مراقبة مسارات الإبحار من الفضاء وكاميرا تلتقط الصور من الأقمار الصناعية في حالتين من الإضاءة في نفس الوقت

انطباعات من مقعد الفضاء من صالون الطيران الإسرائيلي – مؤتمر الفضاء الجوي 2011 في مباني الأمة بالقدس، 30 تشرين الثاني/نوفمبر

في هذا المقال نستحضر انطباعات من المقعد الفضائي من صالون الطيران الإسرائيلي – مؤتمر الفضاء الجوي 2011 في مباني الأمة بالقدس يوم 30 نوفمبر.

كان المؤتمر، الذي افتتح بكلمات تهنئة من الوزير ماتان فيلناي وكبار ممثلي الصناعة والجيش، مثيرًا للإعجاب للغاية. وتمكن مئات المشاركين من الاطلاع على معرض الموردين الشامل حيث عرضت عشرات الشركات الإسرائيلية والأجنبية بضائعها في مجال الفضاء والطيران، والجلوس في عدد من المقاعد المهنية في مجالات التكنولوجيا والدفاع. أنا شخصياً تمكنت من الجلوس على المقعد الفضائي، وكان ذلك أمراً رائعاً.

وفي جلسة الفضاء، تحدث مئير تشين، مدير تطوير القضايا المستقبلية في بات حلال (TAA)، عن كوكبة فضائية للمراقبة البحرية. اليوم، تتم مراقبة السفن المدنية باستخدام جهاز إرسال VHF يسمى AIS (نظام التعرف التلقائي). وفقًا لأمر المنظمة البحرية الدولية (المنظمة البحرية الدولية - IMO) يجب على كل سفينة يبلغ وزنها 300 طن متري وأكثر أن تحمل جهاز الإرسال هذا (على الرغم من أنه يُطلب من السفن الصغيرة أحيانًا حمل جهاز إرسال واحد). تتم مراقبة الإشارة في نظام MMG (نظام المعلومات الجغرافية، مثل Google Earth). ويمكن بمساعدة النظام معرفة موقع أي سفينة تحمل جهاز إرسال، واستلام من النظام بطاقة معلومات تتضمن صورتها وتفاصيل عن حمولتها وعلمها وغيرها.

ومع ذلك، فإن عدد السفن التي تتحرك في البحر لن يتزايد إلا على مر السنين. وفي المنطقة الأوروبية، على سبيل المثال، من المتوقع أن يصل عام 2029 إلى 100,000 ألف سفينة على سواحل القارة وأنهارها. إن مراقبة مثل هذه الكمية الضخمة، من أجل ضمان سلامتها وأمنها وحسن استغلالها وتوثيق التلوث الذي قد تنتجه، سيكون تحديًا كبيرًا لأصحاب المصلحة (الدول الساحلية، السلطات البحرية، شركات الشحن، إلخ). ويكفي أن نتخيل حالة تلوث في أحد خطوط الرحلات البحرية. وبدون المراقبة الكافية، لن نتمكن من معرفة من هي السفينة الملوثة، وما هي المادة المنبعثة في الماء، ومن سيكون مسؤولاً عن استعادة البيئة ويدفع تكاليفها. الأسباب الأخرى التي تفرض المراقبة المستمرة هي الصيد غير القانوني الذي يثقل كاهل البيئة والاقتصاد المحلي، مثل التهديدات من القراصنة (على الرغم من أنها أقل خطورة على السواحل الأوروبية، في هذه المرحلة).

في الآونة الأخيرة، أصدرت وكالة الفضاء الأوروبية ESA دعوة للشركات التجارية للتعاون تحت اسم SAT/AIS (نظام التعرف الآلي عبر الأقمار الصناعية). أي المراقبة من الفضاء لأجهزة الإرسال اللاسلكية تلك. وتعمل العديد من الشركات بالفعل في هذا المجال، مثل شركة ExactEarth وشركة SpaceQuest Canada الكندية، اللتين تتعاونان في بناء الأقمار الصناعية النانوية. ومع ذلك، تتمتع صناعة الطيران أيضًا بالقدرة التجارية على الاستجابة لاحتياجات وكالة الفضاء الأوروبية المستقبلية. يتحرك القمران الصناعيان Tuskar وOffset 3000 الإسرائيليان على ارتفاعات منخفضة وسيكونان قادرين على تلبية الحاجة إلى مراقبة السفن التي لا يتم تركيب جهاز إرسال AIS عليها. وستكون الأقمار الصناعية الإسرائيلية الإضافية قادرة على توفير تغطية لشمال المحيط الأطلسي ومئات الأميال داخل البحر حول الساحل الأفريقي، بما في ذلك منطقة القرن الأفريقي الموبوءة بالقراصنة. وبطبيعة الحال، ستكون هذه الأقمار الصناعية وغيرها قادرة على العمل بشكل مشترك (ككوكبة) وبالتالي توفير تغطية واسعة النطاق بدقة مختلفة.

وتحدث إيلان بورات، رئيس قسم الفضاء في شركة Alup and Elbit، عن النظام البصري لكوكب المشتري، الذي يتمتع بالدقة العالية والمجال الواسع، والذي يتيح التقاط الصور والقياسات حتى في ظروف الرؤية الصعبة. دقة التصوير بالأبيض والأسود هي نصف متر من ارتفاع 600 كم. ويبلغ عرض المجال على نفس الارتفاع 15 كم، وتتكون الصورة من 30 ألف بكسل (حجم كل بكسل: 13 ميكرون). معدل نقل البيانات هو 5.6 جيجابايت في الثانية، وهو ليس بالهزيل على الإطلاق. تتيح الكاميرا إمكانية الدمج، أي توحيد البكسلات حسب الحاجة، مما يقلل من حجم المعلومات لنقل أسرع للصور التي لا تحتاج إلى دقة عالية. وقد تم تنفيذ هذه العملية حتى الآن خارج الكاميرا على جهاز كمبيوتر خارجي يتطلب الكهرباء، أو على الأرض. وعلى الرغم من هذه الإمكانيات، فإن نظام جوبيتر المتواضع يزن أقل من مائة كيلو، ويستهلك أقل من 200 واط.

إن الابتكار التكنولوجي الموجود في أجهزة الكشف بالنظام نفسه يقلل من الحاجة إلى موازنة حركة القمر الصناعي (حركة تهدف إلى تصوير الهدف من زاويتين مختلفتين). وبما أن سبعة إزاحات تقلل من تدفق الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الخلايا الشمسية (أو تتوقف تمامًا)، فإن هذا له ميزة كبيرة. يوجد 5200 عنصر في كاشف واحد، ويتكون الكاشف الواحد في الواقع من كاشفين متطابقين. كل كاشف لديه نظام الطاقة والإلكترونيات الخاص به. ومن المسلم به أن هذه الازدواجية تؤدي إلى استهلاك مضاعف للكهرباء.

ولكن هناك ميزة كبيرة هنا: إذا قمنا بتصوير مبنى من الفضاء، فمن المحتمل أن يسقط درعه على ساحة انتظار السيارات حيث يتم إخفاء المعلومات المهمة. باستخدام الكاميرات العادية، يمكننا فقط تصوير المبنى المضاء وسيتم إخفاء الشيء محل الاهتمام الموجود في ساحة انتظار السيارات عن أعيننا. وبدلاً من ذلك، من أجل معرفة ما هو موجود في موقف السيارات، سيتعين علينا تعريض الصورة بشكل مفرط، والتقاط المبنى المخفي ولكن "حرقه". لذلك، من أجل الحصول على جميع المعلومات، سيتعين علينا التصوير مرتين - مرة بتعريض ضوئي عادي، ومرة ​​بتعريض ضوئي زائد. وماذا لو جاءت فرصة التقاط الصور التالية فقط في اللفة التالية؟ أو حتى بعد أيام قليلة؟ من الممكن أن نعود للقطة أخرى ويكون الهدف قد خرج بالفعل من مكانه أو أصبح غير واضح. في حالة الكاشف المزدوج من الممكن التقاط صورتين بتوازن أبيض مختلف، كما لو كنا نلتقط الصور بكاميرتين منفصلتين. أي أننا في نفس الوقت سنحصل على المبنى المضاء في صورة، وموقف السيارات المظلل في صورة أخرى.

عرض تال عنبار، رئيس مركز أبحاث الفضاء والطائرات بدون طيار في معهد فيشر لأبحاث الفضاء، مشكلة مألوفة: خلال حدث لمرة واحدة (زلزال، تسونامي) أو مستمر (حريق، فيضان)، يمكن للمراقبة من الفضاء أن تساعد على الفور في تقدير الأضرار وإدارة جهود الإنقاذ، خاصة عندما تكون كل ساعة لها أهميتها. ومع ذلك، فإن البنى التحتية الفضائية غالبًا ما لا تكون متاحة في مثل هذا القرار الزمني. لماذا ؟ بادئ ذي بدء، لأن إمكانية توفير قدرات مختلفة من المركبات الفضائية الموجودة بالفعل في المدار محدودة للغاية (بشكل عام، يتم إطلاق الأقمار الصناعية بقدرات مراقبة وحركة محددة لا يمكن تغييرها من الأرض). بالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة على تجميع قمر صناعي عند الطلب وإطلاقه في غضون ساعات موجودة بالفعل في أيدي وكالة ناسا، لكنها لم تتغلغل في بقية أنحاء العالم (ولم تتم ممارستها في الولايات المتحدة أيضًا، باستثناء حالة واحدة). تجربة). لذلك، عندما تدعو الحاجة، يستغرق الأمر أحيانًا عدة ساعات أو حتى أيام لتلقي مدخلات مهمة من قمر صناعي عسكري أو مدني موجود بالفعل في مداره. كحل، قدم إنبار مفهوم الفضاء المستجيب: أولاً، سيتم استخدام الأقمار الصناعية بشكل أفضل بحيث يمكن تحريرها من مهمتها لمراقبة حدث مهم أو آخر. ثانياً، سيتم بناء مستودعات للأقمار الصناعية وأجزاء الأقمار الصناعية لتكون جاهزة للشحن عند الطلب. إحدى المشاكل الرئيسية هنا هي توحيد المكونات. سنوضح لك: كم مرة نسيت شاحن هاتفك الخلوي واضطررت إلى رفض عروض الأصدقاء لأن الشاحن الموجود لديهم لا يناسب جهازك؟ هذه هي مشكلة التقييس، والتي وفقًا لأمبر قد تختفي قريبًا في مجال الفضاء. ثالثًا، هناك حاجة إلى تطوير هياكل إطلاق متاحة وبسيطة وموثوقة تتطلب الحد الأدنى من الصيانة قبل الإطلاق وبعده. وهذا هو المكان الذي تصنع فيه وكالة الفضاء اليابانية الفارق، من خلال تطوير قاذفة الصواريخ M-5. والتطور في نهاية كلمات إنبار هو حقيقة أن مثل هذه المصفوفة يمكن أن تكون مدنية بالكامل (الفضاء المستجيب المدني - CRS)، و في حوزة الدول التي تدرك فائدة تلقي المعلومات من الفضاء. وإسرائيل من بينهم.

وتحدث ميد فارينتا، من الشركة الإسرائيلية المتخصصة ورجل القمر الصناعي السابق "عاموس"، عن مشكلة تلوث الفضاء بواسطة الإنسان. اتضح أن عشرات الآلاف من الأجسام التي يزيد حجمها عن 10 سم تدور حول الأرض، ومن بينها بضع مئات فقط هي أقمار صناعية نشطة من المفترض بالفعل أن تكون هناك. والباقي عبارة عن أقمار صناعية غير نشطة وأجزاء من منصات إطلاق غير مستخدمة وبقايا اصطدامات الأقمار الصناعية. من حيث المبدأ، تتم مراقبة بعض الحطام الفضائي، ولكن بمستوى منخفض جدًا (لم يتم التنبؤ مسبقًا بأي من الاصطدامات التي حدثت في الفضاء). بالإضافة إلى ذلك، ظهرت مشكلة خطيرة عندما بدأت الدول في تجربة أسلحة ASAT (المضادة للأقمار الصناعية). هذه صواريخ لجميع المقاصد والأغراض، هدفها واحد: تدمير قمر صناعي في المدار عن طريق تفجيره. قد يؤدي مثل هذا الحدث إلى إنشاء العديد من الشظايا، سيبقى معظمها في المدار لسنوات عديدة. ونشأت مشكلة خطيرة عندما أجرت الصين تجربة وحشية، حيث تم تدمير قمر صناعي صيني كان يشارك في مراقبة الطقس بصاروخ بحر-فضاء أطلقته المؤسسة العسكرية. وأسفرت هذه التجربة غير المعلنة عن تكوين العديد من الشظايا، سيبقى معظمها معنا لسنوات عديدة قادمة. واضطرت المحطة الفضائية إلى تغيير مسارها عدة مرات لتجنب الأزمات التي نشأت أثناء التجربة. وفي الأعوام 1993 و1998 و2003 أيضًا، وقعت أحداث تصادم مرتبطة بتأثير الشظايا على الأقمار الصناعية النشطة. ومن أبرز الأحداث اصطدام قمر صناعي إيريديوم بالقمر الصناعي الروسي كوزموس. بالإضافة إلى ذلك، في يناير من هذا العام، تم إخلاء فريق المحطة الفضائية إلى MMD مع إشعار مدته 27 دقيقة بسبب جزء من الحطام الفضائي الذي مر بها على مسافة 250 مترًا فقط - ومن الواضح أن هذا كان حظًا عظيمًا. ووفقا للسيد فارينتا، فإن المشكلة مشابهة لمشكلة تلوث المحيطات. لو كان الاعتقاد السائد أن البحر يتحمل كل شيء، من تصريف مياه الصرف الصحي والتلوث البحري والنفايات، فإننا اليوم ندفع الثمن جميعا. لذلك سيكون في الفضاء. ولماذا الانتظار؟ إن العواقب المحتملة للاصطدامات في الفضاء كثيرة، بدءًا من انخفاض ترددات الاتصالات في الفضاء بعد فقدان أو تلف أقمار الاتصالات المهمة، وحتى التوقف التام لعمليات الإطلاق. فإذا درسنا العواقب المترتبة على خفض ترددات الاتصالات الفضائية، على سبيل المثال، سنجد أنها قصة غير سارة: حيث يتم نقل الإشارات التلفزيونية، والمكالمات الهاتفية، بل وحتى معاملات بطاقات الائتمان، على هذه الترددات. سيؤدي تقليل عرض النطاق الترددي لهذا الاتصال إلى تسعير كل بت من الاتصال الذي يمر عبره، ومن الواضح أنه سيتم تمرير التكلفة إلينا نحن المستهلكين. ودعونا لا نذكر خطورة سقوط الحطام من الفضاء، كما حدث مؤخرا مع القمرين الصناعيين الأمريكيين URAS و ROSAT الألمانيين، اللذين سقطا بدورهما على الأرض في سقوطات غير منضبطة. وبحسب فارينتا، يمكن تصميم الأقمار الصناعية ذات الدخول المتحكم فيه بحيث تحترق بالكامل في الغلاف الجوي، ويعتبر القيام بذلك إلزاميا.

وتحدث الدكتور نسيم يحزقيل، رئيس الإدارة الهندسية في مصنع مابات حلال، كيف أن فعالية التكلفة والأداء في بعض الأحيان لا تتغير نحو الأفضل عندما يتم تقليل حجم القمر الصناعي.