سلّط العالم مؤخراً الضوء على تقنية الملاحة عبر الأقمار الصناعية لرصدِ تحركات ومواقع الأجسام المستقلة المتواجدة فوق الأرض اعتماداً على الأقمار الصناعية، وقد احتلّت تقنية نظام GNSS مكانة مرموقة بين أكثر التقنيات استخداماً عالمياً.

نظام GNSS

نظام GNSS يرمز به اختصاراً إلى العبارة الإنجليزية (Global Navigation Satellite System) النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية، حيث تُرسل البيانات على هيئة إشارات عبر الأقمار الصناعية في الفضاء إلى أجهزة استقبال GNSS في الأرض، بحيث تترجم الأخيرة البيانات لترصد مواقع الأجسام والتوقيت، حيث يبث النظام نبضات ملاحة بدقةٍ عالية جداً، ويعتمد في تقييم الأداء على الدقة والنزاهة والاستمرارية ومدى التوفر.  1   

آليّة التّغطية العالمية لنظام GNSS

رغم الاختلاف بين الأقمار الصناعية المستخدمة في نظام الملاحة عمراً وتصميماً؛ إلا أنها جميعاً ترسل موجتين لهما نطاق L1 و L2 محملة بالمعلومات من الأقمار الصناعية إلى الأجهزة المستقبلة في الأرض، ويشار إلى أن غالبية الأجهزة مزودة بجزأين هوائي يستقبل الإشارات ووحدة معالجة تترجمها وتحللها لتصبح مفهومة، وتتمحور البيانات حول رصد موقع الاستقبال، وللحصول على معلوماتٍ دقيقة يجب استخلاصها من 3 أقمار صناعية، ويجدر التنويه أن الأقمار الصناعية ضمن النظام العالمي للملاحة تدور حول كوكب الأرض مرة واحدة فوق علوٍ متوسط كل 11 ساعة و58 دقيقة و2 ثانية، إذ ترسل هذه المعلومات على هيئة إشاراتٍ مشغرة بين الأقمار، أما فك الشيفرة يكون على عاتق جهاز الاستقبال، ويتزود الأخير بذلك ببياناتٍ حول المواقع ورصدها بدقة، مع الأخذ بعين الاعتبار فرق التوقيت بين الاستقبال والبث سعياً لتحديد المسافة والنطاق، وأخيراً تظهر الترجمة على شكل إحداثياتٍ جغرافية تبعاً لخطوط الطول والعرض فوق سطح الأرض.  2   

نظام الأقمار الصّناعية الأمريكي GPS

من أنظمة الملاحة العالمية أطلقته الولايات المتحدة الأمريكية مؤلف من مجموعةٍ من الأقمار الصناعية تقع على عاتقها مسؤولية إرسال إشارات الراديو لأجهزة المستخدمين، ويصل عدد هذه الأقمار نحو 24 قمراً صناعياً تدور في مدارٍ أرضي ذو ارتفاعٍ متوسط (MEO) لا يتخطى 20200 كم، بحيث يتخذ كا قمر دورتين يومياً في محيط الكرة الأرضية.  3   

نظام الأقمار الصّناعية الرّوسي GLONASS

أطلقت روسيا الأٌقمار الصناعية لنظام Glonass الإصدار الأول لمدة عمل 14 شهر فقط للتجربة، ثم جاء الإصدار الثاني جلوناس-إم Glonass M، وأخيراً الإصدار الثالث جلوناس-كيه Glonass-K، وفي التفاصيل ما يلي: 4

  • Glonass-M: القمر الصناعي المطور من الإصدار الأول عمره 7 سنوات، ينفرد باعتماده على 12 هوائي رئيسي للإرسال وفق النطاق L مزود بعاكسات ليزر لرصد المدارات.
  • Glonass-K، يقدر العمر الافتراضي لهذا الإصدار بين 10-12 عام، وينفرد بتزويده بنظام تحكم حراري قادر على أداء مهامه ضمن درجة حرارة 0.1 مئوية.  4   

اقرأ أيضًا: آلية عمل نظام فلترة الانترنت.

 نظام الأقمار الصّناعية الصيني BEIDOU

توجهت الصين إلى إطلاق نظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية لخدمة الأمن القومي وتلبية احتياجات التنمية الاجتماعية والاقتصادية، وقد حقق أهمية عظيمة لذلك، وأضافت العديد من الخدمات المتعلقة بتطوير الأعمال، ورصد التوقيت والمواقع والأحوال الجوية، ويجدر التنويه أن ذلك قد حقق نتائج مذهلة في النقل والرصد الهيدرولوجي والزراعة والغابات؛ فقد تمكنت من التنبؤ بالحالة الجوية والكشف عن حالات الطوارئ والوصول إليها.

نظام الأقمار الصّناعية الأوروبي GALILEO

حملت وكالة الاتحاد الأوروبي لبرنامج الفضاء (EUSPA) على كاهلها العديد من المهام الضرورية لتعزيز الفرص المستوحاة من الفضاء لاقتصاد ومواطني الاتحاد ككّل، وتعد الوريث الشرعي لوكالة GNSS الأوروبية، كما أنها تهتم بتعزيز روح الإبداع والابتكار لترسيخ الإيمان بالعلاقة بين أمن الفضاء والاقتصاد والمجتمعات.

 أبرز استخدامات نظام GNSS

تخدم أنظمة الأقمار الصناعية للملاحة العالمية GNSS عدة مجالات بواسطة الأقمار الصناعية الدتي تدور في محيط الكرة الأرضية، ومنها:

  • رصد المواقع الأرضية اعتماداً على شبكات محطات للتحكم وأجهزة استقبال.
  • النقل، بحيث توفر معلومات قيمة للمحطات الفضائية البحرية وطرق النقل الجماعي والطيران والسكك الحديدية.
  • تحديد التوقيت، تحدد هذه الأنظمة الإحداثيات الفلكية للمواقع في الأرض، وبالتالي يحدد ذلك التوقيت والموقع في آنٍ واحد.
  • خدمة الزراعة والبحوث العلمية والتمويل، وتنفيذ القوانين.
  • الاستجابة الفورية للطوارئ والمساعدات وإغاثة المستنجد بعد تحديد موقعه.  5   

 أبرز استخدامات نظام GNSS في الزراعة

تعتمد تقنيات الزراعة الدقيقة حالياً على استقطاب المعلومات من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، وقد استفاد هذا القطاع من نظام GNSS بما يلي: 8

  • استخراج عينات التربة: وذلك لتحديد طبيعة وخصائص التربة وما يناسبها من نباتات يمكن زراعتها فيها.
  • فرض الرقابة على الغلة، وذلك يراقب المحصول ويحدد التباين المكاني خلال فترة الحصاد، ويجلب البيانات حول التباين المكاني المتعلقة بالإنتاج داخل الحقول، ويحدد أسباب ذلك مثل خصائص النبات والتربة والمناخ.
  • تسهيل الزراعة الدقيقة: تسهيل زراعة النباتات الدقيقة مثل القطن والحبوب والبذور الزيتية اعتماداً على مستشعرات التأثير التي تحدد كمية الحبوب في المنطقة الواحدة، كما تستخدم أجهزة استشعار وأشعة تحت حمراء لرصد كميات القطن مثلاً.
  • رسم الخرائط النباتية: تُرسم خرائط الإنتاجية وفقاً للبيانات المستقطبة عن المحصول وخصائص المنطقة الزراعية والإنتاجية وفق أجهزة المراقبة.

 أبرز استخدامات نظام GNSS في القطارات

تساعد أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية GNNS على توفير معلومات دقيقة تتعلق بسلامة نظام السكك الحديدية وكفاءته مستقبلاً، وذلك بالتحكم بحركة المرور وأدق المعلومات عن الركاب، وفي الوقت الراهن هناك نحو 30.000 عربة شحن معززة بأحدث الأجهزة المعلوماتية الداعمة لنظام جاليليو، أما القطارات في فرنسا فإنها ما يفوق 250 قطار من طراز TGV المدعومة بنظام جاليليو أيضاً.  6   

ختاماً، فإن نطاق استخدامات نظام GNSS يتسع أكثر عاماً تلو الآخر، وتحديداً بعد إعلان انتظار ظهور الأنظمة الهندية (IRNSS) والأنظمة اليابانية (َQZSS) المتوقع لها خدمة المزيد من القطاعات التي تهم البشرية.