国際コスパス・サルサット・プログラム

Cospas-Sarsat遭難ビーコンは、生命を脅かす緊急事態で起動して政府当局に援助を要請できるデジタル406MHz無線送信機です。ビーコンは数十のベンダーによって製造および販売されています。ビーコンは主に3つのタイプに分類されます。航空機で使用するために設計されたビーコンは、緊急位置発信機（ELT）として知られています。船舶で使用するために設計されたビーコンは、緊急位置指示無線ビーコン（EPIRB）と呼ばれます。個人が携帯するように設計されたビーコンは、個人位置ビーコン（PLB）として知られています。PLBは航空機や船舶に搭載されることもありますが、これが安全要件を満たすかどうかは、現地の規制によって異なります。^{[ 6 ]} Cospas-Sarsatビーコンは、緊急時に起動されるまで（または特定のテスト機能がユーザーによって起動されるまで）送信しません。ビーコンの中には、人がボタンを押して手動で起動するように設計されているものと、特定の状況下で自動的に起動するように設計されているものがあります（例えば、ELTは衝突などの物理的な衝撃で自動的に起動される場合があり、EPIRBは水との接触で自動的に起動される場合があります）。Cospas -Sarsatは、ビーコンの所有または使用に関して、購読料やその他の費用を課していません。（一部の国では、ビーコンの所有に対してライセンス料や登録料を課す場合があり、一部の管轄区域では救助活動の費用を課す場合があります。）^{[ 14 ]}最近のビーコンの革新については、以下を参照してください。

Cospas-Sarsatシステムの運用宇宙セグメントは、搭載されたSARRおよび/またはSARP機器で構成されています。^{[ 15 ]}

• LEOSAR（低高度地球軌道捜索救助）ペイロードを搭載した極低高度地球軌道上の3つの衛星、
• 静止地球軌道上の13基の衛星にはGEOSAR（静止地球軌道捜索救助）ペイロードが搭載されている（その他2基の高楕円軌道衛星は使用準備中）。
• 中高度地球軌道上にMEOSAR（中高度地球軌道捜索救助）ペイロードを搭載した衛星が49基（地上セグメント試験用に6基、運用準備中の衛星が5基）。

SARRまたはSARP機器は、主衛星ミッションの補助として衛星に搭載される二次ペイロードおよび関連アンテナです。SA​​RR機器は、遭難信号をリアルタイムで衛星地上局に再送信します。SARP機器は、遭難信号からのデータを記録し、衛星が上空を通過する際に地上局がその情報を収集できるようにします。

衛星は、衛星アンテナやフェーズドアレイアンテナを用いて衛星を追跡する地上受信局（LUT）によって監視されます。LUTは各国の行政機関や団体によって設置されます。LUTが受信した遭難信号は、関連するミッションコントロールセンターに転送され、そこで詳細なコンピュータアルゴリズムを用いて世界中の救助調整センターにメッセージが送られます。

LEOSARは、Cospas-Sarsat宇宙セグメントの原型となるアーキテクチャです。LEOSAR衛星の補完的な軌道は、地球全体を周期的にカバーします。高度が比較的低いため（したがって、特定の時点で地球上の特定の場所を視認できる範囲が比較的狭いため）、LEOSAR衛星が特定の地理的位置の上空にいない時間帯があります。そのため、警報信号の受信に遅延が生じ、その信号を地上局に中継するのにも遅延が生じる可能性があります。このため、LEOSAR衛星には「リアルタイム」SARRモジュールに加えて、「ストアアンドフォワード」SARPモジュールが搭載されています。衛星は地球の遠隔地の上空を通過して遭難メッセージを受信し、その後、地上局（通常は比較的遠隔地ではない場所に設置されている）の視界に入ったときにそのデータを転送することができます。LEOSARコンステレーションを構成する3つの衛星は、約100分の軌道を周回しています。極軌道のため、衛星が上空を通過する間隔は極付近で最も短く、赤道付近で最も長くなります。LEOSARシステムへの依存度は徐々に低下し、後述するGEOSARシステムとMEOSARシステムが主流になりつつあります。

Cospas-Sarsat LEOSARシステムは、ドップラー処理によって実現しました。LEOSAR衛星によって中継される遭難信号を検出するLUT（ルックアップテーブル）は、固定周波数で送信するビーコン上を衛星が通過する際に受信するドップラー効果による周波数シフトに基づいて数学的計算を行います。この数学的計算から、衛星に対する方位と距離の両方を決定することが可能です。距離と方位は、受信周波数の変化率から測定されます。この変化率は、宇宙空間における衛星の軌道と地球の自転の両方に応じて変化します。これにより、コンピュータアルゴリズムによってビーコンの位置を三辺測量で求めることができます。受信周波数の変化が速いほど、ビーコンが衛星の地上軌道に近いことを示します。ビーコンが地球の自転によって衛星軌道に向かって移動したり、衛星軌道から遠ざかったりする場合、その動きによって生じるドップラーシフトも計算に利用できます。

GEOSAR衛星は静止軌道にあるため、遭難信号発信機とGEOSAR衛星との間に相対的な動きがなく、ドップラー効果を利用して発信機の位置を算出することができません。そのため、GEOSAR衛星は発信機からの遭難信号を中継することしかできません。発信機が位置情報を報告する機能（例えば、搭載されたGPS受信機からの情報）を備えた機種であれば、その位置情報が捜索救助機関に伝達されます。GEOSAR衛星は発信機の位置を独自に特定できないという欠点がありますが、極地を除く地球全体をリアルタイムでカバーできるという利点があります。

Cospas-Sarsat の最新の宇宙セグメント拡張は MEOSAR です。MEOSAR は LEOSAR システムと GEOSAR システムの利点を融合させ、欠点を回避しています。MEOSAR システムは Cospas-Sarsat の主要な機能になりつつあります。MEOSAR システムは、多数の衛星に加えて、比較的広い衛星のフットプリントと、地上の地点に対する十分な衛星の動きにより、遭難ビーコンの位置を計算する方法の一部としてドップラー測定を使用できるという利点があります。MEOSAR は、欧州連合のGalileo、ロシアのGLONASS、米国の全地球測位システム(GPS)という、以下の航法衛星コンステレーションに搭載された SARR トランスポンダで構成されています。 ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} 2022年11月、中国は最新のMEOSAR宇宙セグメントプロバイダーとなり、6機の北斗（BDS）航法衛星にCospas-Sarsat SARペイロードを搭載しました。最初のSAR搭載BDS衛星は2018年9月19日に打ち上げられ、最後の衛星は2019年11月23日に打ち上げられました。

MEOSAR アラート データの運用配信は、2016 年 12 月 13 日 1300 UTCに開始されました。継続的なテストと調整の後、Cospas-Sarsat 評議会により、2023 年 4 月 25 日発効の初期運用能力 (IOC) 宣言が行われました。MEOSAR システムは、406 MHz ビーコンのほぼ瞬時の検出、識別、および位置決定を提供する能力を向上させます。MEOSAR の運用導入に先立ち、MEOSAR データは、地中海でのエジプト航空 804 便の墜落位置の特定に役立てられました。 ^{[ 20 ]}遭難ビーコンの位置は、受信 LUT によって、ビーコンと視界内にある可能性のある各 MEOSAR 衛星との距離の違いによるビーコンの無線信号の到着周波数差 (ドップラー効果による変動に関連) および/または到着時間差を分析することによって計算されます。

GPS搭載ペイロードに関しては、18基のGPS Block IIRおよびGPS Block IIF衛星に搭載された実験的なSバンドペイロードと、GPS Block IIIA衛星に搭載された4基のペイロードが、Cospas-Sarsatシステムで運用されている。GPS Block IIIF衛星には、カナダが提供する専用の運用型LバンドSARペイロードが搭載される予定で、打ち上げは2026年頃から開始される。GPS SARシステムは、NASAでは遭難警報衛星システム（DASS）として知られている。[ ^{21 ] [ 22 ] [ 23 ]​}

さらに、MEOSARシステムのガリレオコンポーネントは、「リターンリンクサービス」メッセージをガリレオ航法データストリームにエンコードすることで、遭難無線ビーコンに情報をダウンロードすることができます。これは、ビーコン上のインジケーターをアクティブにして遭難メッセージの受信を確認するために使用できます。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

2022年12月現在、LEOSAR衛星は55基のLEOLUT（低高度地球軌道ローカルユーザ端末）アンテナによって追跡・監視されており、GEOSAR衛星は27基のGEOLUTアンテナによって追跡・監視されている。MEOSAR衛星は、それぞれ複数のアンテナを備えた26のMEOLUT地上局によって受信されます。これらの地上局からのデータは、世界中に設置された32のMCCに転送され、配信されます。そのうち14のMCCは、3種類の衛星コンステレーションすべてのデータを処理するよう委託されています。^{[ 27 ] [ 28 ]}（地上セグメントプロバイダーである国と機関については、インフォボックスを参照してください。）

1970年代初頭、カナダ通信研究センター（CRC）の宇宙システムグループは、ELTを宇宙から検出および位置特定できるかどうかの調査を開始しました。彼らは、軌道上の衛星が受信するELT信号のドップラーシフトによってこれが可能になることに気づきました。CRCはAMSATに連絡を取り、 OSCARアマチュア無線衛星の使用を許可され、衛星のアップリンク周波数に合わせて改造されたELTの位置を特定しました。NASAはCRCにその成功について連絡を取り、米国は後に共同プロジェクトに同意しました。^{[ 33 ]}

1979年11月23日、ソ連のレニングラードで、米国航空宇宙局、ソ連商船省、フランス国立宇宙研究センター、カナダ通信省の間で、 「共同実験衛星支援捜索救助プロジェクトにおける協力に関する覚書」が署名された。覚書の第3条には、次のように記載されている。^{[ 34 ]}

「この協力は、SARSATプロジェクトとCOSPASプロジェクト間の121.5MHz、243MHz、および406.0～406.1MHz帯における相互運用性の実現、試験の実施、試験結果の相互交換、および共同報告書の作成を通じて達成される。この協力の目的は、低高度準極軌道衛星に搭載された機器が、遭難した航空機や船舶からの情報を地上局に中継し、そこで情報処理を完了させて救助機関に伝達することで、遭難信号の探知と位置特定を容易にできることを実証することである。」

「この共同プロジェクトにより、関係当事者は、その後の世界的な応用に関する勧告を行うことができるようになる。」

最初のシステム衛星「COSPAS-1」（コスモス1383）は、1982年6月29日にプレセツク宇宙基地から打ち上げられた。 ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} Cospas-Sarsatは、1982年9月にEPIRBとELTという2種類の遭難ビーコンの追跡を開始した。 9月9 日に衛星の運用が検証されている間、COSPAS-1はブリティッシュコロンビア州でELT信号を検出し、その情報を当時実験的だったオタワ国防研究所（DREO）の地上局に中継した。カナダ側は小型機の位置を計算し、コースから90km （56マイル）ずれていたことが判明し、数時間以内に墜落の生存者が空輸で救助された。これらはコスパス・サルサットの支援を受けて救助された最初の人々であり、当局は、衛星探知によって可能になった迅速な救助がなければ、パイロットのジョナサン・ジーゲルハイムは負傷により死亡していた可能性が高いと判断した。^{[ 38 ] [ 39 ] [ 33 ]}   

Cospas-Sarsat設立以前から、民間航空業界では121.5MHz の周波数が遭難信号として利用されていましたが、軍用航空業界では243.0MHz を主要な遭難信号周波数とし、121.5MHz を代替周波数として使用していました。いずれの場合も、遭難信号の検出は付近を通過する航空機による受信に依存しており、信号の位置特定は地上の方向探知装置によって行われていました。衛星の登場により、この「局所的」な捜索パラダイムをグローバルな能力へと拡張することが可能になりました。

創設参加国4カ国はそれぞれ、プロジェクトの主要なタスクの1つを担当した。米国（プロジェクトリーダーはメリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センター）は、カリフォルニア州チャッツワースのダトロン・システムズに、衛星からのダウンリンクを受信するLUT地上局の設計と構築を指示した。ダトロンでは、高速で移動する衛星を空で追跡するための5ホーンモノパルスアンテナを備えたLUTを設計した。ジェフリー・ポーランは、ダウンコンバータと、衛星からのダウンリンクにロックできる高度に特殊化された受信機を設計した。ジェフリー・ポーランは、マイクロダイン受信機をベースに、抑制された搬送波を検出し、3つのサブキャリアすべてを受信しながらそれにロックし続けることができるように設計した追加回路で大幅に改良した。彼は、異なる帯域幅の3つの切り替え可能な位相ロックループを含むクワッドコリレータ弁別器を使用してこれを実現した。フランスとカナダは、データ生成と復号を担当した。彼らは、ビーコンと受信衛星の相対運動によって生じるビーコン信号のドップラーシフトからビーコンのおおよその位置を特定するコンピュータを設計した。最初に打ち上げられた衛星の設計と製造は旧ソ連が担当した。1982年2月、4か国すべての技術者がモスクワに集まり、同じ研究所で全ての機器の動作機能を一元的にテストすることに成功した。

加盟国は、システムによる検出にデジタルメッセージ方式を使用する406MHz海上EPIRBの開発を主導した。EPIRBは、危険な海上環境におけるSAR技術の重要な進歩と見なされていた。デジタルメッセージにより、ビーコンとその関連船舶を一意に識別することができた。Cospas-Sarsatシステムは、その歴史の初期には、406MHz  、121.5MHz  、および 243.0MHzで送信されるビーコン警報を検出するように設計されていた。多数の誤警報と、古いアナログ技術（メッセージはなく、遭難を示す音のみを提供する）のためにそのようなビーコンを一意に識別できないことから、Cospas-Sarsatシステムは2009年から121.5MHz および243.0MHzで動作するビーコンからの警報の受信を停止し 、現在は最新のデジタル406MHzビーコンからの警報のみを受信および処理している。

2000年代初頭（米国では2003年）に、 1-1-2や9-1-1などの通常の電話発信サービスを通じて緊急サービスに連絡できない個人が使用できる新しいタイプの遭難ビーコン、個人用位置情報ビーコン（PLB）が利用可能になりました^{[ 40 ]} 。通常、PLBは、遠隔地でレクリエーション活動に従事する人々や、小型航空機のパイロットや船員がELTやEPIRBの補助として（または許可されている場合はそれらの代替として）使用します。

遭難ビーコンの設計は、1982年以降、全体的に大きく進化しました。最新の406MHzビーコンには、多くの場合、全地球航法衛星システム（GNSS）受信機（ GPSを使用するものなど）が組み込まれています。このようなビーコンは、内蔵GNSS受信機（または外部航法ソースへの接続）を使用して位置を特定し、遭難メッセージに非常に正確な位置情報を送信します。これにより、Cospas-Sarsatが遭難の位置を知るための2つ目の方法が提供されます。これは、Cospas-Sarsat LUTが独自に行う位置決定計算に加えて行われます。衛星が受信した遭難警報と、メッセージに含まれる、または遭難信号から計算されたビーコンの位置は、Cospas-Sarsatの広範な国際データ配信ネットワークによって、ほぼ瞬時にSAR機関に転送されます。この2段階の信頼性とシステムのグローバルなカバレッジは、SAR機関の現在のモットーである「捜索救助から『捜索』を取り除く」に影響を与えています。^{[ 41 ]}