كيفية استخدام الهوائيات في الاتصالات في حالات الطوارئ والاستجابة للكوارث

فالآهانات هي العمود الفقري للاتصالات في حالات الطوارئ والاستجابة للكوارث، وعندما تضرب الكوارث الطبيعية أو التي يتسبب فيها الإنسان، فإن القدرة على إقامة وصلات اتصال موثوقة طويلة الأمد يمكن أن تعني الفرق بين الحياة والوفاة، وتتيح هذه الأطقم لفرق الإنقاذ، وخدمات الطوارئ، ومراكز القيادة البقاء على اتصال حتى عندما تستخدم أبراج الهياكل الأساسية التقليدية، والألياف البصرية، وخطوط النقل البرية التي تضررت أو تحجب عنها.

الدور الحاسم الذي تؤديه الهوائيات في سيناريوهات الكوارث

وفي أعقاب الزلازل والأعاصير والنيران البرية والفيضانات والهجمات الإرهابية، كثيرا ما تكون شبكات الاتصال أول ضحايا، حيث إن انقطاع الكهرباء وتدمير برج الخلايا وتدميرها المادي، وأجهزة السيرك التي تزدحم كل يوم تجعل الأجهزة اليومية عديمة الجدوى، وتملأ الهوايات هذه الفجوة بتوفير مسارات اتصالات بديلة واسعة النطاق، وهي الوصلات البينية بين أجهزة البث الإذاعي والطيف الكهرومغناطيسي، مما يتيح للمستجيبين نقل الصوتي والمسافات.

فعلى سبيل المثال، خلال الزلزال الذي ضرب هايتي في عام 2010، نشر مشغلو إذاعة هواة هوائيين محمولين لتنسيق جهود الإغاثة عندما فشلت جميع الاتصالات الأخرى، وبالمثل، ففي إعصار ماريا في بورتوريكو في عام 2017، اعتمدت أفرقة الطوارئ على هوائيات السواتل، وعلى هوائيات لاسلكية عالية التردد لاستعادة القدرة على الاتصال، وهذه الحالات في العالم الحقيقي تؤكد على حقيقة واحدة: بدون هوائيات، ستتعذر الاستجابة الحديثة لوقف الكوارث.

لماذا (أنتينا) أكثر من أي وقت مضى

وتشمل الاستجابة الحديثة للكوارث عدة وكالات - قوات شرطة وأطباء وعسكريين ومنظمات متطوعة - على كل منها نظم اتصالات خاصة بها، ويجب على الهوائيين أن يربطوا نطاقات الترددات المختلفة، والبروتوكولات والمعايير، كما يتعين عليهم العمل في بيئات قاسية: الأمطار والريح والحطام ودرجات الحرارة القصوى، ويمكن أن يحافظ الهوائي المصمم جيدا على سلامة الإشارات حتى عندما يكون نصف مطروح في الطين أو مشمولين في الرماد.

• Redundancy:] Antennas provideback when primary networks fail.
• Mobility:] Portable antennas allow rapid deployment in remote or inaccessible areas.
• Coverage:] Directional and omnidirectional antennas can be tuned to cover specific zones.
• Bandwidth:] High-gain antennas support data- intensive applications like drone video feeds.

أنواع الهوائيات المستخدمة في الاتصالات الطارئة

ولا يوجد أي هوائي واحد يناسب كل سيناريو من سيناريو الكوارث، ويعتمد الاختيار على التضاريس، ومتطلبات النطاق، والطاقة المتاحة، وطريقة الاتصال (الفاتورة، والبيانات، والساتل) ويقلل ذلك من أكثر أنواع الهوائي شيوعاً في الميدان.

هوائيات متنقلة وناقلة

وتجار الهوائيات المتنقلة على المركبات التي تنقل في حقائب الظهر أو تلحق بالأجهزة اللاسلكية المحمولة بعض المكاسب التي تجنيها من حيث إمكانية النقل، وهي مصممة بحيث تكون مسرعة ووزن خفيف وسهولة النشر، وتشمل الأمثلة المشتركة الهوائيات (الموجات الرباعية أو نصف الموجات)، وأجهزة التلكس المستخدمة في تربية الهوائيات فوق الحواجز، وأجهزة التجميل ذات التردد العالي جداً، وأجهزة التثبيت المغنطيسية للمركبات.

Portable antennas often include quick-connect mechanisms, folding elements, and ground-plane kits. In wilderness search-and-rescue operations, teams may use roll-up tape antennas or flexible wire antennas that can be hung from trees. Their compactness allows responders to carry them in a backpack alongside other life-saving gear.

محطة قاعدية وقيادة ميدانية

وبالنسبة للتغطية الأوسع نطاقاً وزيادة الطاقة، تقام الهوائيات في مراكز القيادة أو المستشفيات أو المحطات الميدانية المؤقتة، وهي عادة مائيات أكبر وأعلى تركيباً، أو صفائف من الطوابق التي تقام على ثلاثي، أو أسطح، أو أبراج محمولة، وهي تقدم مكاسب أكبر، أو توجيهاً أفضل، وقدرة على دعم أجهزة اللاسلكي المتعددة في وقت واحد.

وكثيرا ما تستخدم محطات قاعدية قابلة للانتشار الميداني الألياف أو الهوائيات الألومنيوم مع السكك الحديدية لحماية الطقس، ويدمج بعضها في نظم " ماتينا - في مربع " ذاتية تشمل فراشا وخطا أغذية وبروغا، ويمكن إقامة هذه النظم بواسطة شخصين في أقل من 30 دقيقة، مما يوفر مركزا ثابتا للاتصالات لمنطقة بأكملها.

ساتلية

وعندما تدمر الهياكل الأساسية الأرضية تدميرا كاملا، تصبح الاتصالات الساتلية الخيار الوحيد، أما السواتل الهوائيات - الأخرى بالنسبة للسواتل الثابتة بالنسبة للأرض مثل الطبقة العليا من المدار الأرضي أو المدار المنخفض مثل إيريديوم وستارلينك - هي تستخدم في المكالمات الصوتية، ووصلات البيانات، وشبكة الإنترنت ذات النطاق العريض، وتتراوح هذه المواد بين محطات طرفية أرفع يدوية وبين أجهزة التصفيح ذات الأنتينا)١(.

إن الهوائيات الحديثة المستخدمة في استخدام السواتل في حالات الطوارئ مكتفية ذاتيا: فهي تشير تلقائيا إلى القمر الصناعي وتغلق على الساتل، حتى وإن كانت تتحرك، وبعضها مدمج مع النظام العالمي لتحديد المواقع ومجالس الجير، للحفاظ على الاتساق على شاحنة أو سفينة، وقد شهد زلزال تركيا - سوريا الذي وقع في عام 2023 استخداما واسع النطاق لمحطات ستارلينك ذات هوائيات متحركة على مراحل لاستعادة القدرة على الاتصال بالشبكة الداخلية في المناطق المتضررة.

Specialized Antennas for Unique Challenges

وفيما عدا الأنواع الرئيسية الثلاثة، تجد عدة هوائيات متخصصة مكانها في الاستجابة للكوارث:

• Directional antennas (Yagi, log-periodic):] Focus energy in one direction for longer range and reduced interference. Ideal for point-to-point links between command posts.
• Omnidirectional antennas:] Cover 360 degrees, making them perfect for broadcast alerts or coordination at a base camp.
• High-frequency (HF) antennas:] Used for skywave propagation over hundreds or thousands of kilometers without any infrastructure. Dipole, cycle, or capital antennas are common.
• Repeater antennas:] Mounted on long towers, hills, or drones to extend the range of handheld radios. They combine a receive and transmit antenna to regenerate signals.
• صفائف توجيهية ثابتة: ] Often used for tactical communications by military and search-and-rescue teams.

اعتبارات النشر بالنسبة إلى الهوائيات الطارئة

إن اختيار الهوائي هو نصف المعركة فحسب، إذ أن الانتشار السليم، والتوجه، والتطهير، والقصف، والحصر، يحدد ما إذا كان النظام يعمل فعلاً عند الحاجة.

خط اختيار البصر والتواتر

أما الإشارات ذات التردد العالي جدا والتردد فوق العالي فهي غالبا ما تسافر عبر خط البصر، ففي المناطق الجبلية أو الحضرية التي تشهد الكوارث، يجب رفع الهوائيات للتغلب على العقبات، كما أن المهدرات المؤقتة )١٠-٣٠ مترا( أو الهوائيات التي تنقلها الطائرات بدون طيار يمكن أن توفر الارتفاع اللازم، أما بالنسبة للحالات غير المباشرة، فإن التردد العالي أو الهوائيات الساتلية قد يفضلها أيضا.

فقدان السلطة والقابلات

وتعاني كل شبكة من نظم الهوائيات من خسائر في خط الوجبات، لا سيما في الترددات العالية جدا وترددات الموجات الدقيقة، وتستخدم النظم القابلة للانتشار في حالات الطوارئ الكابلات ذات الخسائر الكبيرة (مثلا، LMR-400 أو RG-213) وتبقي الكابلات قصيرة قدر الإمكان، وكثيرا ما تشمل أجهزة توليد الطاقة الكهربائية ذات القدرة المنخفضة في الموانئ اللاسلكية بأكملها للتعويض عن خسائر المولدات.

الدوام والحماية البيئية

وتواجه الهوائيات في مناطق الكوارث الرياح والأمطار والغبار والأثر المادي، كما أن الهوائيات المهددة التي تحمل ضياع مضادة للطقس هي من المعايير، وبالنسبة للاستجابة البحرية أو الفيضانات، يجب أن تكون الهوائيات مقاوم للتآكل (الفولاذ غير الملموس، أو البراميل، أو الألومنيوم المكدسة) ويمكن أن يزيل المعاطف الهوائية، وتشمل بعض التصميمات التسخينات.

القدرات المتعددة الوحدات والمحددة للبرمجيات

وقد يحتاج المستجيبون الأولون إلى التحول بين فرق الأمان العامة ذات التردد العالي جدا، والتردد العالي جدا، و700/800 ميغاهيرتز، وواي فاي، وترددات الخلايا، وهائيات متعددة النطاقات (مثلا، أو الهوائيات الشائكة أو الشفرات الواسعة النطاق) تغطي نطاقا واسعا دون أجهزة التبديل، وتقترن بأجهزة لاسلكية محددة بالبرمجيات، وتتيح هذه الوكالات المتطورات وسيلة واحدة للاتصال

النهوض التكنولوجي بتحسين المسابقات الهوائية للاستجابة للكوارث

وقد شهد العقد الماضي ابتكارات بارزة تجعل الهوائيات الطارئة أكثر ذكاء، وأكثر خفة، وأكثر فعالية.

الاتفاق والتصميمات المحمولة بدرجة عالية

ويمكن تعبئة الأنفاق في الألياف والمواد الخفيفة والمركبات الخفيفة والدوائر المطبوعة المرنة - التي تقطع أحجام الهوائيات أثناء الحفاظ على الأداء، كما يمكن تعبئة الهوائيات ذات الشرائط المتجددة، والمحيطات المشتعلة، بل وحتى صفائف رقائق قابلة للطي في جيب ونشر في دقائق.

رغيف عالي و متأقلم

ويمتد نطاق الاتصالات )٨-١٥ د-بي أو أكثر( ليشمل الأربطة بين نقطة وأخرى، ويستخدم بعض الهوائيات الحديثة تكنولوجيا الأشعة المراجية باستخدام الأشعة المتحركة: وهي تتحكم في الشعاع إلكترونيا دون قطع متحركة، وتتعقب طائرة بدون طيار أو ساتل أو تركز على موقع فريق محدد، وهذه الهوائيات باهظة الثمن ولكنها تُرى بصورة متزايدة في مجموعات الاستجابة لحالات الطوارئ العالية.

التطعيم الآلي والتبني الذاتي

وذهبت أيام التكيف اليدوي لطول الهوائيات لكل تردد، ويمكن لنقابات العمال الحديثة أن تضاهي أي سلك عشوائي أو هوائي جلدي في جميع أنحاء التردد العالي جداً في غضون ثواني، وعندما يقترن ذلك بأجهزة السحب الخاصة، يمكن للنظام أن يختار تلقائياً أفضل الترددات، والتعديلات، وتشكيلة الهوائيات استناداً إلى تحليل الإشارات في الوقت الحقيقي، وهذا متغير لعب بالنسبة للمستجيبين غير التقنيين.

التكامل مع شبكات ميش وشبكة LTE

وفي حالات الكوارث الكبيرة، يمكن تدمير محطات قاعدية خلوية، كما أن أجهزة ميكروسيلات محمولة من طراز LTE أو " الخلايا المحتوية على العجلات " تستخدم الهوائيات المتكاملة لإنشاء شبكات خلوية محلية، وبالمثل، فإن أجهزة الربط الشبكي المدمجة (مثلا، " غوتينا " ، " RapidFire " ) تتيح الاتصال بين المستعملين دون أي بنية أساسية ثابتة، وتستخدم كل نظام من نظم الوصلات ذاتية منخفضة الإنتاج.

سواتل Constellations and Phased-Array Terminals

(أ) توفر قنوات ساتلية من طراز LEO، مثل ستارلينك، و OneWeb، و Iridium NEXT، وصلات منخفضة التردد في أي مكان على الأرض، وتحتوي محطاتها الطرفية على هوائيات متطورة ذاتية الأشعة على مراحل تتعقب السواتل التي تزحلق عبر السماء، وهذه الهوائيات هي ذاتية التنظيم، وتزداد تكلفتها.

أمثلة عالمية حقيقية على الاستجابة للكوارث التي تواجهها هيتينا - دريفن

فلننظر في عدد قليل من الحالات البارزة التي تبرز الأهمية الحيوية للهائيات.

توهوكو زلزالك وتسونامي (اليابان)

وبعد وقوع الزلزال الذي ضرب ٩,٠ وما تلاه من تسونامي، فقد ما يزيد على ١,٢ مليون أسرة معيشية الكهرباء، وقطعت أبرق خلية كثيرة، ونشرت أجهزة الاستجابة لحالات الطوارئ محطات إعادة إرسال محمولة ذات ترددات عالية جداً بها هوائيات مجهزة بالبراج في المناطق الجبلية، واستخدم مشغلي أجهزة لاسلكية تعمل بالمئات من أجهزة الشرطة لنقل رسائل بين مراكز الإجلاء والوكالات الحكومية، وقامت وزارة الداخلية والاتصالات اليابانية فيما بعد بقيد في شبكات لاسلكية.

2020: إطلاق النار في أستراليا

وخلال حرائق السود الكارثيين، ظلّت الاتصالات الإقليمية مظلمة مع تدمير هياكل الطاقة والاتصالات السلكية واللاسلكية، واستخدم محاربو الحرائق الهوائيات التي تحملها مركبات التردد فوق العالي، وهائيات يغي المحمولة للحفاظ على الاتصال ببعضها البعض وبدعم جوي، وفي المناطق النائية، وفرت إذاعة التردد العالي ذات الهوائيات الطويلة المدى الرابط الوحيد مع مراكز تنسيق الدولة.

٢٠٢٣ تركيا - سايريا

وفي شباط/فبراير ٢٠٢٣، دمر زلزالان توأم جنوب تركيا وشمال سوريا، حيث جلبت أفرقة الإنقاذ الدولية محطات ساتلية ذاتية الحركة الهوائيات ذاتية الأشعة المتحركة من أجل الربط السريع، وتبرعت ستارلينك بمئات المحطات الطرفية، ويمكن إنشاء كل محطة طرفية من الهوائيات ذات النطاق المسطح في دقائق، مما يوفر شبكة الإنترنت الأساسية لرسم الخرائط والتنسيق والمكالمات بالفيديو مع المتخصصين.

أفضل الممارسات لنشر الهوائيات في حالات الطوارئ

وينبغي أن يتبع المستجيبون ممارسات جيدة في مجال النشر لضمان التشغيل الموثوق به تحت الضغط.

• Elevate the antenna: Height is paramount. Use tripods, vehicle roof mounts, or inflatable masts to get the antenna above obstacles. Every meter of elevation can add kilometers of range.
• Minimize feedline losses:] keep coaxial cable runs short and use low-loss types. Place the radio or amplifier as close to the antenna as possible.
• Ground properly:] Lightning and static buildup can damage equipment. Use lightning arrestors and ground rods, especially for base station antennas on temporary towers.
• testing before deploying:] check SWR (standing wave ratio) with antenna analyzer to ensure the antenna is tuned to the operating frequency. An untuned antenna wastes power and can damage the transmitter.
• Plan for power:] Antennas don't need power themselves, but the radios and amplifiers do. Have provisional batteries, solar panels, and electricitys rated for the equipment’s draw.
• Carry spares and adapters:] Connectors are the most common point of failure. keep a kit with spare cables, adapters (N, BNC, SMA, UHF), and tools to repair or replace antennas in the field.

الاتجاهات المستقبلية في مجال هوائيات الاتصالات في حالات الطوارئ

ومع تطور التكنولوجيا، فإن الهوائيات التي تدعم الاستجابة للكوارث، وهنا تتجه الاتجاهات الرئيسية نحو المراقبة.

Antennas and Cognitive Radio

وسيعاد تشكيل الهوائيات المستقبلية في الوقت الحقيقي، وتغيير نمط الإشعاع، والاستقطاب، وتغطية الترددات على الذبابة باستخدام مفاتيح التبديل الإلكترونية والمتحولات التدريجية، بالاقتران مع أجهزة لاسلكية مدركة تُحس الطيف وتختار أفضل قناة، ستتكيف هذه الهوائيات تلقائيا مع التدخل والظروف المتغيرة، مما يتطلب الحد الأدنى من التدخل البشري.

طائرة مصفحة من طراز درون وحامضون

وتتحمل الطائرات بدون طيار بالفعل كاميرات؛ وتحمل قريبا أجهزة إعادة الإرسال والهوائيات، ويمكن للطائرات الآلية التي تُزود بالطاقة من الأرض أن تقفز لساعات على ارتفاع عال، وتعمل كبرج خلوي مؤقت أو بث إذاعي، وتستخدم هذه النظم هوائيات متخصصة ذات وزن خفيف تُستخدم على النحو الأمثل لعمليات النقل الجوي.

5G Non-Terrestrial Networks (NTN)

٣GPP Release ١٧ وما بعده يشمل دعم التوصيل المباشر بواسطة السواتل الى الهاتف، وهذا سيتطلب هوائيات في كل من الساتل والهواتف ذات الصلصة في صفائف متدرجة ذاتية الاستعمال في الزمانات الفضائية والزاتينية ذات الاستخدام المزدوج، وفي حالة الطوارئ، يمكن أن يتصل هاتف ذكي موحد اتصالا مباشرا بسواتل " ليو " ، مما يلغي الحاجة الى محطات ساتلية منفصلة، ولا يزال ذلك بعيدا عن السنوات، ولكنه يمكن أن يثور الاتصالات الشخصية الطارئة.

AI-Assisted Antenna Alignment and Diagnostics

ويمكن أن تحلل المعلومات الاستخبارية الفنية قوة الإشارة، ومستويات الضوضاء، وأنماط التدخل لاقتراح تحديد المواقع والتلامس الأمثل، ويمكن أن تسترشد أجهزة الهاتف الذكية البسيطة ذات الواقع المعزز بمستجيب لتوجيه الهوائي في غرفة الرشاوي الصحيحة، ويمكن للتشخيصات التي تحركها الوكالة الدولية للطاقة الذرية أيضاً التنبؤ بإخفاقات الهوائي قبل حدوثها، استناداً إلى البيانات البيئية واتجاهات الأداء.

خاتمة

فالأطنان هي أبطال الاستجابة للكوارث الذين لا يُحصى لهم، وهي توفر الصلة الحاسمة التي تبقي أفرقة الإنقاذ منسقة، ومراكز القيادة المُطلعة، والناجين على اتصال، ومن الأقطاب الأسلاك البسيطة التي تُلقى إلى شجر إلى محطات ساتلية متقدمة ذات أشعة متطورة، تطورت الهوائيات لتلبية المطالب القصوى من سيناريوهات الطوارئ، حيث أن المواد والبرامجيات وتكنولوجيات الاتصال ستستمر في التقدم، وسيصبح الأنتينا أكثر قدرة على نشر المديرين وأكثر استجابة.