السلف في ردار ومراقبة الملاحة الجوية المعزَّزة لإدارة الحركة الجوية

وقد كان تطور الرادار والملاحين الجويين قوة دافعة وراء تحديث نظم إدارة الحركة الجوية على الصعيد العالمي، حيث يتوقع أن يتضاعف النقل الجوي العالمي خلال العقدين المقبلين، فإن الطلب على أجهزة الصراف ذات القيمة العالية، والتوعية بالحالة في الوقت الحقيقي، وقد أصبح هذا النظام متسماً بالضغط الشديد، كما أن الرادار الثانوي التقليدي ونظم الرادار الأولية، في حين أن النظام الأساسي، يجري تعزيزه، ويستعاض عنه في حالات كثيرة بتكنولوجيا توفر قدراً أكبر من المرونة، وتغطية أوسع نطاقاً أوسع نطاقاً،

Emerging Radar Technologies

ولا يزال الرادار حجر الزاوية في كشف الحركة الجوية وتتبعها، ولكن النظم الحديثة تجاوزت كثيراً المصابيح شبه المتناوبة، واعتماد هوائيات تعمل بالمسح الالكتروني، مقترنة بتجهيز الفتحات الاصطناعية والتصوير الرقمي، قد حسّن بشكل كبير الكشف عن كل من الطائرات التعاونية وغير التعاونية، فضلاً عن الظواهر الجوية والأخطار الناجمة عن التناوب، وذلك بدلاً من أن توفر هذه التكنولوجيات معلومات مستكملة عن الممرات التي تقاس بأربعة.

Radar

وتستخدم نظم رادارية مقسمة على مراحل آلاف الوحدات الصغيرة التي تخضع للرقابة الفردية للأجهزة المحمولة، والتي تعمل معاً على توجيه الشعاع الراداري بطريقة إلكترونية دون نقل الهوائي، وهذا يتيح إعادة تركيب الشعاع الفوري تقريباً، مما يتيح إمكانية تتبع طائرة واحدة في نفس الوقت، وإجراء فحوصات جوية، والقيام بمهام أخرى.

وقدرة المسح السريع للرادارات المتحركة ذات قيمة خاصة في المناطق المتحركة المزدحمة في محطات المناورة التي تتجمع فيها طائرات متعددة على ارتفاعات وسرعة مختلفة، ويمكن للمراقبين أن يتلقوا معلومات مستكملة كل سنتين إلى ثلاث ثوان، مما يتيح لهم إصدار تعليمات أكثر دقة والاستجابة بسرعة للانحرافات غير المتوقعة، كما أن القدرة على تقاطع حركة المرور الجوي والطرق الجوية تقلل من الحاجة إلى نظم رادارية منفصلة، وتقليص تكاليف البنية التحتية وتبسيط البيانات.

رادار ذي فتحة اصطناعية (سار)

ويستخدم الرادار الاصطناعي حركة الرادار - التي تستخدم عادة طائرة أو ساتل - لتجميع صورة هوائي كبير جدا، مما ينتج صورا عالية الاستبانة للأرض والعقبات، وفي حين أن منطقة البحث قد استخدمت منذ فترة طويلة للاستشعار عن بعد والاستطلاع العسكري، فإن تطبيقه في جهاز آلي آلي آلي ينمو من أجل التوعية بالأرض وكشف الاقتحام عن الاقتحام.

وفي سياق المراقبة، يمكن أن تقدم منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة صوراً آنية لأجهزة مراقبة الحركة الجوية لرصد التحركات الأرضية في المطارات، ولا سيما في حالة الطقس غير السليم عندما تكون الكاميرات البصرية غير فعالة، كما أن وحدات منطقة البحث والتطوير الفضائية، مثل تلك التي تديرها وكالة الفضاء الأوروبية (سانتينيل-1)، تسهم أيضاً في سلامة الطيران على الصعيد العالمي من خلال رسم خرائط لخطوط السواحل المتغيرة، ومناطق الفيضانات، وعمليات التوعية بالبوط البركانية التي تؤثر على تخطيط الرحلات الجوية.

جهاز تصوير رقمي وجهاز كشف مصمم

ويتخذ التضليل الرقمي تكنولوجيا الأشعة التدريجية خطوة أخرى من خلال رقمنة الإشارات الواردة من كل عنصر هوائي قبل الجمع بينها، وهذا يتيح للرادار أن يشكل شعاعات متزامنة متعددة في اتجاهات مختلفة، وكل جهاز مصمم على النحو الأمثل لوظيفة محددة (مثلا، شعاع واحد لتتبع الطائرات، وجهاز آخر لكشف الستار الريحي).

التقدم في مجال مراقبة الملاحة الجوية

وتشمل أجهزة المراقبة الجوية النظم المحمولة جواً والأرضية التي توفر معلومات عن مواقع الطائرات وهويتها ومركزها، والتحول من المراقبة المعتمدة على الرادار إلى نظم تعاونية مثل نظام ADS-B والتعددية الواسعة النطاق في المنطقة يمثل تغييراً في النموذج في جهاز آلي آلي، وتستغل هذه التكنولوجيات وصلات البيانات الحديثة الخاصة بالملاحة الساتلية والبيانات الرقمية لتحقيق الدقة في المراقبة التي تتنافس أو تتجاوز الرادار التقليدي، وغالباً ما تكون في انخفاض تكاليف التركيب والصيانة.

Automatic dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B)

وجهاز الارسال والتلفزيون والهوية هو تكنولوجيا للمراقبة تقوم فيها طائرة ببث موقعها وسرعة الطائرة وارتفاعها وتعرفها من أجهزة الاستشعار التابعة للشبكة العالمية لسواتل الملاحة وغيرها من أجهزة الاستشعار الموجودة على متن الطائرة، وتتلقى هذه الإذاعات محطات أرضية وطائرات أخرى مجهزة بجهاز ADS-B In. وقد أصبحت هذه الطائرة حجر الزاوية في جهاز الحاسب الآلي الحديث، الذي صدر به تكليف لمعظم الطائرات العاملة في المجال الجوي الخاضع للرقابة من قبل القوات الجوية وعدد آخر من أجهزة الطيران المدني(12).

وهناك نسختان: ADS-B Out (transmit only) و ADS-B In (receive) وبينما يلزم أن تكون هناك مادة ADS-B خارج من أجل الوصول إلى المجال الجوي، فإن الساتل ADS-B يتيح إمكانية عرض المعلومات المتعلقة بالحركة (CDTI) بما يتيح للطيارين رؤية حركة المرور والطقس المحيطة على خريطة متحركة، وهذا الوعي الوضعي يدعم تطبيقات مثل التوعية بالحركة الجوية وإجراءات الكفاءة في استخدام الفضاء

غير أن نظام إدارة الدعم الميداني لديه أوجه ضعف: يمكن أن يؤدي التشويش على إشارات النظم العالمية لسواتل الملاحة وتشويهها إلى تدهور تقارير المواقع، ويعتمد النظام على الطائرات التي تنقل بيانات صحيحة، وتشمل حالات التخفيف آليات التوثيق (مثلا، نظام إدارة خدمات الدعم والخدمات الإدارية، مع رموز توثيق الرسائل) والمراقبة المختلطة التي تعالج الصمامات ADS-B مع بيانات متعددة التواريخ وبيانات رادارات.

نظم تعددية (نظام إدارة المياه والموارد البشرية/نظام إدارة المشاريع)

وتستخدم عدة مناطق واسعة النطاق شبكة من المحطات الأرضية الموزعة جغرافيا لقياس الفرق الزمني لوصول الإشارات التي تنبعث من مرسلين مجيبين للطائرات (المورد A/C، Mode S، أو ADS-B) حيث أن النظام، عن طريق حل معادلة متعددة، يحدد موقع الطائرة بدقة مماثلة للرادار، وخاصة في المناطق الجبلية أو المناطق التي تُنفذ فيها أجهزة المراقبة الجوية.

كما يعمل نظام إدارة المشاريع الصغيرة والمتوسطة الحجم (DME-MLT) على نحو مماثل، ولكنه يستخدم إشارات معدات قياس المسافة بدلا من الردود على أجهزة مرسلة، ويمكن لهذه التقنية أن تحدد مواقع الطائرات التي لا توجد لديها جهاز إرسال مستجيب فعال، وتوفر الدعم للمراقبة الأولية، كما أن تعدد التواريخ هو مفتاح المراقبة السطحية على مسارات المطارات والسيارات، حيث يتم تعقب مواقع المركبات والطائرات المتحركة لمنع حدوث اقتحامات.

Mode S and Enhanced Surveillance

والطريقة " س " (Select) هي بروتوكول راداري ثانوي يتيح إجراء استجواب انتقائي لفرادى الطائرات، ويقلل من عبء الرد المشترك في حركة المرور الكثيفة، ويمكن لمرسلي مجيبي مودي س أن يوصلوا ثروة من البيانات إلى ما يتجاوز الهوية والارتفاع الأساسي، بما في ذلك الخطوط الجوية المتحركة، والزاوية المتحركة، ومعدل الزوايا، والارتفاع المختار (عن طريق نظام الرصد الأولي المعزز للأجهزة الضوئية).

كما أن الأسلوب س هو أساس نظام الإنذار والتبديد في حركة المرور، الذي يستخدم بيانات من طراز Mode S لتنسيق المشورة في مجال القرار بين الطائرات، كما أن الجيل الأخير من نظام المراقبة الإيجابية، يكيف منطقه مع مختلف البيئات الجوية ويقلل من الإنذارات المتعلقة بالخطر، ويعمل النظام الموحد للسواتل (ADS-B) بالتنسيق مع نظام المراقبة غير المزود بالأجهزة.

التكامل والتأثير على إدارة حركة المرور الجوي

وتبرز القيمة الحقيقية لهذه السلف الرادارية والمراقبة عندما تدمج في نظم الصراف الآلي غير المتناقلة، وتجمع محركات دمج البيانات بين المدخلات من أجهزة الاستشعار المتعددة - الرادار، والجهاز الارشادي - باء، والتعددية، ونموذج " مودي " ، والسواتل - لإيجاد صورة موحدة للمراقبة تكون متسقة ومناسبة التوقيت، وهذا النهج المتكامل يدعم الطيف الكامل لعمليات الصراف الآلي، من إدارة الرحلات من البوابة إلى البوابة إلى التحكم في التدفقات عبر المناطق.

تحسين السلامة

وقد أدى ارتفاع معدل التحديث ودقة الموقف في المراقبة الحديثة إلى الحد من خطر الاصطدامات، كما أن انخفاض الحد الأدنى للانفصال (من 5 أميال بحرية إلى 2.5 ميلاً شمالياً أو حتى 0.5 ميلاً شمالياً على المدرجات المتوازية الفضائية) يمكن أن يؤدي إلى إمكانية اعتماد أجهزة التحكم على التتبع القريب من الوقت، كما أن نظم الإنذار بالاقتحام، مثل مراقبة سطح المطار باستخدام نماذج متعددة الأطقم الجوية وأجهزة التنبيه إلى مواقع التلقيم.

وعلاوة على ذلك، تدعم المراقبة المتكاملة تحسين تجنب الطقس، وتوفر رادارات الطقس المتحركة تحديثات أسرع في الحجم (30 ثانية مقابل 5 دقائق لدوبلر التقليدي)، مما يعطي طيارين ومرسلين معلومات في الوقت المناسب عن الخلايا الميسرة، والمثقلفات، والاضطرابات، مما يؤدي إلى حدوث تأخيرات وتسريبات أقل في مجال الطقس.

القدرات والكفاءة

فالرقابة المتقدمة تؤدي إلى توسيع القدرة على المجال الجوي، حيث يمكن أن تعمل الطائرات بشكل آمن في نفس المجال الجوي، مما يؤدي إلى تخفيف الاكتظاظ في المراكز الرئيسية، كما أن أفضل الطرق التي تتيحها المراقبة العالية الدقة والتنبؤات المسارية تسمح للطائرات بأن تطير وحدها بالمواصفات المفضلة - عمليات التسلق المستمرة - التي تؤدي إلى انخفاض الوقود وتقليص الضجيج.

وتستخدم نظم إدارة التدفق على أساس الوقت بيانات المراقبة لتحديد مواعيد وصولها بدقة، وتقليل التغيرات في الناقلات والتسلسلات إلى أدنى حد، وتعتمد مبادرات مماثلة في أوروبا، مثل برنامج منطقة جنوب شرق آسيا، على تعددية الأطراف وجهاز الادخار الآلي لدعم عمليات القطاع الدينامية والطرق الحرة، وفي المجال الجوي المحيطي، أدت البيوت الفضائية إلى الحد من الفصل الأفقي من 30 حركة مرورية إلى 15 دقيقة، وخفضت القدرة على الفصل بين المواقع الطويلة.

المنافع البيئية

ومن خلال التمكين من مسافات أكثر كفاءة للرحلات الجوية - بُعد نقلها، وتقليل الحيازة، والتدرج الأمثل في الملامح - تؤدي المراقبة الحديثة إلى خفض حروق الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، كما لاحظت الرابطة الدولية للنقل الجوي أن الاعتماد العالمي للملاحة القائمة على الأداء والفصل المخفض القائم على المراقبة يمكن أن يخفض انبعاثات الطائرات بنسبة تصل إلى 10 في المائة.

وعلاوة على ذلك، فإن الاندماج مع رادار الطقس يقلل إلى أدنى حد من التغلغل في الطقس الحاد، ويتجنب حرق الوقود غير الضروري بسبب الانحرافات الطويلة أو الدافع المفرط، وتستخدم مراكز عمليات الخطوط الجوية بيانات المسارات التي تستخدمها المراقبة من أجل تحسين تخطيط الحمولة وتعبئة الوقود، مما يزيد من الحد من النفايات.

التطورات المقبلة

ويشير مسار الابتكار في مجال الرادار والمراقبة الجوية إلى زيادة التشغيل الآلي، وتوسيع نطاق التغطية، والقدرة على مواجهة التعطلات، ويمكن للرادارات الفضائية العاملة في المدار الأرضي المنخفض أن توفر تغطية عالمية للمراقبة الأولية، وأن تزيل الحاجة إلى الرادار الأرضي في مناطق كثيرة، وتقوم القوة الفضائية الأمريكية وناسا باستكشاف السواتل ذات القدرات الخاصة بالوكالة الفضائية الأوروبية ووكالة الفضاء الوطنية للتوحيد القياسي التي يمكن أن تنقل مسارات الطائرات في الوقت الحقيقي إلى المحطات الأرضية، مما يقلل من الرطوبة إلى ثوان.

ويجري تطبيق الاستخبارات الاستخبارية والتعلم الآلي على عملية جمع البيانات المستشعرة والكشف عن الشذوذ، ويمكن أن تحدد الخوارزميات الأنثوية أنماطاً فرعية من النزاعات النابعة، والتنبؤ بالانتهاكات الفاصلة، والتوصية بأعمال المراقبة، كما تساعد في تصنيف الطائرات غير التعاونية (مثل الطائرات العامة بلا طيار، والكشف عن الأوبئة العسكرية الصديقة) للحد من حالات الإنذار المزيف.

وثمة تطور واعد آخر يتمثل في استخدام المراقبة التعاونية في نظم إدارة حركة المرور غير المأهولة للطائرات بدون طيار، وتتطلب العمليات المنخفضة الارتفاع شبكات مراقبة كثيفة التكلفة منخفضة - غالبا ما تكون مزيجا من المراقبة الآلية - التعاقد مع المعالي )ADS-C( والرادار الأرضية - لضمان الفصل والامتثال للقيود المفروضة على المجال الجوي، ويجري تكييف المبادئ الموضوعة لمراقبة الطيران المأهولة من أجل هذا المجال التجاري الجديد،

وتواصل هيئات المعايير مثل ] منظمة الطيران المدني الدولي ] تطوير متطلبات المراقبة من خلال خطة الملاحة الجوية العالمية، والمفاهيم الناشئة مثل أبراج المراقبة الافتراضية، والمحطات التجريبية النائية، ورسوم الطيران المستقلة استقلالا تاما، تتطلب حتى زيادة تعزيز إدماج المراقبة العالية النزاهة في نسيج آلية الصرف الآلي الأوسع نطاقا.

خاتمة

وقد حولت أوجه التقدم في مجال الرادار والمراقبة الجوية من نهج مركزي راداري إلى نظام استباقي وثري للبيانات ومتصل عالميا، حيث أن راداري الأشعة المقطعية والإيسا يوفران تحديثات سريعة وقدرة متعددة الوظائف، بينما يؤدي الرادار ذو الفتحة الاصطناعية إلى تعزيز الوعي بالأرض والعقبات، وفي جانب المراقبة، فإن الوصلات المتعددة الأبعاد وتتبع مسارات الأمان تؤدي إلى زيادة الدقة في التعاونيات.