أثر النشاط الشمسي على موثوقية الموقع الشبكي لشبكة تحديد المواقع وكيفية الاستعداد له

وقد أصبح النظام العالمي لتحديد المواقع العمود الفقري للحياة الحديثة، حيث يسترشد بكل ما ينجم عن الملاحة الشخصية والسفر الجوي إلى المعاملات المالية والزراعة الدقيقة، ومع ذلك فإن مجموعة السواتل التي تدور حول أكثر من ٠٠٠ ٢٠ كيلومتر فوق الأرض، هي عرضة لتشكيل قوة ساتلية قوية وغير قابلة للتنبؤ: النشاط الشمسي.

ما هو النشاط الشمسي؟

(الإنتشار الشمسي) يُحدث موجة كبيرة من الطاقة، و تُتطاير الشمس في مدار الساعة، و تُحدث موجات هائلة من الطاقة، و تُحدث هذه الأشعة تحت الأرض، و تُطلق عليها موجات هائلة من الطاقة، و تُستخدم فيها موجات أشعة مُضبّطة في الوقت الحاضر.

مفتاح سولار فينومينا

Solar Flares:] classified as C, M, or X based on intensity. powerful M- and X-class flares can directly cause radio blackouts and disturb the ionosphere.
أكثر الأحداث فعالية من حيث الأرض بالنسبة لجهاز تحديد المواقع عندما يكون المجال المغناطيسي للشركة موجهاً جنوباً، يختلط بقوة مع الغلاف المغنطيسي للأرض، ويسبب العواصف الجيولوجية المغنطسية.
مناطق مظلمة ومبردة على سطح الشمس حيث تُركز الحقول المغناطيسية، وإحصاءات البقع هي مقياس للنشاط العام.

ورصد هذه الظواهر هو خط الدفاع الأول، إذ توفر وكالات مثل مركز منع حدوث اضطرابات في الطقس الفضائي التابع للشبكة () بيانات وتنبؤات آنية تساعد مستخدمي النظام العالمي لتحديد المواقع على توقع حدوث انقطاعات.

How Solar Activity Affects GPS Signals

(ب) إذاعة سواتل الشبكة العالمية لتحديد المواقع على ترديتين أساسيتين من أجهزة النقل: L1 (1575.42 MHz) و L2 (1227.60 MHz) وهذه الموجات الإذاعية تسافر عبر الغلاف الجوي العلوي للأرض (60-1000 كيلومتر) التي يُؤون بالإشعاع الشمسي.

Ionospheric Delay

ويتوقف مؤشر التحلل على تردد الموجة الإذاعية وكثافة الإلكترونات الحرة على مسار الإشارة، ويُسمى مجموع عدد الإلكترونيات في عمود واحد على طول مسار الإشارة Toectron Contters (TEC) ، مهما كان الاختلاف في حجم الترددات الشمسية،

الترميم

هناك تأثير مسبب للتشويش في الغلاف الجوي، وهى تقلبات حادة في نطاق الترددات العالمية والمرحلة التي تحدثها مخالفات صغيرة في كثافة البلازما، وهى تعطل في المنطقة، وهى أكثر حدة في المناطق المغنطة، وفي المناطق القطبية، خاصة خلال ساعات الطيران المحلية التي تزول بعد الغزو

الضرر الساتلي المباشر

فبعد تدهور الإشارات، يمكن أن تلحق جسيمات الطاقة الشمسية العالية من المنافذ الفلورية والمنظومات الصغيرة والمتوسطة الحجم أضراراً بالأجهزة الإلكترونية الساتلية، بينما يمكن أن تؤدي الاضطرابات التي تصيب أحد المناسبات من البروتونات النشطة إلى تلف في الذاكرة أو تسبب في تضليل المجهزين للقيادات المضللة، مما قد يؤدي إلى فقدان مؤقت أو دائم للوظيفة الساتلية، وفي حين أن مصممي السواتل يشقون الأجهزة الإلكترونية ضد هذه الآثار، لا يزيد أي نظام من قدرة مستعملي أجهزة تحديد المواقع على إحداث فقدان القدرة على إحداث الاحتراقة في جميع أنحاء العالم.

أمثلة عالمية حقيقية على اختلالات النظام العالمي لتحديد المواقع

ويورد التاريخ تذكيراً صارخاً بضعف النظام العالمي لتحديد المواقع في الطقس الفضائي، حيث أن عواصف الهالوين التي وقعت في تشرين الأول/أكتوبر - تشرين الثاني/نوفمبر 2003 لا تزال أكثر الأمثلة توثيقاً، وقد تسببت سلسلة من المناشير ذات النوعية X والمنظومات الصغيرة والمتوسطة الحجم في عواصف جيولوجية معتدلة، مما أدى إلى تدهور الإشارات المرجعية الجغرافية.

مناسبة كارينغتون - كلاس: سيناريو أسوأ - كاس

وفي حين لم يحدث أي حدث على مستوى كارينغتون (وهي عاصفة شمسية من الحجم شوهدت في عام 1859) في عصر النظام العالمي لتحديد المواقع، فإن هذا الحدث يشكل خطراً معقولاً، وتشير نماذج الحاسوب إلى أن وجود نظام مصغر من طراز كارينغتون يمكن أن يسبب انقطاعاً في النظام العالمي لتحديد المواقع على مدى أيام دائمة، مع وجود أخطاء أفقية تصل إلى عدة كيلومترات، وأن الأثر الاقتصادي سيكون مذهلاً، مما يؤثر على كل شيء من اللوجستيات النقل البحري إلى توقيت شبكة الطاقة الكهربائية.

The Science Behind GPS Signal Propagation

ويفترض المرء أن يفهم، من أجل تقدير أثر النشاط الشمسي، كيف يعمل النظام العالمي لتحديد المواقع على مستوى الإشارة، وينقل باستمرار رمزاً يتراوح بين ناقلات L1 و L2، ويتخذ المتلقي تدابير للتأخير في الوقت بين الانتقال والاستقبال لحساب تقنية الأشعة، لأن متوسط التأجيل في الغلاف الأيوني يصحح الإشارة إلى الأشعة المميتة والافتراضات العكسية التي تتناسب مع التواتر، فإن متوسط التذبذبذبذبذبذبذبذبذبذبذب

دور الغلاف الجوي المريخي (لا، هذا هو الأرض)

(Note: هذا رئيس القسم الفرعي هو مالك مكان؛ ونحن سوف نواصل التركيز على الغلاف الجوي الأرضي] النقطة الرئيسية: ينبغي للمستعملين المتقدمين والتطبيقات الحرجة أن تعطي الأولوية للمستقبلين الثنائيي التردد أو متعدد الترددات، خاصة وأن الإشارات المدنية الجديدة (L5) متاحة على التأثيرات الاصطناعية في الغلاف الجوي الثالث.

التقنيات المتقدمة للتخفيف من حدة الاضطرابات الناجمة عن النظام العالمي لتحديد المواقع

وبالنسبة للمهنيين الذين تعتمد عملياتهم على موثوقية النظام العالمي لتحديد المواقع، فإن الملاحة البحرية، والمسح، والزراعة، والاتصالات السلكية واللاسلكية - مواجهة التحدي الذي يواجهه النشاط الشمسي تتطلب نهجاً مطبقاً، فإلى جانب أجهزة الاستقبال ذات التردد المزدوج، تساعد عدة نظم واستراتيجيات للزيادة على الحفاظ على الدقة والتوافر.

نظم التعزيز الساتلية

تستخدم شبكة الفضاء مثل WAAS (USA) و EGNOS (Europe) و MSAS (اليابان) شبكات من محطات المراجع الأرضية لتصوير التصويبات لتأخر الغلاف الأيوني وأخطاء المدار الساتلي، وتبث هذه التصويبات بواسطة السواتل الثابتة بالنسبة للمستعملين النهائيين، وتحسن نظام SBAS كثيرا الدقة (إلى حوالي 1 إلى 2 متر) وتوفر مراقبة السلامة، ولكن خلال فترات الارتفاع الشديد، قد تفقد محطات المراجع نفسها.

نظم التطعيم الأرضية

وفيما يتعلق بنُهج الدقة في المطار، تقوم شركة GBAS (المعروفة أيضا باسم LAAS في الولايات المتحدة) بإيصالات ذات ترددات عالية جدا من محطة أرضية محلية، ولأن المحطة قريبة من المدرج، فإن الأخطاء في الغلاف الأيوني شائعة إلى حد كبير بالنسبة لكل من جهاز الاستقبال المرجعي والطائرة المهبطة، ولا يزال نظام GBAS أقل عرضة للاضطرابات في الغلاف الأيوني على نطاق واسع من نظام SBAS، ولكنه لا يزال يمكن أن يتأثر بالتأخيرات الشديدة.

وينشئ نظام تحديد المواقع الذي يجمع بين النظام العالمي لتحديد المواقع ووحدة قياس غير مركزي نظاما هجينا يحتفظ بالموقع خلال فترات انقطاع قصيرة للنظام العالمي لتحديد المواقع، وعندما تضيع الإشارة، يواصل الاتحاد نشر الموقع والسرعة والتوجه باستخدام التراجع المميت، ويمكن أن تعيد أجهزة الاستشعار الحديثة دمج نظام تحديد المواقع دون هوادة عندما تعود الإشارات إلى الطيران البحري.

تحسين نظام استقبال المحاسبين

ويستخدم جهاز استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع المتطورة مقاييس مثل سلاسة الناقل، وكشف التسلل المفاجئ، والتصفيف التكييف للتخفيف من الترميم، ويمكن لبعض أجهزة الاستقبال التنبؤ عندما يكون فقدان القفل من المرجح أن يتحول إلى أسلوب أكثر قوة للتتبع، ويمكن أن تؤدي تحديثات البرمجيات إلى جلب هذه القدرات إلى المعدات الموجودة.

التأهب العملي للفئة الفنية والمستهلكين

وتشمل الاستعدادات لاضطرابات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تسببها الشمس البقاء على علم ووضع خطط للتراجع، وهنا توجد خطوات عملية لمختلف فئات المستخدمين.

للمستهلكين والملاحة العامة

رصد تنبيهات الطقس الفضائي عن طريق تطبيقات أو مواقع شبكية مثل تنبيهات NOAA SWPC .
احتفظ بالخرائط المادية، والبوصلة، وجهاز احتياطي للنظام العالمي لتحديد المواقع (مثلاً، جهاز تحديد المواقع المحمولة باليد مع الخرائط المحملة مسبقاً) في سيارتك أو حقيبة ظهرك.
إذا إعتمدت على نظام تحديد المواقع للتنزه أو العمل عن بعد تحقق من توقعات الطقس الفضائي لمدة 3 أيام قبل الخروج
فكري في رفع مستوى جهاز استقبال ثنائي الترددات إذا كنت بحاجة إلى دقة عالية لأنشطة مثل الهندسة، أو المسح الطوبوغرافية، أو الطيران بدون طيار.

للمستعملين المهنيين

Agriculture and Precision Farming:] Plan critical GPS- dependent operations (planting, spraying, harvesting) to avoid predictedعاً للعواصف، واستخدام التصويبات التي تستخدمها RTK والتي تنتج عن محطات الأساس المحلية، والتي هي أقل تأثراً من الخدمات الساتلية.
Surveying and Construction:] Verify baseline readings during high solar activity. Expect increased time to fix carrier-phase ambiguities. Use multi-constellation receivers (GPS + GLONASS + Galleo) to increase satellite visibility.
Aviation:] Brief pilots on space weather conditions before flights. Be prepared for reduced WAAS availability in polar and equatorial regions. Have non-precision approach procedures (VOR, NDB, ILS) as supportives.
Telecommunications:] Many cell towers and network infrastructure rely on GPS for timing coincidehronization. Ensure network hours have holdover oscillators capable of maintaining timing for hours in case of GPS signal loss.

المستقبل: نظم التنبؤ بالطقس الفضائي والتنبؤ به

إنَّ الجيل القادم من سواتل النظام العالمي لتحديد المواقع الثالث، مع الإشارة المدنية لـ5، ستُتيح مقاومة أفضل للآثار في الغلاف الجوي، ويُقدِّم إطلاق نظام غاليليو الأوروبي إشارات إضافية، ويُحدِّد تحديثات أكثر تواتراً.

الفرص التعليمية: إدخال النشاط الشمسي والشبكة العالمية لتحديد المواقع في الصفوف الدراسية

أما بالنسبة للمعلمين والطلاب، فإن التفاعل بين النشاط الشمسي والنظام العالمي لتحديد المواقع يوفر موضوعا غنيا ومتعدد التخصصات يشمل الفيزياء والهندسة وعلوم الأرض وتكنولوجيا المعلومات، ويمكن للمعلمين أن يستخدموا بيانات الطقس الفضائي في الوقت الحقيقي من نظام رصد الأرض، كما أن مشروع " غلوب " (FLT:0) " () " () " () " () " ) قد يُعدّدُعدّتُعدّل " ()

خاتمة

ويؤثر النشاط الشمسي تأثيرا حقيقيا ومتناميا على موثوقية النظام العالمي لتحديد المواقع، فمن الملاحة اليومية إلى الهياكل الأساسية الحيوية، يتطلب ضعف الإشارات الساتلية إلى المنافذ والمنظومات الصغيرة والمتوسطة الحجم الوعي والإعداد، ومن خلال فهم العلم وراء الاضطرابات في الغلاف الأيوني، والاستثمار في أجهزة الاستقبال الحديثة ونظم التعزيز، والاستمرار في استنارة المعلومات عن طريق التنبؤات الجوية الفضائية، يمكن للأفراد والمنظمات أن يخففوا من المخاطر، حيث أن تستمر عمليات التخطيط الاستباقية في الدورة الشمسية 25 في العمل على ضمان تحقيق ذلك.