Table of Contents
وتدفع بعثات استكشاف الفضاء حدود المعرفة البشرية والقدرة التكنولوجية، وتعتمد على نظم الاتصالات التي تعمل بلا عيوب عبر مسافات هائلة، ومن أهم العناصر نظم العزلة في المرحلة التي تدمج البيانات في موجة حاملة للسواتل بدرجات متفاوتة من حيث تزامنها مع الإشارة الإعلامية، ويجب أن تصمد هذه النظم أمام البيئات الشديدة - الإشعاع العالي، وتكثيف الإشارات، واتساع نطاق التساهل - مع الحفاظ على سلامة البيانات وعلى دقة عمليات الاستطلاع.
فهم عملية تعديل المرحلة في مجال الاتصالات الفضائية
إن تناوب المرحلة هو شكل من أشكال التلاعب بالزوارق حيث تتفاوت مرحلة موجة حاملة الخطايا مباشرة من خلال الإشارة المتحركة، خلافاً لطريقة التناوب، حيث يكون انحراف التردد متناسباً مع الكم الهائل للرسالة، فإن الانحراف التدريجي للشحنة متناسب، وواقعياً، يمكن التعبير عن الناقل المتحرك من المرحلة التالية:
s(t) = A_c cos(2πf_c t + k_p m(t))InA c] is the carrier amplitude, ]f c is the carrier frequency, k p] is the phase sensitivity, and m(contd)
لماذا يُعدل تدريجياً على أسلوب التعبئة أو التعبئة في الفضاء؟ إن المقياس المغناطيسي قابل بدرجة عالية للضخ من الضوضاء في الغلاف الجوي وتقلبات الطاقة، بينما يتطلب الترددات الترددية في معدلات البيانات المعادلة.
التحديات الرئيسية في بيئة الفضاء
آثار الإشعاع
(أ) يُملأ الفضاء بالجسيمات ذات الطاقة العالية - البروتونات والكهرباء والأيون الثقيلة - التي يمكن أن تُحدث إزعاجات واحدة (أجزاء من الفرن) في المنطق الرقمي، وعناصر التماثل المتدهورة، وشبه الموصلات على مر الزمن.() وفي نظم العزل التدريجي، يمكن للإشعاع أن يسبب تذباً تدريجياً من خلال أجهزة كشف السائل المُضلل، مما يعطل حلقات الرشّة (PLT).
Intenuation and Free-Space Path Loss
(ب) [تتسبب المسافات الافتراضية في تفكك هائل في الإشارة: ففقدان المسار الحر في الفضاء يزيد بمساحة المسافة إلى بعثة المريخ عند 225 مليون كيلومتر، ويتجاوز فقدان المسار 200 دي بي.
عدم كفاية والافتقار إلى التغذية الرجعية في الوقت الحقيقي
وتتراوح فترة التأخير من الأرض إلى المريخ من 3 إلى 22 دقيقة، أما بالنسبة للبعثات التي تتجاوز المشتري، فتمتد فترات التأخير إلى ساعات، وهذا يحول دون إجراء تعديلات على نظام تعديل الصوتي على أساس شروط القنوات الفورية - ممارسة شائعة في النظم اللاسلكية الأرضية، بل يجب أن تعمل نظم الإدارة الذاتية الفضائية بتشكيلات محددة مسبقا ومتينة يمكن أن تتسامح مع أسوأ سيناريوهات الانتقال إلى المستقبل.
التدرجات القصوى والأكياس الميكانيكية
(ب) أن تكون عناصر المركبات الفضائية قد شهدت تقلبات في درجة الحرارة من - 200 درجة مئوية في الظل إلى + 150 درجة مئوية في ضوء الشمس المباشر (أو أقرب إلى الشمس) ويمكن أن تؤدي هذه التدوير الحراري إلى الانجراف التدريجي في المناشف، وتغيير مسار خطوط النقل، وتحفيز الميكروفونات في مفاصل مباع.
استراتيجيات تصميم نظم تعديل المرحلة الآلية
ولتخطي هذه التحديات، يستخدم مهندسو الاتصالات الفضائية نهجاً مطبقاً يجمع بين قدرة الأجهزة على الصمود، والاستخبارات الفوقية، وازدهار النظام، وتشكل الاستراتيجيات التالية العمود الفقري للتصميم الحديث القوي لنظام إدارة المركبات.
المكونات المبردة الإشعاعية وتصميم الدوائر
إضافة إلى ذلك، فإن عناصر اختيارية تُقيَّم للفضاء هي خط الدفاع الأول.() وتُقدَّم أجهزة التحكم في المركبات ذات المدار الثابت، وأجهزة التحكم في المركبات الفضائية ذات القدرة المنخفضة، وأجهزة التحكم في المواد الكيميائية، وأجهزة الاستنشاق في أجهزة الاستنشاق ذات القدرة المنخفضة.()
التعديلات والتدوين
وفي حين أن التكيف في الوقت الحقيقي يمثل تحديا بسبب الرطوبة، يمكن أن تستخدم النظم مخططات للتعديلات قبل الموعد المحدد أو المعاد تشكيلها، وتستخدم بعض البعثات ] الترميز والتعديلات القابلة للتداول [VCM] ، حيث تتحول المركبات الفضائية بين BPSK و QPSK، والصيغ العليا مثل النموذج المكون من 8 إلى 9 أيام.
تصحيح الأخطاء والتدخل
(ب) تُضاف رموز التلقي إلى البيانات المُرسلة أجزاء زائدة، مما يسمح للمتلقي بتصحيح الأخطاء دون إعادة نقلها، وفي نظم الأشعة المميتة في الفضاء، يُوحَّد مزيج التلقيم المُعدَّل من خلال نظامي التركيز المُعتمد عليه ((BFLK) ((S.
تضخيم الطاقة وتكييف الإشارات
The transmiting a strong, clean signal reduces the required receiver sensitivity. Power amplifiers (PAs) must operate in linear mode to avoid distorting the phase-modulated waveform. Class-A or Class-AB amplifiers with high linearity are common, though they are less efficient than altering amplifiers. To improve efficiency, some designs use Doherty amplifier
التغاضي عن النفقة على مستوى المنظومة والتسامح على أساس الافتراض
وفيما بعد، فإن هناك عدة عوامل أخرى يمكن التحقق منها، منها: " برمجيات " ، و " برمجيات " FLT " ، التي لا تزال قائمة على التغاضي عن استخدام المركبات الفضائية، و " PFLT:0 " ، و " أجهزة إعادة الشحن " ، و " أجهزة الضبط " ، و " أجهزة الضبط " ، و " أجهزة " ، و " ، و " ، و " أجهزة التسلسل " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ،
دراسات الحالة: تعديل المرحلة في البعثات التاريخية والحالية
بعثة فوياغر المشتركة بين النجوم
وتستخدم المركبة الفضائية " فويغر 1 " (Vyager 1) نظاماً للتعديلات على النطاق X (8.4 GHz) مع نظام BPSK للمسح عن بعد، وتظهر أجهزة نقلها حوالي 20 واط، ومع ذلك فإنها ترد على الأرض مع قوة الإشارة على نحو يتراوح بين 10 و16 واط و16 مرة من ضعف الأزواج من محطة إذاعية نموذجية، ويستخدم النظام 115 جهازاً مجهزاً]
المريخ: الروح، الفرص، الفضول، والمثابرة
ويستخدم كل رصيف من طراز Mars UHF (400 MHz) ووصلات تعديل النطاق X، وتنقل شركة UHF بيانات عن طريق معدات مدارية مثل جهاز الموجات المريخية، بينما يستخدم التردد X في الاتصالات المباشرة إلى الأرض، مثلاً، تستخدم معدلات الوصل بين أجهزة التصحيح ذات التردد العالي (KPS-FLT:0) في نظام التلقيم المزود بالترددات العالية (FoverT:1]).
جيمس ويب تلسكوب الفضاء (JWST)
(أ) يتواصل مع مجموعة " S-band and Ka-band phase mod " ، و " هوائي " (المقياس 0.6 متر) JWST باستخدام مكونات تصميم الترددات S-band و " K-band " ، و " مقياس " ، و " معامل التحلل " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ،
الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة
ومع دفع بعثات الفضاء نحو المريخ والكواكب الخارجية وحتى الفضاء بين النجوم، يجب أن تتطور تكنولوجيا العزلة في المرحلة، وهناك اتجاهات واعدة عديدة في الأفق.
الاتصالات الكمية وضمان المرحلة الانتقالية
ويمكن أن يوفر التوزيع الرئيسي الكمي باستخدام الصور المرمزة تدريجياً الأمن الوقائي النظري للوصلات الفضائية. وقد تبرهن تجارب الأشعة الكهرمائية القائمة على السواتل (مثلاً، فإن أجهزة الاستشعار الفضائي ذات الترددات العالية التي تستخدمها الصين ] ] الساتلي) على إمكانية نقل أجهزة الاستنشاق والتصوير المزودة بأجهزة الاستنشاق ذات الترددات العالية على آلاف أجهزة الاسترخاء.
تعليم الآلات في تجهيز الإشارات في الوقت الحقيقي
ويمكن أن تتيح التطورات في أجهزة الاستخبارات الاصطناعية من أجل استخدام الفضاء - مثل مسرعي الشبكة العصبية المصحوبة بالإشعاع - تحقيق التكافؤ على متنها، والتعويض عن الضوضاء، وتصحيح الأخطاء، مثلاً، يمكن لشبكة جديدة تابعة للثورة أن تكتشف وتصحح التشوهات التي تسببها تذبذبذب البلازما أو الانجراف المفاجئ.
الاتصالات بالليزر (تعديل المرحلة البديلة)
As Free-space optical communications (lasercom) offer orders of magnitude higher data rates than radio frequency (RF) systems, but they also require highly precise phase modulation. ] Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) and the
الدائرة الصوتية المتكاملة للتنقل التدريجي
وتقود عملية التنميط تطوير دوائر متكاملة مجهزة بالصور الضوئية تجمع بين الليزر والمناورة والكشافات على رقاقة واحدة، أما مصممو المراحل المحتوية على PIC-FT فهم أصغر وأخفر وأكثر قدرة على التحكم في الارتطام من المكونات المتنافرة للكميات ويمكن استخدامهم في كبسات ومسدسات صغيرة حيث تُعرض الكتلة والطاقة قيوداً شديدة(10).
خاتمة
إن تصميم نظم قوية للتعديلات في مراحل بعثات استكشاف الفضاء يشكل تحديا متعدد التخصصات يتطلب خبرة في النظرية الكهرومغناطيسية، وفيزياء شبه الموصلات، وتجهيز الإشارات الرقمية، وهندسة النظم، وقد أثبتت المرحلة من مراحل عمليات التكييف الكمي للأشعة، إلى جانب الاتصالات التي تقطع خطوط الليزر في اليوم، أنها طريقة موثوقة وفعالة لسد المسافات الواسعة من التصوير.