جمعه, ۱۰ فروردین, ۱۴۰۳ / 29 March, 2024
مجله ویستا

هشدار به ماهواره ها


هشدار به ماهواره ها
هرچه آدمی بیشتر به سیستم های جدید و فناوری مدرن مجهز شود گرچه پیشرفت و رفاه زندگی ماشینی را حس می کند و به ظاهر بر طبیعت مسلط می شود، نسبت به مشکلات عملکردی این سیستم ها آسیب پذیر و حساس می شود. زندگی در عصر حاضر با تحولاتی که مقیاس زمانی آنها هر لحظه کوچکتر می شود، به شدت تحت تاثیر مخابرات، ارتباطات، کامپیوتر و ماهواره هاست و اختلال در عملکرد این سیستم ها می تواند موجب صدمات جبران ناپذیری شود. به علاوه وسعت عملکردی این سیستم ها از زمین به خارج جو و فضای میان سیاره ای گسترش یافته است و در نتیجه عوامل طبیعی نظیر هوای فضا را تاثیرگذار و قابل توجه کرده است.
از طرف دیگر، امروزه بشر در بسیاری از زمینه ها، ارتباطات، ناوبری، مخابرات، جستجو، امداد، هواشناسی، تحقیقات و دفاع وابسته به ماهواره هاست. ماهواره هایی که هریک با هزینه های چند میلیون دلاری به بهره برداری رسیده اند، دارای سیستم های کنترل، حفاظت و پشتیبان بسیار پیشرفته اند. با این حال در دو دهه اخیر اختلالاتی در عملکرد آنها دیده شده که ناشی از تغییرات جوی موجود در فضا است که اصطلاحا از آن به هوای فضا یاد می شود. هوای فضا یک مفهوم نسبتا جدید است و معنی و محتوای آن همچنان در حال توسعه می باشد. به طور کلی هوای فضا به عنوان شرایط متغیر با زمان در محیط فضا شناخته می شود که قابلیت آسیب رساندن به مصنوعات بشری در فضا یا روی زمین را داراست و در بدترین شرایط، ممکن است زندگی یا سلامت انسان را به خطر اندازد. اثرپذیری تکنولوژی های بشری همچون شبکه توزیع برق، فضاپیماها و هواپیماها، سیستم های مخابراتی خصوصا ماهواره ها از پدیده های هوای فضا، عامل رشد فزاینده و بسیار سریع این شاخه کاربردی ژئوفیزیک است. شاخص ترین کاربرد هوای فضا از جهت اقتصادی و اجتماعی، جلوگیری از نتایج نامطلوب پدیده های مذکور است و به طرق مختلف مانند طراحی سیستم های مقاوم و استفاده از سیستم های پیش بینی و هشدار قابل اجراست.‌
اولین شواهد موجود مبتنی بر اثرات هوای فضا بر مصنوعات بشری به اواسط قرن نوزدهم بر می گردد. شبکه سراسری تلگراف در بریتانیا در طول دو طوفان ژئومغناطیسی در سالهای ۱۸۴۷ و ۱۸۵۹ کاملا از کار افتاد. پس از این وقایع بارها و بارها اختلال در عملکرد خطوط تلگراف و تلفن در طول طوفان های مغناطیسی مشاهده شده است. به عنوان مثال در سالهای ۱۹۲۱ و ۱۹۵۸ جریان القایی در خطوط تلگراف منجر به آتش سوزی در سوئد شد. در فوریه سال ۱۹۵۸ به علت طوفان مغناطیسی، ارتباط مخابراتی بین قاره ای اروپا و آمریکا قطع شد. اولین شواهد مبتنی بر اثر هوای فضا بر خطوط انتقال انرژی الکتریکی مربوط به ۱۹۴۰ در آمریکای شمالی می شود.
در طی یک طوفان مغناطیسی عظیم که منجر به نوسانات ولتاژی در طول خط انتقال شد، ترانسفورماتورهای خط از کار افتاده و متعاقب آن خط انتقال قطع شد. باید اذعان داشت که قطع ارتباط خطوط انتقال در آمریکای شمالی در طول طوفانهای مغناطیسی به کرات گزارش شده است. معروفترین این وقایع به ۱۳ مارس ۱۹۸۹ برمی گردد. در اثر طوفان ترانسفورماتورهای نیروگاه هیدرو در کبک اشباع شده و نیروگاه به طور اتوماتیک از شبکه خارج شد. خروج این نیروگاه از شبکه برق منطقه کبک منجر به اختلالات ولتاژی و فرکانسی در شبکه شد و در نهایت بر اثر یک سری وقایع در پی هم کبک به مدت ۹ ساعت در خاموشی مطلق به سر برد. از طرف دیگر هوای فضا می تواند بر خطوط نفت و گاز موثر باشد؛ چراکه این خطوط می توانند به عنوان هادی جریان الکتریکی در نظر گرفته شوند که درازای آنها صدها و گاهی هزاران کیلومترمی باشد.
در دهه های گذشته مهندسین بارها و بارها با جریانهایی در خطوط انتقال نفت و گاز مواجه شده اند که هیچ منبع جریان شناخته شده ای برای آنها در دست نبوده است. بعدها مشخص شد که این جریانها ارتباط تنگاتنگی با طوفانهای مغناطیسی داشته اند.‌
با در نظر داشتن نقش روز افزون تکنولوژی های امروزی در زندگی بشری، لزوم توسعه سیستم های هشدار در برابر این خطر طبیعی روز به روز افزایش می یابد. در این تحقیق سعی بر این بوده است که با استفاده از ابزارهای قوی مدل سازی موجود در ریاضیات و مهندسی کنترل و پردازش هوشمند، مدل سازی و پیش بینی پدیده های نامتعارف در هوای فضا میسرشود. این پدیده ها به علت ماهیت غیر خطی خود عموما دارای دینامیک های آشوبی بوده و همچنین در رفتار دینامیکی آنها در طول زمان تغییرات ناگهانی به چشم می خورد که این امر مسئله مدل سازی و پیش بینی را تا حد زیادی مشکل می سازد.‌
● اثرات هوای فضا بر ماهواره ها ‌
۱‌ ) ‌شارژ سطحی
۲‌ ) ‌نویز فوتونی ‌
۳‌ ) کشش ماهواره
۴‌ ) اثرات دریافتی کل‌
۵‌ ) ‌اثرات جهت گیری ماهواره ها
۶‌ ) اختلال تک رخدادی (نفوذ یک ذره پر انرژی)‌
۷‌ ) ‌شارژ توده ای یا دی الکتریک عمیق‌
۸ ) ‌تلالو دور و تداخل فرکانس رادیویی خورشید‌
از حوادث مهم به وقوع پیوسته می توان به خرابی ماهواره ‌Galaxy IV‌ در سال ۱۹۹۸ و ماهواره ‌TelStar‌ در سال ۱۹۹۴ و گم شدن چندین ماهواره به مدت سه روز در طی طوفان بزرگ مارس ۱۹۸۹ اشاره کرد. در طی این طوفان چندین ماهواره به مدارهای پایینی منتقل شده بودند.‌
● اثرات مخرب هوای فضا بر دیگر تکنولوژی ها
هوای فضا بر بسیاری از تکنولوژی های بشری اثرگذار است. به طور خلاصه اثرات هوای فضا را می توان در موارد زیر دسته بندی کرد:‌
۱‌‌ ) اثرات هوای فضا بر سیستم های توزیع قدرت: هوای فضا بخصوص در زمان طوفان منجر به القای جریان ژئومغناطیسی شده که‌ می تواند منجر به اشباع ترانس ها شده و این امر در شبکه توزیع‌ اختلال ایجاد می کند. همچنین همان طور که در شکل مقابل دیده‌ می شود این پدیده می تواند صدمات جبران ناپذیری به سیم پیچیترانس ها بزند.‌
۲‌‌ ) هوای فضا می تواند در مخابرات بین قاره ای اختلال ایجاد کند. اینمسئله به کرات در اواسط قرن بیستم دیده شده است.‌
۳‌‌ ) این پدیده می تواند منجر به القای جریان درخطوط نفت و گاز شدهو عمر مفید لوله ها را کاهش دهد.‌
۴‌‌ ) هوای فضا بر حمل و نقل هوایی خصوصا در ارتفاعات بالا بسیار می تواند اثرات زیان باری به همراه داشته باشد.‌
۵‌‌ ) هوای فضا همچنین بارها و بارها منجر به اختلالات (بعضا با تلفات جانی بالا) در حرکت قطارها شده است.‌
۶‌‌ ) ابعاد اثرات هوای فضا همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند بسیار وسیع و در حد قاره باشد.‌
● روش های متعارف مدل سازی و پیش بینی توفان های خورشیدی
همان طور که گفته شد، منشا اصلی هوای فضا فعالیت متغیر خورشید است. اثر فعالیت خورشیدی از سطح خورشید به سمت فضای میان سیاره ای گسترش می یابد و مدار زمین، مگنتوسفر، یونوسفر و اتمسفر بالایی را تحت تاثیر قرارمی دهد. مدلهای بسیار متعددی برای قسمت های مختلف این زنجیره طراحی شده اند. مدل سازی پدیده های خورشیدی، شامل مدل های فعالیت خورشیدی، مدل پروتون های پرانرژی، مدلهای ‌CME‌ و زبانه کشی های خورشیدی، هلیوسفر و باد خورشیدی در مقیاس های زمانی مختلف مورد بررسی قرارگرفته اند.
اما متاسفانه در مورد ‌CME‌ ها به عنوان مهمترین این پدیده ها این مدل ها به درستی نمی توانند جهت گسترش آنها و شدت ضربه ناشی از آن را مشخص کنند. به طور کلی مدل های زیر در ادبیات هوای فضا از اهمیت بالاتری برخوردارند:‌
۱‌‌ ) مدل های مگنتوهیدرودینامیکی
۲‌‌ ) مدل WINDMI‌
۳‌‌ ) مدل پیش بینی و مشخص سازی مگنتوسفری
۴‌‌ ) مدل هوای فضای دانشگاه لوند
۵‌‌ ) محیط مدل سازی هوای فضا Space Weather Modeling Framework(‌‌)‌
۶‌‌ ) مدل دیناموی خورشیدی
۷‌‌ ) روش های عددی همچون ‌AR‌ و NAR‌
۸‌‌ ) روش ‌Precursor‌ برای پیش بینی این پدیده
و...
منبع : روزنامه رسالت


همچنین مشاهده کنید