©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

NAWIGACJA SATELITARNA W MONITORINGU MORSKIM I ŚRÓDLĄDOWYM

- HISTORIA, STAN OBECNY, PERSPEKTYWY

Historia technik satelitarnych na morzu

Burzliwy rozwój technik satelitarnych w drugiej połowie XX wieku spowodował, że są one wykorzystywane
obecnie w wielu dziedzinach życia codziennego. Powszechna na świecie telewizja satelitarna zdominowała
rynek konsumencki w latach 80. Lądowa nawigacja satelitarna, używana poprzednio tylko w służbach
wojskowych znalazła zastosowanie u cywilnych użytkowników i pomimo ciągle jeszcze wysokich cen staje się
standardem.

Na morzu technika satelitarna znana i stosowana jest od ponad 40 lat.
Pierwszym i najstarszym obszarem zastosowań morskich była
nawigacja satelitarna. Historia rozwoju technik satelitarnych
rozpoczęła się w roku 1957 od wystrzelenia przez ZSRR pierwszego
sztucznego

satelity

Ziemi

„Sputnik-1”.

Niespodziewanym

następstwem obserwacji przelotów „Sputnika” było wykrycie
zjawiska Dopplera w odbieranym sygnale, co umożliwiło obliczanie
parametrów orbity. Naturalnym następstwem tego było zdefiniowanie
problemu odwrotnego, to jest określenie pozycji odbiornika przy
zmierzonym przesunięciu dopplerowskim i znanej trajektorii lotu. W
grudniu 1959 roku zdefiniowano założenia budowy nawigacyjnego
systemu satelitarnego wykorzystujące efekt Dopplera. Powstały
pierwsze systemy nawigacji satelitarnej Transit w USA i Cykada w ZSRR, oba były systemami wojskowymi.
System Transit tworzono i rozwijano w latach 1958 - 1962 przez Laboratorium Fizyki Stosowanej (Applied
Physics Laboratory - APL) Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. System ten do eksploatacji został oddany w
1964 roku, a w roku 1967 udostępniono go użytkownikom cywilnym. Działał on na zupełnie innej zasadzie niż
obecny GPS. Określanie pozycji w tamtym systemie oparte było na wykorzystaniu zjawiska Dopplera. Istotną
wadą systemu Transit było to, że nie mógł być wykorzystywany w nawigacji lotniczej, ze względu na długi czas
pomiaru, który wynosił przeciętnie od 6 do 18 minut. Nie można było używać go do pomiaru szybko
poruszających się obiektów, gdyż w czasie odczytu obiekt znajdował się już w innym miejscu. Poza tym, do
obliczeń pozycji wymagane były dokładne dane o prędkości obiektu i wysokości anteny odbiorczej nad
poziomem morza. Transit był prekursorem obecnego GPS.

Statki rybackie dalekomorskie były pierwszymi użytkownikami systemu nawigacji satelitarnej Transit. Na
polskich statkach system Transit pojawił się w roku 1977. Używany był przez statki rybackie dalekomorskie w
czasie wypraw na połowy kryla w pobliżu Wyspy Georgia Południowa na Południowym Atlantyku. Trawlery
rybackie wykorzystywały nawigację satelitarną do oznaczania wykrytych sonarem pozycji ławic ryb, a następnie
do precyzyjnego naprowadzenia na ławicę narzędzi połowu. Efektem tego był znaczny wzrost wyników
połowowych. Pomimo bardzo wysokich cen pierwszych odbiorników nawigacyjnych wynoszących kilkanaście
tysięcy dolarów, nakłady poniesione na ich zakup szybko się zwracały. Kolejnymi użytkownikami systemu
nawigacji satelitarnej na morzu były statki pasażerskie, a następnie statki handlowe. Istotne wady systemu
Transit i Cykada sprawiły, że kilka lat po ich uruchomieniu rozpoczęto intensywne prace nad budową nowego
systemu. W 1976 roku Rosja rozpoczęła budowę systemu GLONASS, a USA w roku 1978 systemu GPS. Oba
systemy działają do dziś na zasadzie pomiaru odległości dzielącej użytkownika od satelity, którego pozycja jest
w danym momencie znana. Rok 1983 był przełomowy dla udostępnienia systemu GPS do użytku cywilnego. Po
zestrzeleniu we wrześniu 1983 roku, Boeinga 747 koreańskich Linii Lotniczych, ówczesny prezydent USA
Ronald Regan podjął decyzję o udostępnieniu systemu GPS dla lotnictwa cywilnego i statków handlowych.
Kolejnym przełomem w udostępnianiu systemu GPS było zaprzestanie w roku 2000 celowego zakłócania
dokładności sygnałów dla użytkowników cywilnych. Obecnie odbiorniki GPS są powszechnie stosowane na
wszystkich statkach, a nawet na małych jachtach.

Drugim obszarem zastosowań technik satelitarnych na morzu jest łączność radiowa ze statkami. W lutym 1982
roku rozpoczął pracę system łączności satelitarnej Inmarsat przeznaczony do łączności ze statkami, który działa
do dziś. Na przestrzeni lat zmieniała się technika i technologia systemu Inmarsat. Pierwszym systemem był
analogowy Inmarsat -A, który oferował podstawowe usługi telekomunikacyjne: telefon, teleks, fax i transmisję
danych z prędkością 9,6 kbit/s. Ograniczenia systemu Inmarsat-A wobec rozwijających się potrzeb
telekomunikacyjnych sprawiły powstawanie nowych systemów Inmarsatu: C, B, M, mini-M, mini-C, D, Fleet i
najnowszego wprowadzanego do użytku w tym roku systemu FleetBroadband.

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

Trzecim obszarem zastosowań technik satelitarnych na morzu jest międzynarodowy system satelitarny
ratownictwa COSPAS/SARSAT (Kosmiczeskaja Sistemma Poiska Awarijnych Sudow/Search and Rescue
Satellites), który powstał w roku 1979 z połączenia Rosyjskiego systemu COSPAS i Kanadyjko-Amerykańsko-
Francuskiego SARSAT. System ten służy do automatycznego alarmowania za pomocą radioboi awaryjnej w
przypadku katastrofy lotniczej lub morskiej. Na tonących statkach radioboja uruchamiana jest przez kontakt z
wodą, a w samolotach wykorzystywana jest siła grawitacji. Pierwszy raz systemu COSPAS-SARSAT użyto w
1982 roku, podczas poszukiwań zaginionej w kanadyjskich Górach Skalistych awionetki.

Obecny stan wykorzystania nawigacji satelitarnej w monitoringu morskim

Obecnie technika satelitarna używana jest na morzu do nawigacji,
telekomunikacji, poszukiwania i ratownictwa morskiego oraz do
monitoringu statków i określania pozycji obiektów morskich takich
jak wieże wiertnicze, znaki nawigacyjne, przeszkody nawigacyjne
stałe i czasowe.

Podstawowym systemem nawigacji i monitoringu morskiego
pozostaje amerykański GPS oraz D-GPS działający w oparciu o stacje
referencyjne lądowe, zapewniający większą dokładność określania
pozycji. Wadą tego systemu jest to, że jest systemem wojskowym
udostępnionym do użytku cywilnego bez gwarancji jakości i ciągłości

jego działania. GPS używany jest na statkach z ograniczonym zaufaniem. Mimo tego, wobec braku alternatywy,
znajduje zastosowanie również w pozostałych gałęziach gospodarki morskiej, głównie w eksploracji mórz i
oceanów, określania pozycji statków i wież wiertniczych, prac hydrograficznych, oznakowania nawigacyjnego.

Do zapewnienia bezpieczeństwa życia na morzu, używany jest system Inmarsat, dzięki któremu statki mogą
wezwać pomoc i podać swoją pozycję w niebezpieczeństwie.

Do celów ratownictwa morskiego powszechnie używany jest na wszystkich statkach system COSPAS/SARSAT.
Służy on do lokalizacji miejsca katastrofy z wykorzystaniem zjawiska Dopplera. Dzięki niemu, od początku jego
działania uratowano 18 tys. osób. Obecnie zarejestrowanych jest ok. 460 000 radioboi EPIRB (Emergency
Position Indicating Radio Beacon).


Perspektywy rozwoju zastosowania nawigacji satelitarnej w monitoringu morskim do roku 2012

Obecnie wykorzystywany na statkach system nawigacji satelitarnej GPS jest w trakcie modernizacji i w roku
2011 będzie oferował większe dokładności określania pozycji. Również system Glonass jest reaktywowany oraz
modernizowany i w roku 2009 powinien osiągnąć pełną operacyjność. W roku 2008 powinien zostać oddany do
użytku europejski system EGNOS, a w roku 2012 w końcowej fazie uruchamiania powinien znajdować się
europejski system nawigacji satelitarnej Galileo. Dzięki znacznemu zwiększeniu liczby satelitów wzrośnie
niezawodność i dokładność określania pozycji. Wzrośnie zaufanie do systemów nawigacji satelitarnej i
bezpieczeństwo żeglugi.
Do określania pozycji w radiopławach awaryjnych rozpocznie się używać systemów nawigacji satelitarnej o
dokładności ok. 1 m, zamiast obecnie zjawiska Dopplera, którego dokładność wskazywania pozycji wynosi
ok. 3 km.

Perspektywy rozwoju zastosowania nawigacji satelitarnej w monitoringu morskim do roku 2020

Do roku 2020 na świecie będzie działało kilka systemów nawigacji satelitarnej: amerykański - GPS, rosyjski -
Glonass, europejski – Galileo, chiński – Compass/Beidou, hinduski - IRNSS (Indian Regional Navigational
Satellite System), japoński – QZSS i inne. Dzięki mnogości satelitów oraz certyfikowanemu systemowi Galileo
pozycja będzie dokładna oraz pewna. W przypadku wystąpienia zakłóceń w pracy systemu, użytkownik zostanie
o tym natychmiast poinformowany. Dzięki temu osiągnięty zostanie wysoki stopień bezpieczeństwa nawigacji.
Przewiduje się wzrost natężenia ruchu morskiego. Nastąpi automatyzacja kontroli i sterowania ruchem statków.
Rola nawigatora na statku sprowadzi się do kontroli pracy urządzeń i interwencji w sytuacjach awaryjnych.
Radiopławy awaryjne będą dokładnie wskazywały pozycję wypadku oraz zapewnią łączność wideo-
telefoniczną. Jednocześnie będą odbierały potwierdzenie odbioru alarmu przez stację brzegową. Rozbitkowie
będą posiadali indywidualne urządzenia do wzywania pomocy z wbudowanym odbiornikiem do dokładnego
określania pozycji rozbitka.

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

Nowoczesne systemy telekomunikacji satelitarnej umożliwią monitorowanie nie tylko ruchu statków, ale
również stan techniczny całego statku. Dzięki temu można będzie zapobiegać wypadkom. Monitoring ruchu
statków będzie wspomagany systemami teledetekcji. Kontrola połowów statków rybackich będzie w pełni
zelektronizowana. Teledetekcja satelitarna będzie wykorzystywana do wykrywania katastrof morskich oraz
rozbitków. Wykrywane będą niedopuszczalne zrzuty zanieczyszczeń przez statki.

Potencjalne korzyści z rozwoju i wykorzystania technik satelitarnych na morzu w kontekście polskim

Techniki satelitarne będą powszechnie wykorzystywane na całym świecie. Polska musi dorównać innym
państwom, aby nie pozostać na marginesie rozwoju nowoczesnego społeczeństwa. Wykorzystanie technik
satelitarnych w gospodarce morskiej umożliwi zapewnienie bezpieczeństwa żeglugi u wybrzeży Polski a także
na drogach wodnych śródlądowych i rekreacyjnych. Znacząco zmniejszy się liczba wypadków morskich. Dzięki
wyposażeniu marynarzy w indywidualne urządzenia wzywania pomocy i natychmiastowej łączności radiowej
wszyscy rozbitkowie będą uratowani.

Dzięki teledetekcji powierzchni wód Bałtyku środowisko morskie będzie skutecznie chronione przed
zanieczyszczeniami ze strony statków. Rozlewy olejowe będą natychmiast wykrywane i dzięki temu będą mogły
być szybko neutralizowane. Przyczyni się to do uzyskania czystych wód Bałtyku.

Nowoczesne systemy telekomunikacyjne w połączeniu z systemami nawigacji satelitarnej umożliwią szerokie
stosowanie telematyki w morskich systemach transportowych. Dzięki temu możliwe będzie utrzymanie
konkurencyjności Polskiego transportu morskiego i śródlądowego.

Opracowanie: W. Salmonowicz