Phao vô tuyến chỉ báo vị trí khẩn cấp qua vệ tinh (EPIRB) là thiết bị vô tuyến duy nhất trên tàu buôn mà toàn bộ lý do tồn tại của nó gắn với một tình huống mà thủy thủ đoàn không bao giờ mong gặp phải: tàu đang chìm, cháy hoặc bị bỏ lại, nguồn điện và thông tin liên lạc thông thường đã biến mất. Bài viết này giải thích nguyên lý hoạt động và cấu hình tải của EPIRB 406 MHz nổi tự do mà Chương IV của SOLAS yêu cầu trên hầu hết các tàu biển, và cố ý phân định chính xác loại pin nào đảm nhiệm chức năng nào. Khi phao nổi tự do — được giải phóng bởi bộ nhả thủy tĩnh (HRU) khi tàu chìm — hoặc được kích hoạt thủ công, nó phát một thông báo khẩn cấp số ở tần số 406,025/406,031 MHz, công suất khoảng 5 W, điều chế pha, lặp lại khoảng mỗi 50 giây, tới hệ thống vệ tinh Cospas-Sarsat (LEOSAR và GEOSAR, cũng như các tải trọng MEOSAR còn sử dụng vị trí GNSS nội bộ của phao), trong khi máy phát dẫn đường 121,5 MHz và, trên các AIS-EPIRB hiện đại, tín hiệu vị trí AIS theo ITU-R M.1371 dẫn dắt lực lượng cứu nạn. Tiêu chuẩn hiệu suất áp dụng là Nghị quyết IMO MSC.471(101) đối với EPIRB 406 MHz nổi tự do, được thử nghiệm theo IEC 61097-2:2021 và đặc tả ETSI EN 300 066 cho phao vệ tinh; các phao dẫn đường chỉ 121,5/243 MHz tuân theo EN 300 152, và phê duyệt kiểu theo đặc tả phao Cospas-Sarsat C/S T.001 và sổ tay quy định phao S.007. Mỗi văn kiện này đều yêu cầu pin cấp điện cho toàn bộ phao liên tục ít nhất 48 giờ, trong dải hoạt động từ -20 °C đến +55 °C sau khi bảo quản giữa -30 °C và +70 °C, sau nhiều năm không được đụng tới trên nóc buồng lái. Nghĩa vụ này — nhiều năm chờ trực không bảo dưỡng, tiếp theo là hai ngày phát tín hiệu được đảm bảo mà không có bất kỳ bộ sạc nào — lý giải vì sao pin được phê duyệt của phao, cả theo quy định lẫn vật lý, là một khối lithium không sạc được có ghi ngày hết hạn: EN 300 066 yêu cầu thời hạn bảo quản ít nhất ba năm và không cần thay thế trong hai năm sau lắp đặt, các chính quyền và nhà sản xuất quy định việc thay thế thực tế vào khoảng năm năm, và một số khối lithium-sắt disulfide được thiết kế cho mười năm. Pin được phê duyệt như một bộ phận của phao và tuyệt đối không được thay bằng một hệ hóa học sạc được; các khuyến cáo an toàn của Cospas-Sarsat và NOAA nêu rõ điều này. Ít được hiểu hơn là vị trí hợp pháp của pin nickel-kim loại hydride kín trong hệ sinh thái này: không nằm trong phao khẩn cấp, mà nằm trong bộ lập trình bảo dưỡng trên bờ và máy thu kiểm tra 406 MHz dùng trong đại tu năm năm, các thiết bị kiểm tra GMDSS kết hợp di động dùng trong kiểm tra vô tuyến hàng năm, các phao đào tạo sạc được và phao giả dùng trên giàn khoan và học viện hàng hải, cũng như nguồn điện dự phòng cho các xưởng dịch vụ hỗ trợ chúng — những thiết bị sạc được, được chu trình và sạc lại nhiều lần, hoàn toàn nằm ngoài nghĩa vụ pin sơ cấp nhiều năm.
EPIRB là một máy phát khẩn cấp khép kín, nổi được, kín nước, được xếp trong giá đỡ nổi tự do có bộ nhả thủy tĩnh (HRU) ngắt dây buộc ở độ sâu khoảng 1,5–4 m; phao nổi lên mặt nước, tự đứng thẳng, và sự tiếp xúc với nước hoặc công tắc thủ công bắt đầu phát tín hiệu. Phao loại I nổi tự do và tự kích hoạt, trong khi phao loại II được triển khai thủ công. Thông điệp 406 mang mã nhận dạng thập lục phân 15 ký tự duy nhất được liên kết, trong cơ sở dữ liệu đăng ký quốc gia, với MMSI hoặc tín hiệu gọi của tàu để lực lượng cứu nạn biết họ đang tìm ai, và một máy thu GNSS nội bộ (GPS và Galileo) bổ sung vị trí được mã hóa trên các phao MEOSAR để định vị gần như tức thì, ngay cả trước khi tính toán định vị Doppler cổ điển.
Hình ảnh động đầu tiên lần theo báo động từ mặt nước đến cứu nạn: kích hoạt, cụm xung 406 kèm vị trí GNSS, một lượt vệ tinh đi qua, thiết bị đầu cuối người dùng cục bộ (LUT) của phân đoạn mặt đất và trung tâm điều phối sứ mệnh (MCC), trung tâm phối hợp cứu nạn (RCC) chịu trách nhiệm, và cuối cùng là chặng dẫn đường 121,5 MHz do máy bay hoặc xuồng cứu sinh thực hiện. Mỗi mắt xích nghĩa là một nhu cầu năng lượng khác nhau — phao chỉ cần phát một cụm xung ngắn, toàn vẹn cao mỗi 50 giây, nhưng phải tiếp tục làm vậy, cùng với tín hiệu dẫn đường liên tục, trong hai ngày giữa biển khơi.
Nghĩa vụ trang bị bắt đầu từ Chương IV của SOLAS về thông tin liên lạc vô tuyến, chương này yêu cầu một EPIRB vệ tinh nổi tự do trên các tàu mà chương áp dụng, cùng với đăng ký, kiểm tra hàng năm và bảo dưỡng định kỳ trên bờ. Tiêu chuẩn hiệu suất chức năng là IMO MSC.471(101), được thông qua năm 2020 cho các EPIRB 406 MHz nổi tự do trong dòng kế thừa từ Nghị quyết A.763(18); nó quy định pin 48 giờ, dải hoạt động từ -20 °C đến +55 °C và bảo quản từ -30 °C đến +70 °C, khả năng sống sót khi đóng băng và gió tương đối tới 100 hải lý/giờ, tín hiệu dẫn đường 121,5 và tín hiệu vị trí AIS tùy chọn. Tiêu chuẩn thử kiểu tương ứng là IEC 61097-2:2021 trong loạt GMDSS, với đặc tả vô tuyến châu Âu ETSI EN 300 066 cho phao vệ tinh 406 và EN 300 152 cho các phao dẫn đường chỉ 121,5/243 MHz; phê duyệt Cospas-Sarsat theo C/S T.001 và các quy định S.007, và các thiết bị mang dấu bánh lái EU đáp ứng Chỉ thị thiết bị hàng hải.
Hai văn kiện bảo dưỡng định khung chế độ của pin trong toàn bộ vòng đời. IMO MSC.1/Circ.1040 quy định kiểm tra hàng năm, thường do chuyên viên vô tuyến thực hiện bằng tự kiểm tra của phao (bao gồm tự kiểm tra GNSS) và thiết bị kiểm tra đã hiệu chuẩn phù hợp; MSC.1/Circ.1039 quy định bảo dưỡng trên bờ với khoảng cách không quá năm năm và khuyến nghị thay pin chính cùng với pin nhớ, gioăng và chất hút ẩm trong lần bảo dưỡng đó. Mã 15 ký tự, đăng ký, hạn pin, hạn HRU và ngày bảo dưỡng trên bờ tiếp theo đều được kiểm tra cùng nhau, do đó pin là một phụ tùng được kiểm soát, ghi ngày, phê duyệt, chứ không phải một viên pin thông thường mà nhân viên dịch vụ có thể thay thế.
Phao trải qua thời gian phục vụ lắp bên ngoài trên nóc hoặc lan can buồng lái, phơi mình dưới nắng, muối, mưa và sương giá, nhưng phải sống sót qua khoảnh khắc chìm tàu: tự nhả ở độ sâu, ngập nước và đứng thẳng trong biển động, đóng băng, gió tới 100 hải lý/giờ, sau đó hoạt động trên mặt nước từ -20 °C đến +55 °C sau khi bảo quản giữa -30 °C và +70 °C. Vỏ, ăng-ten, HRU và pin đều được thiết kế cho dải này, và pin có lẽ là bộ phận chịu tải môi trường khắc nghiệt nhất vì trong lúc cứu nạn nó không thể được sưởi ấm, che chắn hay sạc.
Các đường kích hoạt cố ý được dự phòng — tự động khi tiếp xúc nước sau khi nhả, hoặc thủ công bởi thủy thủ đoàn — và một công tắc được bảo vệ ngăn phát xung tình cờ nhưng cho phép người sống sót bật phao. Sự khắt khe môi trường tương tự áp dụng cho thiết bị kiểm tra trên bờ chứng nhận phao: các bộ lập trình và máy thu kiểm tra 406 được mang ra các boong hở và xưởng lạnh khi kiểm tra, vì vậy các khối sạc được của chính chúng cũng cần một hệ hóa học dải nhiệt rộng, luôn sẵn sàng, chứ không phải viên pin tiêu dùng mỏng manh.
Sau khi kích hoạt, tải là một hỗn hợp đặc trưng: một lần xác định vị trí GNSS ban đầu rồi định kỳ, một pha dòng tương đối cao trong vài giây đến một phút để cập nhật vị trí; một cụm xung 406 điều chế pha khoảng 5 W, dài khoảng nửa giây mỗi 50 giây; một sóng mang dẫn đường 121,5 MHz liên tục và yếu hơn nhiều, điển hình vài chục milliwatts; máy phát AIS trên các AIS-EPIRB; và tải nền của vi điều khiển, chuẩn tần số và các chức năng phụ suốt thời gian. Trong 48 giờ, cân bằng năng lượng do đó không bị chi phối bởi các cụm xung 5 W ngoạn mục — dưới khoảng 3.500 xung ngắn — mà bởi hai ngày tròn phát dẫn đường liên tục, xác định vị trí GNSS định kỳ và các chức năng phụ ở nhiệt độ lạnh và điện áp viên pin giảm.
Hình ảnh động thứ hai vẽ cấu hình này, theo định tính, qua các chu kỳ xung liên tiếp: đường nền phẳng của dẫn đường và điện tử, đỉnh GNSS khi kích hoạt và khi cập nhật vị trí, và các xung 406 lặp lại. Các nhà thiết kế định cỡ khối sơ cấp dựa trên năng lượng tích phân này ở điện áp cuối khi xả ở nhiệt độ lạnh và giảm định mức theo tuổi, và họ phân bổ nghiêm ngặt việc tự kiểm tra tích hợp chính vì mỗi lần tự kiểm tra GNSS đều tiêu tốn dung lượng mà quy định dành cho cứu nạn thực; các nhà sản xuất giới hạn và ghi nhật ký số lần tự kiểm tra cho phép trong tính toán hạn dùng.
Pin EPIRB được thiết kế cho nhiều năm chờ trực ở dòng gần bằng không với tự xả không đáng kể, một cụm xung toàn vẹn cao tức thì sau một thập kỷ không đụng tới, thời gian chạy 48 giờ được đảm bảo ở -20 °C và một ngày hết hạn được in ra. Chỉ các hệ hóa học lithium sơ cấp mới đáp ứng tổ hợp này — thường là manganese dioxide lithium hoặc thionyl chloride lithium, cũng như các viên lithium-sắt disulfide dùng trong một số AIS-EPIRB, nơi một nhà sản xuất ghi nhận ba khối 3 V tạo từ hai viên Li-FeS2 1,5 V, được thay mỗi mười năm hoặc khi hết hạn. Pin nickel-kim loại hydride kín, như mọi hệ hóa học sạc được, không thể để nhiều năm không sạc, không bảo dưỡng mà vẫn đảm bảo đủ 48 giờ, vì vậy nó bị loại trừ dứt khoát khỏi chức năng khẩn cấp.
Đây cũng là ranh giới phê duyệt kiểu và trách nhiệm, chứ không chỉ là ưu tiên hệ hóa học. Việc phê duyệt Cospas-Sarsat được tiến hành với khối pin do nhà sản xuất lắp, và các khuyến cáo an toàn cảnh báo rằng các khối thay thế không được nhà sản xuất phao phê duyệt đã được chứng minh là không đáp ứng các yêu cầu vận hành; lắp một khối sạc được hoặc không được phê duyệt sẽ vô hiệu hóa phê duyệt và có thể khiến phao câm trong một tình huống khẩn cấp thực. Kỹ sư, nhân viên dịch vụ và chuyên viên nên coi “thay pin EPIRB bằng NiMH” là một sửa đổi bị cấm, không ngoại lệ.
Xung quanh phao là một lớp các thiết bị sạc được, dùng lặp lại mà pin NiMH kín là lựa chọn tuyệt vời. Các nhà cung cấp bảo dưỡng trên bờ theo MSC.1/Circ.1039 phải có thiết bị đã hiệu chuẩn — máy thu kiểm tra 406 MHz và bộ giải mã, bộ lập trình để ghi mã 15 ký tự và MMSI (các công cụ lập trình và giải mã OEM cung cấp trong va li dịch vụ), khả năng kiểm tra GNSS và kho dịch vụ pin/HRU — trong khi các chuyên viên hàng năm dùng các thiết bị kiểm tra GMDSS kết hợp di động bao trùm EPIRB, AIS-SART, Navtex, VHF DSC và MF/HF. Các thiết bị này trải qua nhiều chu kỳ sạc xả thường xuyên, hưởng lợi từ việc luôn được giữ sẵn sàng trên một bộ sạc được kiểm soát và ưu tiên một hệ hóa học an toàn, kín, không đổ, phù hợp cabin — một ứng dụng tự nhiên của NiMH kín, được củng cố bởi các hồ sơ hiệu suất IEC 61951-2 và an toàn IEC 62133-1, và bởi việc vận chuyển NiMH đơn giản hơn, ngoài loại 9, cho các kho dịch vụ.
Điều tương tự áp dụng cho các EPIRB đào tạo và phao giả dùng trong diễn tập bỏ tàu và học viện hàng hải, vốn liên tục được kích hoạt và không bao giờ được tiêu thụ một pin sơ cấp khẩn cấp đã hết hạn, cũng như nguồn dự phòng hoặc bộ lưu điện của xưởng cho máy tính lập trình, máy in nhãn và máy thu kiểm tra. Trên tàu, nguồn dự phòng sạc được cấp cho radio GMDSS khi mất điện là một ứng dụng pin tàu hợp pháp, riêng biệt, được đề cập trong các bài viết về nguồn dự phòng SOLAS của chúng tôi, còn việc khởi động xuồng cứu sinh được xử lý riêng. Kỷ luật nằm ở việc gán mỗi nghĩa vụ cho đúng hệ hóa học: lithium sơ cấp được phê duyệt trong phao khẩn cấp, và nickel-kim loại hydride kín trong các thiết bị sạc được để kiểm tra, lập trình, đào tạo và dự phòng xung quanh nó.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các viên pin nickel-kim loại hydride kín và các khối công nghiệp phù hợp cho các thiết bị ở xa, ngoài lưới và liên quan an toàn, và hỗ trợ các đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu suất IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-1, đặc tính các tải xung, thử nghiệm dải nhiệt rộng và đồng kiểm chứng bộ sạc/khối pin. Hãy cho chúng tôi biết chu kỳ làm việc, dòng đỉnh, dải nhiệt độ, mục tiêu tự chủ và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng, và các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định một tổ hợp viên pin–khối bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Hãy xem danh mục trên trang sản phẩm.
