برای جلوگیری از جابجایی صورت های فلکی GPS، به ماه نگاه کنید

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

سیستم های موقعیت یابی جهانی یک ویژگی کلیدی در زندگی روزمره برای بسیاری از جمعیت جهان است. GPS می‌تواند به شما کمک کند، خواه این اطمینان حاصل شود که کشتی کالاهای خود را ایمن تحویل می‌دهد یا به شما کمک می‌کند از بسته شدن جاده در مسیر رفت و آمد به خانه خود جلوگیری کنید.

اما این سیستم یک نقطه ضعف دارد - به ایستگاه های زمینی متکی است که ممکن است از خاموشی، بلایای طبیعی یا حملات سایبری رنج ببرند. و اگر این ایستگاه های زمینی برای مدت زمان کافی آفلاین شوند، کل سیستم می تواند شروع به "دریفت" کند.

مهندسان هوافضا سال‌هاست که برای مقابله با این مشکل تلاش می‌کنند، اما تاکنون موفقیت چندانی نداشته‌اند.

مقاله جدیدی از یک تیم تحقیقاتی به رهبری شیا لین و بائوجون لین در مرکز مهندسی شانگهای برای ریزماهواره ها، که در Satellite Navigation منتشر شده است، پاسخ بالقوه ای را برای این مشکل توضیح می دهد: ماهواره های GPS را با برخی از ماهواره های در مدار به دور ماه مرتبط کنید.

درک مسئله نیاز به توضیحی در مورد مکانیک مداری دارد. صور فلکی ناوبری سنتی زمین علاوه بر پیوندهایشان با ایستگاه‌های زمینی، از تکنیکی به نام دسترسی چندگانه تقسیم زمانی برای حفظ تماس با ماهواره‌های همسایه خود استفاده می‌کنند و فواصل نسبی را با دقت تا سطح سانتی‌متری اندازه‌گیری می‌کنند. اگرچه این برای تعیین فاصله ماهواره ها از یکدیگر مفید است، اما نمی تواند موقعیت مطلق آنها را در فضا تعیین کند.

گرانش زمین حول محور چرخشی آن تقریبا متقارن است، بنابراین همه ماهواره‌های موجود در یک "پوسته مداری" می‌توانند به طور همزمان نسبت به موقعیت خود روی زمین جابجا شوند. این رانش، که برای دینامیست‌های مداری به عنوان نقص رتبه جهت‌گیری شناخته می‌شود، اگر توسط ایستگاه‌های زمینی کنترل نشود، به آرامی خطاهای موقعیت را وارد سیستم می‌کند. و اگر این ایستگاه‌های زمینی برای روزها یا هفته‌ها آفلاین باشند، این خطاهای موقعیت می‌تواند به فواصل قابل توجهی افزایش یابد.

مهندسان هوافضا چندین راه‌حل دیگر را برای این مشکل امتحان کرده‌اند، از جمله ردیاب‌های ستاره، شمارنده‌های تپ‌اختر و «پیش‌بینی» یک مدار پیش از موعد. اما هیچ کدام با دقت لازم برای حفظ عملکرد سیستم جهانی GPS در سطحی که انتظار می رود کار نمی کنند. بنابراین محققان به یک راه حل جدید روی آوردند - ماه.

به‌طور دقیق‌تر، راه‌حل شامل ماهواره‌هایی است که به دور ماه می‌چرخند، در جایی که فضای سیسلونار نامیده می‌شود. به طور بحرانی، آنها باید به جای زمین در مدار ماه باشند تا مطمئن شوند که "رانش" که بر صورت فلکی محدود به زمین تأثیر می گذارد قابل توجه و اصلاح است.

محققان برای ماهواره‌های قمری خود، مدارهای یخ‌زده بیضی شکل ماه (ELFO) را انتخاب کردند، مسیرهای مداری که پروژه‌های LunaNet ناسا و پروژه‌های Moonlight ESA برای پشتیبانی از مأموریت‌ها در قطب جنوبی ماه برنامه‌ریزی شده‌اند.

محققان برای آزمایش ایده خود، یک شبیه سازی 60 روزه را با استفاده از داده های واقعی از 24 ماهواره عملیاتی BeiDou-3 مدار زمین متوسط ​​(MEO) و یک پیوند متقابل شبیه سازی شده با چهار مدارگرد ELFO راه اندازی کردند. آنها دریافتند که به طور کامل به پیوندهای متقاطع فقط زمینی سنتی و بدون اصلاح ایستگاه زمینی واگذار شده است، این سیستم در طول دو ماه حدود 7.85 متر (25.8 فوت) حرکت کرد.

هنگامی که آنها از پیش بینی مسیر استفاده کردند، این رانش به طور قابل توجهی کاهش یافت و اگر ماهواره ها پیش بینی می کردند که مدار آنها چگونه تغییر می کند، تا 60 روز به 0.6 متر (2 فوت) کاهش یافت. اما بهترین نتایج از شبکه مشترک زمین و ماه شبیه سازی شده، با تنها 0.35 متر (1.1 فوت) رانش در طول این آزمایش دو ماهه به دست آمد.

مزیت اضافی این تنظیم این است که اصلاح به دو صورت کار می کند. ماهواره‌های زمینی می‌توانند داده‌های موقعیتی اصلاحی را به ماهواره‌های مقید به ماه ارائه دهند. اگرچه تصحیح کاملا خوب نبود، چهار ماهواره ELFO شبیه سازی شده تنها 2.26 متر (7.4 فوت) از موقعیت مورد انتظار خود منحرف شدند. وجود زیرساخت های ماه در موقعیت مناسب برای عملیات خدمه برنامه ریزی شده در آنجا حیاتی است. و این نوع سیستم هم می تواند مشکلی را که ما در زمین داریم حل کند و هم موقعیت دقیقی را که به کاشفان آینده در سطح ماه نیاز دارند، ارائه دهد.

Xia Lin و همکاران، تجزیه و تحلیل اولیه برای تعیین مدار مستقل مشترک ماهواره های BDS-3 MEO و ماهواره های ELFO قمری بر اساس پیوندهای بین ماهواره ای، ناوبری ماهواره ای (2026). DOI: 10.1186/s43020-026-00217-9

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →