ما هو الوقت على القمر؟ تطوير منطقة زمنية قمري جديدة

ما هو الوقت على القمر؟ تطوير منطقة زمنية قمري جديدة

عصر جديد من استكشاف القمر آخذ في الازدياد ، مع التخطيط لعشرات البعثات القمرية في العقد المقبل. أوروبا في الطليعة هنا ، حيث تساهم في بناء محطة Gateway القمرية ومركبة Orion الفضائية – التي من المقرر أن تعيد البشر إلى قمرنا الصناعي الطبيعي – بالإضافة إلى تطوير مركبة الهبوط على سطح القمر اللوجستية الكبيرة ، والمعروفة باسم Argonaut. نظرًا لأن العشرات من المهمات ستعمل على القمر وحوله وستحتاج إلى التواصل معًا وإصلاح مواقعها بشكل مستقل عن الأرض ، فإن هذا العصر الجديد سيتطلب وقته الخاص.

وفقًا لذلك ، بدأت المنظمات الفضائية في التفكير في كيفية الحفاظ على الوقت على القمر. بعد أن بدأت باجتماع في مركز تكنولوجيا ESTEC التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في هولندا في نوفمبر الماضي ، تعد المناقشة جزءًا من جهد أكبر للاتفاق على بنية ” LunaNet ” مشتركة تغطي خدمات الاتصالات والملاحة القمرية.

هندسة معمارية لاستكشاف القمر المشترك

يوضح Javier Ventura-Traveset ، برنامج Moonlight التابع لـ ESA: “LunaNet عبارة عن إطار عمل من المعايير والبروتوكولات ومتطلبات الواجهة المتفق عليها بشكل متبادل ، مما يسمح للبعثات القمرية المستقبلية بالعمل معًا ، على غرار ما فعلناه على الأرض من أجل الاستخدام المشترك لنظامي GPS و Galileo ” . مدير الملاحة ، منسق مساهمات ESA في LunaNet. “الآن ، في سياق القمر ، لدينا الفرصة للاتفاق على نهج التشغيل البيني الخاص بنا من البداية ، قبل تنفيذ الأنظمة فعليًا.”

يضيف بييترو جيوردانو ، مهندس نظام الملاحة في وكالة الفضاء الأوروبية ، أن التوقيت عنصر حاسم: “خلال هذا الاجتماع في ESTEC ، اتفقنا على أهمية وإلحاح تحديد وقت مرجعي قمري مشترك ، وهو أمر مقبول دوليًا ويمكن لجميع أنظمة القمر والمستخدمين الرجوع إليه ل. يجري الآن إطلاق جهد دولي مشترك لتحقيق ذلك “.

 

حتى الآن ، يتم تشغيل كل مهمة جديدة إلى القمر وفقًا لمقياسها الزمني الذي يتم تصديره من الأرض ، مع استخدام هوائيات الفضاء السحيق للحفاظ على مزامنة الكرونومتر على متن الطائرة مع الوقت الأرضي في نفس الوقت الذي يسهلون فيه الاتصالات ثنائية الاتجاه. لن تكون طريقة العمل هذه مستدامة ولكن في البيئة القمرية القادمة.

بمجرد اكتمالها ، ستكون محطة البوابة مفتوحة لإقامات رواد الفضاء ، وستتم إعادة إمدادها من خلال إطلاق ناسا المنتظم لأرتيميس ، وتتقدم إلى عودة الإنسان إلى سطح القمر ، وبلغت ذروتها في قاعدة مأهولة بالقرب من القطب الجنوبي للقمر. وفي الوقت نفسه ، سيتم أيضًا تنفيذ العديد من المهمات غير المأهولة – كل مهمة Artemis وحدها ستطلق العديد من CubeSats القمرية – وستقوم وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بإخماد سفينة Argonaut European Large Logistics Lander.

لن تكون هذه المهمات على سطح القمر أو بالقرب منه في نفس الوقت فحسب ، بل ستتفاعل غالبًا أيضًا – يحتمل أن تقوم بترحيل الاتصالات لبعضها البعض ، أو إجراء عمليات رصد مشتركة أو تنفيذ عمليات التقاء.

أقمار ضوء القمر في الطريق

يوضح وائل الدالي ، مهندس نظام Moonlight ، “بالتطلع إلى استكشاف المستقبل للقمر ، تطور وكالة الفضاء الأوروبية من خلال برنامجها Moonlight خدمة اتصالات وملاحة على سطح القمر”. سيسمح هذا للبعثات بالحفاظ على الروابط من وإلى الأرض ، وتوجيههم في طريقهم حول القمر وعلى السطح ، مما يسمح لهم بالتركيز على مهامهم الأساسية. ولكن أيضًا ، سيحتاج Moonlight إلى نطاق زمني مشترك مشترك من أجل ربط المهام وتسهيل إصلاحات المواضع “.

وسينضم إلى Moonlight في مدار حول القمر من خلال خدمة مكافئة ترعاها وكالة ناسا – نظام Lunar Communications Relay and Navigation System. لتحقيق أقصى قدر من قابلية التشغيل البيني ، يجب أن يستخدم هذان النظامان نفس النطاق الزمني ، جنبًا إلى جنب مع العديد من المهام الأخرى المأهولة وغير المأهولة التي سيدعمونها.

تحديد الوقت لإصلاح الموقف

يورج هان ، كبير مهندسي جاليليو في وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ويقدم أيضًا المشورة بشأن تعليقات الجوانب الزمنية للقمر: “لقد تم تحقيق قابلية التشغيل البيني للأطر المرجعية الجيوديسية بنجاح هنا على الأرض لأنظمة الأقمار الصناعية للملاحة العالمية ؛ جميع الهواتف الذكية اليوم قادرة على الاستفادة من نظام GNSS الحالي لحساب موقع المستخدم وصولاً إلى مستوى المتر أو حتى ديسيمتر.

“يمكن إعادة استخدام تجربة هذا النجاح للأنظمة القمرية التقنية طويلة المدى القادمة ، على الرغم من أن عرض التوقيت المستقر على القمر سيطرح تحديات فريدة خاصة به – مثل مراعاة حقيقة أن الوقت يمر في وقت مختلف هناك بسبب تأثيرات الجاذبية والسرعة النوعية للقمر “.

تحديد التوقيت العالمي

يتطلب التنقل الدقيق عرضًا صارمًا للوقت. وذلك لأن جهاز استقبال satnav يحدد موقعه عن طريق تحويل الأوقات التي تستغرقها إشارات الأقمار الصناعية المتعددة للوصول إليها إلى مقاييس المسافة – ضرب الوقت في سرعة الضوء.

تعمل جميع أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية الأرضية ، مثل نظام جاليليو الأوروبي أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بالولايات المتحدة ، على أنظمة توقيت مميزة خاصة بها ، ولكنها تمتلك إزاحات ثابتة بالنسبة لبعضها البعض حتى بضعة أجزاء من المليار من الثانية ، وأيضًا إلى UTC Universal معيار عالمي للوقت المنسق.

يعد استبدال توقيت غرينتش ، التوقيت العالمي المنسق (UTC) جزءًا من جميع حياتنا اليومية: إنه التوقيت المستخدم للإنترنت ، والخدمات المصرفية ، ومعايير الطيران بالإضافة إلى التجارب العلمية الدقيقة ، التي يحتفظ بها المكتب الدولي لبوايد وميزورس (BIPM) في باريس ).

يحسب BIPM التوقيت العالمي المنسق بناءً على المدخلات من مجموعات الساعات الذرية التي تحتفظ بها المؤسسات في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك مركز ESTEC التقني التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في نوردفيك ، هولندا ، ومركز التحكم في المهام ESOC في دارمشتات ، ألمانيا.

تصميم التسلسل الزمني القمري

من بين الموضوعات الحالية قيد المناقشة ما إذا كان ينبغي أن تكون منظمة واحدة مسؤولة بالمثل عن تحديد الوقت القمري والحفاظ عليه. وأيضًا ، ما إذا كان يجب تعيين الوقت القمري على أساس مستقل على القمر أو الحفاظ عليه متزامنًا مع الأرض.

سيواجه الفريق الدولي الذي يعمل على هذا الموضوع مشكلات فنية كبيرة. على سبيل المثال ، تعمل الساعات على القمر بشكل أسرع من نظيراتها الأرضية – تكتسب حوالي 56 ميكروثانية أو جزء من المليون من الثانية في اليوم. يعتمد معدلها الدقيق على موقعها على القمر ، حيث تختلف على سطح القمر عن المدار.

“بالطبع ، يجب أن يكون نظام الوقت المتفق عليه عمليًا لرواد الفضاء ،” يوضح بيرنهارد هوفينباخ ، عضو فريق إدارة ضوء القمر من مديرية استكشاف الإنسان والروبوت في وكالة الفضاء الأوروبية. “سيكون هذا تحديًا كبيرًا على سطح الكوكب حيث يبلغ طول كل يوم في المنطقة الاستوائية 29.5 يومًا ، بما في ذلك ليالي قمرية متجمدة لمدة أسبوعين ، مع وجود دائرة زرقاء صغيرة على الأرض في السماء المظلمة. ولكن بعد أن أنشأنا نظامًا لوقت العمل للقمر ، يمكننا المضي قدمًا في فعل الشيء نفسه بالنسبة لوجهات الكواكب الأخرى “.

أخيرًا ، للعمل معًا بشكل صحيح ، سيتعين على المجتمع الدولي أيضًا أن يستقر على “إطار مرجعي مركزي” مشترك ، على غرار الدور الذي يلعبه على الأرض الإطار المرجعي الأرضي الدولي ، مما يسمح بالقياس المتسق للمسافات الدقيقة بين النقاط عبر كوكبنا . تعد الأطر المرجعية المخصصة بشكل مناسب من المكونات الأساسية لأنظمة GNSS اليوم.

ويضيف جافير: “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 مركزية مشتركة ، والذي لن يضمن فقط إمكانية التشغيل البيني بين أنظمة الملاحة القمرية المختلفة ، ولكنه سيعزز أيضًا عددًا كبيرًا من فرص البحث والتطبيقات في الفضاء القمري “.