في عام 2012، ستطلق الولايات المتحدة قمرًا صناعيًا تجريبيًا يعتمد على وحدات منقسمة، والتي ستعمل معًا كساتل متجانس كبير فقط بفضل شبكة اتصالات لاسلكية وبروتوكول آمن من الفشل مشابه لبروتوكول الإنترنت
في هذه الأيام، المرحلة الأولى من البرنامج الاستثنائي لوكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية الأمريكية المتقدمة (DARPA) على وشك الانتهاء، والتي من المتوقع وفقًا لبعض المشاركين أن تكون على الأقل بنفس أهمية مشروع ARPANET من الستينيات. التي نشأت منها شبكة الإنترنت المعروفة اليوم.
وتختبر الوكالة فكرة جديدة في مجال الفضاء، تهدف إلى صياغة إجابة لنقاط الضعف الكامنة في الذراع الفضائي العسكري للولايات المتحدة. نقاط الضعف الناجمة عن ارتفاع سعر أي قمر صناعي عسكري - استخباراتي أو ملاحي أو اتصالات، والوقت الطويل الذي يمر بين تقديم الطلب والإطلاق وتقديم الخدمة للعميل، وعدم القدرة على إصلاح الأعطال المكتشفة بعد الإطلاق إلى الفضاء.
إضافة إلى ذلك، فإن الولايات المتحدة منزعجة من الضعف الشديد لذراعها الفضائي الذي يعتمد على تشغيل أقمار صناعية كبيرة جداً، وصعوبة إجراء تغييرات في مهام المنصات الفضائية التي دخلت حيز الاستخدام أو تطويرها وفقاً لمتطلباتها. متطلبات جديدة.
الطيران في الهيكل
قبل عام، تم إطلاق المشروع تحت اسم System F6، عندما أعلنت DARPA أنها تريد تقديم إجابة لكل نقاط الضعف هذه من خلال تطوير فكرة جديدة لمنصة فضائية: لن تعتمد على قمر صناعي كبير متجانس مع الكثير من الأجهزة والبرامج، ولكن وفقًا لمبادئ شبكة الإنترنت اللاسلكية.
بعد أن تم إجراء العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة والتي أثبتت القدرة على جعل الأقمار الصناعية تدور حول الأرض في هيكل محكم ويمكن التحكم فيه، قررت وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) تطوير الفكرة خطوة أخرى، واختبار ما يمكن أن يحدث لو بدلًا من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض في مدار من حيث البنية، فقد تعاملت مع المنصة الفضائية كوحدات مختلفة تدور حول الأرض من حيث البنية.
الفكرة الجديدة اسمها التجزئة. وهذه الكلمة غير موجودة في القاموس، ولكنها مشتقة من كلمة كسر. وهذا يعني أنه ليست هناك حاجة لإرسال أنظمة كاملة إلى الفضاء، ولكن المكونات المختلفة، والتي فقط بعد التواصل مع بعضها البعض عبر شبكة لاسلكية تشبه الإنترنت، ستكون قادرة على العمل معًا كنظام كامل. ويمكن تسمية القمر الصناعي الجديد بـ "القمر الصناعي المقسم"، أو حتى "القمر الصناعي الافتراضي".
تقاسم الموارد
على سبيل المثال، يشتمل كل قمر صناعي اليوم على عدد من الأنظمة الأساسية، بغض النظر عن الحمولة التي يحملها، مثل أنظمة كشف الموقع، وأنظمة كشف النجوم لتقدير اتجاه حركته، وأجهزة الكمبيوتر للتحكم والتحكم، والذاكرة لتخزين المعلومات، والخلايا الشمسية لتقدير اتجاه حركته. توفير الطاقة، وأكثر من ذلك.
سيكون القمر الصناعي الافتراضي عبارة عن مجموعة من الموارد المرتبطة عبر الشبكة. ستكون إحدى الوحدات قادرة على توفير موارد المعالجة للوحدات الأخرى من خلال شبكة الاتصالات، وستكون وحدة أخرى قادرة على العمل كقاعدة بيانات وتخزين للنظام، وستوفر وحدة أخرى الطاقة التي ستنقلها عبر عمليات إرسال الموجات الدقيقة أو التقنيات البصرية أو التقنيات الأخرى إلى الوحدات الأخرى، وستكون الوحدة الرابعة قادرة على إجراء حسابات موقع القمر الصناعي وحركته الافتراضية لجميع الوحدات الأخرى.
عندما يتعلق الأمر بماتيد نفسه، تصبح الفكرة أكثر إغراءً. واليوم ترتبط المحطة الفضائية والمنصة الفضائية ببعضهما البعض. ويفرض كل منهما قيودا على الآخر، مما يؤثر على التكلفة وزمن الاستجابة. عندما يتم التعامل مع القمر الصناعي على أنه شبكة لاسلكية، حيث يكون الميتاد نقطة نهاية أخرى مثل أي ملحق في شبكة الإنترنت الوطنية، يمكن إطلاق المنصة قبل الانتهاء من تطوير الميتاد، ويمكن استبدال الميتاد بمنصة موجودة أو يمكن إضافة التعريفات وفقًا للمتطلبات المتغيرة.
شنومك مليون دولار
وفي مارس 2008 بدأت المرحلة الأولى من المشروع بقيمة 38 مليون دولار. وفي إطار ذلك، فازت عدد من الشركات بميزانيات لتطوير أفكار أولية وطريقة لتقييم وظيفة وتحديد كفاءة القمر الصناعي الافتراضي.
حصلت شركة نورثروب-جرومان على ميزانية قدرها 6.2 مليون دولار لتطوير شبكة اتصالات لاسلكية بين الأقمار الصناعية ونظام قيادة وتحكم موزع وبروتوكولات الشبكة. ومع اكتمال المرحلة الأولى المتوقعة في الأسابيع المقبلة، ستقدم شركة نورثروب جرومان قدرات الاتصال الأساسية والتخطيط الأولي للشبكة اللاسلكية وتحليل الأعمال الخاصة بالتكنولوجيا. وبحسب الخطة، سيتم خلال المراحل الثلاث المقبلة من الخطة صياغة فكرة التطوير والإنتاج الكامل للشبكة، المزمع تركيبها في مجموعة الأقمار الصناعية التجريبية.
تلقت IBM وOrbital Sciences ميزانية قدرها 13.6 مليون دولار لتطوير التقنيات في المجالات المتداخلة جزئيًا: شبكة اتصالات البيانات ذات قابلية البقاء والموثوقية العالية للغاية، وتقنيات الاتصالات اللاسلكية الموثوقة، وتكنولوجيا الحوسبة الموزعة المتسامحة مع الأخطاء، وتكنولوجيا النقل اللاسلكي للشبكات اللاسلكية. الطاقة من الأقمار الصناعية إلى الأقمار الصناعية، وتقنيات القيادة الذاتية لمجموعات الأقمار الصناعية.
بالإضافة إلى ذلك، سيقومون، بالتعاون مع الأطراف الأخرى والأكاديمية، بتطوير نموذج اقتصادي لتقييم المخاطر والتكلفة مقابل المنفعة للقمر الصناعي المنفصل، وسيقومون ببناء مجموعة من أجهزة الكمبيوتر المرتبطة التي تسمح بمحاكاة تشغيل القمر الصناعي المنفصل. وحصلت شركتا بوينغ ولوكهيد مارتن بشكل مشترك على ميزانية قدرها 19 مليون دولار للتنافس على تطوير فكرة أولية لأجهزة الأقمار الصناعية، والتي سيتم اختيارها في النهاية للمشاركة في التجربة.
سبعة أقمار صناعية صغيرة
وفي تجربة من المحتمل إجراؤها قرب نهاية عام 2012، سيتم إطلاق أقمار صناعية صغيرة إلى الفضاء باستخدام منصات إطلاق تجارية، والتي ستطلق الوحدات في أوقات مختلفة ومن أماكن مختلفة. ستجتمع الوحدات الخمس في الفضاء، وستبدأ سلسلة من الإجراءات المستقلة لإنشاء شبكة اتصالات لاسلكية، والاستعداد في الهيكل، وتوزيع الموارد، وتنفيذ المهام التي ستمليها التجربة.
وسيتم تنظيم الأقمار الصناعية على شكل بنية جديدة تسمى الثريا، على اسم مجموعة نجوم حصلت على اسمها من الحوريات السبع المرافقة لأرتميس، إلهة القمر والصيد في الأساطير اليونانية. ستحتوي مصفوفة الثريا على سبع وحدات: خمس وحدات تزن كل منها 225 كجم ووحدتين تزن 75 كجم.
تم تصميم المصفوفة للقيام بمهمة فضائية على ارتفاعات منخفضة تحمل أجهزة استشعار فوتوغرافية. وتوجد أجهزة الاستشعار في مراحل تكنولوجية مختلفة، إحداها قديمة جدًا، وأخرى في مراحل التطور التكنولوجي فقط، والثالثة لها دورة حياة قصيرة جدًا. يساعد الجمع بينهما معًا في الحصول على نوع جديد من المعلومات. بالإضافة إلى التصوير الفوتوغرافي، سيُطلب من النظام إجراء معالجة الصور في الفضاء على نطاق واسع، وتوفير قدرات تخزين هائلة والسماح بتغيير فوري للمهمة للاستجابة للاحتياجات غير المتوقعة.
ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه في تقييم داربا، فإن الأسس التكنولوجية التي تقوم عليها الفكرة لا تتعلق بهندسة الفضاء، بل بمجالات المعلومات والاتصالات:
- شبكة اتصالات لديها القدرة على تأسيس نفسها
- تكنولوجيا اتصالات لاسلكية موثوقة
- القدرة على نقل الطاقة لاسلكيا
- العمل في شكل مجموعة من أجهزة الكمبيوتر
- الحوسبة الموزعة
ويرتكز النموذج الاقتصادي لتبرير فكرة القمر الصناعي الافتراضي على أن إطلاق الأقمار الصناعية الصغيرة رخيص الثمن ومتاح بأقل قدر من الإشعار. النقاط الحرجة في دورة حياة القمر الصناعي هي: التأخير في تطوير وبناء القمر الصناعي، الفشل في الإطلاق، وعطل في الفضاء. في هذه النقاط الثلاث يتمتع القمر الصناعي المنقسم بميزة كبيرة.
القدرة على البقاء
على عكس القمر الصناعي المتجانس، حيث يؤدي التأخير في تطوير القمر الصناعي إلى تأخير الإطلاق، يمكن إطلاق القمر الصناعي المنقسم حتى قبل اكتمال القمر الصناعي، أو مكون معين من القمر الصناعي، وربطه بالشبكة بعد الانتهاء من بنائه. انتهى.
ترتبط المدخرات الأكثر أهمية بفشل الإطلاق. على عكس القمر الصناعي المتجانس، يتم إطلاق القمر الصناعي المقسم إلى الفضاء من خلال سلسلة من عمليات إطلاق الوحدات الصغيرة. أي أنه لا يوجد فشل واحد يمكن أن يؤخر الخطة حتى يتم بناء قمر صناعي بديل، كما حدث بعد فشل القمر الصناعي الإسرائيلي أوفيك 6. على الأكثر، هناك تأخير في إطلاق وحدة واحدة فقط من الوحدات.
اليوم، يمكن لأي خلل في الفضاء، حتى في النظام الفرعي، أن يؤدي إلى تعطيل قمر صناعي متجانس بالكامل. في القمر الصناعي المنقسم، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إتلاف بعض الوظائف فقط، حيث أن الوحدات العادية الأخرى ستستمر في أداء مهمتها.
أهمية هذه العوامل ليست اقتصادية فقط. وهي تعبر عن الهدف العسكري وراء البرنامج: فالقمر الصناعي المجزأ يمكن الاعتماد عليه للغاية، ومن الصعب للغاية تدميره أو تعطيله بالكامل، كما أن إجراء الإصلاحات في الفضاء (استبدال الوحدة التالفة) أمر ممكن بل ومعقول.
القمر الصناعي هو الشبكة
ليس من قبيل الصدفة أن تقارن DARPA مشروع System F6 بمشروع ARPANET الشهير. عندما يكون القمر الصناعي المقسم في الهواء، لن يكون هناك أي عائق أمام توصيل وحدات إضافية به ("نقاط نهاية إضافية") وإنشاء مجموعة من 10 أو 20 أو 100 وحدة قمر صناعي.
وفي وقت لاحق، سيكون من الممكن ربط العديد من الأقمار الصناعية الافتراضية التي يتضمن كل منها عدة وحدات، وإنشاء شبكة من مئات نقاط النهاية. وعندما تبدأ هذه الشبكة في العمل، فإن أي جهة يُسمح لها بالاتصال بها ستكون قادرة على إطلاق الوحدة التي تهتم بها إلى الفضاء فقط، وربطها بالشبكة الناشئة. تمامًا كما هو الحال اليوم، تقوم بربط خادم أو جهاز كمبيوتر بالإنترنت وبالتالي زيادته بلا حدود تقريبًا.
في هذه المرحلة، على الأرجح، ستكون التعريفات المقبولة قد تغيرت بالفعل. سيكون السؤال "ما هو القمر الصناعي" مفتوحًا بالكامل تقريبًا. لماذا تقريبا؟ نظرًا لأن الإجابة الصحيحة على سؤال ما هو القمر الصناعي ستكون إعادة صياغة للتعريف القديم لسكوت ماكنيلي، مؤسس شركة Sun Microsystems، الذي ذكر بالفعل في الثمانينات أن "الكمبيوتر هو الشبكة". وفي عام 80، إذا اكتمل المشروع بنجاح، فسيكون القمر الصناعي هو الشبكة.
مزيد من المعلومات على موقع دارفا
المقال مأخوذ من مجلة ويف تك
تعليقات 18
شكرا مايكل للمساعدة وحسن النية!
ربما بهذه الطريقة يمكننا إنقاذ زوج آخر من الأكاديميين الذين يعملون في تنظيف المكاتب ويفكرون في العودة إلى بلدهم الأصلي.
تشين تي:
سأرى ما إذا كنت أعرف أي شخص قد يكون مهتمًا، ولكن أود أن أشير إلى شيئين كان بإمكانك تحسينهما في ردك:
أحدهما هو كتابته كرد على المقال "تعليقات مجانية".
والثاني هو توجيه الطلب للجميع وليس لي فقط لأنه قد يتمكن شخص آخر من المساعدة.
محرر الموقع مرحبًا، أعتذر عن هذه الرسالة، ولكني أحاول مساعدة الوافد الجديد وسأكون ممتنًا إذا تحليت بالصبر معي 🙂
تشين تي.
مرحبا مايكل،
أعرف مهندسًا كيميائيًا شابًا وموهوبًا حاصل على درجة الماجستير في هندسة المياه، هاجر مؤخرًا إلى إسرائيل من كولومبيا وكان يبحث عن عمل في إسرائيل منذ فترة طويلة، وبما أنه لم يتمكن من العثور عليه، بدأ العمل في المكتب تنظيف.
أعلم أن هذا ليس المنتدى المناسب للبحث عن وظيفة فيه، لكنني أعتقد أنك ربما تعرف شخصًا أو أشخاصًا يبحثون عن شخص لديه الكثير من الطاقة والتحفيز ومتطلبات متواضعة.
الحجم وأيضا اسمه ديفيد ديلروزا: 052.89.09.676
تشين تي:
إنه أصعب بكثير من إفساد القمر الصناعي.
لتدمير قمر صناعي، ما عليك سوى إتلاف أجزائه الأساسية (خاصة الدوائر الإلكترونية، والعدسات، والمرايا، وما إلى ذلك).
وبمجرد إصابة هذه الأنظمة، يصبح القمر الصناعي خردة فضائية ولكنه لا يتوقف عن الوجود.
لإحباط الخطر الناشئ عن كويكب، عليك أن تقوم بتبخير كل شيء حرفيًا أو تحويله بشكل كبير عن مداره.
وينبغي أن يكون مفهوما أيضا أنه في حين أن القمر الصناعي لديه هوائيات خاصة مصممة لامتصاص الطاقة، فإن الكويكب لا يحتوي على مثل هذه الهوائيات.
على الطريق
مايكل، من الممكن ذوبان/تفكيك كويكب يمثل رمزًا خطيرًا للأرض إذا كان من الممكن تركيز انفجار قوي من الطاقة، أليس كذلك؟
آسف يا مايكل، المجهول هو Chen T، لم أتذكر أنني حذفت ملفات تعريف الارتباط 🙂
مجهول:
أعتقد أن جميع السيناريوهات التي وصفتها ممكنة على الرغم من صعوبة تنفيذ بعضها.
وأفترض أيضًا أن مصممي النظام سيفعلون ما في وسعهم لتقليل خطر السيناريوهات الخبيثة بينهما (على سبيل المثال، من خلال الاتجاه الدقيق جدًا لمستقبلات الطاقة وتوجيهها في اتجاه آخر غير اتجاه الأرض).
مايكل، إذا كان من الممكن نقل الطاقة من قمر صناعي إلى آخر، وإذا تم نقل الكثير من الطاقة، فهل سيحترق جهاز الاستقبال؟
وأبعد من ذلك الفكر الإجرامي: هل من الممكن نقل دفعة مركزة ودقيقة من الطاقة بغرض التدمير كسلاح؟ أم أنه من الممكن إرسال دفعة شديدة للغاية من الطاقة إلى قمر صناعي بعيد جدًا سيستقبلها كطاقة؟ وإذا أبحرنا بالخيال: هل من الممكن نقل المعلومات بنفس انفجار موجة الطاقة المخطط لها، تمامًا كما يمكن نقل المعلومات على شعاع الليزر؟
ويبدو لي أن الخطة جاءت ردا على التجربة الصينية لتدمير قمر صناعي في الفضاء
للوهلة الأولى، يبدو أن الجزء الثوري الحقيقي هو نقل الطاقة من قمر صناعي إلى آخر
تشين تي:
في رأيي، هناك مثل هذه المشاريع في التخطيط.
لا أتذكر أين قرأت هذا، لكنني عثرت أيضًا على خطة لنشر عدة تلسكوبات في مدار حول الشمس واستخدام المسافة الهائلة بينها لزيادة دقة الصورة بشكل كبير.
مرحبا مايكل 🙂
أنت على حق بشأن الموقع.
سؤالي هو لماذا لا ينتجون تلسكوبات صغيرة - مثل التلسكوبات القمرية - التي ستكون قادرة في مواقع مختلفة في الفضاء، من خلال قوة الحوسبة المشتركة، على إنتاج صورة أوسع وأكثر دقة من مجرد صورة واحدة كبيرة ومكلفة.
بالضبط وفقًا لنسخة الإنترنت من الأقمار الصناعية المعروضة في المقالة، من الممكن القيام بأبحاث الفضاء. تخيل لو كان بإمكانهم وضع 100 تلسكوب صغير في الفضاء، والتي تفتقر إلى قيود الغلاف الجوي مقارنة بالتلسكوبات الموجودة على الأرض. ما مدى أهمية جودة المعلومات المقدمة من مائة وجهة نظر ومعالجة مختلفة؟
غير واضح:
الانفصال يحسن الوضع بعدة طرق.
أبسط مساهمة لها هي القدرة على الإصلاح - إذا تعطل أحد الأقمار الصناعية، يتم إرسال قمر صناعي بديل مع قمر صناعي بديل وليس هناك حاجة لاستبدال المجموعة بأكملها.
وهناك مساهمة أخرى تأتي من حقيقة أن اصطدام جسم خارجي بأحد الأقمار الصناعية لا يسبب ضررا جسديا للآخرين، بينما لو كانوا جسما واحدا، فإن انتقال طاقة الاصطدام سيسبب قدرا إضافيا من الضرر علاوة على الضرر الناتج. من خلال التأثير نفسه.
ومن هذه الحقيقة، والتي تعد ميزة في حد ذاتها، هناك أيضًا ميزة أخرى وهي زيادة كفاءة مضاعفة المكونات لأغراض النسخ الاحتياطي.
عندما يكون القمر الصناعي عبارة عن جسم واحد، فمن المرجح أن يؤدي الضرر الخارجي لأحد المكونات إلى تلف المكون الاحتياطي الخاص به، بينما عندما يتم تقسيم القمر الصناعي - لا تتضرر النسخة الاحتياطية.
تشين تي:
ما هي ميزة التلسكوب الموجود على القمر مقارنة بالتلسكوب الموجود في الفضاء؟
يبدو لي أن البيئة القمرية تخلق عيوبًا بشكل أساسي لأنه في أي لحظة يخفي القمر نصف الكون لكل من التلسكوبات بينما في الفضاء يمكن للتلسكوبات النظر في أي اتجاه وفي أي وقت.
متى سيأتي مشروع تركيب تلسكوب على القمر عن بعد؟
من الممكن بناء العديد من التلسكوبات الفائقة في الفضاء عندما تتمكن قوتها الحاسوبية المشتركة من الحصول على الكثير من المعرفة حول ما يحدث في الفضاء من زوايا مختلفة وبتقنيات مختلفة.
في رأيي، الجزء الأكثر ابتكارًا في المقالة هو نقل الطاقة من قمر صناعي إلى آخر.
إذا كان كل قمر صناعي صغير يؤدي دورًا محددًا وهامًا في المصفوفة، فكيف سيحل هذا مشكلة الضعف بالضبط؟ ففي نهاية المطاف، يكفي أن يتم تدمير أو تعطل أحد هذه الأقمار الصناعية الصغيرة وتتوقف المجموعة بأكملها عن العمل... إذن ما الذي حصلوا عليه بالضبط من تقسيم قمر صناعي واحد إلى عدة أقمار صناعية صغيرة؟ لا يزال أحدها الذي يخرج عن العمل يعطل المصفوفة بأكملها.
فماذا فعلنا حيال ذلك؟
لا. وهذا يعني أنه سيتم استبدال القمر الصناعي الكبير الأول بعدة أقمار صناعية صغيرة، والقمر الذي يليه سيتم استبداله بالفعل بقمر صناعي صغير واحد فقط، والذي يقوم بهذه المهمة ويستقبل بقية الأشياء من الأقمار الصناعية العديدة الأولى.
أليس لدينا ما يكفي من النفايات الفضائية في الفضاء؟
مثل هذا النهج سيجعل كل قمر صناعي كبيرًا، وهو ما لا يمثل مشكلة في التعامل معه أو حرقه
في نهاية الاستخدام، سوف ينقسم إلى العشرات من الأشياء الصغيرة
إنه مزدحم للغاية هناك على أية حال