دور الأوف في تحسين الهياكل الأساسية للاتصالات في مواقع المطارات النائية

دور المركبات الجوية غير المأهولة في تعزيز الهياكل الأساسية للاتصالات في مطارات البعث

وقد تطورت المركبات الجوية غير المأهولة، المعروفة على نطاق واسع باسم الطائرات بدون طيار، من الأدوات الهوائية المتخصصة إلى منابر قوية لتطبيقات الصناعة والهياكل الأساسية، وفي سياق المطارات النائية التي تقع في مناطق جبلية، والسلاسل الجزرية، والمناطق القطبية، أو المركبات الصحراوية - الأواكس، التي تتيح إمكانية نشر وصيانة شبكات الاتصالات الأرضية التقليدية على نحو سريع وفعال من حيث التكلفة.

ويعود الطلب المتزايد على الاتصال الموثوق به في المطارات النائية إلى الحاجة إلى الاتصالات في الوقت الحقيقي لمراقبة الحركة الجوية، وإلى نقل البيانات الجوية، وخدمات الركاب، وتنسيق الاستجابة في حالات الطوارئ، علما بأن الاتصالات الساتلية تشكل خيارا، ولكنها كثيرا ما تعاني من قيود على الرطوبة وزوارق النطاق، في حين أن الحلول الأرضية مثل الألياف أو أبراج الموجات الدقيقة تتطلب أعمالا مدنية واسعة النطاق، وتسد هذه الفجوة عن طريق العمل كمراكز اتصال متنقلة جوا، وأدوات تسليم.

تحديات الاتصالات الوحيدة في المطارات النائية

وتواجه المطارات النائية تقاربا في العقبات التقنية والجغرافية والمالية التي تجعل تطوير الهياكل الأساسية للاتصالات التقليدية أمرا شاقا، ومن الضروري فهم هذه الحواجز لتقدير سبب عدم ملاءمة المركبات الجوية غير المرخصة فحسب بل ضرورة في حالات كثيرة.

الجغرافيا والمناخية

وهناك العديد من المطارات النائية تقع في مناطق ذات جبال عالية جداً، وغابات كثيفة، وبرمنفور، أو جزر معزولة، وتنشئ الكابلات الضوئية الألياف أو تبث أبراج خلايا عبر هذه الأرض، وتحتاج إلى طرق للوصول إلى الآلات الثقيلة، وكثيراً ما تكون تقييمات الأثر البيئي، وعلى سبيل المثال، التحولات أثناء دورات التثبيت المتجمدة، وتضرر في أماكن الصيادين.

القيود الاقتصادية

فالمطارات النائية تخدم عادة المناطق المنخفضة الدخل ذات الميزانيات المحدودة، إذ أن النفقات الرأسمالية لبناء وصلة دائمة لبرج الموجات الدقيقة بين ذروتين جبليتين يمكن أن تتجاوز ٠٠٠ ٥٠٠ دولار للموقع الواحد، ولا تحسب الصيانة السنوية، ففي حالة قيام المطار بتجهيز عدد قليل فقط من الرحلات الأسبوعية، كثيرا ما يكون من غير مبرر، وبالتالي فإن العديد من المطارات النائية تعتمد على الاتصالات الساتلية ذات الفتحة العالية )VSAT7( التي توفر خطوط اتصال محدودة )بصفر(.

الحد من الطاقة والطاقة

وتفتقر العديد من المطارات النائية إلى طاقة شبكة موثوقة، إذ تتطلب معدات الاتصال التقليدية كهرباء مستمرة، وكثيرا ما تتطلب مولدات ديزل باهظة التكلفة لتزود بالوقود والصيانة، ويمكن أن تُحدث انقطاعات الطاقة وصلات بيانات لاسلكية أو رادارية أرضية، مما يخلق مخاطر تتعلق بالسلامة، ويمكن أن تعمل الحلول القائمة على أساس التليفزيون على البطاريات أو الطاقة الشمسية، وكثيرا ما تكون مصممة للاستخدام المؤقت أو المتقطع، بما يتفق مع الاحتياجات التشغيلية للهوائيات ذات الترددية المنخفضة.

صعوبات الصيانة والإصلاح

ومن الصعب الوصول إلى أصول مثل الهوائيات أو أجهزة إعادة الإرسال التي توضع على الجبال أو في وادي معزولة، وذلك لإجراء عمليات تفتيش روتينية أو إصلاح في حالات الطوارئ، ويمكن أن تؤدي ضربة واحدة على البرق إلى تعطيل وصلة إذاعية، وأن ترسل طاقما إلى مروحة قد تستغرق أياما، ويمكن للمراقبين الجويين القيام بعمليات تفتيش جوي بل وحتى نقل وحدات بديلة إلى الموقع، مما يقلل كثيرا من وقت التعطل.

مزايا استخدام المركبات الفضائية المكلورة لأغراض الهياكل الأساسية للاتصالات

وتجلب الطائرات بدون طيار مجموعة فريدة من الفوائد التي تتصدى مباشرة للتحديات المبينة أعلاه، وتتجاوز هذه المزايا مجرد الملاءمة لإعادة تشكيل الاقتصاد والسوقيات في مجال نشر الشبكات في المناطق النائية.

النشر السريع والتقسيم

ويمكن أن تصل المركبات الجوية فوق البنفسجية إلى أي موقع تقريباً في غضون دقائق أو ساعات، حسب المسافة، دون حاجة إلى الطرق أو قطع الأرض، كما يمكن إسقاط محطة قاعدية خفيفة وزنها 5 جي أو ميد شبكة ميش على سطح جبلي عبر طائرة بدون طيار في رحلة واحدة، وهذه السرعة حاسمة في حالات الطوارئ، مثلاً، إذا فشلت وصلة الاتصالات الرئيسية للمطار، يمكن للطائرة بدون طيار أن تنشئ شبكة مؤقتة من طراز LTE أو W-Fi الساخنة في غضون دقائق معزوعة.

التكلفة - الأثر

ويكلف تشغيل أسطول طائرات بدون طيار لمهام الاتصالات جزءا من بناء الهياكل الأساسية الأرضية الدائمة، كما أن طائرة صناعية نموذجية تحمل تكاليف شحنة قدرها ١٠ كيلوغرامات تقل عن ٠٠٠ ٥٠ دولار، بينما قد تكلف عقدة واحدة للاتصالات الصغيرة ٠٠٠ ٥ دولار، ويمكن أن يقل مجموع تكاليف شبكة مؤقتة موزعة على طائرات بدون طيار عن ٠٠٠ ١٠٠ دولار، مقارنة بالملايين بالنسبة للمنشآت الثابتة، علاوة على ذلك، تكاليف التشغيل - الوقود، والصيانة، والمواقع التجريبية منخفضة نسبيا، ولا سيما إذا كانت الطائرات الآلية مستقلة.

المرونة والقابلية للاعتماد

ويمكن أن تتكيف الطائرات بدون طيار مع الظروف المتغيرة، وإذا ما بني مجرى جديد أو أشعل حريقا حريقا حريقا حريقا حريقيا طريقا من مسار البصر، يمكن للطائرات بدون طيار إعادة تجهيز معدات الاتصال أو نشر مواقد إضافية، كما يمكن أن تؤدي دورا مزدوجا: يمكن نقل طائرة بدون طيار تستخدم لنقل الاتصالات أثناء اليوم لأغراض مراقبة المحيط أو رصد الحياة البرية في الليل، وهذا التقلب يزيد من عائد الاستثمار لمشغل المطارات.

تحسين سلامة الموظفين

وكثيرا ما يعرض تركيب المعدات على المنحدرات والأبراج أو في البرد الشديد العمال لمخاطر خطيرة، وذلك باستخدام الطائرات بدون طيار لحمل الهوائيات والكابلات ووحدات الطاقة، فإن المطارات تقلل عدد الأفراد المطلوبين في المناطق الخطرة، ويمكن أيضا استخدام الطائرات الدراجية لتفتيش خطوط الطاقة العالية الحركة أو الأسلاك الرجالية دون إرسال برج، مما يؤدي إلى تحسين السلامة المهنية.

Reduced Environmental Impact

وبالمقارنة مع بناء الطرق الدائمة، والمؤسسات الملموسة، والوحدات الجوفية، تتطلب عمليات الطائرات بدون طيار الحد الأدنى من الاضطرابات الأرضية، وهذا أمر حاسم في المناطق البرية المحمية أو الحدائق الوطنية التي توجد فيها مطارات نائية أحيانا، وتقضي المركبات الجوية فوق البنفسجية على الحاجة إلى إزالة الأشجار أو المعدات الثقيلة، ومساعدة المطارات على الحفاظ على تصاريحها البيئية وعلى علاقاتها المجتمعية.

تطبيقات محددة للمواقع الجوية غير المرخصة في الاتصالات في المطارات النائية

ويشتمل الاستخدام العملي للطائرات بدون طيار على عدة سيناريوهات متميزة، يتناول كل منها متطلبات محددة في مجال الاتصالات، ويقل ذلك عن ذلك أكثر التطبيقات تأثيراً في الوقت الراهن أو في مراحل الاختبار المتقدمة.

نشر مواقع أبراج الاتصالات والأنائيات

ويمكن للطائرات التي تجهز بالطوابع أو المقابر أن تنقل أبراج الاتصالات الخفيفة الوزن )مثلاً ٠١-٠٣ ملاعق التليفزيون( وأن تضعها على الرصيفات المعدة، وكبديل لذلك، يمكنها أن تحمل صفائف الهوائيات أو الأطباق شبه الشاذة أو هيائيات الياقية إلى مواقع محددة، وهذا مفيد بصفة خاصة لإقامة وصلات مؤقتة بين مطار نائي ومركز إقليمي لمراقبة الحركة الجوية.

محطات القاعدة الجوية ونواة النفقة

يمكن أن تستخدم الطائرة الآلية (الطائرة) كمحطة قاعدية محمولة جواً، وبتجهيز طائرة فوق سطحية ذات وزن خفيف، أو 5 جي أو محطة اتصال بالشبكة (أقل من 5 كيلوغرامات) (تصبح الطائرة ذات وصلة ساتلية متحركة، وتمتد على ارتفاع يتراوح بين 100 و400 رف، ويمكن أن توفر تغطية على نطاق عدة كيلو مترات، تتجاوز إلى حد بعيد نطاق وحدة أرضية.

التفتيش على الهياكل الأساسية القائمة وصيانتها

(ب) إجراء تفتيش منتظم للهوائيات والرادار ووصلات الموجات الدقيقة وكابلات الكهرباء أمر أساسي، فالطائرات التي تحمل كاميرات عالية الاستبانة والمجسات الحرارية وشركة LiDAR يمكنها أن تكشف عن التآكل أو الاتصالات غير المستقرة أو الأعصاب الطائرية أو الأضرار الهيكلية من مسافة آمنة، فعلى سبيل المثال، يمكن للكاميرا الحرارية أن تُلقي التحية في جهاز لاستخراج الأطباق، بينما يمكن لكاميرات الخاصة بصنع على الجليد.

تسليم معدات الاتصالات وأجزاء الاتصالات

وعندما يفشل جهاز توجيه، تعطل الكابلات، أو يُنفذ المولد من الوقود، سرعة إصلاح الأمور، ويمكن للطائرات العمودية أن تُسلّم مواد صغيرة ولكنها حرجة مثل أجهزة اللاسلكي المشفرة، أو أجهزة الوساط الساتلية، أو مجموعات البطاريات الموجهة إلى البرج أو ملجأ المعدات، وقد أظهرت شركات لوجستية عديدة تسليم إمدادات طبية بدون طيار إلى المناطق النائية؛ وتطبق مبادئ مماثلة على الاتصالات في المطارات.

إنشاء شبكات طوارئ مؤقتة

وبعد وقوع كارثة طبيعية، تدمر الإعصار، الهياكل الأساسية البرية - الأرضية، ويمكن للمركبين أن يصلوا في غضون دقائق وأن ينشئوا شبكة مشرقة مخصصة تستخدم شبكة وي-في أو LTE. ويمكن لهذه الشبكات أن تدعم المستجيبين الأولين، وأن تنسق تقييم الأضرار، وأن تعيد الاتصالات الأساسية من الجو إلى الأرض لرحلات الإغاثة القادمة، وعلى سبيل المثال، بعد أن تقوم طائرات الهليكوبتر من طراز Hurricane Maria في بورتوريكو، ساعدت على إعادة إقامة وصلات اتصال في المطارات الجبلية.

شبكة " ميش " اللاسلكية

ويمكن أن تشكل المركبات المتعددة الطائرات المصفحة شبكة لاسلكية، وتعبر البيانات فيما بينها وبين المحطة الأرضية، مما يمتد نطاقها الفعال إلى أبعد من ما يمكن أن تحققه طائرة بدون طيار واحدة، وبالنسبة لمطار يقع في وادي، يمكن لسلسلة من الطائرات المسيرة أن تربطها بمركز مراقبة بعيد على نطاق جبلي، ويمكن للميدش أن يُعالج ذاتيا إذا خسر طائرة واحدة من الطائرات بدون طيار الطاقة، مما أدى إلى نقل حركة المرور عبر جهات أخرى.

الاعتبارات التقنية وتكنولوجيات التمكين

ويعتمد النجاح في إدماج المركبات الجوية غير المصفحة في نظم الاتصالات في المطارات على عدة ركائز تكنولوجية، ويساعد فهم هذه الركائز على تقييم النضج والقيود.

القدرة على تحمل عبء العمل والتحمل

أما المشابكات الصغيرة فتحمل عادة ١-٥ كيلوغراما لمدة ٢٠-٣٠ دقيقة، بما يكفي للأجهزة اللاسلكية الهوائية والوزن الخفيف، ويمكن أن تحمل أجهزة التكسيد أو أجهزة التكتل الكبيرة ٠١-٠٢ كيلوغراما لمدة تصل إلى ساعة، أما بالنسبة للبعثات الطويلة، فإن الطائرات بدون طيار ذات القدرة الغازية أو الطائرات فوق البخارية المزودة بالبطارية )التي تسحب الطاقة من كابل أرضي( يمكن أن تبقى في محطات صالحة لساعات أو حتى أيام أخرى.

الاستقلالية والملاحة

وفيما وراء عمليات الرؤية البصرية (BVLOS) تتسم بأهمية حاسمة للوصول إلى مواقع بعيدة، وتعتمد الطائرات الآلية المستقلة ذاتيا على نظام تحديد المواقع، والملاحة غير المباشرة، ومستشعرات كشف العقبات (LiDAR، الكاميرات)، كما يجب عليها الاتصال بضبط الحركة الجوية لتجنب النزاعات مع الطائرات المأهولة، وأصبح إدماج نظم الكشف واللافت إلزاميا بالنسبة للرحلات الجوية من طراز BVLOS، وقد منحت عدة بلدان، بما فيها طائرات من طراز BV.

مصادر الطاقة وشحنها

وفي المطارات النائية، يمكن أن يكون إعادة شحن البطاريات بدون طيار أمرا صعبا، ويجري تطوير محطات شحن ذات طاقة هائلة، وخلايا وقود الهيدروجين، وأحواض قائمة على المولدات الكهربائية، كما يجري إنشاء بعض المطارات التي تُقيم رفاتا لاسلكية تحمل رسوما بالكيانات لتمكين إعادة الشحن الآلي بين البعثات، وخزن الطاقة عامل يحد من الأهمية الرئيسية، وسُلف في كثافة البطاريات تمتد مباشرة مدة البعثة.

وصلة البيانات والأمن

وتحتاج الطائرات العمودية ذات التردد العالي إلى وجود رابط قوي بين القيادة والسيطرة، وإذا فشلت هذه الصلة تصبح الطائرة بدون جدوى، أما بالنسبة للتطبيقات الحرجة، فإن وصلات التراكم من ثاني أكسيد الكربون عن طريق السواتل أو الترددات اللاسلكية المتعددة تستخدم، علاوة على ذلك، فإن حمولات الاتصالات التي تنقلها الطائرات بدون طيار - خاصة إذا تم تطهير أو منع حركة المرور الجوية من جديد ومقاومة التدخل.

التوقعات المستقبلية والابتكارات الناشئة

وسيشهد العقد المقبل تحسينات هامة في قدرات المركبات الجوية فوق البنفسجية، مما سيزيد من ترسيخها باعتبارها عناصر رئيسية في البنية التحتية للاتصالات في المطارات النائية.

المنصات الطويلة الأجل والعالية الارتفاع

Solar-powered fixed-wing UAVs like Zephyr can stay aloft for months, flying at 60,000-70,000 ft. These could act as pseudo-satellites, providing persistent communication coverage over a wide area, including multiple remote airports. Their enduritude means they can replace or supplement satellite links for low-bandwidth applications like weather data and voice relay.FTies like AALTO

عمليات الأسلحة الخفيفة وأجهزة الاستخبارات الجوية

ويمكن أن تقوم طائرات الهليكوبتر الصغيرة بدون طيار على نحو تعاوني بإنشاء شبكة مصغرة بدون جهاز مراقبة مركزي، ويمكن للاستخبارات الاستخبارية أن تحقق الحد الأمثل من مواقع الطائرات بدون طيار استنادا إلى حمولة المرور، وحالة البطاريات، ونوعية الإشارة، مثلا، إذا كان أحد المناطق يواجه طلبا كبيرا على البيانات (مثلا أثناء حالة الطوارئ)، يمكن للسفن أن تعيد تشكيلها تلقائيا لتوفير المزيد من الترددات هناك، وهذا المستوى من الاستقلالية سيجعل شبكات الطائرات بدون طيار تتكيف مع نفسها.

التكامل مع 5 زاي وما بعده

5G networks offer low latency and high bandwidth, but they require dense infrastructure. Drones can act as fly 5G base stations, deliver high-speed connectivity to airports for passenger Wi-Fi, real-time video surveillance, and even autonomous ground vehicle control. The 3GPP standards already include support for UAV base stations (TR 38.875). As 5G expands to rural areas, drones will play a brbriging.

الثورة التنظيمية

ومن أجل الاعتماد الواسع النطاق، يجب أن تسمح اللوائح بالرحلات الجوية الروتينية للشركة، والتصديق على معدات الاتصالات التي تستخدم الطائرات بدون طيار، والقابلية للتشغيل المتبادل مع نظم إدارة حركة المرور الجوي، كما أن برنامج القوات المسلحة الأنغولية ومبادرة الفضاء U-ASA يمهدان الطريق، ويمكن لمشغلي المطارات عن بعد أن يتقدموا بطلبات للحصول على إعفاءات، وكسابقات تراكمت، ستزداد العملية سرعة.

التحديات والتخفيف من المخاطر

وعلى الرغم من التفاؤل، يلزم التصدي لعدة حواجز من أجل إقامة بنية أساسية موثوقة ومأمونة للاتصالات على أساس الأشعة فوق البنفسجية.

القيود التنظيمية والتكامل في الفضاء الجوي

فالطائرات بدون طيار التي تعمل بالقرب من المطارات تُثير دائما مخاطر اصطدام الطائرات المأهولة، وتنظم أنظمة صارمة رحلات الطائرات بدون طيار بالقرب من المدرجات، والتي كثيرا ما تتطلب التنسيق مع مراقبة الحركة الجوية، والنظم المتقدمة للكشف والتجنب إلزامية، وتختلف البيئة التنظيمية حسب البلد؛ وتختلف بعض الدول بممرات محددة للعمليات التي تقوم بها الطائرات بدون طيار، ويجب على مشغلي المطارات العمل مع سلطات الطيران المدني لإنشاء مسارات وإجراءات رحلات جوية معتمدة.

الحد من الطقس والبيئة

فالطائرات بلا طيار معرضة للرياح العالية والمطر المكثف والجليد والرمل، وفي الأحوال الجوية القصوى، حتى أفضل حركات الطيران فوق العالي تكافح من أجل الحفاظ على الاستقرار، وتدابير إعادة التوحيد التي تستخدم طائرات متعددة بدون طيار، ورسم مواعيد الرحلات خارج نوافذ العواصف، واستخدام منابر مرفوعة جوا، أمر ضروري، وبعض المطارات تختار الطائرات المسيرة التي تبث لأنها تستطيع أن تعمل في رياح أقوى من الطائرات بدون طيار.

إدارة المبيدات والتداخل

أما وصلات الاتصالات بالطائرات الموجهة والأجهزة اللاسلكية للشحن، فتستخدم الترددات اللاسلكية، وفي النطاقات المزدحمة (مثلا، 2-4 غيغاهيرتز، 5.8 غيغاهيرتز)، فإن التدخل من المعدات الموجودة في المطار يمكن أن يسبب تعطيلا، كما يلزم تنسيق الترددات الدقيقة واستخدام الطيف المرخص به (مثل محطات قاعدية LTE)، بالإضافة إلى أن الطائرات الآلية يمكن أن تتدخل دون قصد في رادارات الطيران المحلية إن لم يكن ذلك صحيحا.

أمن الفضاء الحاسوبي والخصوصية

فالطائرة التي تحمل عقداً للاتصال هي ناقل هجوم محتمل، ويمكن أن يحاول أفراد الحراس الاستيلاء على الطائرة بدون طيار أو التنصت على حركة المرور أو عرقل الصلة، ومن الضروري أن يُبَتَّعَد كل من C2 وحمولات البيانات، ويجب الحفاظ على الأمن المادي للمحطات الأرضية وأرباب الهبوط، وقد تنشأ شواغل تتعلق بالخصوصية إذا كانت الطائرات بدون طيار تحمل كاميرات تحجب الممتلكات الخاصة؛ وينبغي أن تتجنب مسارات الطيران هذه المناطق.

الصيانة والسوقيات للفليط الطائر

وفي حين أن الطائرات بدون طيار تقلل من الحاجة إلى صيانة الهياكل الأساسية الأرضية، فإنها تُدخل مطالبها الخاصة بالنفقة: شحن البطاريات، وعمليات التفتيش على السيارات، وتحديثات البرمجيات، ومخزون قطع الغيار، وفي مطار نائي، يمكن أن تكون عناصر الطائرات بدون طيار الاستبدال بطيئة، وبالتالي فإن موثوقية ونموذج منصة المركبات الجوية غير المصفحة أمران بالغا الأهمية، ويحتفظ بعض المشغلين بطائرات بدون طيار في الموقع.

خاتمة

فالمركبات الجوية غير المأهولة ليست مجرد تدبير وقائي للاتصالات في المطارات النائية - بل أصبحت تكنولوجيا أساسية تعيد تحديد ما هو ممكن - فبتجاوزها الحواجز الجغرافية والاقتصادية واللوجستية، ستتيح المركبات الجوية غير المأهولة إنشاء خطوط اتصال سريعة بالصوت والبيانات والرادار في أكثر البيئات تحديا، ولا يمكن أن تؤدي هذه المركبات إلى زيادة القدرة على الصمود في المناطق الجبلية حتى إلى استخدام محطات قاعدية جوية والقيام بعمليات تفتيش روتينية، كما أن هذه الطرق البرية لا يمكن أن تحقق وفورات في التكاليف، كما أنها تعزز المرونة في مجال السلامة،