ما هو الوقت على القمر يقترح الباحثون تطبيق طريقة المنطقة الزمنية على القمر أيضًا

بواسطة: وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) 5 مارس 2023

بدأ عصر جديد من استكشاف القمر في الظهور، مع التخطيط لعشرات المهام القمرية خلال العقد المقبل. وأوروبا في طليعة هذا السباق، إذ تساهم في البناء محطة "بوابة القمر"." والمركبة الفضائية أوريون - والتي ينبغي أن تعيد البشر إلى قمرنا الطبيعي - بالإضافة إلى تطوير مركبة الهبوط القمرية الكبيرة المعروفة باسم Argonaut. ونظرًا لأن العشرات من البعثات ستعمل على القمر وحوله، وستحتاج إلى التواصل معًا وبث مواقعها بشكل مستقل عن الأرض، فإن هذا العصر الجديد سيتطلب مزامنة زمنية خاصة به.

وبناء على ذلك، بدأت المنظمات الفضائية في التفكير في كيفية الحفاظ على الوقت على سطح القمر. بعد أن بدأت في اجتماع في مركز التكنولوجيا ESTEC التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في هولندا في نوفمبر الماضي، تعد المناقشة جزءًا من جهد أكبر للاتفاق على بنيةلونا نتمشروع مشترك يغطي خدمات الاتصالات والملاحة القمرية.

"LunaNet هو إطار للمعايير والبروتوكولات ومتطلبات الواجهة المتفق عليها بشكل متبادل والتي تسمح للبعثات القمرية المستقبلية بالعمل معًا، وهو مشابه من الناحية المفاهيمية لما فعلناه على الأرض لمشاركة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وجاليليو"، يوضح خافيير فينتورا ترافاست، مدير الملاحة في ضوء القمر في وكالة الفضاء الأوروبية. الذي ينسق مساهمات وكالة الفضاء الأوروبية في LunaNet. "الآن، في السياق القمري، لدينا فرصة للاتفاق على نهج التشغيل البيني الخاص بنا منذ البداية، قبل أن يتم تنفيذ الأنظمة فعليًا."

يعد التوقيت عنصرًا حاسمًا، كما يضيف بيترو جيوردانو، مهندس نظام الملاحة في وكالة الفضاء الأوروبية: "خلال هذا الاجتماع في ESTEC، اتفقنا على أهمية وإلحاح تحديد وقت مرجعي قمري مشترك، والذي سيكون مقبولًا عالميًا والذي يمكن لجميع الأنظمة القمرية والمستخدمين الرجوع إليه. من خلال جهد دولي مشترك لتحقيق هذا الهدف."

في اليوم العشرين من مهمة أرتميس 20، قام أوريون بتصوير القمر أثناء تحليقه. تم التقاط الصورة بواسطة كاميرا مثبتة على أجنحة المجموعة الشمسية لوحدة الخدمة الأوروبية، في 5 ديسمبر 2022. حقوق الصورة: ناسا

حتى الآن، تم تشغيل كل مهمة جديدة إلى القمر وفقًا لجدولها الزمني الخاص المُصدَّر من الأرض، مع استخدام هوائيات الفضاء السحيق للحفاظ على تزامن الكرونومترات الموجودة على متن الطائرة مع وقت الأرض، وبالتالي تمكين الاتصال ثنائي الاتجاه. لن تكون طريقة العمل هذه مستدامة ولكن في البيئة القريبة من القمر.

بمجرد اكتمالها، ستكون محطة مونجيت الفضائية القمرية مفتوحة لرواد الفضاء، وستتلقى الإمدادات من خلال عمليات إطلاق أرتميس المنتظمة، وستتقدم نحو عودة الإنسان إلى سطح القمر، وستتوج بإنشاء قاعدة مأهولة بالقرب من القطب الجنوبي للقمر. وفي الوقت نفسه، سيقوم عدد كبير من المهام غير المأهولة بتحضير التضاريس. ستطلق كل مهمة من مهمة Artemis وحدها العديد من الأقمار الصناعية القمرية CubeSats، وستهبط وكالة الفضاء الأوروبية على مركبة الهبوط اللوجستية الأوروبية الكبيرة Argonaut.

لن تتم هذه المهام على القمر أو حوله في نفس الوقت فحسب، بل ستتواصل غالبًا مع بعضها البعض، ومن المحتمل أن تتواصل مع بعضها البعض، أو تقوم بملاحظات مشتركة أو تقوم بعمليات الالتقاء.

الأقمار الصناعية ضوء القمر في الطريق

يوضح وول الدالي، مهندس الأنظمة في Moonlight: "بالتطلع إلى استكشاف القمر في المستقبل، تعمل وكالة الفضاء الأوروبية من خلال برنامج Moonlight على تطوير خدمة الاتصالات والملاحة القمرية". "سيسمح هذا للبعثات بالحفاظ على الاتصالات من وإلى الأرض، وتوجيهها في طريقها حول القمر وعلى السطح، مما يسمح لها بالتركيز على مهامها الأساسية. لكن ضوء القمر سيحتاج أيضًا إلى جدول زمني مشترك لربط المهام وتسهيل تحديد المواقع". التصحيحات."

تتضمن مبادرة Moonlight التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية توسيع تغطية القمر الصناعي وروابط الاتصال بالقمر. تتضمن المرحلة الأولى توضيح استخدام الإشارات الصارمة الحالية حول القمر. سيتم تحقيق ذلك باستخدام القمر الصناعي Lunar Pathfinder في عام 2024. وسيكون التحدي الرئيسي هو التغلب على الهندسة المحدودة لإشارات ستين التي تأتي جميعها من نفس الجزء من السماء، إلى جانب قوة الإشارة المنخفضة. للتغلب على هذا القيد، ستشهد المرحلة الثانية، وهي جوهر نظام ضوء القمر، أقمارًا صناعية مخصصة للملاحة القمرية ومنارات سطح القمر توفر مصادر أكثر تنوعًا وتغطية موسعة. الائتمان: ESA-K أولدنبورغ

سيتم ضم ضوء القمر إلى المدار القمري من خلال خدمة موازية ترعاها وكالة ناسا، وهي نظام الاتصالات والملاحة القمرية لتحقيق أقصى قدر من قابلية التشغيل البيني، يجب أن يستخدم هذان النظامان نفس الجدول الزمني، إلى جانب العديد من المهام المأهولة وغير المأهولة الأخرى التي سيدعمونها.

تصحيح الوقت لتصحيح الموقع

يعلق يورج هان، كبير مهندسي مشروع القمر الصناعي ميكون جاليليو التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والمستشار في جوانب التوقيت القمري: "لقد تم تحقيق قابلية التشغيل البيني للوقت والأطر المرجعية الجيوديسية بنجاح هنا على الأرض لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية؛ جميع الهواتف الذكية اليوم قادرة على يوجد استخدام GNSS لحساب موقع المستخدم وصولاً إلى مستوى المتر أو حتى مستوى الديسيمتر.

صورة للجانب البعيد من القمر تم التقاطها في يوم الرحلة السادس لمهمة أرتميس 1 من كاميرا الملاحة البصرية للمركبة الفضائية أوريون. الائتمان: ناسا

"يمكن إعادة استخدام تجربة هذا النجاح في الأنظمة القمرية الفنية التالية طويلة المدى، على الرغم من أن الحفاظ على وقت مستقر على القمر سيطرح تحديات فريدة خاصة به - مثل الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الوقت يمر بمعدل مختلف هناك بسبب تأثيرات الجاذبية النوعية للقمر وسرعته."

إعداد الوقت العالمي

يتطلب التنقل الدقيق الالتزام الصارم بالوقت. وذلك لأن مستقبل الملاحة عبر الأقمار الصناعية لجهاز الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GPS - على الرغم من أن الاسم محجوز لنظام واحد فقط من هذا القبيل AB) يحدد موقعه عن طريق تحويل الوقت الذي تستغرقه إشارات الأقمار الصناعية المتعددة للوصول إليه إلى قياسات المسافة - ضرب الوقت في سرعة الضوء.

يحتاج جهاز استقبال الملاحة عبر الأقمار الصناعية الموجود على أجهزتك الشخصية إلى أربعة أقمار صناعية على الأقل في السماء. تتم مزامنة ساعاتها المتكاملة ويتم مراقبة مواقع المدار بواسطة قطاعات أرضية عالمية. فهو يستقبل إشارات من كل قمر صناعي، يتضمن كل منها طابعًا زمنيًا دقيقًا. من خلال حساب الوقت الذي تستغرقه كل إشارة للوصول إلى جهاز الاستقبال الخاص بك، يقوم جهاز الاستقبال بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لموقعك - ​​خطوط الطول والعرض والارتفاع - نسبة إلى الأقمار الصناعية. ستكون أجهزة الاستقبال المستقبلية قادرة على تتبع أقمار غاليليو الصناعية بالإضافة إلى أقمار الملاحة الأمريكية والروسية، مما يوفر دقة موضعية على نطاق متر في أي مكان تقريبًا على الأرض أو حتى خارجها: كما يتم استخدام نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية بكثافة بواسطة الأقمار الصناعية (الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية).

تعمل جميع أنظمة الملاحة الأرضية عبر الأقمار الصناعية، مثل غاليليو في أوروبا أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الولايات المتحدة، وفقًا لأنظمة توقيت فريدة خاصة بها، ولكن لها إزاحات ثابتة بالنسبة لبعضها البعض تصل إلى بضعة أجزاء من المليار من الثانية، كما أنها تتوافق أيضًا مع المعيار العالمي للتوقيت العالمي المنسق (UTC).

يعد التوقيت العالمي المنسق (UTC)، بديل توقيت غرينتش، جزءًا من حياتنا اليومية: فهو التوقيت المستخدم لمعايير الإنترنت والخدمات المصرفية والطيران، بالإضافة إلى التجارب العلمية الدقيقة، التي يديرها المكتب الدولي للقياسات والقياسات (BIPM) ومقره باريس. ).

يعتمد غاليليو على مرجع زمني عالمي يسمى وقت نظام غاليليو (GST)، وهو معيار لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية في أوروبا، والذي يتم الاحتفاظ به بالقرب من التوقيت العالمي المنسق (UTC) بدقة تبلغ 28 جزءًا من مليار من الثانية. تتيح التوقيتات الدقيقة نطاقًا دقيقًا من خدمات الموقع والملاحة، ويعد توزيعها خدمة مهمة في حد ذاتها. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية

يقوم BIPM بحساب التوقيت العالمي المنسق (UTC) بناءً على مدخلات من مجموعات الساعات الذرية التي تحتفظ بها المؤسسات في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك المركز الفني ESTEC التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في نوردويجك، هولندا، ومركز مراقبة المهمة التابع لـ ESOC في دارمشتات، ألمانيا.

التخطيط للتسلسل الزمني القمري

ومن بين القضايا الحالية التي تتم مناقشتها ما إذا كان ينبغي أن تكون منظمة واحدة مسؤولة بالمثل عن تحديد التوقيت القمري والحفاظ عليه. وهل يجب ضبط التوقيت القمري بشكل مستقل على القمر أم يجب أن يظل متزامنا مع الأرض؟

فسيفساء للقطب الجنوبي لقمرنا تُظهر مواقع الحفر الكبرى، مع صور التقطتها مركبة الاستطلاع القمرية التابعة لناسا. الائتمان: NASA/GSFC/جامعة ولاية أريزونا

وسيواجه الفريق الدولي الذي يعمل على هذه القضية مشاكل فنية كبيرة. على سبيل المثال، تعمل الساعات الموجودة على القمر بشكل أسرع من نظيراتها الأرضية، حيث تكتسب حوالي 56 ميكروثانية أو أجزاء من المليون من الثانية يوميًا. يعتمد معدلها الدقيق على موقعها على القمر، وتتحرك بشكل مختلف على سطح القمر عنها في المدار.

يوضح بيرنهارد هوفنباخ، عضو فريق إدارة ضوء القمر من مديرية أبحاث الإنسان والروبوتات التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية: "بالطبع، يجب أن يكون النظام الزمني المتفق عليه عمليًا لرواد الفضاء". "سيكون الأمر تحديًا كبيرًا على سطح الكوكب، حيث يبلغ طول اليوم في المنطقة الاستوائية 29.5 يومًا، بما في ذلك أسبوعين من الليالي القمرية المتجمدة، في حين أن الأرض بأكملها مجرد دائرة زرقاء صغيرة في السماء المظلمة. ولكن بمجرد أن نتمكن من ذلك، أنشأنا نظامًا زمنيًا للعمل على القمر، ويمكننا الاستمرار في فعل الشيء نفسه بالنسبة للوجهات الكوكبية الأخرى".

أخيرًا، للعمل معًا بشكل صحيح، سيحتاج المجتمع الدولي أيضًا إلى الاستقرار على "إطار مرجعي سيلينوسينتر" مشترك، على غرار الدور الذي يلعبه على الأرض الإطار المرجعي الأرضي الدولي، والذي يسمح بالقياس المتسق للمسافات الدقيقة بين النقاط. حول كوكبنا. تعد الإطارات المرجعية المخصصة مكونات أساسية لأنظمة GNSS الحالية.

ويضيف خافيير: "على مدار تاريخ البشرية، كان الاستكشاف في الواقع محركًا رئيسيًا لتحسين ضبط الوقت والنماذج المرجعية الجيوديسية". "إنه بالتأكيد وقت مثير للقيام بذلك الآن بالنسبة للقمر، والعمل على تحديد جدول زمني متفق عليه دوليًا ومرجع مشترك لمركزية القمر، والذي لن يضمن فقط قابلية التشغيل البيني بين أنظمة الملاحة القمرية المختلفة، بل سيعزز أيضًا عددًا كبيرًا من هذه الأنظمة." فرص البحث والتطبيقات في الفضاء القمري."

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• أنا والرجال: كيف يرسم الدماغ الفضاء الاجتماعي
• التنقل بطريقة كبيرة
• أيامها معدودة: مستويات الكهرباء تتناقص في مركبة الهبوط InSight التابعة لناسا والتي ترصد الزلازل على المريخ
• مشروع الألف جينوم
• "رائع" - يظهر سديم عين القط بتقنية ثلاثية الأبعاد لأول مرة