دال - التقدم المحرز في مجال التنبؤ بالأطقم الفضائية من أجل السلامة الساتلية

ويشتمل الطقس الفضائي على الظروف الدينامية في النظام الشمسي التي يقودها نشاط الشمس، بما في ذلك الرياح الشمسية، والحقول المغناطيسية، والجسيمات النشطة، ويمكن أن تؤثر هذه الظواهر تأثيرا مباشرا على السواتل وشبكات الطاقة والطيران والاتصالات على الأرض، وبما أن اعتماد البشرية على الهياكل الأساسية الفضائية يزداد، فقد أصبح التنبؤ الدقيق بأحوال الطقس الفضائي أمرا أساسيا لحماية بلايين الدولارات في الأصول وضمان استمرارية الخدمات الأساسية.

تزايد تأثر السواتل

وترتكز السواتل على الحياة الحديثة، مما يتيح الاتصالات العالمية، والملاحة الدقيقة، ورصد الطقس، ورصد الأرض، والعمليات الأمنية الوطنية، غير أن هذه المنابر المدارية معرضة للقوة الكاملة لطقس الفضاء، ويمكن أن تؤدي موجة شمسية واحدة أو حقن جماعي تزامني إلى تعطيل الأجهزة الإلكترونية الساتلية، وإلى تدهور النطاقات الشمسية، بل وإلى فقدان كامل لمركبات فضائية، وتشمل الأمثلة البارزة على ذلك وجود عواصف ساتلية حرجة في عام 2003.

الرائد سولار فينومينا وآثارها

إن فهم سلوك الشمس هو مفتاح التنبؤ، وتشمل أكثر الظواهر تأثيرا ما يلي:

وتؤثر كل من هذه الظواهر على السواتل بشكل مختلف، وتتطلب التنبؤات التنبؤية التنبؤ بكل من بزوغها وأثرها المحدد على ارتفاعات مدارية مختلفة وخطي العرض.

تطور طقس الفضاء

وقد اعتمد التنبؤ المبكر بأحوال الطقس الفضائي على عمليات الرصد الأرضية للشمس والبيانات الساتلية المتفرقة، واليوم، يوفر أسطول عالمي من المركبات الفضائية المتفانية والنماذج الحاسوبية المتقدمة قدرات تنبؤية في الوقت الحقيقي.

السلف في القدرات المراقبة

Key missions have transformed our view of the Sun and near-Earth space. [FLT:]SoFT Observatory (SDO) provides high-resolution image of solar activity, allowing scientists to detect flaring regions before eruptions. The

سلف النماذج الحاسوبية

ويصبح عدد من النماذج محورياً للتنبؤ بطقس الفضاء: كما أن نموذج ENLIL الذي وضعه مركز النماذج المنسَّق للجماعة الأوروبية (CCMC) يحفِّز انتشار النظم الإيكولوجية البحرية المشابهة عبر الغلاف الجوي الهادف والتنبؤ بمدة الوصول وسرعة التأثير في الأرض.

التعاون الدولي وتبادل البيانات

The Space weather is a global challenge. Organizations such as NOA’s SWPC], the European Space Agency (ESA), the UK Met Office, and consistent models.

الآثار المباشرة على العمليات الساتلية

ويؤثر الطقس الفضائي على السواتل بطرق متعددة، ويتطلب كل أثر استراتيجيات مختلفة للتخفيف من آثاره.

الاتصالات والملاحة

وتتسبب الطحينات الشمسية في حدوث اضطرابات مفاجئة في الغلاف الأيوني تحط من الإشارات التي تشير إليها الشبكة، وتخفض الدقة في الزراعة الدقيقة والطيران والنظم المستقلة، ويمكن أن تُستبعد تماما الاتصالات العالية التردد التي يستخدمها الطيران والبحر، ويتيح التنبؤ بهذه الأحداث للمشغلين التحول إلى ترددات بديلة أو تأخير العمليات الحرجة.

نظم الطاقة والإلكترونيات

وقد تسبب الجسيمات العصبية في حدوث انزعاجات في رقائق الذاكرة تؤدي إلى وجود أوامر زائفة أو فساد في البيانات، ويمكن للشحن السطحي من العواصف الجيومغناطيسية أن يبني كهرباء ثابتة، مما يتسبب في تصريفات الكهروستانية التي تلحق أضرارا دائمة بمكونات، كما أن التنبؤات بتزحلق الجسيمات المعززة تمكن المشغلين من توليد الطاقة في النظم غير الأساسية أو التحول إلى أساليب صلبة.

السحب المداري والإعادة إلى الوطن

وتسخن العواصف الجيولوجية الغلاف الجوي العلوي، مما يتسبب في توسعه، ويزيد من جرّ السواتل في مدار أرضي منخفض، ويقلص عمرها ويجعل التنبؤات المدارية غير مؤكدة، ويتيح التنبؤ الدقيق للمشغلين تعديل المدارات أو تخطيط مناورات فعالة من حيث الوقود، وبالنسبة إلى مجموعات كبيرة مثل ستارلينك، يمكن أن تؤدي تغيرات الجر إلى تأخير عمليات النشر أو زيادة مخاطر الاصطدام.

الشواغل المتعلقة بمنطقة الفضاء البشرية

ويتعرض رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية والبعثات القمرية المقبلة لمستويات إشعاعية مرتفعة خلال أحداث الجسيمات الشمسية، ويمنح تنبيهات التنبؤ أطقم المنطقة الوقت للبحث عن ملاذات آمنة محمية، ويحتاج برنامج ارتميس إلى تنبؤات قوية بشأن طقس الفضاء لحماية مستكشفي القمر الذين سيكونون خارج الغلاف المغنطيسي الواقي للأرض.

استراتيجيات التخفيف وأفضل الممارسات

ولا تفيد التوقعات المسبقة إلا إذا ترجمت إلى إجراءات قابلة للتنفيذ، وقد وضع متعهدو السواتل مجموعة من استراتيجيات التخفيف.

إجراءات الإنذار والعمل في الوقت الحقيقي

وتصدر وكالات طقس الفضاء إنذارات على مستويات متعددة من الشدة، وقد يُدرج المشغلون هذه التحذيرات في [(FLT:0]) حواسيب مسرحية خاصة بالبعثة [(FLT:1]) وعلى سبيل المثال، أثناء ساعة عاصفة جيومغناطيسية شديدة، قد يؤجل مشغلي السواتل مناورة المدارات، وأدوات عالية الحركة قابلة للانقراض، ويستعدون لعمليات انتقال آمنة.

الأجهزة الإلكترونية المحسنة والشحن

ويتزايد تصميم السواتل ليشمل المكونات المحتوية على الإشعاع، ولكن إعادة استخدام المركبات الفضائية الموجودة غير عملي، ويتيح التنبؤ للمشغلين معرفة متى يمارسون الحذر الإضافي مع النظم الضعيفة، وبالنسبة للبعثات الجديدة، تتضمن معايير التصميم الآن سيناريوهات لطقس الفضاء التي تستند إلى أحداث تاريخية مثل حدث كارينغتون (1859).

التعديلات على المدارات والطرق الآمنة

ويمكن لبعض السواتل أن ترفع مدارها لتقليل الجر أثناء العواصف أو تعديل الموقف لتقليل التعرض للجسيمات العتيقة إلى أدنى حد، ووضع ساتل في وضع آمن - وهو جهاز حكومي منخفض الطاقة يمنع حدوث ضرر أثناء الأحداث المتطرفة، ولكن يجب أن يكون ذلك متوازناً مع استمرارية البعثة، كما أن التنبؤ يساعد المشغلين على اتخاذ هذه الخطوات المكلفة بثقة.

المستقبل: التعلم في مجال التعليم الآي والآلات في مرحلة التنبؤ

والتعلم من الآلات هو ثورة التنبؤ بطقس الفضاء، مما يتيح نماذج لتعلم الأنماط المعقدة من مجموعات البيانات الضخمة.

:: استيعاب البيانات والنماذج الافتراضية

والنماذج التقليدية القائمة على الفيزياء باهظة التكلفة من الناحية الحسابية، ويمكن لنماذج AI أن تقارب هذه الديناميات بسرعة أكبر بكثير، مما يمكّن ] من التنبؤات ذات الوقت الحقيقي . ويقوم الباحثون في ناسا وNOAA بوضع نماذج للتعلم العميق تنبأ بدقائق احتمالية الاشتعال الشمسي إلى ساعات قبل استخدام بيانات SDO.

التعلم العميق من أجل منع العلم الشمسي

وثمة تحد رئيسي يتمثل في التنبؤ بـ ]] الهيمنة والتوجيه للمنشآت الإيكولوجية البحرية المصغرة.() وتُدرَّب تقنيات آي، بما في ذلك الشبكات العصبية والتحولية، على مدى عقود من صور منظمة الصحة للبلدان الأمريكية ومؤسسة SDO، للتنبؤ بمدة وصول هذه المؤسسات وشدة العواصف الجيولوجية.() وتظهر النتائج الأولية تحسينات كبيرة على الأساليب البسيطة القائمة على العتبة.

التحديات والفرص

وتحتاج نماذج الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً إلى مجموعات بيانات عالية الجودة ومعالجة، وتتفاوت الشمس بين عدة فترات زمنية، كما أن الأحداث البالغة الندرة غير المتطرفة غير ممثلة تمثيلاً كافياً في بيانات التدريب، غير أنه مع تزايد عدد البعثات التي تجمع البيانات والموارد الحاسوبية، ستصبح المنظمة جزءاً لا يتجزأ من التوقعات التشغيلية، وسيشكل الجمع بين النماذج الفيزيائية والتعلم الآلاتي المعروفين باسم " النماذج الهجينة " أكثر المسارات واعدة إلى الأمام.

خاتمة

وقد تقدم التنبؤ بطقس الفضاء من فضول إلى ضرورة تشغيلية، إذ أن تعزيز برامج المراقبة والنماذج المتطورة والتعاون العالمي يوفر الآن إنذارات إلى أيام قادمة، مما يتيح لمشغلي السواتل اتخاذ إجراءات وقائية، ونظرا لأن عدد السواتل الموجودة في المدار لا يزال يتصاعد، ولأن البشرية تتجه إلى الفضاء، فإن الاستثمار المستدام في قدرات التنبؤ أمر أساسي، كما أن أدوات التشغيل المتطورة تعد بدفع حدود الدقة والوقت المتاح، ولكن الهدف النهائي من الحفاظ على البنية التحتية يظل كذلك.

وللمزيد من المعلومات، يرجى الرجوع إلى مركز التنبؤ بطقس الطقس الفضائي التابع للناواسا ، [مرصد الديناميات الشمسية للناسا ، و مكتب الطقس الفضائي .