رادار الفتحة التركيبية يجعل سطح الأرض قابلا للمشاهدة على مدار الأسبوع

[الباسل]

رادار الفتحة التركيبية يجعل سطح الأرض قابلا للمشاهدة على مدار الأسبوع

قدرات رادار الفتحة التركيبية مجرد مثال واحد عن مدى التقدم الذي يتم إحرازه مع جميع أنواع أجهزة الاستشعار المتطورة وأنظمة معالجة البيانات اللازمة لتفسير مخرجاتها.

قدرات رادار الفتحة التركيبية مجرد مثال واحد عن مدى التقدم الذي يتم إحرازه (ناسا - مختبر الدفع النفاث)


2/3/2022

كانت المرة الأولى التي لاحظ فيها البشر ساحة معركة من نقطة سماوية في يونيو/حزيران 1794، وذلك بعد نحو عقد من اختراع الأخوين مونغولفييه منطاد الهواء الساخن. وقد أطلق الفيلق الجوي الفرنسي -وهو طاقم متنوع من الكيميائيين والنجارين- منطاد هيدروجين فوق ساحة المعركة في فلوروس -فيما يعرف اليوم ببلجيكا- ليبلّغ المراقبون على متنه زملاءهم في الأسفل عن تحركات أعدائهم النمساويين عن طريق السيمافور.
وقالت مجلة "الإيكونوميست" (The Economist) البريطانية في تقرير لها إن النجاح الذي حققه منطاد الهواء الساخن في حد ذاته لم يكن رائدا، وكانت أهميته قصيرة المدى. فعندما اندلعت الحرب من جديد في البلدان المنخفضة عام 1914، كان المنطاد قد بدأ بالفعل في إفساح المجال للطائرة، ولم يعد قيد الاستخدام مع نهاية الحرب. وبحلول الوقت الذي نقل فيه الناتو مقره العسكري إلى مونس، على بعد 40 كيلومترا غرب فلوروس، في الستينيات كانت الأقمار الصناعية قد اقتحمت هذا المجال.


ظلت وسائل الاستشعار هي نفسها مع وجود مشكلتين واضحتين هما الظلام في الليل والسحاب (غيتي)


تحديات الاستشعار

لكن حتى مع تغير طريقة التحليق، ظلت وسائل الاستشعار هي نفسها مع وجود مشكلتين واضحتين هما الظلام في الليل والسحاب؛ حيث يكون نصف العالم في حالة من الظلام في أي وقت من اليوم، بينما تكون السماء في معظم المناطق ملبدة بالغيوم في بعض الأحيان أو بشكل دائم تقريبا.
وعادة ما يحجب السحاب أكثر من نصف أوروبا في أي وقت من السنة. وفي أجزاء من أميركا الجنوبية، وتظهر الصور الخالية من السحاب فقط كل عقد أو نحو ذلك، وذلك وفقا لآدم ماهر من "أورسا سبيس" (Ursa Space)، وهي شركة ناشئة مقرها في إيثاكا بنيويورك تستخدم صور الأقمار الصناعية في التحليل الذكي للأعمال.
وتقول شركة "بلانيت" (Planet)-التي تهدف إلى التقاط صور بدقة متر واحد لسطح الأرض بالكامل كل يوم- إن حوالي 70% من سطح الأرض يكون ملبدا بالغيوم في أي وقت.
لكن في السنوات القليلة الماضية، قطع بديل للأطوال الموجية المرئية خطوات هائلة. وتضيء الرادارات المدارية السطح باستخدام أطوال موجية أطول بمئات الآلاف من المرات من الضوء المرئي. وتخترق هذه الأطوال الموجية بسهولة السحب والضباب والضباب الدخاني.
ومن مزايا الأطوال الموجية الطويلة؛ قدرتها على الاختراق. وتعتمد دقة المستشعر على الطول الموجي وعلى حجم فتحة العدسة، والمرآة أو العدسة في حالة الكاميرا أو التلسكوب والهوائي في الرادار. وإذا قمت بإطالة الطول الموجي، فإنك تزيد من حجم الفتحة التي تحتاجها للوصول إلى دقة معينة.

رادار الفتحة التركيبية

يوفّر "رادار الفتحة التركيبية" (Synthetic-aperture radar) طريقة للتغلب على هذه المشكلة. حيث تتحرك الأقمار الصناعية بسرعة كبيرة عادة في مدار منخفض، حوالي 25 ألف كيلومتر في الساعة. ومن خلال أخذ جميع لقطات الرادار من هدف معين أثناء مروره فوقه ومعالجتها في صورة واحدة، يعطي رادار الفتحة التركيبية نتيجة دقيقة.
هذه التكنولوجيا متاحة منذ الستينيات، وتستخدمها أقمار التجسس الصناعية منذ الثمانينيات، لكنها كانت محدودة ومكلفة وسرية للغاية. ولم يكن الأمر كذلك حتى أواخر العقد الأول من القرن الـ21، عندما كان لدى كل من الهند وإسرائيل أقمار صناعية عسكرية خاصة بهما، حيث قام مكتب الاستطلاع القومي الأميركي الذي يعد الذراع اليمنى للبنتاغون برفع السرية عن وجود مثل هذه الأقمار الصناعية.
واستخدمت وكالات الفضاء المدنية في أميركا وكندا وأوروبا هذه التكنولوجيا في مهمات بيئية مختلفة، ولكن ليس كطريقة روتينية لمتابعة الأنشطة البشرية. ويعني التقدم في مجال الإلكترونيات وهندسة المركبات الفضائية والحوسبة المدارية أنه من الممكن الآن وضع أنظمة رادار الفتحة التركيبية بدقة تصل إلى بضعة أمتار أو أقل على أقمار صناعية صغيرة بتكلفة معقولة.
وفي عام 2018، أطلقت شركتان ناشئتان -هما "كابيلا سبيس" (Capella Space) من كاليفورنيا، و"آيس آي" (ICEYE) من فنلندا- أقمارا صناعية تجارية تحمل رادار الفتحة التركيبية. وإدراكا منه أن محاولة وقف استخدامها لن تكون مجدية لأن الدول الأخرى لديها قدرات مماثلة على أي حال، فقد دعمها البنتاغون من أجل دعم نفوذه.
اكتشاف العناصر الفارقة فور حدوثها مفيد عند خوض الحروب (غيتي)


ملوك هذه الصناعة

يقول جاك أوكونور، المتقاعد من الوكالة الوطنية للاستخبارات الجغرافية المكانية منذ 2013 إن تغطية رادار الفتحة التركيبية لم تكن كافية لتقديم تحليل طبيعي.
وأشارت المجلة إلى أن القدرة على رؤية الأرض حتى عندما تكون الأحوال الجوية سيئة -سواء كان ذلك ليلا أو نهارا- يُفسح المجال لتتبع الأجسام المتحرّكة على غرار حشد عسكري على حدود أوكرانيا. قد لا تكون الصور واضحة بدرجة كافية لتحديد نوع المدرعات، لكنها جيدة بما يكفي لحصر عددها.
ويمكن أيضا تحليل التغييرات في موقع معين بدقة ملحوظة بفضل أنظمة الرادار التي تجمع البيانات من طور الموجات التي تستخدمها بطرق تتجاوز قدرات الأنظمة الضوئية التي تستخدم الضوء المحيط. ويمكن أن يُظهر "استشعار التغيير المترابط" حتى الفوارق اللحظية.
وعندما اكتشفت الولايات المتحدة أنها كانت تفقد جنودها في العراق وأفغانستان بسبب العبوات الناسفة التي تزرع على جوانب الطريق، طوّر العلماء في مختبر سانديا الوطني -أحد المرافق المسؤولة عن الأسلحة النووية الأميركية- نظام "كوبرهيد"، وهي طائرة مسيّرة مزوّدة برادار الفتحة التركيبية لاكتشاف التغيرات في التربة، حيث كان "المتمرّدون" (وفق وصف المجلة) يزرعون العبوات الناسفة أو أسلاك التفجير. وتسمح تقنيات مماثلة للأقمار الصناعية بالكشف عن الهبوط الطفيف لسطح الأرض عند بناء أنفاق مخصصة للتجارب النووية.
إن اكتشاف العناصر الفارقة فور حدوثها مفيد عند خوض الحروب، حيث يكون من الضروري الإسراع في تقييم ما إذا كانت القنابل قد أصابت الأهداف الصحيحة وما الضرر الذي أحدثته.
وقد استخدمت الهند أسطولها المزدهر من الأقمار الصناعية المزودة برادار الفتحة التركيبية لهذا الغرض بعد غارة جوية على باكستان في شباط/ فبراير 2019.
كما فعلت القوات الجوية الأميركية الشيء نفسه في الاختبارات التي أجريت في ديسمبر/كانون الأول 2020، مشيرة صراحة إلى أن الدافع وراء استخدامها كان الظروف الجوية في أوروبا والمحيط الهادي.

القدرة على رؤية موقع ما بغض النظر عن ظروف الطقس تسمح للقوات المسلحة بإنشاء أرشيفات مفيدة (غيتي)


السكان في كل زمان ومكان

أكدت المجلة أن القدرة على رؤية موقع ما على أساس منتظم -بغض النظر عن ظروف الطقس- تسمح للقوات المسلحة بإنشاء أرشيفات ستكون مفيدة في المستقبل.
ومن بين الأمثلة على ذلك نظام آخر طوّره البنتاغون لمواجهة العبوات الناسفة سُمي بـ"نظام غورغون ستار" الذي سمح للطائرات المسيّرة بالتقاط مقاطع فيديو بشكل شبه مستمر لمدن بأكملها على مدى أسابيع وأشهر. وكانت الفكرة من ذلك معرفة متى تم زرع العبوات الناسفة وتتبع أعضاء الجماعة المسؤولة من خلال إعادة رؤية مقاطع الفيديو المسجلة بعد حدوث هجوم.
ونقلت المجلة عن بايام بنازاده مؤسس شركة "كابيلا" أن الأقمار الصناعية الستة التي تمتلكها شركته الآن في المدار يمكنها التحقق من أي بقعة على الكوكب كل 6 ساعات. ومع نمو كوكبة الشركة من الأقمار الصناعية، فإنها تعتزم تقليل وقت إعادة الزيارة إلى 15 دقيقة كأقصى حد، وهو وقت أقل مما تستغرقه دولة ما لإطلاق صاروخ باليستي.
كما أشار إلى أنه لا يمكن للأقمار الصناعية أن تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع نظرا لأن الهوائيات تستمد طاقتها من الألواح الشمسية، وبطارياتها ليست كبيرة بما يكفي لتعمل بشكل مستمر في الليل.
وذكرت المجلة أن الوقت الذي يستغرقه نقل المعلومات من الفضاء إلى من يحتاجون إليها يتقلص بدوره بتزايد عدد شركات البيانات مثل "أمازون ويب للخدمات" وعدد المحطات الأرضية. وفي غضون 5 سنوات، سيكون من الممكن طلب صورة القمر الصناعي واستلامها في دقائق، على حد تعبير جو موريسون من شركة "أومبرا" (Umbra) التي يقع مقرّها في كاليفورنيا.
وتأمل شركة "أومبرا" في تعزيز نمو هذه الصناعة التي تتيح بيع التحليل القائم على بيانات رادار الفتحة التركيبية للعملاء المدنيين والحكوميين من خلال جعل هذه البيانات أرخص. وهي تخطط لبيع الصور التي تغطي 16 كيلومترا مربعا بدقة متر واحد مقابل 500 دولار، بموجب ترخيص يتيح للمشترين القيام بما يحلو لهم في المنتج.
كما أن الكميات الضخمة من صور الأقمار الصناعية بأسعار منخفضة نسبيا توفر مدخلات مثالية لخوارزميات التعلم الآلي التي عززت التطورات الحديثة في الذكاء الاصطناعي.
وأشارت المجلة إلى أن قدرات رادار الفتحة التركيبية مجرد مثال واحد عن مدى التقدم الذي يتم إحرازه مع جميع أنواع أجهزة الاستشعار المتطورة وأنظمة معالجة البيانات اللازمة لتفسير مخرجاتها.

المصدر : إيكونوميست