時(shí)內(nèi)通過(guò)兩架固定翼飛機(jī)（各配置一個(gè)醫(yī)療救護(hù)小組和一個(gè)傘兵小組）完成搜救任務(wù)。若返回艙的應(yīng)急降落地點(diǎn)在非遠(yuǎn)海區(qū)域，則一般情況下固定翼飛機(jī)可充分滿(mǎn)足搜救任務(wù)需求，但若返回艙的應(yīng)急降落地點(diǎn)在遠(yuǎn)海區(qū)域，僅憑兩架各配置一個(gè)醫(yī)療救護(hù)小組和一個(gè)傘兵小組的固定翼飛機(jī)很難確保萬(wàn)無(wú)一失的完成應(yīng)急搜救任務(wù)。作為航天強(qiáng)國(guó)的美國(guó)在實(shí)施“水星”計(jì)劃時(shí)曾動(dòng)用了包括2 艘航母在內(nèi)的28 艘艦船和171 架飛機(jī)。

3 著陸搜救系統(tǒng)引入AIS/VDES技術(shù)的必要性分析

返回式飛行器通常采用彈道式和升力控制式兩種再入大氣層方式（其它方式還包括跳躍式和橢圓衰減式）。彈道式返回艙主要是在慣性和引力的作用下再入大氣層，設(shè)計(jì)制造難度低，但是過(guò)載大、落點(diǎn)控制很不精確。升力控制式返回艙（如航天飛機(jī)）過(guò)載低，可以精確控制降落地點(diǎn)，但是氣動(dòng)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、飛行控制等難度極高。

我國(guó)神州系列載人飛船采用了彈道升力混合式再入大氣層方式。通過(guò)調(diào)整飛船質(zhì)心與氣動(dòng)力中心的關(guān)系，使飛船以一個(gè)特定配平攻角進(jìn)入大氣層，產(chǎn)生一定的升力，同時(shí)還可通過(guò)三角速率阻尼控制返回器的姿態(tài)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)返回器改變升力的垂直分量和水平分量，在一定范圍內(nèi)控制再入軌道，略微調(diào)整著陸點(diǎn)位置。當(dāng)因故應(yīng)急返回地面時(shí)，受進(jìn)入角度和時(shí)機(jī)的影響，該類(lèi)型返回艙著陸點(diǎn)會(huì)遠(yuǎn)離預(yù)定著陸場(chǎng)甚至偏離應(yīng)急著陸區(qū)。

圖1：VDES 系統(tǒng)信號(hào)流程和頻段分配圖

當(dāng)返回艙應(yīng)急降落在陸地時(shí)，航天員和返回艙的著陸點(diǎn)固定，自然環(huán)境對(duì)其影響較小，可利用的通信工具和交通工具較多，航天員和返回艙的安全系數(shù)較高。

當(dāng)返回艙應(yīng)急降落在海面時(shí)，航天員和返回艙的著陸點(diǎn)不固定，會(huì)受風(fēng)向和洋流的影響而動(dòng)態(tài)變化，可利用的通信工具通常需要通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行中繼，可利用的交通工具通常是大型船舶，現(xiàn)有搜救技術(shù)的效率較低，航天員和返回艙的安全系數(shù)較低。

在未來(lái)新型運(yùn)載火箭、新型載人/貨運(yùn)飛船逐漸投入使用，高頻次發(fā)射和返回成為常態(tài)的情況下，如何充分利用已有的國(guó)內(nèi)外資源對(duì)現(xiàn)有搜救技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充完善，提升搜救效率，確保搜救任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失，將成為研究的一個(gè)方向。

根據(jù)在線(xiàn)HiFleet（一款船舶跟蹤與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工具）利用全球3000 多座岸基AIS 基站和79 顆AIS 衛(wèi)星收到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年平均每天可收到來(lái)自全球838044 艘船舶的位置報(bào)告信息。執(zhí)行海上應(yīng)急搜救任務(wù)過(guò)程中，在搜救團(tuán)隊(duì)無(wú)法及時(shí)到達(dá)返回艙降落地點(diǎn)時(shí)如果能與這些船舶取得聯(lián)系并獲取幫助，那么執(zhí)行應(yīng)急搜救任務(wù)的時(shí)間會(huì)大大縮短，航天員和返回艙的安全會(huì)得到更多的保障。

由于終端設(shè)備的價(jià)格和使用費(fèi)用非常高，海事衛(wèi)星通信設(shè)備和銥星通信設(shè)備在遠(yuǎn)洋船舶上的裝備率較低。AIS 設(shè)備因在避碰、助航和進(jìn)港?？繒r(shí)的優(yōu)勢(shì)得到了國(guó)際海事組織（IMO）的強(qiáng)制推廣，結(jié)合其低廉的價(jià)格在遠(yuǎn)洋船舶特別是航運(yùn)船舶上獲得了較高的裝備率，越來(lái)越多的海洋捕撈船舶也開(kāi)始裝備AIS 設(shè)備了。

AIS 設(shè)備是具備自動(dòng)識(shí)別、通信和導(dǎo)航功能的船舶助航設(shè)備，產(chǎn)品種類(lèi)豐富，有A/B 型船載AIS 設(shè)備、AIS 航標(biāo)設(shè)備、機(jī)載AIS設(shè)備等，如表1 所示。

AIS 系統(tǒng)研制之初是作為船舶與船舶之間或船舶與岸站之間小范圍無(wú)線(xiàn)通訊的系統(tǒng)。受天線(xiàn)高度和發(fā)射功率的限制， AIS 設(shè)備的通信范圍通常為半徑 20 nm 的圓形小區(qū)。不同AIS 設(shè)備之間依據(jù)SOTDMA 協(xié)議或CSTDMA 協(xié)議協(xié)同工作，按一定的發(fā)射時(shí)隙和發(fā)射頻率間隔實(shí)時(shí)收發(fā)船舶的靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息、與航次有關(guān)的信息和與安全有關(guān)的信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)在衛(wèi)星、飛機(jī)、飛艇或探空氣球上裝載AIS 設(shè)備（部分需具備去多普勒頻移功能和解時(shí)隙沖突功能）可在更大的范圍實(shí)時(shí)接收AIS 設(shè)備發(fā)送的AIS 報(bào)文，必要時(shí)甚至可在一定范圍進(jìn)行廣播（可能會(huì)影響部分船舶AIS 報(bào)文的收發(fā)）。

隨著AIS 設(shè)備在全球船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在船舶密集區(qū)域會(huì)出現(xiàn)AIS 信道阻塞的問(wèn)題，影響到航行安全。同時(shí)AIS 設(shè)備的通訊距離有限，無(wú)法對(duì)遠(yuǎn)離岸站的船舶進(jìn)行助航和監(jiān)控。因此國(guó)際海航標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)IALA 在AIS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了升級(jí)方案VDES（VHF Data Exchange System）系統(tǒng)。VDES 系統(tǒng)的信號(hào)流程和頻段分配情況如圖1 所示，該系統(tǒng)在保留AIS 系統(tǒng)兩個(gè)信道的基礎(chǔ)上，將部分業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到新增的兩路LAIS（Long Range AIS，通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)）信道上，并新增兩路ASM（Application Specific Maritime）信道、十二路VDE（VHF Data Exchange）信道（包含地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)）。 VDES 系統(tǒng)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作早已開(kāi)展，預(yù)計(jì)將于2022年開(kāi)始推廣應(yīng)用。

如果在著陸搜救系統(tǒng)中引入AIS/VDES 技術(shù)將帶來(lái)如下幾方面的好處：

3.1 提升海上搜救的能力和效率

現(xiàn)有著陸搜救系統(tǒng)在近海區(qū)域直接使用陸上固有測(cè)控站搜索返回艙，或征用近海區(qū)域民船對(duì)返回艙進(jìn)行拉網(wǎng)式搜索，或使用近岸機(jī)場(chǎng)進(jìn)行空中搜救，搜救效率較低；在遠(yuǎn)海區(qū)域的搜救只能借助于國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)。

目前國(guó)內(nèi)已有多顆衛(wèi)星裝備了AIS 設(shè)備，通過(guò)在搜救直升機(jī)、搜救船舶和搜救固定翼飛機(jī)上加裝AIS 設(shè)備，甚至部署裝備了AIS設(shè)備的飛艇、探空氣球或無(wú)人機(jī)的方法可將著陸搜救系統(tǒng)的海上搜救范圍由海岸附近延伸到遠(yuǎn)海。

當(dāng)返回艙降落在遠(yuǎn)離搜救船的海面時(shí)，可通過(guò)AIS/VDES 系統(tǒng)及時(shí)聯(lián)系著陸指揮系統(tǒng)（必要時(shí)可直接聯(lián)系附近船舶），由著陸指揮系統(tǒng)與返回艙附近船舶進(jìn)行聯(lián)系和征用，通過(guò)固定翼飛機(jī)將醫(yī)療救護(hù)小組和傘兵小組投放至被征用船舶指導(dǎo)和執(zhí)行搜救任務(wù)。

3.2 提升海上著陸區(qū)的監(jiān)控和清場(chǎng)能力

通過(guò)裝備了AIS 設(shè)備的浮標(biāo)、探空氣球、飛艇或飛機(jī)可于較短時(shí)間內(nèi)在海上部署返回艙著陸區(qū)，設(shè)置電子圍欄，便捷高效的執(zhí)行清場(chǎng)和監(jiān)控任務(wù)。著陸任務(wù)完成后亦可在較短時(shí)間內(nèi)撤除著陸區(qū)設(shè)施，提高公共資源的利用率。

3.3 拓展返回艙的通信能力

通過(guò)裝備了AIS/VDES 設(shè)備的探空氣球、飛艇、飛機(jī)和衛(wèi)星可將返回艙與著陸場(chǎng)系統(tǒng)聯(lián)為一個(gè)整體，通過(guò)短報(bào)文的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)通訊，可作為北斗短報(bào)文通信系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。

AIS/VDES 系統(tǒng)工作于156MHz ～162MHz 頻段，天線(xiàn)的有效波束范圍較寬（全向天線(xiàn)），信號(hào)受水衰影響較小，受高海況環(huán)境影響更小。

4 著陸搜救系統(tǒng)引入AIS/VDES技術(shù)的可行性分析

AIS 系統(tǒng)有岸基、船載、航標(biāo)、漁網(wǎng)應(yīng)答、個(gè)人便攜應(yīng)急示標(biāo)、潛水定位、搜救應(yīng)答、搜救機(jī)載應(yīng)答等多種類(lèi)型的設(shè)備，適用范圍極寬泛。隨著近幾年星載AIS/VDES 設(shè)備的不斷研究和應(yīng)用，能適應(yīng)空間輻射環(huán)境、空間熱學(xué)環(huán)境和運(yùn)載力學(xué)環(huán)境的高可靠、長(zhǎng)壽命AIS/VDES 設(shè)備（含天線(xiàn)，可在軌升級(jí)程序）也已開(kāi)發(fā)成熟。

首先可將星載AIS/VDES 設(shè)備裝備到返回艙中。星載AIS 設(shè)備因要適應(yīng)空間環(huán)境和運(yùn)載力學(xué)環(huán)境的需求，體積、重量、功耗通常比船載A 類(lèi)AIS 設(shè)備略大，功能可按岸站或機(jī)站設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。返回艙中還可加裝潛水定位設(shè)備，以便在艙內(nèi)進(jìn)水或其它特殊情況下進(jìn)行通訊。

航天員可隨身攜帶搜救應(yīng)答器或便攜應(yīng)急示位標(biāo)，緊急情況下開(kāi)啟供搜救團(tuán)隊(duì)進(jìn)行定位。

搜救飛機(jī)和搜救船舶可裝備AIS 基站設(shè)備，執(zhí)行搜救任務(wù)時(shí)作用距離更遠(yuǎn)，可對(duì)著陸區(qū)域附近船舶進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管控。離返回艙較遠(yuǎn)時(shí)可實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星/無(wú)人機(jī)/飛艇/探空氣球轉(zhuǎn)發(fā)的AIS/VDES短報(bào)文信息，避免盲目的搜索；離返回艙較近時(shí)可直接與返回艙進(jìn)行通訊，在高海況情況下基本不受影響。

可在預(yù)定海上著陸場(chǎng)附近海域布置AIS 航標(biāo)，標(biāo)示禁航區(qū)、航道、礙航物和水中建筑，監(jiān)控著陸海域船舶。

5 AIS/VDES技術(shù)在著陸搜救系統(tǒng)中應(yīng)用的難點(diǎn)分析

AIS/VDES 技術(shù)是為解決船舶避碰、助航和通信問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的，移植到著陸搜救系統(tǒng)中時(shí)存在著一些技術(shù)難點(diǎn)：

5.1 覆蓋區(qū)域問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)星載AIS/VDES 設(shè)備尚未組網(wǎng)應(yīng)用，對(duì)地覆蓋區(qū)域較小，覆蓋時(shí)間較短，短期內(nèi)無(wú)法有效配合著陸系統(tǒng)完成搜救任務(wù)。

飛機(jī)、飛艇或探空氣球裝備了AIS/VDES 設(shè)備后，其對(duì)地覆蓋區(qū)域取決于飛行高度，當(dāng)飛行高度在2km 時(shí)，對(duì)地覆蓋區(qū)域?yàn)闄C(jī)下點(diǎn)斜距約500km 的范圍，對(duì)遠(yuǎn)海區(qū)域的覆蓋略顯不足。

5.2 信號(hào)時(shí)隙沖突問(wèn)題

目前VDES 系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未正式確立，只能通過(guò)僅有兩個(gè)收發(fā)信道的AIS 系統(tǒng)執(zhí)行搜救任務(wù)。衛(wèi)星、飛機(jī)、飛艇或探空氣球裝備的AIS 設(shè)備對(duì)地覆蓋區(qū)域較大，區(qū)域內(nèi)AIS 信號(hào)自組織小區(qū)數(shù)量較多，不同的AIS 小區(qū)可能在同一時(shí)隙同時(shí)發(fā)送AIS 信號(hào)，導(dǎo)致其接收的AIS 信號(hào)存在時(shí)隙沖突問(wèn)題，影響AIS 信號(hào)的接收處理。如何在確保覆蓋區(qū)域的前提下，降低信號(hào)時(shí)隙沖突概率，提升解時(shí)隙沖突能力，提高目標(biāo)檢測(cè)概率，存在一定的技術(shù)難度。

5.3 信號(hào)干擾問(wèn)題

全球部分區(qū)域（如葡萄牙、地中海、美國(guó)東部）存在VHF 高功率雷達(dá)和其他諸如VHF 通信等影響，電磁環(huán)境惡劣，會(huì)干擾AIS/VDES 信號(hào)的正常接收，必須通過(guò)窄帶濾波技術(shù)進(jìn)行處理，必要時(shí)可使用干擾消除和信號(hào)重構(gòu)技術(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

太空探索永無(wú)止境！近年來(lái)，隨著科技的快速發(fā)展，掌握航天技術(shù)的國(guó)家越來(lái)越多。美、俄、中、法、日、印等國(guó)紛紛制定了新的太空探索計(jì)劃，SpaceX 之類(lèi)的商業(yè)公司也強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入了航天領(lǐng)域，世界航天格局呈多元化發(fā)展趨勢(shì)，競(jìng)爭(zhēng)愈漸激烈。

“行百里路，半九十”！我們正處在從航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)的道路上，只有著力創(chuàng)新，兼容并蓄，確保航天任務(wù)全程萬(wàn)無(wú)一失，才能讓中國(guó)人探索太空的腳步邁的更穩(wěn)更遠(yuǎn)！