وقد أصبح الملاحة البحرية الحديثة مرتبطة ارتباطا وثيقا بأداء وتصميم النظم الساتلية، وهذه النظم - وهي أساسا النظم العالمية لسواتل الملاحة، مثل النظام العالمي لتحديد المواقع، ونظام غلوناس، ونظام غاليليو، وجهاز بيدو - يتكون من العمود الفقري لتصميم المواقع، والتصميم، والموثوقية، مما يتيح للسفن تحديد موقعها بالضبط، وخياراتها المعمارية، ومساراتها، ومساراتها في أي مكان يتسم بالكفاءة.

مقدمة إلى الملاحة الساتلية في السياق البحري

وقد أدى الملاحة الساتلية إلى ثورة العمليات البحرية منذ ظهور النظام العالمي لتحديد المواقع في التسعينات، واليوم يعتمد أكثر من 90 في المائة من الشحنات الدولية على النظم العالمية لسواتل الملاحة في الملاحة الأولية، وفقا للمنظمة البحرية الدولية، ويستخدم السفن إشارات ساتلية ليس فقط لتحديد الموقع وإنما أيضا من أجل تزامن نظم الاتصالات، ودعم المواقع الدينامية على المنصات البحرية، وتمكين النظم الإلكترونية لكشف البيانات وسلامة المعلومات (ECDIS).

ويشمل تصميم النظم الساتلية عوامل عديدة: عدد السواتل والطائرات المدارية لها، وهياكل الإشارات والترددات، وهيكل قطاع المراقبة الأرضية، ومدى قوة التدابير المضادة للقذف والمسح، وكل قرار تصميمي يؤثر على مدى خدمة المجتمع البحري، ونظرا لأن زيادة حركة النقل البحري والسفن أصبحت أكثر آلية، فإن الطلبات على نظم الملاحة الساتلية آخذة في الازدياد، ويجب أن تعالج تصميمات الجيل التالي هذه المتطلبات مع الحفاظ على التوافق فيما بينها.

Constellation Configuration and Its Impact on Coverage

ويلعب ترتيب السواتل في مجموعة مشار إليها بتركيب هيكل الإنشاءات دوراً حاسماً في تحديد مدى توافر إشارات الملاحة ودقة هذه الإشارات، ومعظم محطات النظم العالمية لسواتل الملاحة تُنشر في المدار الأرضي المتوسط، على ارتفاعات تناهز 000 20 كيلومتر، ويتكون الموقع الشبكي GLONASS وGGlyo وBiDou من جميع أجهزة القياس المتعددة الأبعاد، ولكن مع وجود أرقام مختلفة من السواتل.

التجارة في الخدمات الإدارية

ويوفّر نظام الرصد البيئي توازناً جيداً بين الرؤية الساتلية والقدرة على الإشارة، إذ إن المدارات المنخفضة التي تبلغ حوالي 000 1 كيلومتر من شأنها أن توفر إشارات أقوى وبطءاً أدنى، ولكنها تتطلب مزيداً من السواتل لتغطية عالمية مستمرة، إذ يمكن للمدارات العليا التي تبلغ 786 35 كيلومتراً أن تغطي مناطق جغرافية واسعة النطاق ذات ساتل واحد، ولكن قوة الإشارة أضعف وأعلى من حيث الدقة، ويستفيد المستعملون البحريون عموماً من تصميم نظام الرصد المتعدد الأطراف نظراً إلى عدم وجود تغطية ثابتة في المناطق المحيطية.

إعادة الإعالة والتسامح

ويؤثر عدد السواتل في مجموعة من السواتل تأثيرا مباشرا على قدرتها على الفشل، إذ يمكن أن تتحلل بسرعة مجموعة من الصواريخ ذات السعة القصوى إذا فشلت سواتل واحدة أو أكثر، وتصمم وحدات حديثة بسواتل احتياطية في المدار (بأعباء احتياطية) وجزء من التحكم الأرضي قادر على إعادة تشكيل هيكل الساتل المزود بأجهزة نقل ذات قدرة على الحركة البحرية، على سبيل المثال، فإن نظام غاليليو للطيران الملاحية يقوم على أساس مستمر

آليات النزاهة والتصويب

وتشير سلامة الإشارة إلى قدرة نظام الملاحة على تقديم إنذارات في الوقت المناسب إلى المستعملين عندما لا تكون الإشارات آمنة للاستخدام، وفي التطبيقات البحرية، يمكن أن تكون لأخطاء الإشارات غير المكتشفة عواقب كارثية، ولذلك يجب أن يتضمن تصميم النظام الساتلي رصدا قويا للنزاهة باعتباره سمة أساسية، ويتحقق ذلك عادة من خلال الجمع بين الرصد بواسطة السواتل، وشبكات الرصد الأرضية، ورصد سلامة الاستقبال (RAIM).

Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM)

(ج) إن نظام تقييم الأداء هو تقنية نُفذت في أجهزة استقبال النظم العالمية لسواتل الملاحة تستخدم قياسات ساتلية زائدة للكشف عن السواتل المعطلة وعزلها، ويمكن للمتلقي أن يحدد مقياساً للارتباطات المعطلة ويحذر المستخدم، ويحتاج جهاز استقبال بحري متطور إلى معايير المنظمة البحرية الدولية لدعم نظام الرصد والتحقق من سلامة النظم العالمية، ويتوقف فعالية هذا الساتل على عدد السواتل المرئية.

الحلول المزدوجة الترددية والمتعددة الأطراف

ويمكن للمتلقين، باستخدام إشارات على ترددين أو أكثر، تقدير حالات التأخير في الغلاف الأيوني وتصحيحها، وهي مصدر رئيسي للخطأ بالنسبة لمستعملي الترددات الواحدة، وتُصمم إشارات نظام تحديد المواقع الجديد L5 وخط غاليليو E5a/E5b خصيصا لتطبيقات السلامة على الحياة، مع وجود قدرة أعلى وهياكل محسنة للإشارات، وذلك بتجميع القياسات من أجسام متعددة في النظم العالمية لسواتل الملاحة،

أثر تصميم النظام الساتلي على نتائج السلامة

ويتجلى الارتباط المباشر بين تصميم النظم الساتلية والسلامة البحرية في التخفيضات الإحصائية في عمليات الصيد البري والتصادم في المناطق التي تتوافر فيها خدمات عالية الجودة في النظم العالمية لسواتل الملاحة، ويتيح تحديد المواقع بدقة وموثوق بها عدة تطبيقات حيوية للسلامة.

تجنب الاصطدام وفصل حركة المرور

وتستخدم السفن بيانات النظم العالمية لسواتل الملاحة في مخططات فصل حركة المرور وتفادي الاصطدام بالسفن الأخرى، ولا سيما في المناطق الكثيفة مثل القناة الانكليزية، أو مضيق سنغافورة، أو نهج قناة بنما، ويعتمد نظام زيادة القدرة على تحديد المواقع على النظم العالمية لسواتل الملاحة في الإبلاغ عن هوامش المواقع، مما يسمح للسفن والسلطات الساحلية بتتبع تحركات السفن.

عمليات البحث والإنقاذ

وعندما تكون السفينة في حالة استغاثة، تنقل موقعها الذي تستخدمه الشبكة العالمية لسواتل الملاحة عن طريق المنارات الطارئة لمراكز تنسيق الإنقاذ، وقد يعني الدقة في هذا الوضع الفرق بين الإنقاذ السريع والبحث المطول والخطر، بل إن تصميمات النظام الساتلي الحديث التي تتضمن خدمات وصل العودة (مثلاً، أجهزة البحث والإنقاذ التابعة لمؤسسة غاليليو) يمكن أن تعترف بإشارة الإنقاذ المتوسطة، مما يؤدي إلى تحسين الثقة فيما يتعلق بالناجين.

النُهج المتبعة في الموانئ والمسح الهيدروغرافي

كما أن تصميم النظم الساتلية يؤثر على سلامة السفن التي تبحر قنوات ضيقة ومداخل الميناء، كما أن التصويبات التي تقوم بها محطات مرجعية محلية أو نظم تعزيز ساتلية تتيح الدقة على مستوى نظام سيمتري لتوجيه المناطق الضحلة، وتعتمد جودة الخرائط الهيدروغرافية على بيانات المسح الدقيقة التي تجمع مع تصميمات نظام GNSS-better بواسطة السواتل على مخططات أكثر دقة.

التطورات المستقبلية في الملاحة الساتلية من أجل السلامة البحرية

وسيشهد العقد المقبل تحسينات هامة على الهياكل الحالية لنظم المعلومات الجغرافية العالمية، وإدخال خدمات جديدة تستهدف تحديدا المجال البحري، وهذه التطورات تعد بقدر أكبر من المرونة والدقة والأمن.

الجيل القادم من سواتل الملاحة

أما السواتل التي تستخدم نظام GPS الثالث، والتي تحمل إشارة L1C الجديدة، وتحسن استخدام ميغاغرام للمستعملين العسكريين، فتتيح إمكانية التشغيل المتبادل بشكل أفضل مع نظام غاليليو، كما ستوفر الجيل الثاني من جيل غاليليو إشارات أقوى وعددا أكبر من السواتل التي تقدم خدمات ساتلية رائدة، وتوفر مجموعة بيدو العالمية التي استكملت في عام ٢٠٢٠ ميزة فريدة من نوعها في تصميم المدارات المختلطة بما في ذلك خطوط الأساس الجغرافية.

نظم التعزيز الساتلية

SBAS, such as WAAS (USA), EGNOS (Europe), MSAS (Japan), and GAGAN (India), broadcast corrections and integrity messages over the same frequencies as GPS. These systems are designed for aviation but are increasingly used by maritime vessels, especially in coastal zones. Emerging SBAS like SouthPAN (Australia/Newst,) and BDSBAS(China) extend coverage to

الأمن السيبرى والقدرة على التدخل

كما أن الاعتماد على النظم العالمية لسواتل الملاحة يزداد، كما أن التهديدات الناجمة عن التشويش والتشويش، ويمكن للجهات الفاعلة في مالي أن تنقل إشارات زائفة شبيهة بشبكة المواقع الجغرافية لتعطيل تشغيل السفن أو إغراء السفن، ويضم تصميم نظام السواتل بصورة متزايدة تدابير لكشف هذه الهجمات وتخفيفها، كما أن توثيق الإشارات، مثل لوحة الاستشعار عن بعد التابعة لدائرة غاليليو المفتوحة، يتيح للمتلقين التحقق من تلك الإشارات.

آثار الطقس الفضائي والغلاف الجوي

ويمكن أن يعطل النشاط الشمسي الإشارات الساتلية عن طريق التكتم وزيادة التأخير في الغلاف الأيوني، ويجب أن يكون تصميم النظم الساتلية مسؤولا عن هذه الظواهر الطبيعية، مثلا، فإن استخدام الترددات المتعددة يتيح للمتلقين التعويض عن الأخطاء في الغلاف الأيوني، في حين أن التخطيط المتأنق للسواتل يكفل وجود ساتل واحد على الأقل في زاوية ارتفاع عالية حيث تكون سرعة التكرار أقل حدة.

التحديات التي تواجه مصممي النظم الساتلية والهيئات التنظيمية البحرية

وفي حين أن مسار تكنولوجيا الملاحة الساتلية إيجابي، فإنه يجب التصدي للعديد من التحديات من أجل الحفاظ على السلامة البحرية وتحسينها، ويثير العدد المتزايد من مجموعات السواتل شواغل بشأن التدخل في الترددات اللاسلكية وازدحام الطيف، ويجب على الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية والمنظمين الوطنيين أن ينسقا لحماية النطاقات الترددية للنظم العالمية لسواتل الملاحة من الانبعاثات الضارة، وعلاوة على ذلك، فإن ضعف النظم العالمية لسواتل الملاحة أمام التدخل المتعمد يتطلب يقظة مستمرة واستثمارات في مكافحة السفن.

وثمة تحد آخر يتمثل في الحاجة إلى تحسين تدريب الموظفين البحريين، وحتى نظام السواتل الأكثر تصميماً لا يكون فعالاً إلا بقدر ما يستخدمه البشر، ويجب على الملاحين فهم القيود التي تفرضها النظم العالمية لسواتل الملاحة، مثل إمكانية استخلاصها من التجسس، ومعرفة متى وكيف يمكن الرجوع إلى أساليب الملاحة التقليدية مثل الملاحة السماوية والرادار والقطع البصرية، ويمكن أن يساعد تصميم النظام الساتلي بتوفير أعلام السلامة الواضحة، ولكن عنصر السلامة البشري يظل عاملاً حاسماً.

خاتمة

إن تصميم نظم الملاحة الساتلية هو عامل حاسم في السلامة البحرية على نطاق عالمي، إذ أن من الترتيب الدقيق للسواتل الموجودة في المدار إلى خوارزميات تصحيح الأخطاء القوية في أجهزة الاستقبال، فإن لكل خيار من خيارات التصميم آثاراً على موثوقية خدمات PNT التي تعتمد عليها السفن، وبما أن الصناعة البحرية تتحرك نحو مزيد من التشغيل الآلي، والشحن المستقل، واستخدام مفاهيم الملاحة الإلكترونية، فإن الطلب على زيادة الدقة، والنزاهة، والقدرة على التكيف، لن يُستمر في اتخاذ تدابير أمنية.