وعندما يبدأ تشغيل القمر الصناعي للتصوير GeoEye-1 هذا الربيع، ستنتج الآلية البصرية المتقدمة صورًا أكثر تفصيلاً من أي قمر صناعي تجاري. وسيكون القمر الصناعي قادرًا على تصوير الأجسام الصغيرة مثل لوحة المنزل في ملعب البيسبول وتوضيح التفاصيل الباهتة في برنامج Google Earth
بقلم بيورن كيري
هكذا يلتقط القمر الصناعي الصور من ارتفاع 680 كيلومترًا:
1. الإطلاق إلى المدار – سيتم إطلاق القمر الصناعي GeoEye-1، الذي يزن طنين، إلى ارتفاع 680 كيلومترًا على صاروخ دلتا 2 من قاعدة فاندربيرج الجوية بالقرب من لومبوك، كاليفورنيا. خلال فترة الخدمة المخططة للقمر الصناعي - سبع سنوات - سيكون من الممكن تغيير ارتفاع المدار في نطاق حوالي مائة كيلومتر، من أجل الحفاظ على صورة موحدة لسطح الأرض: مقاومة الغلاف الجوي و الضغط الناتج عن العواصف الشمسية سيتسبب في اقتراب القمر الصناعي تدريجياً من الأرض.
2. تلقي الأوامر - يمكن لمشغلي GeoEye إرسال تعليمات التصوير - ماذا يجب التصوير ومتى - من إحدى المحطات الأرضية الأربع في ألاسكا وفيرجينيا والنرويج والقارة القطبية الجنوبية. وعلى الرغم من أن القمر الصناعي سيتم استخدامه لأغراض تجارية، إلا أن جميع الاتصالات سيتم تشفيرها بموجب شروط ترخيص الإدارة الوطنية الأمريكية للمحيطات والغلاف الجوي.
3. صانع الموقع - GeoEye-1 هو أول قمر صناعي غير عسكري يستخدم وحدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من الدرجة العسكرية - وهي أجهزة دقيقة للغاية تشير إلى الموقع الدقيق للقمر الصناعي في السماء. يقوم جهازا تتبع النجوم بمعايرة موضع الكاميرا وزاويتها بناءً على إحداثيات النجوم المعروفة. إن الجمع بين هذه الأنظمة يسمح بالفعل بتحديد موقع الجسم على الأرض، ضمن نطاق 2.70 متر - وهو مستوى دقة أعلى بمقدار 1.5 مرة من مستوى الأقمار الصناعية السابقة.
4. قم بتوجيه الكاميرا - بعد أن يصبح القمر الصناعي فوق الهدف - كتلة من المباني في مدينة نيويورك أو شريط من الغابات المطيرة، يبلغ حجمها عدة كيلومترات، في البرازيل - تبدأ العجلات المرجعية في الدوران وتوجيه القمر الصناعي. عند الاقتراب من النقطة المحددة، تبدأ العجلات في الدوران للخلف لإيقاف توجيه القمر الصناعي وتركيز الكاميرا على الهدف.
5. فحص الإضاءة - في المحطة الأرضية، يتم حساب زوايا الشمس والقمر الصناعي بالنسبة للأرض لتحديد مدة التعرض. وبما أن الكشف عن القمر الصناعي - 40 سنتيمترا - يعتمد إلى حد كبير على الشكل الدقيق للآلية البصرية وتباعدها، يتم وضع الآلية في أنبوب مغلق وحفظها عند درجة حرارة حوالي 22 درجة مئوية، وذلك لتجنب التعرض للضوء. التغيرات الشديدة في درجات الحرارة في الفضاء. لا يفتح الباب إلا عندما تكون الكاميرا جاهزة للتصوير.
6. يلتقط الصورة - تقوم الكاميرا بمسح الهدف كل ثانيتين في 20,000 شريط بواقع 37,500 بكسل على بكسل واحد، وذلك لإنتاج صورة بـ 90 مليار بكسل (في مساحة تزيد عن 15,000 كيلومتر مربع) خلال دقيقتين . تقوم وحدة معالجة البيانات بضغط ملفات الصور وتخزينها على محرك أقراص فلاش سعة 1 تيرابايت.
7. ينقلها إلى الأرض – كل يوم يستطيع القمر الصناعي تصوير منطقة بحجم ولاية تكساس. ويتم إرسال الصور المشفرة إلى المحطات الأرضية 40 مرة يوميا عبر موجات الراديو. بعد أن تقوم GeoEye بتجميع الشرائط في صورة كاملة، يتم إرسالها إلى العملاء، بما في ذلك برنامج Google Earth، والحكومات التي ليس لديها (أو لا تمتلك تقريبًا) أقمارًا صناعية للتتبع، والوكالة الوطنية للجغرافيا المكانية والاستخبارات - العميل الرئيسي لشركة GeoEye.
عدسة التكبير
في صورة القمر الصناعي لدنفر التي تم التقاطها بدقة قياسية قدرها متر واحد [يسار]، بالكاد يمكن تمييز ملعب التنس - ولكن يمكن رؤية شكل الملعب بوضوح في صورة GeoEye-1 بدقة 40 سم [يمين] .
التسميات التوضيحية حول الرسم البياني من أعلى اليسار في اتجاه عقارب الساعة
- هوائي لنقل البيانات - ينقل الصور إلى المحطات الأرضية
- أجهزة تتبع النجوم - حساب موقع القمر الصناعي بناءً على إحداثيات النجوم
- وحدات تحديد المواقع
- الألواح الشمسية
- ذاكرة فلاش لتخزين الصور
- العزل الحراري
- عجلات الاتجاه - تساعد على توجيه القمر الصناعي
- الباب – يفتح للتصوير
الطول: 4.30 متر، الوزن: 2 طن، الارتفاع: 680 كيلومتر، اللفة: 98 دقيقة بين القطبين، السرعة: 27,200 كم/ساعة؛ سعة الفصل: 40 سم؛ تكلفة المشروع: 502 مليون دولار؛ אתר
الرسوم التوضيحية: كيفن هاند؛ الصور: جيو آي
نظرة على الآلية البصرية
تضرب أشعة الضوء المرآة الرئيسية [A]، وهي على شكل كعكة ويبلغ حجمها حوالي تسعين سنتيمترًا، وتعود إلى المرآة الثانوية [B]، والتي يبلغ حجمها حوالي ثلاثين سنتيمترًا، وتمر عبر الفتحة المركزية إلى المرآة الثالثة [C] التي تركز الصورة وتنقلها إلى الكاميرا [D].
نُشرت في عدد أبريل 2008 من مجلة Popular Science.
