مراقبة الصخور في المركبة الفضائية المستقلة لأغراض المناورات التيسيرية

The Rise of Green Propulsion

أما محركات الهجائية الجامدة، فهي تنطوي على مخاطر كبيرة مناولة موثوقة على الأرض، كما أن المدافع الجديدة " الخضراء " مثل LMP-103S وASCENT (AF-M315E) تعرض أداء أعلى وتخفض السمية، ويجب أن تُستخدم نظم المراقبة المستقلة لمعالجة مختلف خصائص الاحتراق والوصفات الحرارية لهذه الدافعات الجديدة لضمان التشغيل الآمن والفعال.

نظم مراقبة الضبط الدقيق

وبالنسبة لمراقبة المواقف المحمومة والتعديلات الصغيرة في الترجمة، تعتمد المركبات الفضائية على محركات الدفع التي تستخدمها أجهزة الدفع التي تستخدمها أجهزة الدفع ذات الدفع المنخفض والتي تكون عادة محركات صغيرة الحجم، مطلية في نبضات موقوتة بدقة، ويعالج التحدي الذاتي هنا نمط القصف والنبض من أجل تحقيق تغييرات صغيرة للغاية في السرعة دون أن تتعلم أساليب الإقراض الهيكلي المثيرة أو تُستخدم في الدفع من خلال الرش.

الهيكل الإرشادي والملاحة والمراقبة

والشبكة العالمية للسواتل هي العقل الذي خلف الحرق، إذ أن نظام البرمجيات والمعدات المتكامل هو المسؤول عن تحديد مكان المركبة الفضائية (النايف) وتحديد المكان الذي تحتاج إليه (المبادئ التوجيهية) وإطلاق القاذفات للوصول إلى هناك (المراقبة) وفي طريقة مستقلة، يجب أن يؤدي نظام الشبكة العالمية للمواصلات السلكية واللاسلكية هذه المهام باستمرار، وتصنيع البيانات من أجهزة تتبع النجوم، وأجهزة قياس الترددات العالمية، ووحدات القياسات العالية.

داخل النظام: كيف يعمل التحكم في الصدع المستقل

إن تنفيذ حروق مستقلة واحدة ينطوي على سلسلة معقدة من الأحداث التي تحدث آلاف المرات في الثانية داخل حاسوب الطيران، فهم هذه السلسلة هو مفتاح تقدير تطور المركبة الفضائية الحديثة.

الدولة: تقدير وارتقاء الاستشعار

ويجب أن تعرف المركبة الفضائية أولاً مكانها ومدى سرعة تحركها، ويتم ذلك من خلال عملية ضخ أجهزة الاستشعار، ويجمع مرشح كالمان، الذي يجري على حاسوب الطيران، بين القياسات المزعجة من جهاز الرصد الدولي (أجهزة قياس الترددات والقوارب) مع إشارات مطلقة من أجهزة تتبع النجوم أو النظام العالمي لتحديد المواقع، وقد يُعد هذا المرشح تقديراً مثالياً للدقة العالية للموقع والسرعة والموقف الحرج.

التوجيه والتصويب على الوجه الأمثل

الخوارزميات التوجيهية تحول خطة المهمة الرفيعة المستوى إلى ملامح توجيهية محددة، قد يكون هذا معالجاً بسيطاً، محرك حروق مُسبقاً، بالنسبة للبعثات المستقلة المعقدة، يجب أن يحل نظام التوجيه مشكلة التخدير الأمثل للمحركات، وهذا يتضمن حساب التسلسل الدقيق لأجهزة الدفع التي تنقل المركبة الفضائية من حالتها الحالية إلى الدولة المستهدفة المنشودة مع تقليل استهلاك الوقود أو حل الوقت.

مراقبة التغذية في الوقت الحقيقي

بعد تحديد ملامح التوجيه، يُسيطر نظام التحكم على تنفيذه، متحكمون في التغذية، مثل PID (Proportional-Integral-Derivative) أو LQR (Linear-Quadratic Regulator)، يقارنون الحالة الراهنة للمركبات الفضائية بالدولة المنشودة، ويحسبون مستوى توجيهي مُحكم ويُوجهون نحو القضاء على الخطأ.

معالجة المواد الانشطارية

إن مراقبة الحركة الذاتية لا تتعلق بالفيزياء فحسب بل تتعلق بالهندسة النُظمية، بل يجب على المتحكم أن يحترم القيود الصعبة، مثل الحد الأقصى لدرجات حرارة المحرك، والحد الأدنى في الوقت المناسب لصمامات الدفع، وتوافر الطاقة، ويجب على نظام مستقل أن يرصد هذه الحدود في الوقت الحقيقي وأن يعدل من ملامح إطلاق النار تبعا لذلك، وإذا كان المدافع يسخن، فإن المتحكم قد يتراجع مؤقتا أو يتحول إلى وحدة زائدة عن الحاجة، دون كل شيء.

المشاكل الصعبة: التحقق، التحلل، الثقة

وعلى الرغم من النواة النظرية للتحكم المستقل، فإن إقامة نظام يمكن الوثوق فيه للعمل دون إشراف بشري يشكل تحديات هندسية هائلة.

التصعيد مع تحلل الأداء

إنّ المدافع الكيميائي قد يُحدث تغيرات صغيرة في كفاءة الاحتراق، أو حرق الحقن، أو تدهور السرير الحفاز، ويمكن أن يُنحرف أداء الدافع الكهربائي عن طريق مكوّناته، ويجب أن يكون نظام التحكم المستقل قوياً لهذه التغييرات، وتستخدم النظم المتقدمة تقنيات التحكم التكيّفية التي تقدّر الأداء الحالي لكل محرك على الإنترنت، وتُعدّل مكاسب التحكم تبعاً لذلك.

التحقق من النظم المستقلة ذاتيا والتحقق منها

كيف تثقين في مركبة فضائية لتحرقي حرجاً عندما لا تستطيعي اختبار كل سيناريو محتمل على الأرض؟ هذه هي المسألة المركزية لجهازي VV للنظم المستقلة، لا يمكن للمهندسين أن يحيّزوا المكان غير النهائي لظروف غير الألغام، والحل يتضمن مزيجاً من الاختبارات الدقيقة القائمة على النماذج، والتصوير على الأجهزة، وتقنيات التحقق الرسمية التي تثبت صحة المعمار، وأخيراً،

Constraints Computational of Space-Grade hardware

وتعتمد منظمة آي آي أرضية حديثة على وحدات قوية من نوع GPUs وعلى نطاق واسع من سلاسل الذاكرة، وعلى الحواسيب التي تُرفع من درجة الفضاء وتُستخدم في مجال الإشعاع، وعلى النقيض من ذلك، تُحدث تسارعاً كبيراً في الأداء، وتُعرض على المئات من الميغاهرتز والذاكرة التي تقاس في الميغابايت، ويجب أن تؤدي عمليات التكثيف المعقدة أو الشبكات العصبية إلى التحكم في هذه الأجهزة إلى زيادة الكفاءة القصوى.

التطبيقات التحويلية في الرحلات الجوية

وهذه التكنولوجيات ليست نظرية، فهي تتيح بنشاط إيفاد بعثات رائدة عبر النظام الشمسي وفي مدار الأرض.

Rendezvous and Docking

ربما كان أكثر التطبيقات صعوبة هو التقاء وحجز مركبتين فضائيتين مستقلتين، وقد أظهرت بعثة (دارت) التابعة لوكالة ناسا أثرا حركيا مستقلا تماما مع الكويكب، معتمدا على خوارزمية (سي مارتن ناف) لإرشاد المركبة الفضائية للتأثير، حيث تؤدي كبسولات (سباغون) في (سبيتر التنين 2) إلى تحطيم كامل آلي مع محطة الفضاء الدولية، باستخدام مجموعة من أجهزة الإطلاق

التخزين الدقيق والاختبارات

وتحتاج مجموعات السواتل الكبيرة، مثل ستارلينك، إلى رفع المدار الآلي وحفظ محطات لآلاف السواتل، ويجب على كل ساتل أن يقوم بصورة مستقلة بإشعال حروق لرفع مداره بعد نشره، ثم يحافظ على طوله في إطار المجموعة من جر الغلاف الجوي وغيره من الاضطرابات، وهذا يتطلب استقلالا ذاتيا عاليا و منخفض التكلفة، وعلى نطاق أصغر، فإن بعثة شركة إيسا بروبا - 3 ستظهر باستمرار وجود اضطرابات ذاتية في الفضاء.

الملاحة البرية من أجل الهبوط

الهبوط في عالم آخر هو الاختبار النهائي للسيطرة على الدافع الذاتي، وكمهبط للهبوط، يجب أن يحدد المخاطر في منطقة الهبوط، ويضع مسارا آمنا، ويضبط اتجاهه ليتلس بشكل لطيف،

The Horizon: Adaptive, Learning-Based Thrust Control

ومستقبل التحكم في الدفع الذاتي يكمن في تجاوز المنطق المسبق المبرم في إطار البرامج نحو نظم يمكن أن تتعلم وتكيف في الوقت الحقيقي.

الاستخبارات الفنية في لووب المراقبة

فالتعلُّم بالحيوانات، ولا سيما التعلُّم في مجال التعزيزات العميقة، يتيح إمكانية وضع سياسات للمراقبة أكثر مرونة من الأساليب التقليدية، ويمكن تدريب عامل من عوامل إزالة الألغام المضادة للأفراد على المحاكاة لآلاف السنين من وقت الطيران الافتراضي لمعالجة أساليب الفشل النادرة، وتحقيق الأهداف المعقدة التي يصعب وصفها الرياضي، ويمكن أن تؤدي أجهزة التحكم في النفايات إلى تشخيص تدهور الدافع الخفي، وأن تحقق عمليات الضبط الدينامية في مواجهة الظروف غير المتوقعة

مفاهيم التجسس بلا داعٍ وسرعان

وسيكون التحكم في الدفع الذاتي أمرا أساسيا لتسخير تكنولوجيات الدفع الناشئة، فالأبحار الشمسية، مثلا، تتطلب مراقبة مستمرة دقيقة للمواقف للحفاظ على الزاوية الصحيحة بالنسبة للشمس، كما أن نظم الدفع الحراري النووي أو النووي، المنتظرة للبعثات الفضائية العميقة في المستقبل، ستتطلب قوة معقدة وإدارة حرارية مدمجة مع منطق التحكم في الدفعات، كما أن نظم التحكم في هذه الأشكال المختلفة من الدفع ستكون مبتكرة تماما.

خاتمة

وقد انتقلت مراقبة الحركة الذاتية من تخصص هندسي للزئبق إلى قدرة أساسية لصناعة الفضاء بأكملها، مما يتيح التشغيل الآمن للكونتيلات الضخمة، وإيصال البضائع على نحو دقيق إلى المحطات المدارية، واستكشاف أسطح الكواكب، وملاحة المركبات الفضائية من خلال المسافات البعيدة للنظام الشمسي، مع تزايد حجم الطاقة الحاسوبية، وزيادة دور المركبات الفضائية في المستقبل.