الفلك

لماذا تنتهي أقواس الأقمار الصناعية فجأة عند ملاحظتها من الأرض

لماذا تنتهي أقواس الأقمار الصناعية فجأة عند ملاحظتها من الأرض

حصلت مؤخرًا على تطبيق يسمح لي بتتبع محطة الفضاء الدولية. لقد لاحظت أنه يختفي خلال الوقت الذي يكون فيه مرئيًا قبل يصل إلى الأفق ، وأحيانًا يظهر مرة أخرى بعد فترة وجيزة قليلاً.

هل يستطيع أحد أن يشرح لي كيف تدور محطة الفضاء الدولية والأقمار الصناعية الأخرى؟ على وجه التحديد ، ما الذي يجعل الفترة المرئية لها مثل هذه الفترة الضيقة ، التي لا تمتد حتى الأفق؟ (وهو ما توقعه دماغي العادي)


نظرًا لأن الأقمار الصناعية تكون مرئية فقط عندما تكون في ضوء الشمس ، فإنها لا تكون مرئية عندما تذهب إلى ظل الأرض. يتنبأ التطبيق على الأرجح بمكان حدوث ذلك وينهي القوس.

بمعنى آخر ، ليس من المنطقي أن يبحث المراقب عن قمر صناعي عندما لا يكون مرئيًا ، لذلك ليست هناك حاجة لرسم المسار عندما يكون في الظل.


كيف تستخدم الأقمار الصناعية لمراقبة المحيط؟

الساتل البيئي التشغيلي الثابت بالنسبة للأرض -16 (GOES-16) هو أول جيل من أقمار NOAA القادمة من أقمار الطقس الثابتة بالنسبة للأرض. من بين المهام العديدة لهذا القمر الصناعي ، سيجمع بيانات المحيطات والمناخ.

الأقمار الصناعية هي أدوات مذهلة لمراقبة الأرض والمحيط الأزرق الكبير الذي يغطي أكثر من 70 في المائة من كوكبنا. من خلال الاستشعار عن بعد من مداراتها فوق الأرض ، تزودنا الأقمار الصناعية بمعلومات أكثر بكثير مما يمكن الحصول عليه من السطح فقط.

باستخدام الأقمار الصناعية ، يدرس باحثو NOAA المحيط عن كثب. يمكن أن تخبرنا المعلومات التي تجمعها الأقمار الصناعية عن قياس أعماق المحيطات ، ودرجة حرارة سطح البحر ، ولون المحيط ، والشعاب المرجانية ، وجليد البحر والبحيرات. يستخدم العلماء أيضًا أنظمة جمع البيانات على الأقمار الصناعية لترحيل الإشارات من أجهزة الإرسال على الأرض إلى الباحثين في هذا المجال و [مدش] المستخدمة في تطبيقات مثل قياس ارتفاعات المد والجزر وهجرة الحيتان. تنقل أجهزة الإرسال على الأقمار الصناعية أيضًا معلومات الموقع من منارات الطوارئ للمساعدة في إنقاذ الأرواح عندما يكون الناس في محنة على متن القوارب أو الطائرات أو في المناطق النائية. فيما يلي عدد قليل من الطرق العديدة التي تساعدنا بها الأقمار الصناعية في معرفة المزيد عن محيطنا:


لماذا علم الفلك؟

الغرض من VLA و VLBA و NRAO هو إجراء بحث أساسي حول طبيعة الكون الذي نعيش فيه. يسعى هذا البحث للإجابة على بعض أكبر الأسئلة التي يمكننا طرحها ، مثل كيف بدأ الكون (أو بدأ) ، وما هو حجمه ، وكم عمره ، وكيف سينتهي (أو سينتهي)؟ بصفته العلم الذي يوفر إطارًا للمعرفة حول المكان الذي نعيش فيه ، والكوكب الذي نعيش عليه ، يتناسب مع بيئة الكون ، يعد علم الفلك جزءًا حيويًا من ثقافة البشرية جمعاء. الشخص المحروم من الخطوط العريضة للمعرفة الفلكية معاق ثقافيًا مثل الشخص الذي لم يتعرض للتاريخ أو الأدب أو الموسيقى أو الفن. بينما ينقل علماء الفلك اكتشافات جديدة حول الكون ، فإنهم يثريون الحياة الفكرية للملايين.

منذ فجر الحضارة ، قدم علم الفلك نقاط انطلاق مهمة للتقدم البشري. جاء تقويمنا ونظام ضبط الوقت من علم الفلك. الكثير من رياضيات اليوم هي نتيجة البحث الفلكي. اخترع الفلكي اليوناني هيبارخوس علم المثلثات. كان اعتماد اللوغاريتمات مدفوعًا باحتياجات الحسابات الفلكية. تم اختراع حساب التفاضل والتكامل ، وهو أساس كل العلوم والهندسة الحديثة ، من قبل السير إسحاق نيوتن من أجل الحسابات الفلكية. قدم علم الفلك التقنيات الملاحية التي سمحت للبحارة والطيارين باستكشاف كوكبنا (وتسمح اليوم للمركبات الفضائية باستكشاف نظامنا الشمسي). دفعت شهية علم الفلك للقوة الحسابية إلى تطوير العديد من أقدم أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية. كان عصر الفضاء ، الذي جلب لنا أقمار الاتصالات والطقس التي نعتمد عليها كل يوم ، مستحيلًا بدون المعرفة الأساسية للجاذبية والمدارات التي اكتشفها علماء الفلك. قاد علماء الفلك الراديوي تطوير أجهزة استقبال لاسلكية منخفضة الضوضاء جعلت صناعة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ممكنة. أصبحت تقنيات معالجة الصور التي طورها علماء الفلك الآن جزءًا من أنظمة التصوير الطبي التي تسمح بالفحص غير الجراحي للأعضاء الداخلية للمرضى. في مراصد اليوم ، تستمر احتياجات علماء الفلك لأدوات أفضل في دفع التطورات في مجالات متنوعة مثل الإلكترونيات والهندسة الميكانيكية وعلوم الكمبيوتر.

لا يزال لدى علم الفلك الكثير ليساهم في المعرفة البشرية والتقدم. من الطائرة إلى الترانزستور ، ومن الراديو إلى الليزر ، استندت تطورات القرن العشرين إلى المعرفة الأساسية لفيزياء المادة والطاقة. يقدم علم الفلك للعلماء من مجموعة واسعة من الخلفيات مجموعة لا حصر لها من "المختبرات" الكونية لرصد الظواهر الفيزيائية. من غير المحتمل أن ينتج أي مختبر على الأرض مادة بكثافة مثل النجم النيوتروني ، أو درجات حرارة عالية مثل تلك الموجودة داخل سوبر نوفا ، أو جاذبية قوية مثل تلك الموجودة في الثقب الأسود. ومع ذلك ، يمكن لعلماء الفلك دراسة فيزياء مثل هذه الظروف القاسية بشكل روتيني باستخدام أدوات مثل VLA و VLBA. أقرب إلى المنزل ، يعد VLBA أداة أساسية توفر بيانات قيمة عن انجراف قارات الأرض وآليات المناخ العالمي.

ماذا سينتج عن هذا؟ من طبيعة البحث الأساسي أنه لا يمكننا التنبؤ بما سيأتي من هذا العمل ، باستثناء أننا ربما نتفاجأ. عندما عمل كبلر ونيوتن على تطوير علم ميكانيكا المدارات ، لم يفكروا في الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس أو سي إن إن.

أخيرًا ، يؤدي علم الفلك خدمة تعليمية مهمة لأمتنا. باعتباره علمًا مرئيًا مثيرًا يسهل على المراقبين الهواة الوصول إليه بسهولة ، فإن علم الفلك يثير الفضول العلمي لدى آلاف الشباب كل عام. سرعان ما يتعلم هؤلاء الشباب أن علم الفلك يشمل مجموعة كاملة من العلوم الفيزيائية تقريبًا ، بما في ذلك الرياضيات والفيزياء والكيمياء والجيولوجيا والهندسة وعلوم الكمبيوتر. أصبح العديد من العلماء المحترفين في هذه المجالات وغيرها مهتمين في البداية بمهنتهم من خلال علم الفلك. في السوق العالمية اليوم ، تحتاج الدولة التنافسية لجميع سكانها ، وليس فقط علماءها ، إلى مستوى أساسي من المعرفة العلمية. علم الفلك ، من خلال توفير الإثارة للمعرفة الجديدة حول التنوع الرائع للأجسام الغريبة في الكون ، يمكن أن يساعد في توصيل الكثير من العلوم الأساسية لجميع أفراد شعبنا.

باختصار ، كان علم الفلك حجر الزاوية للتقدم التكنولوجي عبر التاريخ ، ولديه الكثير ليساهم به في المستقبل ، ويقدم لجميع البشر إحساسًا أساسيًا بمكاننا في عالم شاسع ومثير بشكل لا يمكن تصوره.


تستجيب المؤسسة الدولية للتنمية للأقمار الصناعية الضخمة

من اليسار إلى اليمين: جيفري سي هول (مرصد لويل) ، وباتريك سيتسر (جامعة ميشيغان) ، وروسكين هارتلي (IDA) ، وهارفي ليزت (المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي) ، وريك فينبرغ في المؤتمر الصحفي لـ & # 8220Astronomy Confronts Satellite الأبراج ، & # 8221 حلقة نقاش في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية.

الأبراج الضخمة ، المعروفة أيضًا باسم الأبراج الساتلية ذات المدار الأرضي المنخفض ("LEO") ، هي عبارة عن شبكات من الأقمار الصناعية المتصلة بالشبكة التي تدور حول الأرض على ارتفاع 2000 كم أو أقل بهدف توفير خدمات اتصالات عالمية. تسبب سطوع الأجسام وتكرارها في إثارة القلق بين مجتمع علم الفلك وعامة الناس. ( اقرأ المزيد عن المؤسسة الدولية للتنمية (IDA) والكواكب الضخمة من منشوراتنا السابقة ، لماذا تعتبر النجوم الضخمة مهمة لمجتمع Dark Sky؟)

استجاب المدير التنفيذي للمؤسسة الدولية للتنمية ، روسكين هارتلي ، لقضية النجوم الضخمة في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية في يناير ، حيث انضم إلى أعضاء مجتمع علم الفلك المحترف في حلقة نقاش حول التحديات التي تواجه علم الفلك من الأقمار الصناعية. شارك هارتلي المؤسسة الدولية للتنمية مخاوفها بشأن تأثير النجوم العملاقة على مراقبي النجوم وعامة الناس.

IDA أربعة مبادئ للحفاظ على التمتع الهادئ بسماء الليل وحماية عامة الناس من تأثيرات النجوم الضخمة:

1) سطوع الحفاظ عليها تحت عتبة الكشف بالعين المجردة.
2) الرؤية حدث غير عادي.
3) الصناعة الشفافية لإطلاق الجداول الزمنية والبارامترات المدارية.
4) التزام الصناعة وكالة مشتركة من سماء الليل المليئة بالنجوم.

(اقرأ المزيد عن IDA و megaconstellations على الحارس ، و موقع Space.com .)

انضم جيفري سي هول من مرصد لويل ، وهارفي ليزت من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي ، وباتريك سيتزر ، أستاذ أبحاث الفلك الفخري وخبير الحطام الفضائي من جامعة ميشيغان ، إلى روسكين في حلقة نقاش. في الاجتماع ، أعلن سيتسر النتائج المقلقة لجهوده الأخيرة في وضع نماذج الأقمار الصناعية. وفقًا لسيتزر ، يمكن رؤية ما يقرب من 200 جسم يدور حاليًا حول الأرض بالعين المجردة. بحلول نهاية عام 2020 ، سيكون Starlink قد زاد هذا الرقم بمقدار 1586 ، بزيادة تسعة أضعاف. يمكن أن تكون أقمار ستارلينك أكثر سطوعًا من تسعة وتسعين بالمائة من جميع الأجسام الموجودة حاليًا في مدار الأرض. تكون الأقمار الصناعية أكثر سطوعًا عند إضاءة الشمس بالكامل ، وهو ما يحدث أثناء الشفق ويمكن أن يحدث أيضًا أثناء الليل ، اعتمادًا على الموقع والوقت من العام.

خلال المؤتمر ، اعترفت SpaceX بالمخاوف ، وأكدت التزامها بإيجاد طريقة للمضي قدمًا لا تعيق البحث الفلكي ، وبالتالي الرؤية العامة لسماء الليل.

مؤتمر صحفي يسبق حلقة النقاش متاح على الإنترنت. شاهد لمعرفة المزيد!

يستجيب مجتمع Dark Sky

لقد سألناكم مؤخرًا ، مجتمع السماء المظلمة ، عن أفكارك حول الأقمار الصناعية العملاقة. تلقت المؤسسة الدولية للتنمية ردودًا من مديري International Dark Sky Place الذين أمضوا ساعات وموارد لا حصر لها لحماية السماء ليلاً ، وفروع المؤسسة الدولية للتنمية والدعاة الذين يعملون على تثقيف مجتمعاتهم حول أهمية البحث ، ومصوري النجوم الذين يظلون مستيقظين طوال الليل لالتقاط ومشاركة الجمال. من السماء ، وعلماء الفلك الهواة الذين استثمروا أنفسهم في دراسة الكون ، وعلماء الفلك المحترفين الذين يكسبون عيشهم من دراسة ما وراء الغلاف الجوي للأرض.

"[علم الفلك] & # 8230a حق مقدس ... حق مكتسب بالإضافة إلى أنه أحد العلوم الإنسانية الأصلية. في الآونة الأخيرة ، كان من الممكن على الأقل الهروب من التلوث الضوئي عن طريق القيام برحلة برية.

الآن فقط ، عندما تصل إلى هذا المنظر الذي طال انتظاره للسماء ، فإنه لا يمكن إصلاحه ". - جيمس كورمير

أفاد خمسة وتسعون في المائة ممن ردوا بأنهم قلقون بشأن تأثيرات النجوم الضخمة. بول كلارك ، من المملكة المتحدة ، يعمل داخل مجتمعه لتحقيق تصنيف International Dark Sky Place. وتساءل: "كيف ستختبر الأجيال القادمة وتفهم مكانها في الكون؟"

هل يمكنك رؤية النجوم الضخمة Starlink من موقعك؟

تتبع الأقمار الصناعية SpaceX باستخدام SpaceX Starlink Tracker ، وأخبرنا بما تراه. أرسل بريدًا إلكترونيًا إلى العنوان [email protected] مع ذكر موقعك وتاريخ ووقت المراقبة والعيبة (الأجسام) التي لاحظتها والحجم التقديري للكائن. إذا كنت مصورًا فلكيًا ولديك صور للأقمار الصناعية ، فيرجى تضمين الصور في بريدك الإلكتروني.

تعرف على المزيد حول الأبراج الضخمة من خلال منشور المدونة الخاص بنا بتاريخ 27 ديسمبر 2019 ، " لماذا تعتبر Megaconstellations مهمة لمجتمع Dark Sky.


مشاهدة ورؤية

يمكن للمحللين أيضًا ترك قمر صناعي إشكالي لأجهزته الخاصة. يبدو أن هذا هو الحال مع ساتل الحقبة السوفيتية كوزموس 1818. أطلقه الاتحاد السوفيتي السابق في عام 1987 ، كان كوزموس 1818 أول قمرين صناعيين لاختبار استخدام محطات الطاقة النووية المتقدمة في الفضاء.

لكن هذا الشهر ، أصدر مكتب برنامج الحطام المداري التابع لناسا تحديثًا ربع سنويًا يفيد بأن كوزموس 1818 أطلق سحابة من الحطام في 4 يوليو 2008 والتي قد تكون نتيجة لتسريب مبرد المفاعل من ضربة حطام أو تشظي.

وفقا لتقرير الخميس من قبل وكالة انباءأكد قائد قوات الفضاء الروسية الجنرال ألكسندر ياكوشن تفتيت مركبة Cosmos 1818 ، لكنه شدد على أنه لا يشكل أي خطر من إتلاف محطة الفضاء الدولية أو هطول حطام ملوث بالإشعاع على الأرض بسبب ارتفاع مداره عن قصد. يتفكك القمر الصناعي في مدار 500 ميل (800 كم) فوق الأرض - أعلى بكثير من مستوى 220 ميلاً (354 كم) للمحطة الفضائية - ويتم رصد حالته يوميًا ، وكالة انباء ذكرت.

بينما يبدو أن Cosmos 1818 تحت السيطرة ، لا يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة إلى Cosmos 954 ، وهو القمر الصناعي لاستطلاع المحيطات الرادار (RORSAT) الذي خرج عن نطاق السيطرة في عام 1978. وعاد القمر الصناعي إلى الغلاف الجوي للأرض ونشر الحطام المشع عبر الأجزاء. كندا.


محتويات

تم إطلاق مشروع GPS في الولايات المتحدة في عام 1973 للتغلب على قيود أنظمة الملاحة السابقة ، [15] دمج الأفكار من عدة أسلاف ، بما في ذلك دراسات التصميم الهندسي المصنفة من الستينيات. طورت وزارة الدفاع الأمريكية النظام ، الذي استخدم في الأصل 24 قمرا صناعيا. تم تطويره مبدئيًا للاستخدام من قبل جيش الولايات المتحدة وأصبح جاهزًا للعمل بشكل كامل في عام 1995. تم السماح بالاستخدام المدني منذ الثمانينيات. روجر إل إيستون من مختبر الأبحاث البحرية ، وإيفان أ. الحصول على شركة الفضاء الجوي ، وبرادفورد باركنسون من مختبر الفيزياء التطبيقية ، كان لهم الفضل في اختراعه. [16] يُنسب الفضل إلى عمل غلاديس ويست في تطوير التقنيات الحسابية لاكتشاف مواقع الأقمار الصناعية بالدقة اللازمة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). [17]

يعتمد تصميم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) جزئيًا على أنظمة الملاحة الراديوية الأرضية المماثلة ، مثل LORAN و Decca Navigator ، التي تم تطويرها في أوائل الأربعينيات.

في عام 1955 ، اقترح فريدوردت وينتربيرج اختبارًا للنسبية العامة - للكشف عن تباطؤ الوقت في مجال جاذبية قوي باستخدام ساعات ذرية دقيقة موضوعة في مدار داخل أقمار صناعية. تتنبأ النسبية الخاصة والعامة بأن الساعات الموجودة على الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ستشاهدها مراقبو الأرض لتعمل بمعدل 38 ميكروثانية في اليوم أسرع من الساعات الموجودة على الأرض. سوف تنجرف المواضع المحسوبة بواسطة GPS بسرعة إلى الخطأ ، وتتراكم إلى 10 كيلومترات في اليوم (6 ميل / يوم) تم تصحيح هذا في تصميم GPS. [18]

أسلاف تحرير

عندما أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي (سبوتنيك 1) في عام 1957 ، قرر اثنان من علماء الفيزياء الأمريكيين ، ويليام جوير وجورج ويفنباخ ، في مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز (APL) مراقبة البث اللاسلكي. [19] في غضون ساعات ، أدركوا أنه بسبب تأثير دوبلر ، يمكنهم تحديد مكان القمر الصناعي على طول مداره. منحهم مدير APL الوصول إلى UNIVAC للقيام بالحسابات الثقيلة المطلوبة.

في أوائل العام التالي ، طلب فرانك مكلور ، نائب مدير APL ، من Guier و Weiffenbach التحقيق في المشكلة العكسية - تحديد موقع المستخدم ، بالنظر إلى القمر الصناعي. (في ذلك الوقت ، كانت البحرية تطور صاروخ Polaris الذي يُطلق من الغواصة ، الأمر الذي تطلب منهم معرفة موقع الغواصة.) أدى ذلك بهم و APL إلى تطوير نظام TRANSIT. [20] في عام 1959 ، لعبت ARPA (التي أعيدت تسميتها إلى DARPA في عام 1972) دورًا في TRANSIT. [21] [22] [23]

تم اختبار TRANSIT بنجاح لأول مرة في عام 1960. [24] واستخدمت كوكبة من خمسة أقمار صناعية ويمكن أن توفر إصلاحًا ملاحيًا مرة واحدة تقريبًا في الساعة.

في عام 1967 ، طورت البحرية الأمريكية القمر الصناعي Timation ، والذي أثبت جدوى وضع ساعات دقيقة في الفضاء ، وهي تقنية مطلوبة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

في سبعينيات القرن الماضي ، أصبح نظام الملاحة الأرضي أوميغا ، القائم على مقارنة مراحل إرسال الإشارات من أزواج من المحطات ، [25] أول نظام ملاحة لاسلكي عالمي. أدت القيود المفروضة على هذه الأنظمة إلى الحاجة إلى حل تنقل أكثر شمولية وبدقة أكبر.

على الرغم من وجود احتياجات واسعة للإبحار الدقيق في القطاعات العسكرية والمدنية ، إلا أنه لم يُنظر إلى أي منها تقريبًا كمبرر لمليارات الدولارات التي ستكلفها في البحث والتطوير والنشر والتشغيل لمجموعة من الأقمار الصناعية للملاحة. خلال سباق التسلح في الحرب الباردة ، كان التهديد النووي لوجود الولايات المتحدة هو الحاجة الوحيدة التي بررت هذه التكلفة من وجهة نظر كونغرس الولايات المتحدة. هذا التأثير الرادع هو سبب تمويل GPS. وهو أيضًا سبب السرية المفرطة في ذلك الوقت. يتكون الثلاثي النووي من الصواريخ الباليستية التي تطلقها البحرية الأمريكية (SLBMs) ​​جنبًا إلى جنب مع القاذفات الاستراتيجية للقوات الجوية الأمريكية (USAF) والصواريخ الباليستية العابرة للقارات (ICBMs). نظرًا لكونه أمرًا حيويًا لموقف الردع النووي ، فإن التحديد الدقيق لموقع إطلاق الصواريخ البالستية قصيرة المدى (SLBM) كان بمثابة مضاعف للقوة.

ستمكّن الملاحة الدقيقة غواصات الصواريخ الباليستية الأمريكية من الحصول على إصلاح دقيق لمواقعها قبل إطلاق صواريخها الباليستية. [26] القوات الجوية الأمريكية ، مع ثلثي الثالوث النووي ، لديها أيضًا متطلبات لنظام ملاحة أكثر دقة وموثوقية. كانت البحرية الأمريكية والقوات الجوية الأمريكية يطوران تقنياتهما الخاصة بالتوازي لحل ما كان في الأساس نفس المشكلة.

لزيادة قابلية بقاء الصواريخ البالستية العابرة للقارات ICBMs ، كان هناك اقتراح باستخدام منصات إطلاق متنقلة (يمكن مقارنتها بالطائرات السوفيتية SS-24 و SS-25) وبالتالي فإن الحاجة إلى إصلاح موضع الإطلاق كانت متشابهة مع وضع SLBM.

في عام 1960 ، اقترح سلاح الجو نظام ملاحة لاسلكي يسمى MOSAIC (نظام موبيل للتحكم الدقيق في الصواريخ الباليستية العابرة للقارات) والذي كان في الأساس عبارة عن 3-D LORAN. تم إجراء دراسة متابعة ، مشروع 57 ، في عام 1963 وكان "في هذه الدراسة ولد مفهوم نظام تحديد المواقع العالمي". في نفس العام ، تم اتباع هذا المفهوم باعتباره مشروع 621B ، والذي كان يحتوي على "العديد من السمات التي تراها الآن في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)" [27] ووعد بزيادة الدقة لقاذفات القوات الجوية وكذلك الصواريخ البالستية العابرة للقارات.

كانت التحديثات من نظام Navy TRANSIT بطيئة للغاية بالنسبة للسرعات العالية لعملية القوات الجوية. واصل مختبر الأبحاث البحرية (NRL) إحراز تقدم في أقمار التوقيت (الملاحة الزمنية) ، التي تم إطلاقها لأول مرة في عام 1967 ، والثانية في عام 1969 ، والثالثة في عام 1974 والتي تحمل أول ساعة ذرية في المدار والرابعة تم إطلاقها في عام 1977. [28 ]

جاء سلف آخر مهم لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من فرع مختلف لجيش الولايات المتحدة. في عام 1964 ، دار جيش الولايات المتحدة حول أول قمر صناعي للترتيب المتسلسل للمدى (SECOR) يستخدم في المسح الجيوديسي. [29] تضمن نظام SECOR ثلاثة أجهزة إرسال أرضية في مواقع معروفة والتي من شأنها إرسال إشارات إلى جهاز الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية في المدار. يمكن لمحطة رابعة أرضية ، في موقع غير محدد ، أن تستخدم تلك الإشارات لتحديد موقعها بدقة.تم إطلاق آخر قمر صناعي SECOR في عام 1969. [30]

تحرير التنمية

مع هذه التطورات الموازية في الستينيات ، تم إدراك أنه يمكن تطوير نظام متفوق من خلال توليف أفضل التقنيات من 621B و Transit و Timation و SECOR في برنامج متعدد الخدمات. كان لابد من حل أخطاء الموقع المداري للساتل ، الناتجة عن التغيرات في مجال الجاذبية وانكسار الرادار من بين أمور أخرى. استخدم فريق بقيادة Harold L Jury من قسم Pan Am Aerospace في فلوريدا من 1970-1973 ، استيعاب البيانات في الوقت الفعلي والتقدير المتكرر للقيام بذلك ، مما يقلل الأخطاء المنهجية والمتبقية إلى مستوى يمكن التحكم فيه للسماح بالملاحة الدقيقة. [31]

خلال عطلة عيد العمال في عام 1973 ، ناقش اجتماع لحوالي 12 ضابطًا عسكريًا في البنتاغون إنشاء أ نظام الأقمار الصناعية للملاحة الدفاعية (DNSS). في هذا الاجتماع تم إنشاء التوليف الحقيقي الذي أصبح GPS. في وقت لاحق من ذلك العام ، تم تسمية برنامج DNSS نافستار. [32] غالبًا ما يُنظر إلى Navstar خطأً على أنه اختصار لعبارة "NAVigation System Using Timing and Ranging" ولكن لم يتم اعتباره على هذا النحو من قِبل مكتب برنامج GPS المشترك (ربما دعت TRW ذات مرة إلى نظام ملاحي مختلف يستخدم هذا الاختصار). [33] مع ارتباط الأقمار الصناعية الفردية باسم Navstar (كما هو الحال مع سابقيه Transit and Timation) ، تم استخدام اسم أكثر شمولاً لتحديد كوكبة أقمار Navstar ، Navstar-GPS. [34] تم إطلاق عشرة أقمار صناعية نموذجية من نوع "Block I" بين عامي 1978 و 1985 (تم تدمير وحدة إضافية في فشل الإطلاق). [35]

تم التحقيق في تأثير الأيونوسفير على الإرسال الراديوي في مختبر الجيوفيزياء التابع لمختبر أبحاث سلاح الجو في كامبريدج ، والذي أعيد تسميته إلى مختبر الأبحاث الجيوفيزيائية للقوات الجوية (AFGRL) في عام 1974. طورت AFGRL نموذج Klobuchar لحساب تصحيحات الغلاف الأيوني لموقع GPS. [36] من الجدير بالذكر العمل الذي قامت به عالمة الفضاء الأسترالية إليزابيث إسيكس كوهين في AFGRL في عام 1974. كانت مهتمة بانحناء مسارات موجات الراديو (الانكسار الجوي) التي تعبر الغلاف الجوي المتأين من أقمار NavSTAR الصناعية. [37]

بعد رحلة الخطوط الجوية الكورية 007 ، تم إسقاط طائرة بوينج 747 تحمل 269 شخصًا في عام 1983 بعد شرودها إلى المجال الجوي المحظور لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، [38] بالقرب من جزر سخالين ومونيرون ، أصدر الرئيس رونالد ريغان توجيهًا بجعل نظام تحديد المواقع متاحًا مجانًا لـ الاستخدام المدني ، بمجرد تطويره بشكل كافٍ ، كصالح مشترك. [39] تم إطلاق أول قمر صناعي بلوك 2 في 14 فبراير 1989 ، [40] وتم إطلاق القمر الصناعي الرابع والعشرين في عام 1994. تكلفة برنامج GPS في هذه المرحلة ، لا تشمل تكلفة معدات المستخدم ولكن بما في ذلك تكاليف عمليات إطلاق الأقمار الصناعية ، وقدرت بنحو 5 مليارات دولار أمريكي (دولار في ذلك الوقت). [41]

في البداية ، تم حجز الإشارة عالية الجودة للاستخدام العسكري ، وتم تدهور الإشارة المتاحة للاستخدام المدني عن عمد ، في سياسة تُعرف باسم التوافر الانتقائي. تغير هذا مع توقيع الرئيس بيل كلينتون في 1 مايو 2000 على توجيه سياسي لإيقاف تشغيل التوافر الانتقائي لتوفير نفس الدقة للمدنيين التي تم منحها للجيش. تم اقتراح التوجيه من قبل وزير الدفاع الأمريكي ، وليام بيري ، في ضوء النمو الواسع لخدمات GPS التفاضلية من قبل الصناعة الخاصة لتحسين الدقة المدنية. علاوة على ذلك ، كان الجيش الأمريكي يعمل بنشاط على تطوير تقنيات لرفض خدمة GPS لخصوم محتملين على أساس إقليمي. [42]

منذ نشرها ، نفذت الولايات المتحدة العديد من التحسينات على خدمة GPS ، بما في ذلك إشارات جديدة للاستخدام المدني وزيادة الدقة والنزاهة لجميع المستخدمين ، وكل ذلك مع الحفاظ على التوافق مع معدات GPS الحالية. كان تحديث نظام الأقمار الصناعية مبادرة مستمرة من قبل وزارة الدفاع الأمريكية من خلال سلسلة من عمليات الاستحواذ على الأقمار الصناعية لتلبية الاحتياجات المتزايدة للجيش والمدنيين والسوق التجاري.

اعتبارًا من أوائل عام 2015 ، قدمت أجهزة استقبال GPS عالية الجودة ودرجة FAA وخدمة تحديد المواقع القياسية (SPS) دقة أفقية أفضل من 3.5 متر (11 قدمًا) ، [43] على الرغم من أن العديد من العوامل مثل جودة جهاز الاستقبال وقضايا الغلاف الجوي يمكن أن تؤثر على هذه الدقة .

تمتلك حكومة الولايات المتحدة وتشغل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كمورد وطني. وزارة الدفاع هي الجهة المضيفة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ال المجلس التنفيذي المشترك بين الوكالات (IGEB) أشرف على مسائل سياسة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من عام 1996 إلى عام 2004. بعد ذلك ، تم إنشاء اللجنة التنفيذية الوطنية لتحديد المواقع والملاحة والتوقيت في الفضاء بموجب توجيه رئاسي في عام 2004 لتقديم المشورة والتنسيق بين الإدارات والوكالات الفيدرالية بشأن المسائل المتعلقة بنظام تحديد المواقع والأنظمة ذات الصلة. [44] يرأس اللجنة التنفيذية بشكل مشترك نواب وزيري الدفاع والنقل. تضم عضويتها مسؤولين على مستوى معادل من وزارات الخارجية والتجارة والأمن الداخلي ، وهيئة الأركان المشتركة ووكالة ناسا. مكونات المكتب التنفيذي للرئيس تشارك كمراقبين في اللجنة التنفيذية ، ويشارك رئيس لجنة الاتصالات الفدرالية كجهة اتصال.

يُطلب من وزارة الدفاع الأمريكية بموجب القانون "الحفاظ على خدمة تحديد المواقع القياسية (على النحو المحدد في خطة الملاحة اللاسلكية الفيدرالية ومواصفات إشارة خدمة تحديد المواقع القياسية) التي ستكون متاحة على أساس عالمي مستمر" ، و "تطوير تدابير من أجل منع الاستخدام العدائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وزياداته دون تعطيل أو تحطيم الاستخدامات المدنية ".

الجدول الزمني والتحديث تحرير

ملخص الأقمار الصناعية [45] [46] [47]
منع إطلاق
فترة
إطلاق الأقمار الصناعية حاليا في المدار
و صحي
Suc-
ضريبة
يفشل-
ure
قيد الإعداد-
أريشن
يخطط-
نيد
أنا 1978–1985 10 1 0 0 0
II 1989–1990 9 0 0 0 0
IIA 1990–1997 19 0 0 0 0
IIR 1997–2004 12 1 0 0 8
IIR-M 2005–2009 8 0 0 0 7
IIF 2010–2016 12 0 0 0 12
IIIA 2018– 5 0 5 0 5
IIIF 0 0 0 22 0
مجموع 75 2 5 22 32
(آخر تحديث: 17 يونيو 2021)

USA-203 من Block IIR-M غير صحي
[48] ​​للحصول على قائمة أكثر اكتمالاً ، انظر قائمة أقمار GPS الصناعية

  • في عام 1972 ، أجرى مرفق اختبار التوجيه بالقصور الذاتي المركزي التابع للقوات الجوية الأمريكية (Holloman AFB) اختبارات طيران تطويرية لأربعة أجهزة استقبال GPS نموذجية في تكوين Y فوق White Sands Missile Range ، باستخدام أقمار صناعية زائفة أرضية. [49]
  • في عام 1978 ، تم إطلاق أول قمر صناعي تجريبي Block-I GPS. [35]
  • في عام 1983 ، بعد أن أسقطت طائرة اعتراضية سوفيتية طائرة ركاب مدنية KAL 007 ضلت طريقها إلى المجال الجوي المحظور بسبب أخطاء ملاحية ، مما أسفر عن مقتل 269 شخصًا على متنها ، أعلن الرئيس الأمريكي رونالد ريغان أن نظام تحديد المواقع العالمي سيكون متاحًا للاستخدامات المدنية بمجرد اكتماله ، [50] [51] على الرغم من أنه تم نشره مسبقًا [في مجلة الملاحة] ، وأن كود CA (رمز التقريب / الاستحواذ) سيكون متاحًا للمستخدمين المدنيين. [بحاجة لمصدر]
  • بحلول عام 1985 ، تم إطلاق عشرة أقمار صناعية تجريبية أخرى من طراز Block-I للتحقق من صحة هذا المفهوم.
  • ابتداءً من عام 1988 ، تم نقل القيادة والتحكم في هذه الأقمار الصناعية من Onizuka AFS ، كاليفورنيا إلى السرب الثاني للتحكم في الأقمار الصناعية (2SCS) الموجود في محطة فالكون الجوية في كولورادو سبرينغز ، كولورادو. [52] [53]
  • في 14 فبراير 1989 ، تم إطلاق أول قمر صناعي حديث من نوع Block-II.
  • كانت حرب الخليج من 1990 إلى 1991 أول نزاع استخدم فيه الجيش على نطاق واسع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). [54]
  • في عام 1991 ، انتهى بنجاح مشروع لإنشاء مستقبل GPS مصغر ، واستبدل المستقبلات العسكرية السابقة التي يبلغ وزنها 16 كجم (35 رطلاً) بجهاز استقبال محمول باليد 1.25 كجم (2.8 رطل). [22]
  • في عام 1992 ، تم تعطيل الجناح الفضائي الثاني ، الذي كان يدير النظام في الأصل ، واستبدل بجناح الفضاء الخمسين.

تحرير الجوائز

في 10 فبراير 1993 ، اختارت الجمعية الوطنية للملاحة الجوية فريق GPS كفائزين بجائزة روبرت جيه كولير لعام 1992 ، وهي أرقى جائزة طيران في الولايات المتحدة. يضم هذا الفريق باحثين من مختبر الأبحاث البحرية و USAF و Aerospace Corporation و Rockwell International Corporation و IBM Federal Systems Company. يكرمهم الاقتباس "لأهم تطور للملاحة والمراقبة الآمنة والفعالة للطيران والمركبات الفضائية منذ إدخال الملاحة الراديوية قبل 50 عامًا".

    ، الرئيس الفخري لمؤسسة الفضاء ومهندس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وضع الأساس لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وتحسين نظام الراديو الأرضي القائم في الحرب العالمية الثانية المسمى LORAN (لونطاق نانوغرام روداعا أمعرف ل نطيران). ، أستاذ الطيران والملاحة الفضائية في جامعة ستانفورد ، تصور النظام الحالي القائم على الأقمار الصناعية في أوائل الستينيات من القرن الماضي وطوره بالاشتراك مع القوات الجوية الأمريكية. خدم باركنسون واحدًا وعشرين عامًا في القوات الجوية ، من عام 1957 إلى عام 1978 ، وتقاعد برتبة عقيد.

حصل مطور GPS روجر إل إيستون على الميدالية الوطنية للتكنولوجيا في 13 فبراير 2006. [65]

فرانسيس إكس كين (العقيد USAF ، متقاعد) تم تجنيده في قاعة مشاهير سلاح الجو الأمريكي وصالة رواد الصواريخ في Lackland AFB ، سان أنطونيو ، تكساس ، 2 مارس 2010 لدوره في تطوير تكنولوجيا الفضاء والتصميم الهندسي تم إجراء مفهوم GPS كجزء من مشروع 621B.

في 4 أكتوبر 2011 ، منح الاتحاد الدولي للملاحة الفضائية (IAF) جائزة الذكرى السنوية الستين لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، والتي رشحها عضو IAF ، المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والملاحة الفضائية (AIAA). أقرت لجنة التكريم والجوائز في IAF بتفرد برنامج GPS والدور النموذجي الذي لعبه في بناء التعاون الدولي لصالح البشرية. [67]

تم إدخال غلاديس ويست في قاعة مشاهير سلاح الجو والفضاء وقاعة مشاهير الصواريخ في عام 2018 تقديراً لعملها الحسابي الذي أدى إلى اختراقات في تقنية GPS. [68]

في 12 فبراير 2019 ، تم منح أربعة أعضاء مؤسسين للمشروع جائزة الملكة إليزابيث للهندسة مع رئيس مجلس منح الجائزة ، حيث صرح بأن "الهندسة هي أساس الحضارة وليس هناك أي أساس آخر يجعل الأمور تحدث. وهذا بالضبط ما يحدث اليوم لقد فعل الفائزون - لقد جعلوا الأشياء تحدث. لقد أعادوا كتابة ، بطريقة رئيسية ، البنية التحتية لعالمنا ". [69]

تعديل الأساسيات

يحسب مُستقبِل GPS موقعه ووقته بناءً على البيانات الواردة من أقمار GPS متعددة. يحمل كل قمر صناعي سجلًا دقيقًا لموقعه ووقته ، وينقل تلك البيانات إلى جهاز الاستقبال.

تحمل الأقمار الصناعية ساعات ذرية مستقرة جدًا تتم مزامنتها مع بعضها البعض ومع الساعات الأرضية. يتم تصحيح أي انحراف عن الوقت الذي تم الحفاظ عليه على الأرض يوميًا. وبنفس الطريقة ، فإن مواقع الأقمار الصناعية معروفة بدقة كبيرة. تحتوي أجهزة استقبال GPS أيضًا على ساعات ، لكنها أقل استقرارًا وأقل دقة.

نظرًا لأن سرعة الموجات الراديوية ثابتة ومستقلة عن سرعة القمر الصناعي ، فإن التأخير الزمني بين إرسال القمر الصناعي لإشارة واستقبالها يتناسب مع المسافة من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال. كحد أدنى ، يجب أن تكون هناك أربعة أقمار صناعية على مرأى من جهاز الاستقبال حتى يتمكن من حساب أربع كميات غير معروفة (ثلاثة إحداثيات للموقع وانحراف الساعة عن وقت القمر الصناعي).

وصف أكثر تفصيلا تحرير

يبث كل قمر صناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) باستمرار إشارة (موجة حاملة مع تعديل) تتضمن:

  • رمز شبه عشوائي (تسلسل من الآحاد والأصفار) معروف للمستقبل. من خلال المحاذاة الزمنية للإصدار الذي تم إنشاؤه بواسطة المستقبِل وإصدار الكود المُقاس للمستقبل ، يمكن العثور على وقت وصول (TOA) لنقطة محددة في تسلسل الشفرة ، يسمى حقبة ، في مقياس وقت ساعة المستقبِل
  • رسالة تتضمن وقت الإرسال (TOT) لعصر الكود (في مقياس وقت GPS) وموقع القمر الصناعي في ذلك الوقت

من الناحية المفاهيمية ، يقيس جهاز الاستقبال TOAs (وفقًا لساعته الخاصة) لأربع إشارات أقمار صناعية. من TOAs و TOTs ، يشكل جهاز الاستقبال أربع قيم لوقت الرحلة (TOF) ، والتي (نظرًا لسرعة الضوء) تعادل تقريبًا نطاقات القمر الصناعي المتلقي بالإضافة إلى فرق الوقت بين جهاز الاستقبال والأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي مضروبًا في سرعة الضوء ، والتي تسمى نطاقات زائفة. ثم يحسب جهاز الاستقبال موقعه ثلاثي الأبعاد وانحراف الساعة عن أربعة TOFs.

من الناحية العملية ، يتم حساب موضع المستقبل (في إحداثيات ديكارتية ثلاثية الأبعاد مع الأصل في مركز الأرض) وإزاحة ساعة المستقبِل بالنسبة إلى وقت GPS في وقت واحد ، باستخدام معادلات الملاحة لمعالجة TOFs.

عادةً ما يتم تحويل موقع الحل المتمركز حول الأرض للمستقبل إلى خطوط الطول والعرض والارتفاع بالنسبة إلى نموذج الأرض الإهليلجي. يمكن بعد ذلك تحويل الارتفاع إلى ارتفاع نسبة إلى الجيود ، والذي يعني أساسًا مستوى سطح البحر. قد يتم عرض هذه الإحداثيات ، على سبيل المثال على شاشة عرض الخرائط المتحركة ، أو تسجيلها أو استخدامها بواسطة نظام آخر ، مثل نظام توجيه السيارة.

تحرير هندسة المستخدم والقمر الصناعي

على الرغم من أن الفروق الزمنية المفاهيمية في الوصول (TDOAs) لا تتشكل بشكل صريح في العادة بشكل صريح في معالجة المستقبل ، فإنها تحدد هندسة القياس. كل TDOA يتوافق مع hyperboloid للثورة (انظر تعدد الأطراف). يشكل الخط الذي يربط بين الساترين المعنيين (وامتداداته) محور الشكل الزائد. يقع جهاز الاستقبال عند النقطة التي تتقاطع فيها ثلاثة أشكال زائدة. [70] [71]

يُقال أحيانًا بشكل غير صحيح أن موقع المستخدم يقع عند تقاطع ثلاث مجالات. في حين أنه من الأسهل تصور ذلك ، فإن هذا هو الحال فقط إذا كان لدى جهاز الاستقبال ساعة متزامنة مع ساعات القمر الصناعي (أي يقيس جهاز الاستقبال النطاقات الحقيقية للأقمار الصناعية بدلاً من اختلافات النطاق). هناك مزايا أداء ملحوظة للمستخدم الذي يحمل ساعة متزامنة مع الأقمار الصناعية. قبل كل شيء ، هناك حاجة لثلاثة أقمار صناعية فقط لحساب حل الموقع. إذا كان جزءًا أساسيًا من مفهوم GPS الذي يحتاج إليه جميع المستخدمين لحمل ساعة متزامنة ، فيمكن نشر عدد أقل من الأقمار الصناعية ، لكن تكلفة معدات المستخدم وتعقيدها ستزداد.

المتلقي قيد التشغيل المستمر تحرير

الوصف أعلاه يمثل حالة بدء تشغيل جهاز الاستقبال. تحتوي معظم أجهزة الاستقبال على خوارزمية تتبع ، تسمى أحيانًا a تعقب، التي تجمع مجموعات من قياسات الأقمار الصناعية التي تم جمعها في أوقات مختلفة - في الواقع ، مع الاستفادة من حقيقة أن المواضع المتتالية للمستقبل تكون عادة قريبة من بعضها البعض. بعد معالجة مجموعة من القياسات ، يتنبأ المتعقب بموقع المستقبل المقابل للمجموعة التالية من قياسات القمر الصناعي. عندما يتم جمع القياسات الجديدة ، يستخدم المستقبِل مخطط ترجيح لدمج القياسات الجديدة مع تنبؤ المتعقب. بشكل عام ، يمكن للمتعقب (أ) تحسين موضع المستقبِل ودقة الوقت ، (ب) رفض القياسات السيئة ، (ج) تقدير سرعة واتجاه المستقبِل.

عيب جهاز التعقب هو أنه لا يمكن حساب التغييرات في السرعة أو الاتجاه إلا مع تأخير ، ويصبح هذا الاتجاه المشتق غير دقيق عندما تنخفض المسافة المقطوعة بين قياسات الموضع أسفل أو بالقرب من الخطأ العشوائي لقياس الموقع. يمكن لوحدات GPS استخدام قياسات انزياح دوبلر للإشارات المستقبلة لحساب السرعة بدقة. [72] تستخدم أنظمة الملاحة الأكثر تقدمًا مستشعرات إضافية مثل البوصلة أو نظام الملاحة بالقصور الذاتي لتكملة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

تحرير التطبيقات غير الملاحية

يتطلب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أربعة أقمار صناعية أو أكثر حتى تكون مرئية من أجل التنقل الدقيق. يعطي حل معادلات التنقل موضع جهاز الاستقبال جنبًا إلى جنب مع الاختلاف بين الوقت الذي تحتفظ به ساعة جهاز الاستقبال على متن الطائرة والوقت الحقيقي من اليوم ، مما يلغي الحاجة إلى ساعة تعتمد على جهاز استقبال أكثر دقة وربما غير عملية . تطبيقات GPS مثل نقل الوقت وتوقيت إشارة المرور ومزامنة محطات الهاتف الخليوي ، تستفيد من هذا التوقيت الرخيص والدقيق للغاية. تستخدم بعض تطبيقات GPS هذا الوقت للعرض ، أو لا تستخدمها على الإطلاق بخلاف حسابات الموقع الأساسية.

على الرغم من أن هناك حاجة إلى أربعة أقمار صناعية للتشغيل العادي ، يتم تطبيق عدد أقل في حالات خاصة. إذا كان أحد المتغيرات معروفًا بالفعل ، فيمكن للمستقبل تحديد موقعه باستخدام ثلاثة أقمار صناعية فقط. على سبيل المثال ، قد تكون سفينة أو طائرة على علم بالارتفاع. قد تستخدم بعض أجهزة استقبال GPS أدلة أو افتراضات إضافية مثل إعادة استخدام آخر ارتفاع معروف ، أو الحساب الميت ، أو الملاحة بالقصور الذاتي ، أو تضمين معلومات من كمبيوتر السيارة ، لإعطاء موقع (ربما متدهور) عندما يكون أقل من أربعة أقمار صناعية مرئية. [73] [74] [75]

يتكون نظام تحديد المواقع العالمي الحالي من ثلاثة أجزاء رئيسية. هذه هي الجزء الفضائي ، وقطاع التحكم ، وقطاع المستخدم. [76] تقوم القوة الفضائية الأمريكية بتطوير وصيانة وتشغيل قطاعي الفضاء والتحكم. تبث أقمار GPS الصناعية إشارات من الفضاء ، ويستخدم كل جهاز استقبال GPS هذه الإشارات لحساب موقعه ثلاثي الأبعاد (خط العرض وخط الطول والارتفاع) والوقت الحالي. [77]

تحرير مقطع الفضاء

يتكون الجزء الفضائي (SS) من 24 إلى 32 قمراً صناعياً ، أو المركبات الفضائية (SV) ، في مدار أرضي متوسط ​​، ويتضمن أيضًا محولات الحمولة للمعززات المطلوبة لإطلاقها في المدار. دعا تصميم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الأصل إلى 24 SVs ، ثمانية لكل منها في ثلاثة مدارات دائرية تقريبًا ، [78] ولكن تم تعديل هذا إلى ستة مستويات مدارية مع أربعة أقمار صناعية لكل منها. [79] تمتلك طائرات المدار الستة ميلًا يبلغ 55 درجة تقريبًا (إمالة بالنسبة إلى خط الاستواء للأرض) ويتم فصلها بمقدار 60 درجة صعودًا يمينًا للعقدة الصاعدة (الزاوية على طول خط الاستواء من نقطة مرجعية إلى تقاطع المدار). [80] الفترة المدارية هي نصف يوم فلكي ، أي 11 ساعة و 58 دقيقة بحيث تمر الأقمار الصناعية فوق نفس المواقع [81] أو نفس المواقع تقريبًا [82] كل يوم. يتم ترتيب المدارات بحيث تكون ستة أقمار صناعية على الأقل دائمًا في نطاق الرؤية من كل مكان على سطح الأرض (انظر الرسوم المتحركة على اليمين). [83] نتيجة هذا الهدف هي أن الأقمار الصناعية الأربعة ليست متباعدة بشكل متساوٍ (90 درجة) داخل كل مدار. بشكل عام ، الفرق الزاوي بين الأقمار الصناعية في كل مدار هو 30 درجة و 105 درجة و 120 درجة و 105 درجة على حدة ، والتي مجموعها 360 درجة. [84]

يدور على ارتفاع حوالي 20200 كم (12600 ميل) نصف قطر مداري يبلغ حوالي 26600 كم (16500 ميل) ، [85] يجعل كل SV مدارين كاملين في كل يوم فلكي ، مع تكرار نفس المسار الأرضي كل يوم. [86] كان هذا مفيدًا جدًا أثناء التطوير لأنه حتى مع وجود أربعة أقمار صناعية فقط ، فإن المحاذاة الصحيحة تعني أن الأربعة كلها مرئية من مكان واحد لبضع ساعات كل يوم. بالنسبة للعمليات العسكرية ، يمكن استخدام تكرار المسار الأرضي لضمان تغطية جيدة في مناطق القتال.

اعتبارًا من فبراير 2019 [تحديث] ، [87] هناك 31 قمراً صناعياً في كوكبة GPS ، 27 منها قيد الاستخدام في وقت معين مع تخصيص الباقي كقمر احتياطي. تم إطلاق الرقم 32 في عام 2018 ، ولكن اعتبارًا من يوليو 2019 لا يزال قيد التقييم. يوجد المزيد من الأقمار الصناعية التي تم إيقاف تشغيلها في المدار ومتاحة كقطع غيار.تعمل الأقمار الصناعية الإضافية على تحسين دقة حسابات مستقبل GPS من خلال توفير قياسات زائدة عن الحاجة. مع زيادة عدد الأقمار الصناعية ، تم تغيير الكوكبة إلى ترتيب غير منتظم. وقد ثبت أن مثل هذا الترتيب يحسن الدقة ولكنه يحسن أيضًا موثوقية وتوافر النظام ، بالنسبة إلى نظام موحد ، عندما تفشل عدة أقمار صناعية. [88] مع الكوكبة الموسعة ، عادة ما تكون تسعة أقمار صناعية مرئية من أي نقطة على الأرض في أي وقت ، مما يضمن تكرارًا كبيرًا على الحد الأدنى من أربعة أقمار صناعية مطلوبة للموقع.

تحرير جزء التحكم

يتكون جزء التحكم (CS) من:

  1. محطة تحكم رئيسية (MCS) ،
  2. محطة تحكم رئيسية بديلة ،
  3. أربعة هوائيات أرضية مخصصة ، و
  4. ست محطات مراقبة مخصصة.

يمكن لـ MCS أيضًا الوصول إلى الهوائيات الأرضية لشبكة التحكم في الأقمار الصناعية للقوات الجوية الأمريكية (AFSCN) (لقدرات القيادة والتحكم الإضافية) ومحطات المراقبة NGA (وكالة الاستخبارات الجغرافية المكانية الوطنية). يتم تتبع مسارات رحلات الأقمار الصناعية بواسطة محطات مراقبة تابعة للقوات الفضائية الأمريكية في هاواي ، وكواجالين أتول ، وجزيرة أسينسيون ، ودييجو غارسيا ، وكولورادو سبرينغز ، وكولورادو ، وكيب كانافيرال ، إلى جانب محطات مراقبة NGA المشتركة التي تعمل في إنجلترا ، والأرجنتين ، والإكوادور ، والبحرين ، أستراليا وواشنطن العاصمة. [89] يتم إرسال معلومات التعقب إلى MCS في قاعدة شريفر الجوية على بعد 25 كم (16 ميل) ESE من كولورادو سبرينغز ، والتي يتم تشغيلها بواسطة سرب العمليات الفضائية الثاني (2 SOPS) التابع لقوة الفضاء الأمريكية. ثم يتصل 2 SOPS بكل قمر صناعي GPS بانتظام مع تحديث ملاحي باستخدام هوائيات أرضية مخصصة أو مشتركة (AFSCN) (توجد هوائيات أرضية مخصصة لنظام تحديد المواقع العالمي في Kwajalein و Ascension Island و Diego Garcia و Cape Canaveral). تقوم هذه التحديثات بمزامنة الساعات الذرية على متن الأقمار الصناعية في غضون بضع نانوثانية من بعضها البعض ، وضبط التقويم الفلكي للنموذج المداري الداخلي لكل قمر صناعي. يتم إنشاء التحديثات بواسطة مرشح كالمان الذي يستخدم مدخلات من محطات المراقبة الأرضية ومعلومات الطقس الفضائي ومدخلات أخرى متنوعة. [90]

مناورات القمر الصناعي ليست دقيقة وفقًا لمعايير GPS - لذلك لتغيير مدار القمر الصناعي ، يجب وضع علامة على القمر الصناعي غير صحي، لذلك لا تستخدمه أجهزة الاستقبال. بعد مناورة القمر الصناعي ، يقوم المهندسون بتتبع المدار الجديد من الأرض ، وتحميل التقويم الفلكي الجديد ، ووضع علامة على القمر الصناعي سليمًا مرة أخرى.

يعمل جزء التحكم في العملية (OCS) حاليًا كقطعة تحكم في السجل. يوفر القدرة التشغيلية التي تدعم مستخدمي GPS وتحافظ على تشغيل GPS وأداءه ضمن المواصفات.

نجح نظام OCS في استبدال الكمبيوتر الرئيسي القديم الذي يعود إلى حقبة السبعينيات في قاعدة شريفر الجوية في سبتمبر 2007. بعد التثبيت ، ساعد النظام في تمكين الترقيات وتوفير أساس لهيكل أمني جديد يدعم القوات المسلحة الأمريكية.

سيستمر نظام OCS في كونه نظام التحكم الأرضي المسجل حتى يتم تطوير وتشغيل الجزء الجديد ، نظام التحكم في تشغيل GPS من الجيل التالي [6] (OCX) ، بشكل كامل. القدرات الجديدة التي توفرها OCX ستكون حجر الزاوية لإحداث ثورة في قدرات مهمة GPS ، وتمكين [91] قوة الفضاء الأمريكية من تعزيز الخدمات التشغيلية لنظام تحديد المواقع العالمي بشكل كبير للقوات القتالية الأمريكية والشركاء المدنيين وعدد لا يحصى من المستخدمين المحليين والدوليين. سيقلل برنامج GPS OCX أيضًا التكلفة والجدول الزمني والمخاطر الفنية. وهي مصممة لتوفير 50٪ [92] وفورات في تكاليف الاستدامة من خلال هندسة البرمجيات الفعالة والخدمات اللوجستية المستندة إلى الأداء. بالإضافة إلى ذلك ، من المتوقع أن تكلف GPS OCX الملايين أقل من تكلفة ترقية OCS مع توفير أربعة أضعاف القدرة.

يمثل برنامج GPS OCX جزءًا مهمًا من تحديث GPS ويوفر تحسينات مهمة في ضمان المعلومات على برنامج GPS OCS الحالي.

  • سيكون لدى OCX القدرة على التحكم في الأقمار الصناعية القديمة لنظام GPS وإدارتها بالإضافة إلى الجيل التالي من أقمار GPS III ، مع تمكين مجموعة كاملة من الإشارات العسكرية.
  • مبني على بنية مرنة يمكنها التكيف بسرعة مع الاحتياجات المتغيرة لمستخدمي GPS الحاليين والمستقبليين ، مما يتيح الوصول الفوري إلى بيانات GPS وحالة الكوكبة من خلال معلومات آمنة ودقيقة وموثوقة.
  • يزود المحارب بمعلومات أكثر أمانًا وقابلية للتنفيذ وتوقعًا لتعزيز الوعي بالأوضاع.
  • تمكن الإشارات الحديثة الجديدة (L1C و L2C و L5) ولديها قدرة M-code ، والتي لا يستطيع النظام القديم القيام بها.
  • يوفر تحسينات كبيرة في ضمان المعلومات على البرنامج الحالي بما في ذلك اكتشاف الهجمات الإلكترونية ومنعها ، أثناء العزل والاحتواء والتشغيل أثناء مثل هذه الهجمات.
  • يدعم حجمًا أعلى بالقرب من قدرات وقدرات القيادة والتحكم في الوقت الفعلي.

في 14 سبتمبر 2011 ، [93] أعلن سلاح الجو الأمريكي الانتهاء من مراجعة التصميم الأولي لنظام تحديد المواقع العالمي OCX وأكد أن برنامج OCX جاهز للمرحلة التالية من التطوير.

لقد فات برنامج GPS OCX معالم رئيسية وهو يدفع بإطلاقه إلى عام 2021 ، أي بعد 5 سنوات من الموعد النهائي الأصلي. وفقًا لمكتب المحاسبة الحكومي ، حتى هذا الموعد النهائي الجديد يبدو متزعزعًا. [94]

تحرير مقطع المستخدم

يتألف قطاع المستخدمين (الولايات المتحدة) من مئات الآلاف من المستخدمين العسكريين الأمريكيين والمتحالفين مع خدمة تحديد المواقع الدقيقة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الآمن ، وعشرات الملايين من المستخدمين المدنيين والتجاريين والعلميين لخدمة تحديد المواقع القياسية. بشكل عام ، تتكون مستقبلات GPS من هوائي ، مضبوط على الترددات المرسلة من الأقمار الصناعية ، ومعالجات المستقبل ، وساعة عالية الاستقرار (غالبًا مذبذب بلوري). قد تتضمن أيضًا شاشة عرض لتوفير معلومات الموقع والسرعة للمستخدم. غالبًا ما يوصف جهاز الاستقبال بعدد قنواته: يشير هذا إلى عدد الأقمار الصناعية التي يمكنه مراقبتها في وقت واحد. يقتصر هذا في الأصل على أربعة أو خمسة ، وقد زاد هذا تدريجياً على مر السنين بحيث ، اعتبارًا من عام 2007 [تحديث] ، تحتوي أجهزة الاستقبال عادةً على ما بين 12 و 20 قناة. على الرغم من وجود العديد من الشركات المصنعة لأجهزة الاستقبال ، إلا أنهم يستخدمون جميعًا تقريبًا إحدى الشرائح المنتجة لهذا الغرض. [ بحاجة لمصدر ]

قد تتضمن مُستقبلات GPS مُدخلًا لتصحيحات تفاضلية باستخدام تنسيق RTCM SC-104. عادة ما يكون هذا في شكل منفذ RS-232 بسرعة 4800 بت / ثانية. يتم إرسال البيانات في الواقع بمعدل أقل بكثير ، مما يحد من دقة الإشارة المرسلة باستخدام RTCM. [ بحاجة لمصدر ] يمكن لأجهزة الاستقبال المزودة بمستقبلات DGPS داخلية أن تتفوق في الأداء على تلك التي تستخدم بيانات RTCM خارجية. [ بحاجة لمصدر ] اعتبارًا من عام 2006 [تحديث] ، حتى الوحدات منخفضة التكلفة تشتمل عادةً على مستقبلات نظام تكبير المنطقة الواسعة (WAAS).

يمكن للعديد من أجهزة استقبال GPS ترحيل بيانات الموقع إلى جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر باستخدام بروتوكول NMEA 0183. على الرغم من تعريف هذا البروتوكول رسميًا من قبل الرابطة الوطنية للإلكترونيات البحرية (NMEA) ، [95] تم تجميع الإشارات إلى هذا البروتوكول من السجلات العامة ، مما يسمح لأدوات مفتوحة المصدر مثل GPSd بقراءة البروتوكول دون انتهاك قوانين الملكية الفكرية. [ التوضيح المطلوب ] توجد بروتوكولات ملكية أخرى أيضًا ، مثل SiRF وبروتوكولات MTK. يمكن أن تتفاعل أجهزة الاستقبال مع الأجهزة الأخرى باستخدام طرق تشمل الاتصال التسلسلي أو USB أو Bluetooth.

بينما كان في الأصل مشروعًا عسكريًا ، يعتبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تقنية ذات استخدام مزدوج ، مما يعني أن لها تطبيقات مدنية مهمة أيضًا.

أصبح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أداة منتشرة على نطاق واسع ومفيدة للتجارة والاستخدامات العلمية والتتبع والمراقبة. يعمل الوقت الدقيق لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على تسهيل الأنشطة اليومية مثل العمليات المصرفية وعمليات الهاتف المحمول وحتى التحكم في شبكات الطاقة من خلال السماح بتبديل يدوي متزامن جيدًا. [77]

تحرير المدني

تستخدم العديد من التطبيقات المدنية واحدًا أو أكثر من المكونات الأساسية الثلاثة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS): الموقع المطلق ، والحركة النسبية ، ونقل الوقت.

    : دراسة التأخيرات في طبقة التروبوسفير (استعادة محتوى الماء المتغير) وتأخيرات الأيونوسفير (استعادة عدد الإلكترونات الحرة). [96] استعادة عمليات إزاحة سطح الأرض بسبب الضغط الجوي. [97]: تُستخدم بيانات المزامنة الموضعية والساعة في القياس الفلكي والميكانيكا السماوية وتحديد المدار بدقة. [98] يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أيضًا في كل من علم الفلك للهواة مع التلسكوبات الصغيرة وكذلك في المراصد المهنية للعثور على الكواكب خارج المجموعة الشمسية. : تطبيق مواقع ومسارات السيارات والشاحنات لتعمل بدون سائق بشري. : يستخدم رسامو الخرائط المدنيون والعسكريون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على نطاق واسع. : تتيح مزامنة الساعة نقل الوقت ، وهو أمر بالغ الأهمية لمزامنة رموز الانتشار الخاصة بها مع المحطات الأساسية الأخرى لتسهيل التسليم بين الخلايا ودعم اكتشاف المواقع الخلوية / GPS الهجينة لمكالمات الطوارئ المتنقلة والتطبيقات الأخرى. تم إطلاق الهواتف الأولى المزودة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أواخر التسعينيات. قامت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) بتكليف الميزة إما في الهاتف أو في الأبراج (للاستخدام في التثليث) في عام 2002 حتى تتمكن خدمات الطوارئ من تحديد موقع 911 متصلًا. حصل مطورو برامج الجهات الخارجية لاحقًا على إمكانية الوصول إلى واجهات برمجة تطبيقات GPS من Nextel عند الإطلاق ، تليها Sprint في عام 2006 ، ثم Verizon بعد ذلك بوقت قصير. : دقة إشارات وقت GPS (± 10 نانوثانية) [99] تأتي في المرتبة الثانية بعد الساعات الذرية التي تعتمد عليها ، وتُستخدم في تطبيقات مثل مذبذبات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). / خدمات الطوارئ: تعتمد العديد من خدمات الطوارئ على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لإمكانيات الموقع والتوقيت.
  • المسابير الراديوية وأجهزة الإسقاط المجهزة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS): قم بقياس وحساب الضغط الجوي وسرعة الرياح واتجاهها حتى 27 كم (89000 قدم) من سطح الأرض. لتطبيقات علوم الطقس والغلاف الجوي. [100]: يُستخدم لتحديد تقارير الاتصال وتحديد موقعها والاحتفاظ بها مع مركبة أسطول واحدة أو أكثر في الوقت الفعلي. : تحديد معلمات اتجاه الأرض بما في ذلك الحركة القطبية اليومية ودون اليومية ، [101] ومتغيرات طول اليوم ، [102] مركز كتلة الأرض - حركة المركز الجغرافي ، [103] ومعلمات مجال الجاذبية المنخفضة الدرجة . [104]: تستخدم أنظمة تتبع المركبات وأنظمة تتبع الأشخاص وأنظمة تتبع الحيوانات الأليفة نظام تحديد المواقع العالمي لتحديد الأجهزة المتصلة أو التي يحملها شخص أو مركبة أو حيوان أليف. يمكن للتطبيق توفير تتبع مستمر وإرسال إخطارات إذا غادر الهدف منطقة معينة (أو "مسيجة"). [105]: تطبيق إحداثيات الموقع على الأشياء الرقمية مثل الصور (في بيانات Exif) والمستندات الأخرى لأغراض مثل إنشاء تراكبات خرائط بأجهزة مثل Nikon GP-1: أدى استخدام RTK GPS إلى تحسين العديد من عمليات التعدين مثل الحفر والتجريف وتتبع المركبات والمسح. يوفر RTK GPS دقة تحديد المواقع على مستوى السنتيمتر. : من الممكن تجميع بيانات GPS من عدة مستخدمين لفهم أنماط الحركة والمسارات الشائعة والمواقع المثيرة للاهتمام. [106]: يحدد الموقع المحتوى الذي سيتم عرضه على سبيل المثال ، معلومات حول اقتراب نقطة الاهتمام. : يقدّر الملاحون قياسات السرعة والاتجاه الرقمية الدقيقة ، فضلاً عن المواضع الدقيقة في الوقت الفعلي بدعم من تصحيحات المدار والساعة. [107] تحديد الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض مع مستقبل GPS مثبت على متنها ، مثل GOCE ، [108] GRACE ، و Jason-1 ، و Jason-2 ، و TerraSAR-X ، و TanDEM-X ، و CHAMP ، و Sentinel-3 ، [109] و بعض مكعبات ، على سبيل المثال ، مكعب. : يتيح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إجراء طابع زمني دقيق للغاية لقياسات نظام الطاقة ، مما يجعل من الممكن حساب الأطوار. : على سبيل المثال ، Geocaching و Geodashing ورسم GPS و waymarking وأنواع أخرى من الألعاب المحمولة القائمة على الموقع مثل Pokémon Go. : تحقيق وتكثيف الأطر المرجعية الأرضية [110] في إطار النظام العالمي للرصد الجيوديسي. التواجد المشترك في الفضاء بين نطاق الليزر الساتلي [111] ورصدات الميكروويف [112] لاشتقاق المعلمات الجيوديسية العالمية. [113] [114]: روبوتات ذاتية التنقل وذاتية الحركة باستخدام مستشعرات GPS ، والتي تحسب خطوط الطول والعرض والوقت والسرعة والعنوان. : يستخدم في كرة القدم والرجبي للتحكم في الحمل التدريبي وتحليله. [115]: يستخدم المساحون المواقع المطلقة لعمل الخرائط وتحديد حدود الممتلكات. : يتيح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) قياس الزلازل بحركة الخطأ المباشر. بين الزلازل يمكن استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لقياس حركة القشرة الأرضية والتشوه [116] لتقدير تراكم السلالة الزلزالية لإنشاء خرائط المخاطر الزلزالية. : تقنية GPS مدمجة مع أجهزة الكمبيوتر وتكنولوجيا الاتصالات المتنقلة في أنظمة الملاحة بالسيارات.

القيود على الاستخدام المدني

تسيطر حكومة الولايات المتحدة على تصدير بعض أجهزة الاستقبال المدنية. يتم تصنيف جميع أجهزة استقبال GPS القادرة على العمل على ارتفاع 60.000 قدم (18 كم) فوق مستوى سطح البحر و 1000 عقدة (500 م / ث 2000 كم / ساعة 1000 ميل في الساعة) ، أو مصممة أو معدلة للاستخدام مع الصواريخ والطائرات بدون طيار ، على أنها ذخائر (أسلحة ) - مما يعني أنها تتطلب تراخيص تصدير من وزارة الخارجية. [117]

تنطبق هذه القاعدة حتى على الوحدات المدنية البحتة التي لا تتلقى إلا تردد L1 ورمز C / A (تقريبي / اكتساب).

تعطيل العملية فوق هذه الحدود يعفي المتلقي من التصنيف كذخيرة. تختلف تفسيرات البائعين. تشير القاعدة إلى التشغيل عند كل من الارتفاع والسرعة المستهدفين ، لكن بعض أجهزة الاستقبال تتوقف عن العمل حتى عندما تكون ثابتة. وقد تسبب هذا في مشاكل مع بعض عمليات إطلاق منطاد هواة الراديو التي تصل بانتظام إلى 30 كم (100000 قدم).

تنطبق هذه الحدود فقط على الوحدات أو المكونات المصدرة من الولايات المتحدة. توجد تجارة متنامية في مختلف المكونات ، بما في ذلك وحدات GPS من بلدان أخرى. يتم بيعها صراحةً على أنها خالية من ITAR.

التحرير العسكري

اعتبارًا من عام 2009 ، تشمل تطبيقات GPS العسكرية ما يلي:

  • التنقل: يستخدم الجنود نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للعثور على الأهداف ، حتى في الظلام أو في منطقة غير مألوفة ، ولتنسيق حركة القوات والإمداد. في القوات المسلحة للولايات المتحدة ، يستخدم القادة المساعد الرقمي للقائد والرتب الدنيا تستخدم مساعد رقمي جندي. [118]
  • تتبع الهدف: تستخدم أنظمة الأسلحة العسكرية المختلفة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتتبع الأهداف الأرضية والجوية المحتملة قبل وضع علامة عليها على أنها معادية. [بحاجة لمصدر] تمرر أنظمة الأسلحة هذه إحداثيات الهدف إلى الذخائر الموجهة بدقة للسماح لها بالاشتباك مع الأهداف بدقة. تستخدم الطائرات العسكرية ، لا سيما في الأدوار جو-أرض ، نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للعثور على الأهداف.
  • توجيه الصواريخ والقذائف: يسمح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بالاستهداف الدقيق لمختلف الأسلحة العسكرية بما في ذلك الصواريخ الباليستية العابرة للقارات وصواريخ كروز والذخائر الموجهة بدقة وقذائف المدفعية. أجهزة استقبال GPS المدمجة قادرة على تحمل تسارع يصل إلى 12000 ز أو حوالي 118 كم / ثانية 2 (260.000 ميل في الساعة) تم تطويرها للاستخدام في قذائف هاوتزر عيار 155 ملم (6.1 بوصة). [119]
  • البحث و الإنقاذ.
  • الاستطلاع: يمكن إدارة حركة الدوريات عن كثب.
  • تحمل الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مجموعة من أجهزة الكشف عن التفجير النووي تتكون من مستشعر بصري يسمى bhangmeter ، ومستشعر الأشعة السينية ، ومقياس الجرعات ، ومستشعر النبض الكهرومغناطيسي (EMP) (مستشعر W) ، والتي تشكل جزءًا كبيرًا من الولايات المتحدة نظام كشف التفجير النووي. [120] [121] صرح الجنرال ويليام شيلتون أن الأقمار الصناعية المستقبلية قد تتخلى عن هذه الميزة لتوفير المال. [122]

تم استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأول مرة في الحرب في حرب الخليج عام 1991 ، قبل أن يتم تطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بالكامل في عام 1995 ، لمساعدة قوات التحالف على الإبحار وإجراء المناورات في الحرب. أظهرت الحرب أيضًا ضعف نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للتشويش ، عندما قامت القوات العراقية بتركيب أجهزة تشويش على أهداف محتملة تنبعث منها ضوضاء لاسلكية ، مما يعطل استقبال إشارة GPS الضعيفة. [123]

تُعد قابلية نظام GPS للتشويش تهديدًا يستمر في النمو مع نمو معدات التشويش والخبرة. [124] [125] تم الإبلاغ عن تشويش إشارات GPS عدة مرات على مر السنين لأغراض عسكرية. يبدو أن لدى روسيا أهدافًا عديدة لهذا السلوك ، مثل تخويف الجيران مع تقويض الثقة في اعتمادهم على الأنظمة الأمريكية ، والترويج لبديل GLONASS ، وتعطيل التدريبات العسكرية الغربية ، وحماية الأصول من الطائرات بدون طيار. [126] تستخدم الصين التشويش لتثبيط طائرات المراقبة الأمريكية بالقرب من جزر سبراتلي المتنازع عليها. [١٢٦] شنت كوريا الشمالية العديد من عمليات التشويش الرئيسية بالقرب من حدودها مع كوريا الجنوبية وفي البحر ، مما أدى إلى تعطيل الرحلات الجوية والشحن وعمليات الصيد. [128]

تحرير ضبط الوقت

الثواني الكبيسة تحرير

بينما تستمد معظم الساعات وقتها من التوقيت العالمي المنسق (UTC) ، يتم ضبط الساعات الذرية على الأقمار الصناعية على "وقت GPS". الفرق هو أن وقت GPS لا يتم تصحيحه لمطابقة دوران الأرض ، لذلك لا يحتوي على الثواني الكبيسة أو التصحيحات الأخرى التي تتم إضافتها بشكل دوري إلى التوقيت العالمي المنسق (UTC). تم ضبط وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمطابقة التوقيت العالمي المنسق (UTC) في عام 1980 ، ولكنه تباعد منذ ذلك الحين. يعني عدم وجود تصحيحات أن وقت GPS يظل في إزاحة ثابتة مع التوقيت الذري الدولي (TAI) (TAI - GPS = 19 ثانية). يتم إجراء تصحيحات دورية للساعات الموجودة على متن الطائرة لإبقائها متزامنة مع الساعات الأرضية. [129]

تتضمن رسالة ملاحة GPS الفرق بين وقت GPS و UTC. اعتبارًا من يناير 2017 ، [تحديث] وقت GPS يسبق التوقيت العالمي المنسق بـ 18 ثانية بسبب الثانية الكبيسة المضافة إلى التوقيت العالمي المنسق في 31 ديسمبر 2016. [130] تطرح أجهزة الاستقبال هذا الإزاحة من وقت GPS لحساب التوقيت العالمي المنسق وقيم المنطقة الزمنية المحددة. قد لا تعرض وحدات GPS الجديدة وقت UTC الصحيح إلا بعد تلقي رسالة تعويض UTC. يمكن أن يستوعب حقل الإزاحة GPS-UTC 255 ثانية كبيسة (ثماني بتات).

دقة التحرير

وقت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) دقيق من الناحية النظرية بحوالي 14 نانوثانية ، بسبب انجراف الساعة الذي تختبره الساعات الذرية في أجهزة إرسال GPS ، بالنسبة إلى التوقيت الذري الدولي. [131] تفقد معظم أجهزة الاستقبال الدقة في تفسير الإشارات وتكون دقيقة فقط حتى 100 نانوثانية. [132] [133]

تنسيق التحرير

على عكس تنسيق السنة والشهر واليوم في التقويم الغريغوري ، يتم التعبير عن تاريخ GPS كرقم أسبوع ورقم ثواني في الأسبوع. يتم إرسال رقم الأسبوع كحقل من عشرة بتات في رسائل التنقل C / A و P (Y) ، وبالتالي يصبح صفرًا مرة أخرى كل 1024 أسبوعًا (19.6 سنة). بدأ أسبوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) صفرًا في الساعة 00:00:00 بالتوقيت العالمي المنسق (00:00:19 TAI) في 6 يناير 1980 ، وأصبح رقم الأسبوع صفرًا مرة أخرى لأول مرة في الساعة 23:59:47 بالتوقيت العالمي المنسق في 21 أغسطس 1999 (00 : 00:19 TAI في 22 أغسطس 1999). حدث ذلك في المرة الثانية الساعة 23:59:42 بالتوقيت العالمي المنسق في 6 أبريل 2019. لتحديد التاريخ الميلادي الحالي ، يجب تزويد جهاز استقبال GPS بالتاريخ التقريبي (خلال 3584 يومًا) لترجمة إشارة تاريخ GPS بشكل صحيح. لمعالجة هذا القلق في المستقبل ، ستستخدم رسالة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للملاحة المدنية (CNAV) حقلًا مكونًا من 13 بتًا يتكرر فقط كل 8192 أسبوعًا (157 عامًا) ، وبالتالي يستمر حتى 2137 (157 عامًا بعد أسبوع GPS صفر).

تقوم الإشارات الملاحية التي ترسلها أقمار GPS الصناعية بتشفير مجموعة متنوعة من المعلومات بما في ذلك مواقع الأقمار الصناعية وحالة الساعات الداخلية وصحة الشبكة. يتم إرسال هذه الإشارات على ترددين منفصلين من الموجات الحاملة المشتركة لجميع الأقمار الصناعية في الشبكة.يتم استخدام ترميزين مختلفين: ترميز عام يتيح التنقل بدقة أقل ، وتشفير مشفر يستخدمه الجيش الأمريكي.

تحرير تنسيق الرسالة

تنسيق رسالة GPS
الإطارات الفرعية وصف
1 ساعة القمر الصناعي
علاقة الوقت بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
2–3 التقويم الفلكي
(مدار القمر الصناعي الدقيق)
4–5 مكون التقويم
(ملخص شبكة الأقمار الصناعية ،
تصحيح الاخطاء)

يبث كل قمر صناعي GPS بشكل مستمر أ رسالة ملاحية على الترددات L1 (C / A و P / Y) و L2 (P / Y) بمعدل 50 بت في الثانية (انظر معدل البت). تستغرق كل رسالة كاملة 750 ثانية (12 + 1 2 دقيقة) حتى تكتمل. تحتوي بنية الرسالة على تنسيق أساسي لإطار طوله 1500 بت يتكون من خمسة إطارات فرعية ، يبلغ طول كل إطار فرعي 300 بت (6 ثوانٍ). يتم تبديل الإطارات الفرعية 4 و 5 25 مرة لكل إطار ، بحيث تتطلب رسالة البيانات الكاملة نقل 25 إطارًا كاملاً. يتكون كل إطار فرعي من عشر كلمات ، يبلغ طول كل منها 30 بتًا. وبالتالي ، مع وجود 300 بت في إطار فرعي مضروبًا في 5 إطارات فرعية في إطار مضروبًا في 25 إطارًا في الرسالة ، يبلغ طول كل رسالة 37500 بت. بمعدل إرسال 50 بت / ثانية ، يمنحك هذا 750 ثانية لإرسال رسالة تقويم كاملة (GPS). يبدأ كل إطار مدته 30 ثانية على وجه التحديد في الدقيقة أو نصف الدقيقة كما هو مبين بالساعة الذرية على كل قمر صناعي. [134]

تبث جميع الأقمار الصناعية على نفس الترددات ، وترميز الإشارات باستخدام الوصول المتعدد بتقسيم الكود الفريد (CDMA) حتى تتمكن أجهزة الاستقبال من تمييز الأقمار الصناعية الفردية عن بعضها البعض. يستخدم النظام نوعين متميزين من ترميز CDMA: الكود الخشن / الاستحواذ (C / A) ، والذي يمكن الوصول إليه من قبل عامة الناس ، والرمز الدقيق (P (Y)) ، والذي يتم تشفيره بحيث يقتصر على الجيش الأمريكي وغيره يمكن لدول الناتو التي تم منحها حق الوصول إلى رمز التشفير الوصول إليه. [137]

يتم تحديث التقويم الفلكي كل ساعتين ويكون ثابتًا بدرجة كافية لمدة 4 ساعات ، مع توفير تحديثات كل 6 ساعات أو أكثر في الظروف غير الاسمية. يتم تحديث التقويم عادةً كل 24 ساعة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحميل البيانات لبضعة أسابيع بعد ذلك في حالة تحديثات الإرسال التي تؤخر تحميل البيانات. [ بحاجة لمصدر ]

ترددات الأقمار الصناعية تحرير

نظرة عامة على تردد GPS [138]: 607
فرقة تكرر وصف
L1 1575.42 ميجا هرتز اقتناء خشن (C / A) ورموز الدقة المشفرة (P (Y)) ، بالإضافة إلى رموز L1 المدنية (L1C) والعسكرية (M) على أقمار بلوك III المستقبلية.
L2 1227.60 ميجا هرتز P (Y) ، بالإضافة إلى L2C والرموز العسكرية على Block IIR-M والأقمار الصناعية الأحدث.
L3 1381.05 ميجا هرتز تستخدم للكشف عن التفجير النووي (NUDET).
L4 1379.913 ميجا هرتز قيد الدراسة من أجل تصحيح أيونوسفير إضافي.
L5 1176.45 ميجا هرتز مُقترح للاستخدام كإشارة لسلامة الأرواح المدنية (SoL).

تبث جميع الأقمار الصناعية على نفس الترددين ، 1.57542 جيجاهرتز (إشارة L1) و 1.2276 جيجاهرتز (إشارة L2). تستخدم شبكة الأقمار الصناعية تقنية طيف انتشار CDMA [138]: 607 حيث يتم تشفير بيانات الرسالة ذات معدل البت المنخفض بتسلسل شبه عشوائي (PRN) عالي المعدل يختلف لكل قمر صناعي. يجب أن يكون جهاز الاستقبال على دراية برموز PRN لكل قمر صناعي لإعادة بناء بيانات الرسالة الفعلية. ينقل رمز C / A ، للاستخدام المدني ، البيانات بمعدل 1.023 مليون شريحة في الثانية ، بينما يرسل الرمز P ، للاستخدام العسكري الأمريكي ، 10.23 مليون شريحة في الثانية. المرجع الداخلي الفعلي للأقمار الصناعية هو 10.22999999543 ميغاهيرتز للتعويض عن التأثيرات النسبية [139] [140] التي تجعل المراقبين على الأرض يدركون مرجعًا زمنيًا مختلفًا فيما يتعلق بالمرسلات في المدار. يتم تشكيل الموجة الحاملة L1 بواسطة كل من الشفرات C / A و P ، بينما يتم تشكيل الموجة الحاملة L2 فقط بواسطة الرمز P. [84] يمكن تشفير الكود P باعتباره ما يسمى برمز P (Y) المتاح فقط للمعدات العسكرية باستخدام مفتاح فك تشفير مناسب. ينقل كل من رموز C / A و P (Y) الوقت الدقيق من اليوم للمستخدم.

تُستخدم إشارة L3 بتردد 1.38105 جيجاهرتز لنقل البيانات من الأقمار الصناعية إلى المحطات الأرضية. يتم استخدام هذه البيانات من قبل نظام الكشف عن التفجيرات النووية (NUDET) بالولايات المتحدة (USNDS) لاكتشاف وتحديد موقع والإبلاغ عن التفجيرات النووية (NUDETs) في الغلاف الجوي للأرض وبالقرب من الفضاء. [141] أحد الاستخدامات هو إنفاذ معاهدات حظر التجارب النووية.

تجري دراسة النطاق L4 عند 1.379913 GHz من أجل تصحيح أيونوسفير إضافي. [138]: 607

تمت إضافة نطاق التردد L5 عند 1.17645 جيجاهرتز في عملية تحديث GPS. يقع هذا التردد ضمن نطاق محمي دوليًا للملاحة الجوية ، مما يعد بتدخل ضئيل أو معدوم في جميع الظروف. تم إطلاق أول قمر صناعي بلوك IIF يوفر هذه الإشارة في مايو 2010. [142] في الخامس من فبراير 2016 ، تم إطلاق القمر الصناعي الثاني عشر والأخير من بلوك IIF. [143] يتكون L5 من مكونين حاملة في تربيع الطور مع بعضهما البعض. كل مكون ناقل هو مفتاح إزاحة ثنائي الطور (BPSK) تم تشكيله بواسطة قطار بتات منفصل. "L5 ، إشارة GPS المدنية الثالثة ، ستدعم في نهاية المطاف تطبيقات سلامة الحياة للطيران وتوفر توفرًا ودقة محسّنين." [144]

في عام 2011 ، تم منح تنازل مشروط لشركة LightSquared لتشغيل خدمة النطاق العريض الأرضي بالقرب من النطاق L1. على الرغم من أن LightSquared قد تقدمت بطلب للحصول على ترخيص للعمل في النطاق 1525 إلى 1559 في وقت مبكر من عام 2003 وتم طرحه للتعليق العام ، طلبت لجنة الاتصالات الفيدرالية من LightSquared تشكيل مجموعة دراسة مع مجتمع GPS لاختبار مستقبلات GPS وتحديد المشكلة التي قد تنشأ بسبب قوة الإشارة الأكبر من شبكة LightSquared الأرضية. لم يعترض مجتمع GPS على تطبيقات LightSquared (سابقًا MSV و SkyTerra) حتى نوفمبر 2010 ، عندما تقدمت LightSquared بطلب لتعديل ترخيص المكون الأرضي الإضافي (ATC). بلغ هذا الإيداع (SAT-MOD-20101118-00239) طلبًا لتشغيل عدة أوامر من القوة أكبر في نفس النطاق الترددي لمحطات القاعدة الأرضية ، وإعادة توجيه ما كان من المفترض أن يكون "حيًا هادئًا" للإشارات من الفضاء مثل ما يعادل شبكة خلوية. أظهر الاختبار في النصف الأول من عام 2011 أن تأثير أقل من 10 ميغا هرتز من الطيف يكون ضئيلًا على أجهزة GPS (تتأثر أقل من 1 ٪ من إجمالي أجهزة GPS). قد يكون لـ 10 ميجاهرتز العلوي المخصص للاستخدام بواسطة LightSquared بعض التأثير على أجهزة GPS. هناك بعض القلق من أن هذا قد يؤدي إلى تدهور خطير في إشارة GPS للعديد من استخدامات المستهلكين. [145] [146] أسبوع الطيران ذكرت المجلة أن الاختبار الأخير (يونيو 2011) يؤكد "تشويش كبير" لنظام GPS بواسطة نظام LightSquared. [147]

الاستخلاص وفك تحرير التحرير

نظرًا لأن جميع إشارات الأقمار الصناعية يتم تشكيلها على نفس تردد الموجة الحاملة L1 ، يجب فصل الإشارات بعد إزالة التشكيل. يتم ذلك عن طريق تخصيص تسلسل ثنائي فريد لكل قمر صناعي يُعرف باسم الرمز الذهبي. يتم فك الإشارات بعد إزالة التشكيل باستخدام إضافة الرموز الذهبية المقابلة للأقمار الصناعية التي يراقبها جهاز الاستقبال. [148] [149]

إذا تم الحصول على معلومات التقويم مسبقًا ، فسيقوم جهاز الاستقبال باختيار الأقمار الصناعية للاستماع إليها بواسطة PRNs ، وهي أرقام فريدة في النطاق من 1 إلى 32. إذا لم تكن معلومات التقويم في الذاكرة ، يدخل جهاز الاستقبال في وضع البحث حتى يتم الحصول على قفل على أحد الأقمار الصناعية. للحصول على قفل ، من الضروري وجود خط رؤية خالٍ من العائق من جهاز الاستقبال إلى القمر الصناعي. يمكن للمستقبل بعد ذلك الحصول على التقويم وتحديد الأقمار الصناعية التي يجب أن يستمع إليها. عندما يكتشف إشارة كل قمر صناعي ، فإنه يتعرف عليها من خلال نمط رمز C / A المميز الخاص به. يمكن أن يكون هناك تأخير يصل إلى 30 ثانية قبل التقدير الأول للموقع بسبب الحاجة إلى قراءة بيانات التقويم الفلكي.

تتيح معالجة رسالة الملاحة تحديد وقت الإرسال وموقع القمر الصناعي في هذا الوقت. لمزيد من المعلومات ، راجع الاستخلاص وفك التشفير المتقدم.

وصف المشكلة تحرير

يستخدم جهاز الاستقبال الرسائل المستلمة من الأقمار الصناعية لتحديد مواقع القمر الصناعي ووقت الإرسال. ال س ، ص ، و ض مكونات موقع القمر الصناعي والوقت المرسل (س) على أنها [xأنا، ذأنا، ضأنا، سأنا] حيث الخط أنا يشير إلى القمر الصناعي وله القيمة 1 ، 2 ،. ن، أين ن ≥ 4. عندما يكون وقت استقبال الرسالة الذي تشير إليه ساعة جهاز الاستقبال على متن الطائرة هو تيأنا، وقت الاستقبال الحقيقي هو رأنا = تيأناب ، أين ب هو انحياز ساعة جهاز الاستقبال من ساعات GPS الأكثر دقة التي تستخدمها الأقمار الصناعية. يكون انحياز ساعة جهاز الاستقبال هو نفسه بالنسبة لجميع إشارات القمر الصناعي المستقبلة (بافتراض أن جميع ساعات القمر الصناعي متزامنة تمامًا). وقت عبور الرسالة هو تيأنابسأنا ، أين سأنا هو وقت القمر الصناعي. بافتراض أن الرسالة سارت بسرعة الضوء ، ج، المسافة المقطوعة هي (تيأنابسأنا) ج .

بالنسبة إلى الأقمار الصناعية n ، فإن المعادلات التي يجب إشباعها هي:

أين دأنا هي المسافة أو المدى الهندسي بين جهاز الاستقبال والقمر الصناعي أنا (القيم التي لا تحتوي على رموز هي ملفات س ، ص ، و ض مكونات موضع المستقبل):

تعريف البرتقال الكاذب مثل p i = (t

بما أن المعادلات بها أربعة مجاهيل [س ، ص ، ض ، ب] —المكونات الثلاثة لموضع مستقبل GPS وانحياز الساعة — إشارات من أربعة أقمار صناعية على الأقل ضرورية لمحاولة حل هذه المعادلات. يمكن حلها بالطرق الجبرية أو العددية. يناقش Abell و Chaffee وجود حلول GPS وتفردها. [70] متى ن أكبر من أربعة ، هذا النظام محدد بشكل مفرط ويجب استخدام طريقة ملائمة.

يختلف مقدار الخطأ في النتائج باختلاف مواقع الأقمار الصناعية المستقبلة في السماء ، لأن بعض التكوينات (عندما تكون الأقمار الصناعية المستقبلة قريبة من بعضها في السماء) تسبب أخطاء أكبر. تحسب أجهزة الاستقبال عادةً تقديرًا جاريًا للخطأ في الموضع المحسوب. يتم ذلك بضرب الدقة الأساسية للمستقبل بكميات تسمى عوامل التخفيف الهندسي للموقع (GDOP) ، محسوبة من اتجاهات السماء النسبية للأقمار الصناعية المستخدمة. [152] يتم التعبير عن موقع المستقبِل في نظام إحداثيات محدد ، مثل خطوط الطول والعرض باستخدام المسند الجيوديسي WGS 84 أو نظام خاص بالبلد. [153]

تحرير التفسير الهندسي

يمكن حل معادلات GPS بالطرق العددية والتحليلية. يمكن أن تعزز التفسيرات الهندسية فهم طرق الحل هذه.

تحرير المجالات

النطاقات المقاسة ، المسماة pseudoranges ، تحتوي على أخطاء في الساعة. في عملية مثالية مبسطة يتم فيها مزامنة النطاقات ، تمثل هذه النطاقات الحقيقية أنصاف أقطار المجالات ، كل منها متمركز على أحد الأقمار الصناعية المرسلة. يكون الحل لموضع المستقبِل عند تقاطع أسطح هذه المجالات انظر التثليث (بشكل أكثر عمومية ، تعدد الأطراف الحقيقي المدى). الإشارات من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل مطلوبة ، وتتقاطع مجالاتها الثلاثة عادةً عند نقطتين. [154] إحدى النقطتين هي موقع جهاز الاستقبال ، وتتحرك الأخرى بسرعة في قياسات متتالية ولن تكون عادة على سطح الأرض.

في الممارسة العملية ، هناك العديد من مصادر عدم الدقة إلى جانب انحياز الساعة ، بما في ذلك الأخطاء العشوائية بالإضافة إلى احتمال فقدان الدقة من طرح الأرقام القريبة من بعضها البعض إذا كانت مراكز المجالات قريبة نسبيًا من بعضها. هذا يعني أن الموقع المحسوب من ثلاثة أقمار صناعية وحدها من غير المرجح أن يكون دقيقًا بدرجة كافية. يمكن أن تساعد البيانات من المزيد من الأقمار الصناعية بسبب ميل الأخطاء العشوائية للإلغاء وأيضًا عن طريق إعطاء انتشار أكبر بين مراكز المجال. ولكن في الوقت نفسه ، لن تتقاطع المزيد من المجالات بشكل عام عند نقطة واحدة. لذلك ، يتم حساب التقاطع القريب ، عادةً عبر المربعات الصغرى. كلما توفرت إشارات أكثر ، كان من المرجح أن يكون التقريب أفضل.

Hyperboloids تحرير

إذا كانت المسافة الزائفة بين جهاز الاستقبال والقمر الصناعي أنا والجزء الزائف بين جهاز الاستقبال والقمر الصناعي ي تطرح ، صأناصي ، التحيز الشائع لساعة جهاز الاستقبال (ب) ، مما يؤدي إلى اختلاف المسافات دأنادي . إن موضع النقاط التي لها فرق ثابت في المسافة إلى نقطتين (هنا ، قمرين صناعيين) هو القطع الزائد على مستوى والقطع الزائد للثورة (بشكل أكثر تحديدًا ، شكل زائد ذو صفحتين) في مساحة ثلاثية الأبعاد (انظر تعدد الأضلاع). وهكذا ، من خلال أربعة قياسات زائفة ، يمكن وضع جهاز الاستقبال عند تقاطع أسطح ثلاثة أسطح زائدة لكل منها بؤر على زوج من الأقمار الصناعية. مع وجود أقمار صناعية إضافية ، لا تكون التقاطعات المتعددة فريدة بالضرورة ، ويتم البحث عن أفضل الحلول بدلاً من ذلك. [70] [71] [155] [156] [157] [158]

تحرير المجال المدرج

يمكن تفسير موضع المستقبِل على أنه مركز الكرة المنقوشة (الملهمة) من نصف القطر قبل الميلاد، من خلال تحيز ساعة المستقبِل ب (تحجيمها بسرعة الضوء ج). يكون موقع الملهم بحيث يلامس المجالات الأخرى. تتركز المجالات المحيطة في الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، التي يساوي نصف قطرها النغمات الكاذبة المقاسة صأنا. يختلف هذا التكوين عن الشكل الموصوف أعلاه ، حيث كان أنصاف أقطار المجالات عبارة عن نطاقات غير متحيزة أو نطاقات هندسية دأنا. [157] : 36–37 [159]

Hypercones تحرير

عادةً ما لا تكون الساعة في جهاز الاستقبال من نفس جودة الساعات الموجودة في الأقمار الصناعية ولن تتم مزامنتها بدقة. ينتج عن هذا اختلافات كبيرة مقارنة بالمسافات الحقيقية للأقمار الصناعية. لذلك ، من الناحية العملية ، يُعرَّف الفارق الزمني بين ساعة المستقبِل ووقت القمر الصناعي على أنه انحياز ساعة غير معروف ب. ثم يتم حل المعادلات في وقت واحد لموضع المستقبِل وانحياز الساعة. مساحة الحل [س ، ص ، ض ، ب] يمكن اعتباره زمكان رباعي الأبعاد ، وهناك حاجة إلى إشارات من أربعة أقمار صناعية على الأقل. في هذه الحالة ، تصف كل معادلة شكلًا مفرطًا (أو مخروطًا كرويًا) ، [160] مع وجود النتوء عند القمر الصناعي ، والقاعدة عبارة عن كرة حول القمر الصناعي. المتلقي عند تقاطع أربعة أو أكثر من هذه hypercones.

طرق الحل تحرير

المربعات الصغرى تحرير

عندما يتوفر أكثر من أربعة أقمار صناعية ، يمكن للحساب استخدام أفضل أربعة أقمار صناعية ، أو أكثر من أربعة في وقت واحد (حتى جميع الأقمار الصناعية المرئية) ، اعتمادًا على عدد قنوات الاستقبال ، وإمكانية المعالجة ، والتخفيف الهندسي للدقة (GDOP).

يتضمن استخدام أكثر من أربعة نظام معادلات مفرطة التحديد مع عدم وجود حل فريد مثل هذا النظام يمكن حله بطريقة المربعات الصغرى أو طريقة المربعات الصغرى الموزونة. [150]

التحرير المتكرر

كل من معادلات أربعة أقمار صناعية ، أو معادلات المربعات الصغرى لأكثر من أربعة ، غير خطية وتحتاج إلى طرق حل خاصة. النهج الشائع هو التكرار على شكل خطي من المعادلات ، مثل خوارزمية غاوس-نيوتن.

تم تطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في البداية بافتراض استخدام طريقة حل المربعات العددية - أي قبل إيجاد الحلول ذات الشكل المغلق.

تحرير شكل مغلق

تم تطوير حل واحد مغلق الشكل لمجموعة المعادلات أعلاه بواسطة S. Bancroft. [151] [161] خصائصه معروفة جيدًا [70] [71] [162] على وجه الخصوص ، يدعي المؤيدون أنه متفوق في حالات GDOP المنخفضة ، مقارنة بطرق المربعات الصغرى التكرارية. [161]

طريقة بانكروفت جبرية ، على عكس العددية ، ويمكن استخدامها لأربعة أقمار صناعية أو أكثر. عند استخدام أربعة أقمار صناعية ، فإن الخطوات الرئيسية هي عكس مصفوفة 4x4 وحل معادلة تربيعية أحادية المتغير. توفر طريقة بانكروفت حلاً أو حلين للكميات غير المعروفة. عندما يكون هناك اثنان (عادة ما يكون الحال) ، يكون حل واحد فقط هو حل معقول بالقرب من الأرض. [151]

عندما يستخدم جهاز الاستقبال أكثر من أربعة أقمار صناعية للتوصل إلى حل ، يستخدم بانكروفت المعكوس المعمم (أي المعكوس الزائف) لإيجاد حل. تم إجراء حالة أن الطرق التكرارية ، مثل نهج خوارزمية Gauss-Newton لحل مشاكل المربعات الصغرى غير الخطية (NLLS) التي تم تحديدها بشكل زائد ، توفر بشكل عام حلولًا أكثر دقة. [163]

ليك وآخرون. (2015) ينص على أن "حل بانكروفت (1985) هو حل مبكر جدًا ، إن لم يكن الحل الأول ، مغلق الشكل." [164] تم نشر حلول أخرى مغلقة الشكل بعد ذلك ، [165] [166] على الرغم من أن اعتمادها في الممارسة العملية غير واضح.

يفحص تحليل أخطاء GPS مصادر الخطأ في نتائج GPS والحجم المتوقع لتلك الأخطاء. يقوم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بإجراء تصحيحات لأخطاء ساعة جهاز الاستقبال والتأثيرات الأخرى ، ولكن تظل بعض الأخطاء المتبقية غير مصححة. تشمل مصادر الأخطاء قياسات وقت وصول الإشارة ، والحسابات الرقمية ، والتأثيرات الجوية (التأخيرات الأيونوسفيرية / التروبوسفيرية) ، وبيانات التقويم الفلكي والساعة ، والإشارات متعددة المسارات ، والتداخل الطبيعي والاصطناعي. يعتمد حجم الأخطاء المتبقية من هذه المصادر على التخفيف الهندسي للدقة. قد تنجم الأخطاء الاصطناعية عن أجهزة التشويش وتهدد السفن والطائرات [167] أو من تدهور الإشارة المتعمد من خلال التوافر الانتقائي ، والذي حد من الدقة إلى ≈ 6-12 مترًا (20-40 قدمًا) ، ولكن تم إيقاف تشغيله منذ 1 مايو 2000 [168] [169].

تحرير التعزيز

يمكن أن يؤدي دمج المعلومات الخارجية في عملية الحساب إلى تحسين الدقة ماديًا. يتم تسمية أنظمة الزيادة هذه أو وصفها بشكل عام بناءً على كيفية وصول المعلومات. ترسل بعض الأنظمة معلومات خطأ إضافية (مثل انجراف الساعة أو الزوال أو التأخير الأيونوسفير) ، والبعض الآخر يميز الأخطاء السابقة ، بينما توفر مجموعة ثالثة معلومات ملاحية أو معلومات إضافية عن السيارة.

تتضمن أمثلة أنظمة التعزيز نظام تعزيز المنطقة الواسعة (WAAS) ، وخدمة تراكب الملاحة الأوروبية الثابتة بالنسبة إلى الأرض (EGNOS) ، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التفاضلي (DGPS) ، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي المساعد. يمكن زيادة الدقة القياسية التي تبلغ حوالي 15 مترًا (49 قدمًا) إلى 3-5 أمتار (9.8 - 16.4 قدمًا) باستخدام DGPS ، وإلى حوالي 3 أمتار (9.8 قدم) باستخدام WAAS. [170]

تحرير المراقبة الدقيقة

يمكن تحسين الدقة من خلال المراقبة الدقيقة وقياس إشارات GPS الحالية بطرق إضافية أو بديلة.

عادة ما يكون أكبر خطأ متبقي هو التأخير غير المتوقع عبر طبقة الأيونوسفير. وتبث المركبة الفضائية معلمات نموذج الغلاف الأيوني ، ولكن تظل بعض الأخطاء قائمة. هذا هو أحد أسباب إرسال المركبات الفضائية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على ترددين على الأقل ، L1 و L2. التأخير الأيوني هو دالة محددة جيدًا للتردد ومحتوى الإلكترون الكلي (TEC) على طول المسير ، لذا فإن قياس فرق وقت الوصول بين الترددات يحدد TEC وبالتالي التأخير الدقيق للأيونوسفير عند كل تردد.

يمكن للمستقبلات العسكرية فك شفرة P (Y) المرسلة على كل من L1 و L2. بدون مفاتيح فك التشفير ، لا يزال من الممكن استخدام ملف غير مشفر تقنية لمقارنة رموز P (Y) على L1 و L2 للحصول على الكثير من نفس معلومات الخطأ. هذه التقنية بطيئة ، لذا فهي متوفرة حاليًا فقط على معدات المسح المتخصصة. في المستقبل ، من المتوقع أن يتم إرسال رموز مدنية إضافية على ترددات L2 و L5.وبعد ذلك سيتمكن جميع المستخدمين من إجراء قياسات ثنائية التردد وحساب أخطاء التأخير في الغلاف الجوي المتأين مباشرة.

الشكل الثاني للرصد الدقيق يسمى تعزيز مرحلة الناقل (CPGPS). هذا يصحح الخطأ الذي ينشأ لأن الانتقال النبضي لـ PRN ليس فوريًا ، وبالتالي فإن عملية الارتباط (مطابقة تسلسل القمر الصناعي والمستقبل) غير كاملة. يستخدم CPGPS الموجة الحاملة L1 ، والتي تبلغ مدتها 1 ثانية 1575.42 × 10 6 = 0.63475 n s ≈ 1 n s < displaystyle < frac <1 ، mathrm > <1575.42 times 10 ^ <6> >> = 0.63475 ، mathrm تقريبا 1 ، mathrm > ، وهو ما يقرب من جزء من الألف من فترة بت كود الذهب C / A 1 ثانية 1023 × 10 3 = 977.5 n s ≈ 1000 n s < displaystyle < frac <1 ، mathrm > <1023 times 10 ^ <3> >> = 977.5 ، mathrm تقريبا 1000 ، ماذرم > ، للعمل كإشارة ساعة إضافية وحل عدم اليقين. يبلغ خطأ اختلاف الطور في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) العادي 2–3 م (6 أقدام و 7 في -9 أقدام و 10 بوصات) من الغموض. يعمل CPGPS في حدود 1٪ من الانتقال المثالي على تقليل هذا الخطأ إلى 3 سم (1.2 بوصة) من الغموض. من خلال التخلص من مصدر الخطأ هذا ، فإن CPGPS مقترنًا بـ DGPS يدرك عادةً ما بين 20-30 سم (7.9-11.8 بوصة) من الدقة المطلقة.

تحديد المواقع الحركية النسبية (RKP) هو البديل الثالث لنظام تحديد المواقع الدقيق القائم على GPS. في هذا النهج ، يمكن تحديد إشارة النطاق بدقة أقل من 10 سم (3.9 بوصة). يتم ذلك عن طريق حل عدد الدورات التي يتم فيها إرسال الإشارة واستقبالها بواسطة جهاز الاستقبال باستخدام مجموعة من بيانات تصحيح GPS التفاضلية (DGPS) ، ونقل معلومات مرحلة إشارة GPS وتقنيات دقة الغموض عبر الاختبارات الإحصائية - ربما مع المعالجة في الواقع -الوقت (تحديد المواقع الحركية في الوقت الحقيقي ، RTK).

تعقب طور الناقل (المسح) تحرير

هناك طريقة أخرى تُستخدم في مسح التطبيقات وهي تتبع مرحلة الناقل. تعطي فترة تردد الموجة الحاملة مضروبًا في سرعة الضوء الطول الموجي ، وهو حوالي 0.19 م (7.5 بوصة) للحامل L1. تقلل الدقة في حدود 1٪ من الطول الموجي في اكتشاف الحافة الأمامية هذا المكون من خطأ النطاق الكاذب إلى أقل من 2 مم (0.079 بوصة). يقارن هذا بـ 3 أمتار (9.8 قدم) لكود C / A و 0.3 متر (1 قدم 0 بوصة) للرمز P.

تتطلب دقة 2 مم (0.079 بوصة) قياس الطور الإجمالي - عدد الموجات مضروبًا في الطول الموجي بالإضافة إلى الطول الموجي الجزئي ، مما يتطلب أجهزة استقبال مجهزة بشكل خاص. هذه الطريقة لها العديد من تطبيقات المسح. إنه دقيق بدرجة كافية للتتبع في الوقت الفعلي للحركات البطيئة جدًا للصفائح التكتونية ، عادةً 0-100 مم (0.0-3.9 بوصة) في السنة.

الاختلاف الثلاثي متبوعًا بإيجاد الجذر العددي ، ويمكن لتقنية المربعات الصغرى تقدير موضع جهاز استقبال واحد في ضوء موضع الآخر. أولاً ، احسب الفرق بين الأقمار الصناعية ، ثم بين المستقبلات ، وأخيراً بين الحقب. أوامر أخرى لأخذ الاختلافات صالحة على قدم المساواة. تم حذف المناقشة التفصيلية للأخطاء.

يمكن القضاء على أخطاء ساعة المستقبِل تقريبًا عن طريق التمييز بين الأطوار المقاسة من الساتل 1 والساتل 2 في نفس الحقبة. [171] تم تحديد هذا الاختلاف كـ Δ s (ϕ 1، 1، 1) = ϕ 1، 2، 1 - ϕ 1، 1، 1 ( phi _ <1،1،1>) = phi _ <1،2،1> - phi _ <1،1،1 >>

الاختلاف المزدوج [172] يحسب الاختلاف في الاختلاف بين قمر المستقبل 1 والمستقبل 2. ويقضي هذا تقريبًا على أخطاء ساعة القمر الصناعي. هذا الاختلاف المزدوج هو:

يطرح الاختلاف الثلاثي [173] فرق المستقبل من الوقت 1 من الوقت 2. وهذا يزيل الغموض المرتبط بالعدد المتكامل للأطوال الموجية في طور الموجة الحاملة بشرط ألا يتغير هذا الغموض بمرور الوقت. وبالتالي فإن نتيجة الاختلاف الثلاثي تقضي عمليًا على جميع أخطاء تحيز الساعة والغموض الصحيح. تم تقليل تأخير الغلاف الجوي وأخطاء التقويم الفلكي الساتلي بشكل كبير. هذا الاختلاف الثلاثي هو:

يمكن استخدام نتائج الفروق الثلاثية لتقدير المتغيرات غير المعروفة. على سبيل المثال ، إذا كان موضع المستقبِل 1 معروفًا ولكن موضع المستقبِل 2 غير معروف ، فقد يكون من الممكن تقدير موضع المستقبِل 2 باستخدام إيجاد الجذر العددي والمربعات الصغرى. قد تكون نتائج الفروق الثلاثية لثلاثة أزواج زمنية مستقلة كافية لحل مكونات الموضع الثلاثة للمستقبل 2. قد يتطلب ذلك إجراءً عدديًا. [174] [175] مطلوب تقريب لموضع المستقبل 2 لاستخدام مثل هذه الطريقة العددية. من المحتمل أن يتم توفير هذه القيمة الأولية من رسالة التنقل وتقاطع الأسطح الكروية. يمكن أن يكون هذا التقدير المعقول مفتاحًا لإيجاد جذر متعدد الأبعاد ناجح. ينتج عن التكرار من ثلاثة أزواج زمنية وقيمة أولية جيدة إلى حد ما نتيجة اختلاف ثلاثية ملحوظة لموضع المستقبِل 2. يمكن أن تؤدي معالجة أزواج الوقت الإضافية إلى تحسين الدقة ، والإفراط في تحديد الإجابة بحلول متعددة. يمكن للمربعات الصغرى تقدير نظام مفرط التحديد. تحدد المربعات الصغرى موضع المستقبل 2 الذي يناسب نتائج الفروق الثلاثية المرصودة لمواقع المستقبل 2 وفقًا لمعيار تقليل مجموع المربعات.

في الولايات المتحدة ، يتم تنظيم مستقبلات GPS وفقًا لقواعد الجزء 15 من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). كما هو موضح في أدلة الأجهزة التي تدعم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المباعة في الولايات المتحدة ، كجهاز من الجزء 15 ، "يجب أن يقبل أي تداخل يتم تلقيه ، بما في ذلك التداخل الذي قد يتسبب في تشغيل غير مرغوب فيه." [176] فيما يتعلق بأجهزة نظام تحديد المواقع العالمي على وجه الخصوص ، تنص لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) على أن مصنعي مستقبلات GPS "يجب أن يستخدموا أجهزة استقبال تميز بشكل معقول ضد استقبال الإشارات خارج الطيف المخصص لهم." [177] على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، عملت أجهزة استقبال GPS بجوار نطاق خدمة الأقمار الصناعية المتنقلة ، وميزت ضد استقبال خدمات الأقمار الصناعية المتنقلة ، مثل Inmarsat ، دون أي مشكلة.

يتراوح الطيف المخصص لاستخدام GPS L1 من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية من 1559 إلى 1610 ميجاهرتز ، في حين أن الطيف المخصص للاستخدام من القمر الصناعي إلى الأرض المملوك لشركة Lightsquared هو نطاق خدمة الأقمار الصناعية المتنقلة. [١٧٨] منذ عام 1996 ، سمحت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بالاستخدام المرخص للطيف المجاور لنطاق GPS من 1525 إلى 1559 ميجاهرتز لشركة LightSquared في فيرجينيا. في 1 مارس 2001 ، تلقت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) طلبًا من شركة Motient Services ، سلف LightSquared ، لاستخدام الترددات المخصصة لها لخدمة متكاملة عبر الأقمار الصناعية. [179] في عام 2002 ، توصل مجلس صناعة GPS الأمريكي إلى اتفاقية انبعاثات خارج النطاق (OOBE) مع LightSquared لمنع الإرسال من محطات LightSquared الأرضية من إرسال الإرسالات إلى نطاق GPS المجاور من 1559 إلى 1610 ميجاهرتز. [180] في عام 2004 ، تبنت لجنة الاتصالات الفيدرالية اتفاقية OOBE في تفويضها لـ LightSquared لنشر شبكة أرضية ثانوية لنظام الأقمار الصناعية - المعروفة باسم مكونات البرج المساعدة (ATCs) - "سوف نفوض MSS ATC وفقًا للشروط التي ضمان أن يظل المكون الأرضي الإضافي تابعًا لعرض MSS الرئيسي. ونحن لا نعتزم ، ولن نسمح ، بأن يصبح المكون الأرضي خدمة قائمة بذاتها ". [181] تمت مراجعة هذا التفويض والموافقة عليه من قبل اللجنة الاستشارية للراديو المشتركة بين الإدارات الأمريكية ، والتي تضم وزارة الزراعة الأمريكية ، وقوة الفضاء الأمريكية ، والجيش الأمريكي ، وخفر السواحل الأمريكية ، وإدارة الطيران الفيدرالية ، وإدارة الطيران والفضاء الوطنية (ناسا) ، والولايات المتحدة. وزارة الداخلية ، ووزارة النقل الأمريكية. [182]

في يناير 2011 ، أذنت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بشكل مشروط لعملاء البيع بالجملة لشركة LightSquared - مثل Best Buy و Sharp و C Spire - لشراء خدمة متكاملة تعتمد على القمر الصناعي من LightSquared وإعادة بيع هذه الخدمة المتكاملة على الأجهزة المجهزة فقط استخدم الإشارة الأرضية باستخدام ترددات LightSquared المخصصة من 1525 إلى 1559 ميجاهرتز. [183] ​​في ديسمبر 2010 ، أعرب مصنعو مستقبلات GPS عن مخاوف لجنة الاتصالات الفيدرالية من أن إشارة LightSquared ستتداخل مع أجهزة مستقبل GPS [184] على الرغم من أن اعتبارات سياسة FCC المؤدية إلى أمر يناير 2011 لم تتعلق بأي تغييرات مقترحة للحد الأقصى للعدد من محطات LightSquared الأرضية أو الطاقة القصوى التي يمكن أن تعمل بها هذه المحطات. يجعل الأمر الصادر في يناير 2011 التفويض النهائي مشروطًا بدراسات مشكلات تداخل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي تجريها مجموعة العمل بقيادة LightSquared جنبًا إلى جنب مع صناعة GPS ومشاركة الوكالة الفيدرالية. في 14 فبراير 2012 ، بدأت لجنة الاتصالات الفيدرالية إجراءات لإلغاء أمر التنازل المشروط لشركة LightSquared استنادًا إلى استنتاج NTIA بأنه لا توجد حاليًا طريقة عملية للتخفيف من تداخل GPS المحتمل.

يصمم مصنعو مستقبلات GPS أجهزة استقبال GPS لاستخدام الطيف خارج النطاق المخصص لـ GPS. في بعض الحالات ، تم تصميم مستقبلات GPS لاستخدام ما يصل إلى 400 ميجاهرتز من الطيف في أي من اتجاهي التردد L1 البالغ 1575.42 ميجاهرتز ، لأن خدمات الأقمار الصناعية المتنقلة في تلك المناطق تبث من الفضاء إلى الأرض ، وعند مستويات طاقة تتناسب مع خدمات الأقمار الصناعية المتنقلة . [185] وفقًا للوائح الجزء 15 من قواعد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) ، فإن مستقبلات GPS ليست مضمونة الحماية من الإشارات خارج الطيف المخصص لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). [177] هذا هو السبب في أن GPS يعمل بجانب نطاق خدمة Mobile Satellite ، وكذلك سبب تشغيل نطاق خدمة Mobile Satellite بجوار GPS. تضمن العلاقة التكافلية لتخصيص الطيف قدرة مستخدمي كلا النطاقين على العمل بشكل تعاوني وحري.

تبنت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) القواعد في فبراير 2003 التي سمحت لمرخصي الخدمة المتنقلة الساتلية (MSS) مثل LightSquared ببناء عدد صغير من الأبراج الأرضية المساعدة في الطيف المرخص لهم "لتعزيز الاستخدام الأكثر كفاءة للطيف اللاسلكي الأرضي". [186] في قواعد 2003 تلك ، ذكرت لجنة الاتصالات الفيدرالية أنه "كمسألة أولية ، من المتوقع أن يكون للأرض [الخدمة الراديوية المتنقلة التجارية (" CMRS ")] و MSS ATC أسعارًا وتغطية وقبولًا للمنتج وتوزيعًا مختلفًا ، وبالتالي فإن الخدمتين يبدو ، في أحسن الأحوال ، أن تكون بدائل غير كاملة لبعضها البعض والتي من شأنها أن تعمل في قطاعات السوق المختلفة في الغالب. من غير المرجح أن تتنافس MSS ATC بشكل مباشر مع CMRS الأرضية لنفس قاعدة العملاء. ". في عام 2004 ، أوضحت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) أن الأبراج الأرضية ستكون ثانوية ، مشيرةً إلى "أننا سنفوض MSS ATC وفقًا للشروط التي تضمن بقاء المكون الأرضي الإضافي ثانويًا لعرض MSS الرئيسي. نحن لا نعتزم ، ولن نفعل ذلك. تسمح بأن يصبح المكون الأرضي خدمة قائمة بذاتها ". [181] في يوليو 2010 ، صرحت لجنة الاتصالات الفيدرالية أنها تتوقع أن تستخدم LightSquared سلطتها لتقديم خدمة أرضية ساتلية متكاملة من أجل "توفير خدمات النطاق العريض المتنقلة المماثلة لتلك التي يقدمها موفرو خدمات الاتصالات الأرضية وتعزيز المنافسة في قطاع النطاق العريض المتنقل." [187] جادل مصنعو مستقبلات GPS بأن الطيف المرخص لـ LightSquared من 1525 إلى 1559 ميجاهرتز لم يتم تصوره أبدًا على أنه مستخدم للنطاق العريض اللاسلكي عالي السرعة بناءً على أحكام لجنة الاتصالات الفيدرالية لعامي 2003 و 2004 التي توضح أن مكون البرج الإضافي (ATC) سيكون ، في الواقع ، ثانوي لمكون القمر الصناعي الأساسي. [188] لبناء الدعم العام للجهود المبذولة لمواصلة ترخيص لجنة الاتصالات الفيدرالية لعام 2004 للمكون الأرضي الإضافي لشركة LightSquared مقابل خدمة LTE الأرضية البسيطة في نطاق خدمة الأقمار الصناعية المتنقلة ، شكلت الشركة المصنعة لمستقبل GPS Trimble Navigation Ltd. GPS. " [189]

تعهدت كل من FCC و LightSquared بالتزامات عامة لحل مشكلة تداخل GPS قبل السماح للشبكة بالعمل. [190] [191] وفقًا لكريس دانسي من اتحاد مالكي الطائرات والطيارين ، فإن طياري الخطوط الجوية الذين لديهم نوع الأنظمة التي ستتأثر "قد يخرجون عن مسارهم ولا يدركون ذلك". [192] يمكن أن تؤثر المشاكل أيضًا على ترقية إدارة الطيران الفيدرالية إلى نظام مراقبة الحركة الجوية ، وتوجيهات وزارة الدفاع الأمريكية ، وخدمات الطوارئ المحلية بما في ذلك 911. [192]

في 14 فبراير 2012 ، انتقلت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) إلى حظر شبكة النطاق العريض الوطنية المخطط لها لشركة LightSquared بعد أن أبلغتها الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات (NTIA) ، وهي الوكالة الفيدرالية التي تنسق استخدامات الطيف للجيش والكيانات الحكومية الفيدرالية الأخرى ، بأن "هناك لا توجد طريقة عملية لتخفيف التداخل المحتمل في هذا الوقت ". [193] [194] تتحدى LightSquared عمل لجنة الاتصالات الفيدرالية. [ يحتاج التحديث ]


حيث تموت الأقمار الصناعية القديمة

حقوق الصورة: المنظمة الأوروبية لاستغلال سواتل الأرصاد الجوية (يومتسات)

يبدأ Meteosat-7 ، أقدم قمر صناعي يعمل في مجال الأرصاد الجوية لـ EUMETSAT ، غدًا رحلته الأخيرة إلى مدار المقبرة العظيمة في السماء.

بعد ما يقرب من 20 عامًا من الخدمة - وهو إنجاز رائع ، نظرًا لعمره المتوقع لخمس سنوات - سيتم تنفيذ سلسلة من المناورات لإخراج القمر الصناعي من مداره الحالي الثابت بالنسبة للأرض ، على ارتفاع 36000 كيلومتر فوق الأرض ، إلى راحته الجديدة والأخيرة مكان.

إذن ، ما هو "مدار المقبرة" ، لماذا نحتاج واحدًا وكيف سيصل Meteosat-7 إلى هناك؟

يؤدي النمو السكاني إلى مخاوف تتعلق بالصحة والسلامة

اليوم ، آلاف الأقمار الصناعية تطير في أنواع مختلفة من المدارات حول الأرض.

نظرًا لأن الأقمار الصناعية لها عمر محدود ، يجب توخي الحذر للتأكد من أن المركبات الفضائية التي لم تعد تعمل ويمكن التحكم فيها من الأرض لا تشكل خطرًا على الآخرين الذين يتشاركون نفس الفضاء.

الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض المنخفضة - مثل المركبة الفضائية Metop التابعة لـ EUMETSAT ، والتي تدور حول الكوكب على ارتفاع 817 كيلومترًا على مسار يأخذها فوق القطبين - مطلوبة اليوم للاحتفاظ بالوقود الكافي في نهاية خدمتهم لتمكين المشغلين من المناورة بها. إلى مدار منخفض مما يؤدي إلى دخولهم مرة أخرى وحرقهم في الغلاف الجوي للأرض في غضون 25 عامًا.

ومع ذلك ، كما أوضح ميلان كلينك ، مهندس ديناميكيات الطيران في يوميتسات ، فإن هذا سيناريو مستحيل لنهاية العمر بالنسبة للأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض ، مثل Meteosat-7 والأقمار الصناعية الأحدث من الجيل الثاني Meteosat (MSG) ، التي تدور حول الأرض على ارتفاع 36000 كيلومتر. .

وقال كلينك "لا يمكن لأقمار صناعية العودة إلى الغلاف الجوي للأرض من هناك."

"سيتطلب ذلك من القمر الصناعي أن يحمل الكثير من الوقود - سيكون ثقيلًا جدًا.

Meteosat-7. حقوق الصورة: المنظمة الأوروبية لاستغلال سواتل الأرصاد الجوية (يومتسات)

أفضل ما يمكنهم فعله هو زيادة ارتفاع القمر الصناعي بشكل واضح.

حماية منطقة المدار الثابت بالنسبة للأرض

إن "المدار المقبرة" ليس مدارًا فعليًا ولكنه بالأحرى منطقة لن تشكل فيها الأقمار الصناعية القديمة تهديدًا لمن لا يزالون في الخدمة. وأوضح كلينك أن هذه المنطقة المحمية قد تم تعيينها على ارتفاع ثابت بالنسبة للأرض (36000 كم) بالإضافة إلى 200 كم.

في البداية ، تم التوصل إلى هذا الحل بالاتفاق بين مختلف وكالات الفضاء. ومع ذلك ، فقد أصبح أكثر رسمية من خلال توصية من لجنة التنسيق المشتركة بين الوكالات والمعنية بالحطام الفضائي (اليادك) ، وهي منتدى حكومي دولي ينسق الأنشطة المتعلقة بقضايا الحطام الفضائي من صنع الإنسان والطبيعي.

الآن ، هناك معيار المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) المتعلق بتخفيف الحطام الفضائي الذي يجب اتباعه.

وقال كلينك "يجب أن تستهدف ، باحتمال 90 في المائة ، أن تطهر هذه المنطقة التي تزيد مساحتها عن 200 كيلومتر".

"من المرجح أن نصل إلى 500 كيلومتر إلى 600 كيلومتر فوق المنطقة المحمية الثابتة بالنسبة إلى الأرض باستخدام Meteosat-7."

بمجرد وصول القمر الصناعي إلى مسافة آمنة من المنطقة المحمية الثابتة بالنسبة إلى الأرض ، سيتم اتخاذ تدابير وقائية لتقليل احتمالية تفكك القمر الصناعي في المستقبل.

تشمل هذه التدابير: استنفاد جميع المواد الدافعة المتبقية وغاز الضغط الذي لا يزال موجودًا في نظام الخزان قدر الإمكان ، وتفريغ البطاريات وفصلها ، وإطلاق أجهزة نارية زائدة عن الحاجة ، وإيقاف تشغيل جميع المعدات الموجودة على متن الطائرة تقريبًا.

رسم توضيحي (وليس مقياسًا) لمناورات الاحتراق اللازمة لإعادة مدار Meteosat-7 إلى مدار المقبرة. حقوق الصورة: المنظمة الأوروبية لاستغلال سواتل الأرصاد الجوية (يومتسات)

للوصول إلى مدار المقبرة هذا ، سيخضع Meteosat-7 لسلسلة من "مناورات الاحتراق" ، كل نصف مدار ، لزيادة ارتفاعه على مراحل.

يقول كلينك: "لقد صممناه بحيث أنه بعد الحرق رقم ثلاثة ، سنكون قد طهرنا المنطقة المحمية".

"لقد سمحنا بهامش للشكوك وسوف نستمر في المناورة لأعلى ، مع ما يصل إلى تسع مناورات حرق".

Meteosat-7 هو قمر صناعي يدور 100 مرة في الدقيقة. في نفس الوقت الذي يتم فيه إعادة دورانه ، سيقلل القمر الصناعي من معدل دورانه ، عن طريق اختيار الدافع بعناية لاستخدامه في المناورات المدارية.

يعود الفضل إلى كلينك في اقتراح هذه التقنية لأول مرة للأقمار الصناعية Meteosat. تم استخدامه بنجاح مع Meteosat-5 ، الذي تم تقاعده إلى مدار المقبرة في عام 2007 ، و Meteosat-6 ، في عام 2011. وفي كلتا الحالتين ، تم تحقيق انخفاض كبير في معدل الدوران النهائي للقمر الصناعي دون أي تكلفة إضافية للوقود.

يعد هذا ضروريًا لتقليل أحمال الطرد المركزي على هيكل القمر الصناعي والتأكد من أنه ، على سبيل المثال ، بعد 100 عام في مدار المقبرة ، إذا انفصلت قطعة من القمر الصناعي ، فلن يتم دفعها مرة أخرى إلى المنطقة المحمية الثابتة بالنسبة للأرض بواسطة تدور المركبة الفضائية.

مكان للراحة الأخيرة؟

لذا فإن "المدار المقبرة" ليس مدارًا حقًا والمصطلح مضلل من ناحية أخرى أيضًا.

وقال كلينك إنه في يوم من الأيام قد لا يكون مكان الراحة الأخير للأقمار الصناعية القديمة.

من المحتمل أن يكون عدد الأقمار الصناعية في مدار المقبرة بالفعل بالمئات ، ومع إطلاق المزيد من المركبات الفضائية الجديدة كل عام ، يمكن أن تصبح هذه المنطقة مزدحمة للغاية.

إطلاق Meteosat-7 في 2 سبتمبر 1997. Credit: European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT)

قال كلينك: "الحطام الفضائي مشكلة كبيرة".

"نحن ندرك أن المدار المقبرة لا يمكن إلا أن يكون حلاً مؤقتًا.

"نحن فقط في المراحل النظرية المبكرة في الوقت الحالي ولكننا بحاجة إلى النظر في حل دائم يتضمن إزالة أو جمع الأقمار الصناعية القديمة."

تم الاعتراف ببرنامج Meteosat باعتباره نجاحًا أوروبيًا كبيرًا في استراتيجية الفضاء لأوروبا التي وافقت عليها المفوضية الأوروبية في أكتوبر 2016.

تم إطلاق Meteosat-7 في 2 سبتمبر 1997 وكان الأخير من الجيل الأول من الأقمار الصناعية Meteosat.

كان للجيل الأول من سواتل Meteosat عمر متوقع يبلغ خمس سنوات. إن حقيقة استمرار Meteosat-7 في توفير البيانات والصور التي تساعد على إنقاذ الأرواح والممتلكات ومنع الخسائر الاقتصادية لما يقرب من 20 عامًا هي شهادة على التصميم القوي وعمليات الطيران الحكيمة.

بعد مرحلة الإطلاق والتشغيل ، تمركز Meteosat-7 على خط طول 0 درجة ، حتى انتقل إلى 57 درجة شرقاً في عام 2006 ليحل محل Meteosat-5 في توفير خدمة تغطية بيانات المحيط الهندي (IODC). بحلول ذلك الوقت ، استحوذت أقمار MSG على خدمة 0 °.

يتم إيقاف تشغيل Meteosat-7 وإيقاف تشغيله ، مما يضع حداً لمهمة ناجحة للغاية. نظرًا لكونه آخر سلسلة من الجيل الأول ، فإن هذا يمثل أيضًا نهاية التاريخ الممتد 40 عامًا لما كان أول نظام أقمار صناعية أوروبية للأرصاد الجوية في مدار متزامن مع الأرض.

تم نقل Meteosat-8 ، أول ساتل MSG لـ EUMETSAT ، العام الماضي إلى 41.5 درجة شرقًا لتولي المسؤولية من Meteosat-7 ، مما يوفر تغطية IODC في ترتيب متعدد الشركاء مع الأقمار الصناعية الهندية والصينية واليابانية الثابتة بالنسبة للأرض


الأيونوسفير والتروبوسفير

P A Bradley BSc MSc CEng MIEE ، J A Lane DSc CEng FIEE FInstP ، في مهندس اتصالات & # x27s كتاب مرجعي ، 1993

9.9 تأثيرات التروبوسفير في الاتصالات الفضائية

في الاتصالات الفضائية ، مع وجود محطة أرضية كمطراف واحد ، تنشأ العديد من المشاكل بسبب تأثيرات الانكسار والامتصاص والتشتت ، خاصة عند ترددات الميكروويف. بالنسبة لزوايا الارتفاع المنخفضة لحزمة المحطة الأرضية ، غالبًا ما يكون من الضروري تقييم الانكسار الناتج عن طبقة التروبوسفير ، أي لتحديد الخطأ في الموقع المرصود للقمر الصناعي. يحدث الجزء الأكبر من الانحناء في أول كيلومترين فوق الأرض ويوجد بعض الارتباط الإحصائي بين حجم التأثير ومعامل الانكسار على السطح. بالنسبة لأنظمة الملاحة عالية الدقة والحزم الضيقة جدًا ، غالبًا ما يكون من الضروري تقييم تباين تأثيرات الانكسار من القيم المقاسة لمعامل الانكسار كدالة للارتفاع. ظاهرة ذات صلة مهمة في أنظمة التتبع هي تشوه الطور في مقدمة الموجة بسبب تقلبات معامل الانكسار ، وهي ميزة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتدهور الكسب. يؤثر تشوه الطور هذا أيضًا على استقرار الترددات المنقولة عبر طبقة التروبوسفير.

قد يؤثر الامتصاص في الهواء الصافي على اختيار الترددات ، فوق حوالي 40 جيجاهرتز ، لتقليل تداخل القناة المشتركة. يوضح الشكل 9.9 التوهين الذروة من مستوى سطح البحر في جو صافٍ متوسط ​​كدالة للتردد. يوضح مناطق "النافذة" المذكورة في مسح أوضاع الانتشار. من ارتفاع 4 كم ، ستكون القيم حوالي ثلث تلك المعروضة. يشير هذا إلى التطبيق المحتمل للترددات فوق 40 جيجا هرتز للاتصال على مسارات تقع فوق الطبقات السفلى من طبقة التروبوسفير.

الشكل 9.9. توهين ذروة (ديسيبل) في الهواء النقي

تنتج السحب خسارة إضافية تعتمد على محتواها من الماء السائل. لن تسبب السحابة من نوع الطبقة (stratocumulus) توهينًا إضافيًا يزيد عن حوالي 2 ديسيبل ، حتى عند 140 جيجاهرتز. من ناحية أخرى ، ستضيف الركام بشكل عام عدة ديسيبلات إلى إجمالي التوهين ، وتعتمد القيمة الدقيقة على التردد وسمك السحب.

تم ذكر الامتصاص في الترسيب (انظر الشكل 9.7 (أ) فيما يتعلق بالنظم الأرضية. تقلل قطرات الماء الموجات الميكروية بالانتثار والامتصاص. إذا كان الطول الموجي أكبر بشكل ملحوظ من حجم القطرة ، فإن التوهين ناتج بالكامل تقريبًا عن الامتصاص.للحسابات الدقيقة للامتصاص ، من الضروري تحديد توزيع حجم القطرة ولكن هذا ، في الممارسة العملية ، متغير بدرجة كبيرة ، وبالتالي يوجد تناثر ملموس حول القيمة النظرية في القياسات التجريبية. علاوة على ذلك ، معلومات إحصائية عن التوزيع الرأسي المطر محدود للغاية ، وهذا يجعل التنبؤ بمصداقية الروابط الفضائية أمرًا صعبًا ويؤكد على قيمة البيانات المقاسة ، وتظهر بعض النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام الشمس كمصدر خارج كوكب الأرض في الشكل 9.10.

الشكل 9.10. التوزيع الاحتمالي المقاس للتوهين A على مسار أرض-فضاء عند 19 جيجاهرتز (جنوب شرق إنجلترا: زوايا ارتفاع من 5 درجات إلى 40 درجة. بيانات من مقاييس إشعاع التتبع الشمسي)

يمكن أن يتسبب الانتثار الناجم عن المطر (وبلورات الجليد عند مستوى التجمد في الغلاف الجوي وفوقه) في حدوث تداخل كبير على أنظمة الأرض والفضاء ذات القناة المشتركة حتى عندما لا يتم توجيه حزم النظامين تجاه بعضهما البعض على مسار دائرة كبيرة مثل التشتت ، للتقريب الأول ، الخواص. قد يكون مهمًا أيضًا في حالة وجود محطتين أرضيتين بحزم مرتفعة فوق الأفق: على سبيل المثال ، مع أحدهما مرسل رابط تغذية إلى ساتل إذاعي والآخر مستقبل في الخدمة الثابتة الساتلية. قد يكون هذا النمط من التداخل هو السائد عندما توفر التلال أو غيرها من العوائق بعض "حماية الموقع" ضد الإشارات التي تصل عبر وضع مجرى الهواء.

لأن الترسيب (وإلى حد أقل غازات الغلاف الجوي) تمتص الموجات الدقيقة ، فإنها تشع أيضًا ضوضاء من النوع الحراري. غالبًا ما يكون من الملائم تحديد ذلك من حيث درجة حرارة الجسم الأسود المكافئة أو ببساطة درجة حرارة الضوضاء لهوائي موجه في اتجاه معين. باستخدام مقاييس الإشعاع وأجهزة الاستقبال ذات الضوضاء المنخفضة ، أصبح من الممكن الآن قياس ضوضاء التروبوسفير هذه وتقييم أهميتها كعامل في الحد من أداء وصلة فضائية تعمل بالميكروويف. للحصول على حل كامل ، من الضروري مراعاة ليس فقط الإشعاع المباشر في الحزمة الرئيسية ولكن أيضًا الإشعاع المنعكس عن الأرض والانبعاثات من الأرض نفسها التي تصل إلى المستقبل عبر الفصوص الجانبية والخلفية. من وجهة نظر الأرصاد الجوية ، يمكن لسبر مقياس الإشعاع (من الأرض أو الطائرات أو المناطيد أو الأقمار الصناعية) أن يوفر معلومات مفيدة عن هيكل التروبوسفير والستراتوسفير. يصبح الامتصاص في الترسيب شديدًا عند ترددات أعلى من حوالي 30 جيجاهرتز ، كما تزداد أهمية تأثيرات التلألؤ في نطاق المليمترات. ومع ذلك ، بالنسبة للوصلات الفضائية في الاتجاه الرأسي أو بالقرب منه ، قد تكون موثوقية النظام كافية للتطبيق العملي حتى في أطوال موجية منخفضة تصل إلى 3-4 مم. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام مستقبلات متباعدة في نظام تنوع المواقع لتقليل آثار الأمطار الغزيرة.

في السنوات الأخيرة ، أجريت دراسات مستفيضة عن تأثيرات الانتشار (التوهين ، التلألؤ ، إلخ) عن طريق القياسات المباشرة باستخدام الإرسال الساتلي. تم التركيز بشكل خاص على الترددات بين 10 و 30 جيجاهرتز ، في ضوء تأثير الهواطل على التوهين وضوضاء النظام. وترد التفاصيل في التقرير 564 من CCIR. بالنسبة لزوايا الارتفاع النموذجية من 30 درجة إلى 45 درجة ، فإن إجمالي التوهين الذي تم تجاوزه لـ 0.01 أمبير من الوقت له قيم بالترتيب التالي:

تُظهر تجارب تنوع الموقع باستخدام الإرسال عبر الأقمار الصناعية أن المباعدة بين المواقع التي تتراوح بين 5 و 10 كيلومترات يمكن أن توفر تحسينًا مفيدًا في الموثوقية. ومع ذلك ، قد يعتمد التحسين على هندسة الموقع والتأثيرات الطبوغرافية. عند الترددات المذكورة أعلاه 15 جيجا هرتز ، قد تكون ميزة تنوع الموقع صغيرة جدًا إذا تم اختيار المواقع بحيث تميل الأمطار الغزيرة ، على سبيل المثال ، في الأنظمة الأمامية إلى التأثير على كلا الموقعين في وقت واحد.

يُتوخى إعادة استخدام التردد ، في أنظمة الاتصالات الفضائية ، عن طريق الاستقطاب المتعامد. لكن هذه التقنية مقيدة بإزالة الاستقطاب بسبب المطر والغيوم الجليدية ، وبدرجة أقل ، بواسطة هوائيات النظام. ترد البيانات التجريبية حول تشوه الاستقطاب ، التي تم الحصول عليها في تجارب الأقمار الصناعية ، في تقرير CCIR 564.

لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البيانات ، خاصة من عمليات الإرسال عبر الأقمار الصناعية وعلى ترددات تصل إلى 40 جيجا هرتز على الأقل. في هذا السياق ، من المهم توافر إشارات من ساتل أوليمبوس بتردد 12 و 20 و 30 جيجاهرتز ، اعتبارًا من عام 1989 فصاعدًا. كما تم التخطيط للقياسات عند 20 و 40 و 50 جيجاهرتز على القمر الصناعي ITALSAT. ولكن لا تزال هناك حاجة مستمرة لتحسين التنبؤات للاستقبال في مناطق خطوط العرض المنخفضة (الاستوائية). كان هذا مؤخرًا موضوع دراسة في فريق عمل من اللجنة الاستشارية الدولية للراديو.


لماذا تنتهي أقواس الأقمار الصناعية فجأة عند ملاحظتها من الأرض - علم الفلك

رداً على سؤال "هل تختلف الجاذبية عبر سطح الأرض؟" ، ذكرت أن قوة الجاذبية ستكون أقل عند قمة جبل. قمة افرست. تستخدم الصيغة 1 / R 2 كأساس لإجابتك. يبدو لي أن هذه المعادلة تعمل فقط عندما تغادر سطح الأرض. أقول هذا لأنه عندما تغرق في الأرض ، تقل قوة الجاذبية حتى تصل إلى المركز حيث تكون 0. وإذا كنت ستضيف كتلة إلى السطح الكلي للأرض ، حيث تكبر ، على الرغم من أنك إذا تحركت أبعد من مركزها ، فستزداد قوة الجاذبية. أفترض أنك تشير إلى السطح النظري للأرض حيث تكون الجاذبية في أقصى حد لها. في هذه الحالة ، منذ Mt. قمة إيفرست فوق ذلك السطح ، ستكون قوة الجاذبية أقل. سؤالي هو (أخيرًا): هل سيكون وزني أقل في وادي الموت منه عند مستوى سطح البحر (كل الأشياء الأخرى متساوية)؟

تعتمد قوة الجاذبية التي تشعر أنها تقف على سطح الأرض على شيئين. هم انهم:

  1. بعدك عن مركز الأرض ، R
  2. الكتلة الموجودة داخل نصف القطر R ، M (R)

النقطة 2 هي في الواقع دقيقة للغاية. إن الكتلة الموجودة داخل نصف القطر فقط هي التي تؤثر على قوة الجاذبية التي تشعر بها. ربما لا يكون هذا واضحًا على الفور ، ولكن هناك نظرية دقيقة يمر بها تخصصات الفيزياء الجامعية والتي تثبت ذلك (على الأقل في حالة الجسم المتماثل كرويًا).

لذلك ، إذا قمت بالعبور عبر الأرض إلى المركز ، عند R = 0 فلن تكون هناك كتلة مغلقة ، لذلك لا توجد قوة جاذبية صافية. بمجرد أن تتجاوز أعلى قمة جبلية ، فإن كتلة الأرض تكون داخلية بالنسبة لموقعك وبالتالي لن تتغير الكتلة مع نصف القطر وينطبق قانون 1 / R 2 بشكل مباشر. بين هذين الطرفين هناك مباراة فاصلة. كلما تحركت بعيدًا عن مركز الأرض ، تنخفض الجاذبية مثل 1 / R 2 ، لكن الكتلة الموجودة داخل R تزداد أيضًا بشكل طفيف ، لذا فإن صافي التغير في الجاذبية سيكون شيئًا مختلفًا.

بالنسبة للكرة ذات الكثافة المنتظمة ، تزداد الكتلة بنصف قطر مثل R 3 ، لذلك كلما تحركت عبر كرة مثل ذلك ، فإن صافي تغير الجاذبية يزداد بالتناسب مع R. بمجرد خروجك من سطح الكرة ، فإن الجاذبية القوة ثم تسقط مثل 1 / R 2.

الأرض ليس كرة موحدة. إنه مركز مركزيًا تمامًا ، لذا فإن تغيير الكتلة مع نصف القطر يكون أقل بكثير من R 3 بمجرد خروجك من القلب. فوق سطح الأرض يتغير مقدار الكتلة مع الارتفاع جدا صغير مقارنة بالكتلة الإجمالية ، لذا فإن قانون 1 / R 2 يعمل جيدًا - لكنك محق في القول إنه تبسيط.

من أجل معرفة ما إذا كان وزنك أقل في وادي الموت منه عند مستوى سطح البحر أو قمة جبل إفرست ، فأنت بحاجة بعد ذلك إلى معرفة مقدار كتلة الأرض المحصورة داخل أنصاف الأقطار المختلفة هذه. أراهن أن الفرق ضئيل جدًا بحيث لا يكاد يذكر ، وفي هذه الحالة يمكنك فقط استخدام قانون 1 / R 2 وبالتالي يكون وزنك في Death Valley أكبر من مستوى سطح البحر. إذا كان التغير في الكتلة كبيرًا ، فستحتاج إلى حساب ذلك في الحساب ، وبالتالي إذا ذهبت إلى أعمق بكثير من وادي الموت ، فسوف تزن مرة أخرى أقل من مستوى سطح البحر.

شكرا لك على شرحك. لقد أجبت على سؤالي بشكل جيد. لسوء الحظ ، أنا الآن مدين لزميل في العمل بفحم الكوك (-:

جاء السؤال من مناقشة حقيقة أنه لا يوجد جاذبية في مركز الأرض. كنت أظن أنه إذا كان على المرء أن يحفر حفرة كاملة عبر الأرض ويمتص كل الهواء ، فيمكن للشخص أن يقفز في الحفرة ويخرج على الجانب الآخر من الأرض. هذا بالطبع لا يفترض وجود احتكاك. من ناحية أخرى ، إذا كان هناك احتكاك ، من الهواء أو من تنظيف جوانب النفق ، فسوف ينتهي بك الأمر مع القفز بالحبال المطلق.

لكنني أشعر بالفضول ، إذا كنت مهتمًا بمعرفة ذلك ، فما السرعة التي ستكون عليها أثناء مرورك عبر المركز والوقت الذي ستستغرقه للقيام بالرحلة (مرة أخرى بافتراض عدم وجود احتكاك).

في الواقع ، هذا سؤال مثير للاهتمام وكان لدي في نهائيات الفيزياء بصفتي طالبًا جامعيًا! :) هناك افترضنا أن الأرض كانت كرة موحدة وهي سهلة رياضيا (ولكنها ليست واقعية جدا). إذا قمت بحفر حفرة في الأرض وقفزت فيها ، فستتأرجح ذهابًا وإيابًا ، تمامًا مثل تأرجح البندول على الخيط! (هذا بالطبع لا يفترض وجود احتكاك أو مقاومة للهواء.) باستخدام نموذج الكتلة للأرض (أي الصيغة التي توضح كيف تتغير الكتلة مع العمق) يمكنك بسهولة معرفة المدة التي سيستغرقها ذلك ، والسرعة في المركز .

تمت مناقشة فيزياء ورياضيات هذا الثقب الافتراضي عبر الأرض بمزيد من التفصيل في الصفحات التالية:

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 30 يناير 2016.

عن المؤلف

كارين ماسترز

كانت كارين طالبة دراسات عليا في جامعة كورنيل من 2000-2005. واصلت العمل كباحثة في استطلاعات المجرات للانزياح الأحمر في جامعة هارفارد ، وهي الآن عضوة في الكلية في جامعة بورتسموث في بلدها الأم في المملكة المتحدة. ركزت أبحاثها مؤخرًا على استخدام مورفولوجيا المجرات لإعطاء أدلة على تكوينها وتطورها. هي عالمة المشروع لمشروع Galaxy Zoo.


لماذا تنتهي أقواس الأقمار الصناعية فجأة عند ملاحظتها من الأرض - علم الفلك


منذ إطلاقها في 23 يوليو 1999 ، تشاندرا
كان مرصد الأشعة السينية هو الرائد في ناسا
مهمة لعلم الفلك بالأشعة السينية ، التي أخذت مكانها
أسطول "المراصد الكبرى".

مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا هو تلسكوب مصمم خصيصًا لاكتشاف انبعاث الأشعة السينية من المناطق شديدة الحرارة في الكون مثل النجوم المتفجرة ، ومجموعات المجرات ، والمادة حول الثقوب السوداء. نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يمتص الأشعة السينية ، يجب أن يدور شاندرا فوقه ، حتى ارتفاع 139000 كم (86500 ميل) في الفضاء. يستضيف مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، مركز شاندرا للأشعة السينية الذي يقوم بتشغيل القمر الصناعي ، ومعالجة البيانات ، وتوزيعها على العلماء في جميع أنحاء العالم لتحليلها. يحتفظ المركز بموقع عام على شبكة الإنترنت حول نتائج العلوم وبرنامج تعليمي.

تحمل شاندرا أربع مرايا حساسة للغاية متداخلة داخل بعضها البعض. تضرب الأشعة السينية النشطة الأجزاء الداخلية من الأصداف المجوفة وتركز على أجهزة الكشف الإلكترونية في نهاية المقعد البصري 9.2 م (30 قدمًا). اعتمادًا على الكاشف المستخدم ، يمكن عمل صور مفصلة للغاية أو أطياف للمصدر الكوني وتحليلها.

قام شاندرا بتصوير البقايا الرائعة والمتوهجة للنجوم المتفجرة ، والتقط أطيافًا تظهر تشتت العناصر. لاحظ شاندرا المنطقة حول الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا درب التبانة ، ووجد ثقوبًا سوداء عبر الكون. تتبعت شاندرا فصل المادة المظلمة عن المادة العادية في اصطدام المجرات في عنقود ، وتساهم في دراسات المادة المظلمة والطاقة المظلمة. مع استمرار مهمتها ، ستستمر Chandra في اكتشاف علم جديد مذهل حول كوننا عالي الطاقة. تابعنا في الفيسبوك وتويتر


شاهد الفيديو: جسم يومض على سطح القمر لكن لا أحد يعرف ما هو (شهر اكتوبر 2021).