تم تصميم المنصة الجوية المعروفة باسم الأقمار الصناعية الزائفة، أو HAPS، للعمل على ارتفاع 20 كيلومترًا - وهو ارتفاع عالٍ جدًا بالنسبة للطائرات ولكنه منخفض جدًا بالنسبة للأقمار الصناعية، ويمكن استخدامه لاستكمال تغطية الاتصالات والتصوير الفوتوغرافي.
تدرس وكالة الفضاء الأوروبية توسيع أنشطتها إلى منطقة جديدة من السماء باستخدام نوع جديد من الطائرات، والتي ستكون بمثابة "الحلقة المفقودة" بين الطائرات بدون طيار والأقمار الصناعية.
الأقمار الصناعية الزائفة على ارتفاعات عالية، أو HAPS (الأقمار الصناعية الزائفة على ارتفاعات عالية)، هي منصات تطفو أو تطير على ارتفاع أعلى من الطائرات التقليدية، ولكنها تعمل مثل الأقمار الصناعية - باستثناء أنه بدلاً من العمل من الفضاء، يمكنها البقاء داخل الفضاء. الغلاف الجوي لأسابيع أو حتى أشهر، وتغطي منطقة ما.
وتذكر وكالة الفضاء الأوروبية أن أفضل ارتفاع للعمل هو حوالي 20 كم، حيث ستكون الطائرة بدون طيار أو القمر الصناعي الزائف فوق السحب ورياح التيار النفاث، و10 كم فوق مسارات الطائرات التجارية. عند هذا الارتفاع، تكون سرعة الرياح منخفضة بما يكفي لبقاء السفينة هناك لفترات طويلة. ومن هذا الارتفاع، يمكنهم مسح الأرض حتى الأفق على مسافة 500 كيلومتر، بطريقة تتيح المراقبة والتتبع الدقيق، أو الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي، أو النسخ الاحتياطي لخدمات الملاحة عبر الأقمار الصناعية الحالية.
تعاونت عدة فرق تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لاستكشاف إمكانات الأقمار الصناعية الزائفة. خبير أنظمة المستقبل أنطونيو سيوكولكالا: "بالنسبة لمراقبة الأرض، يمكنها توفير تغطية عالية الدقة طويلة المدى في المناطق ذات الأولوية - على سبيل المثال، المناطق المتضررة من كارثة طبيعية، بينما بالنسبة للملاحة والاتصالات، يمكنها إغلاق النقاط العمياء في التغطية والجمع بين عرض نطاق واسع مع تأخير إشارة ضئيل.
"تقوم وكالة الفضاء الأوروبية بالتحقيق في كيفية ربط هذه المناطق المختلفة بأفضل طريقة."
يوضح خبير مراقبة الأرض ثورستن فير: "لقد كنا ننظر إلى هذه الفكرة منذ عشرين عامًا، ولكن الآن فقط أصبحت حقيقة واقعة. ويمكن أن يعزى ذلك إلى نضوج التقنيات الرئيسية: تصغير أنظمة إلكترونيات الطيران، والخلايا الشمسية عالية الأداء، والبطاريات خفيفة الوزن، وتصغير أجهزة استشعار مراقبة الأرض والاتصالات ذات النطاق العريض التي يمكنها تقديم الخدمات بسعر تنافسي.
ويضيف مهندس الملاحة روبرتو بريتو سيرديرا أن "هناك إمكانية واضحة لتوفير استجابة سريعة في حالات الطوارئ، ويمكن استخدام هذه الأدوات أيضًا لتغطية الملاحة عبر الأقمار الصناعية للمدن الكثيفة ذات الشوارع الضيقة وكذلك المناطق الجبلية".
وقد كشفت الشركات الأوروبية بالفعل عن خطوط الإنتاج. على سبيل المثال، طورت شركة إيرباص ما أسمته Winged Zaphyr، وهي طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية والتي حققت بالفعل في عام 2010 رقما قياسيا عالميا من الطيران المستمر لمدة 14 يوما دون التزود بالوقود. وفي أحدث إصدار له، سيكون Zephyr-S قادرًا على نقل حمولات تزن عدة عشرات من الكيلوجرامات لمدة تصل إلى ثلاثة أشهر في المرة الواحدة، مع بطاريات ثانوية ستسمح بتشغيله حتى في الليل. وتخطط الشركة لتطوير نسخة أكبر تحتوي على Zephyr-T الذي سيسمح للأداة بحمل وزن أعلى وطاقة كهربائية أكبر أيضًا.
وفي الوقت نفسه، تقوم شركة Thales Alenia Space بإعداد ستراتوبوس، وهو منطاد يمكنه حمل بضائع يصل وزنها إلى 250 كجم. محركاتها الكهربائية تطير ضد الريح لتحقيق الاستقرار في نفسها. كما أنه يعمل على خلايا الوقود في الليل. ومن المتوقع أن تكون أول رحلة لطائرة ستراتوفوس في عام 2021.
تعليقات 2
كونان
الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في حركة مستمرة، وسرعتها عالية - فهي تدور حول الأرض كل 12 ساعة. هناك محطات أرضية ترسل مواقعها إلى الأقمار الصناعية، وتقوم بنقل هذه البيانات إلى أجهزة استقبال GPS.
على ارتفاع 20 كم، توجد رياح بالفعل، لكنها عادة ما تكون ضعيفة، ولحسن الحظ، يمكن التنبؤ بها إلى حد ما. الدقة المطلوبة لتحديد موقع هذه الأدوات ليست عالية (في حالة ما أعرفه - دقة تصل إلى 2 كم لنصف الوقت، و150 كم لـ 95% من الوقت). تم تصميم محركات البالون لتوفير قوة دفع كافية من الطاقة الشمسية إلى الرياح في معظم أيام السنة.
إن أسلوب حل المشكلة هو: 1) تحديد الدقة المطلوبة، و 2) قياس الرياح الموجودة في تلك المنطقة و 3) تحديد نظام الطاقة للحفاظ على الدقة المطلوبة في ظروف الرياح الحالية.
يتم معرفة موقع كل من الأقمار الصناعية المستخدمة لأنظمة GPS وتحديثها على الفور كلما حدث تغيير في موقعها أكبر من عدة ميكرونات (= جزء من المليون من المتر). من ناحية أخرى، على ارتفاع 20 كيلومترا فقط فوق سطح الأرض، لا يزال هناك جو ورياح قوية من شأنها أن تنقل هذه الأقمار الصناعية الزائفة إلى مسافات أكبر في فترات زمنية قصيرة (نعلم جميعا أن هبوب الرياح يكفي لتحريك منطاد بسهولة - ماذا سيحدث لبالون القمر الصناعي عندما تحيط به رياح تبلغ سرعتها مئات الكيلومترات في الساعة؟). لذلك، فإن أي قمر صناعي زائف من هذا القبيل سيضطر باستمرار إلى تشغيل المحركات من أجل العودة إلى الموضع الذي من المفترض أن يكون فيه - أي أنه من أجل البقاء لعدة ساعات في المدار الأصلي، سيكون هناك استهلاك للوقود حقًا قيم مجنونة!) - كيف تقترب من حل مثل هذه المشكلة؟!؟