1398/02/21

مزاحمت منظومه‌های ماهواره‌ای برای اخترشناسی رادیویی

اغتشاشات و عوامل مزاحم برای فعالیت رصدخانه‌ها به دو دسته زمینی و فضایی تقسیم می‌شوند. برای نظارت بر اغتشاشات زمینی، رصدخانه ملی اخترشناسی رادیویی (NRAO) یک ایستگاه نظارتی بزرگ دارد که مخابره امواج رادیویی وایفای و بلوتوث تلفن‌های همراه بازدیدکنندگان را تحت نظر می‌گیرد. به غیر از تداخلی که این امواج با...
مزاحمت منظومه‌های ماهواره‌ای برای اخترشناسی رادیویی

در منطقه سن آگوستین (San Augustine) در نیومکزیکو، 27 رادیوتلسکوپ قرار دارد که 24 ساعت روز و 7 روز هفته به صورت بی‌وقفه کار کرده و سیگنال‌های به شدت ضعیف منتشرشده از نقاط دوردست جهان هستی را ضبط می‌کنند. این دشت صاف و وسیع که روزگاری بستر دریا بوده است، در ارتفاع بیش از 2100 متری از سطح دریا قرار داشته و دور تا دور آن را کوه‌ها احاطه کرده‌اند. با وجود موقعیت مناسب منطقه سن آگوستین، دریافت این تشعشات رادیویی بسیار سخت بوده و با شلوغ‌تر شدن فضای اطراف زمین توسط منظومه‌های ماهواره‌ای، این ماموریت روز به روز سخت‌تر می‌گردد.

اغتشاشات و عوامل مزاحم برای فعالیت رصدخانه‌ها به دو دسته زمینی و فضایی تقسیم می‌شوند. برای نظارت بر اغتشاشات زمینی، رصدخانه ملی اخترشناسی رادیویی (NRAO) یک ایستگاه نظارتی بزرگ دارد که مخابره امواج رادیویی وایفای و بلوتوث تلفن‌های همراه بازدیدکنندگان را تحت نظر می‌گیرد. به غیر از تداخلی که این امواج با امواج مورد هدف آنتن‌ها دارند، سیگنال‌های ارسالی توسط تلفن‌های همراه می‌توانند فرکانس‌های خود را تشدید کنند که این اتفاق به علاوه مهندسی ضعیف می‌تواند منجر به ایجاد تداخل فرکانسی در چند آنتن در آن واحد شود. وقتی که بازدیدکنندگان وارد رصدخانه NRAO می‌شوند، اگر نویز زیادی ایجاد کنند، ایمیلی برای خاموش کردن گوشی خود دریافت می‌کنند. در صورت عدم همکاری بازدیدکنندگان ممکن است تحقیقات یکی از دانشمندان نابود شده و ساعتی 5000 هزار دلار ضرر به مجموعه وارد گردد.

طیف امواج رادیویی شامل فرکانس‌های 3 کیلوهرتز تا 300 گیگاهرتز می‌شود و اتحادیه بین‌المللی مخابرات رادیویی (ITU) بر این محدوده نظارت دارد. باندهای فرکانسی به خدمات مختلفی اختصاص داده شده‌اند؛ از جمله رادارها، فعالیت‌هایی رادیویی آماتور، تلویزیون، تلفن و... . چیزی که اخترشناسان رادیویی را از دیگر استفاده‌کنندگان طیف امواج رادیویی متمایز می‌کند این است که این افراد، کاربران منفعل امواج رادیویی هستند. در حالی که دیگر استفاده‌کنندگان امواج رادیویی به صورت فعالانه فرکانس‌های خود را ارسال و دریافت می‌کنند، اخترشناسان رادیویی هر موج رادیویی که در عمق فضا منتشر شده باشد، مطالعه می‌کنند؛ برای مثال بقایای مایکروویو پدیده بیگ بنگ.

امروزه شرکت‌های تجاری در نبردی پیوسته برای خرید پهنای باند رادیویی هستند و محیط رادیویی روز به روز بیشتر اشباع می‌گردد. با اینکه سازمان ITU بخش کوچکی از طیف رادیویی را برای اخترشناسان محافظت می‌کند، شریک شدن بخش دیگر طیف با ابزارهای الکترونیکی گزینه مناسبی به حساب نمی‌آید. حساسیت بسیار زیاد رصدخانه‌های رادیویی به سادگی تحت تاثیر خدمات تجاری از جمله سرویس‌های مخابراتی 5G قرار می‌گیرد.

کاهش تداخل‌های زمینی موبایل‌ها، شبکه‌های بی‌سیم، خودروها و... به اندازه کافی برای اخترشناسان رادیویی چالش برانگیز هست اما فرستنده‌های مداری اثرات به شدت مخرب‌تری دارند. ماهواره‌های قرارگرفته در مسیر رادیوتلسکوپ‌های فوق حساس از سال 1982 و پرتاب ماهواره‌های ناوبری گلوناس (GLONASS) موجب نگرانی اخترشناسان بوده‌اند. مشکل گلوناس این است که فرکانس اصلی ارسال و دریافت داده آن (1612 مگاهرتز) با خط طیفی رادیکال هیدروکسیل (OH) تداخل دارد. به محض پرتاب این ماهواره‌ها اخترشناسان رادیویی که مشاهدات خود را در این خط طیفی انجام می‌دادند دچار مشکل شدند. چندی بعد این فرکانس دوباره در اختیار اخترشناسان قرار گرفت اما نهایتا چند دهه بعد شرکت موتورولا (Motorola) برنامه ارسال منظومه‌ای 66 ماهواره‌ای را با فرکانس ارسال داده 1621.5 تا 1626.5 را کلید زد و در ادامه این منظومه ماهواره‌ای که ایریدیوم (Iridium) نام گرفت اخترشناسان و رادیوتلسکوپ‌هایشان را به کل از این طیف فرکانس فراری داد.

اولین ماهواره‌های منظومه ایریدیوم در سال 1998 در یک مدار غیر زمین‌ثابت قرار داشتند و هدف آن‌ها ارائه خدمات مخابره داده و صدا به سرتاسر جهان بود. فرکانس‌های ارسالی ماهواره‌های ایریدیوم به صورت مستقیم بر روی باندهای اخترشناسی رادیویی مخابره نمی‌شد اما باندهای فرعی سیگنال‌ها با محدوده رصدی تلسکوپ‌ها تداخل داشت. سیگنال‌های منظومه ایردیوم استاندارد اختیاری  RA.769 سازمان ITU را رعایت نمی‌کردند و 1000 برابر قوی‌تر از مقدار مجاز بودند. برای حل این مشکل، مهندسین در رصدخانه نیومکزیکو پس از تلاش فراوان فیلترهایی را توسعه دادند که که بخشی از تداخل‌ها را مسدود می‌کرد اما در نهایت استفاده چندانی برای اخترشناسان نداشت.

اکنون اخترشناسی رادیویی با موج عظیمی از منظومه‌های ماهواره‌ای پرتعداد شامل منظومه استارلینک (Starlink) شرکت اسپیس ایکس (SpaceX)، وان وب (OneWeb) و ایریدیوم نکست (Iridium NEXT) مواجه هستند. منظومه استارلینک نهایتا 12000، وان وب نزدیک به 3000 و ایردیوم نکست حدودا 66 ماهواره را برای اهداف مخابراتی و اینترنتی در مدار LEO قرار خواهند داد. در این بین استارلینک بیشترین توجه را به خود جلب کرده و بیشترین ترس را در میان اخترشناسان ایجاد نموده است. هاروی لیزست (Harvey Liszt) اخترشناس و مدیر طیفی NRAO می‌گوید اسپیس ایکس که برای ارسال داده از فرکانس 10.7 تا 12.7 گیگاهرتز استفاده خواهد کرد هنوز تعهدات قانونی خود را اجرا نکرده است. بر اساس قوانین کمیته مخابرات فدرال (FCC) برای استفاده از فرکانس‌های 10.7 تا 11.7 گیگاهرتز باید یک توافق دوجانبه به اخترشناسان و اپراتورهای ماهواره‌ای صورت گیرد.

با توجه به شرایط آشفته موجود، فرکانس رصد در اخترشناسی رادیویی برای اجتناب از تداخل سیگنال، روز به روز افزایش می‌یابد. آرایه 27 عددی رادیوتلسکوپ‌های رصدخانه NRAO که به اختصار VLA نام دارد، در حال حاضر رصدهای خود را در بازه فرکانسی 1 تا 50 گیگاهرتز انجام می‌دهد. این در حالیست که پروژه بعدی این رصدخانه با نام ngVLA که قرار است در اواخر دهه 2020 عملیاتی شود، در بازه فرکانسی 1.2 تا 116 گیگاهرتز فعالیت خواهد کرد. در همین حین منظومه‌های ماهواره‌ای هم فرکانس فعالیت خود را گسترش خواهند داد؛ خصوصا لینک‌های بین ماهواره‌ای که در باند V (بازه فرکانسی 40 تا 75 گیگاهرتز) فعالیت خواهند کرد. اسپیس ایکس در سال 2018 مجوز فعالیت در این باند را از FCC دریافت کرد.

در هنگام وقوع تداخل فرکانس رادیویی، یک آرایه از آنتن‌ها اثرپذیری کمتری نسبت به یک آنتن داشته و بنابراین عملکرد بهتری خواهند داشت. پس جای تعجب نخواهد داشت اگر در آینده ببینیم که با گسترش منظومه‌های LEO، سامانه‌های آرایه‌ای رادیوتلسکوپ‌ها نیز روند رو به افزایش دارد. علاوه بر این رادیوتلسکوپ‌های مداری نیز به دلیل مواجهه با نویز کمتر در سال‌های پیش رو از اهمیت ویژه‌ای برخوردار خواهند بود. به هر حال اهمیت اخترشناسی رادیویی در کشف بخش‌های ناشناخته جهان هستی به حدی است که نمی‌توان در سال‌های تسخیر مدارهای زمین از آن غافل ماند.

منبع: thespacereview
سازمان ها | NRAO | ITU | Iridium | Motorola | OneWeb | SpaceX | FCC
افراد | Harvey Liszt

مخابرات ماهواره‌ای | کاوش‌های فضایی |

نظر شما
اخبار مرتبط

رقابت داغ ساخت آنتن‌های جدید برای منظومه ماهواره‌ای شرکت SES

1398/01/20
بنا به اعلام شرکت SES غول بزرگ ماهواره و مالک یک چهارم کل ماهواره‌های مدار GSO و منظومه ماهواره‌های مدار MEO شرکت O3B، سه شرکت ویاست (ACAN ،(Viasat و ایزوتروپیک سیستمز (Isotropic Systems)...

مدیریت منظومه‌های ماهواره‌ای با هوش مصنوعی

1398/02/10
امروزه صنعت فضایی از تک ماهواره‌های بزرگ به منظومه‌هایی از ماهواره‌های ارزان کوچک تغییر رویکرد داده است. افزایش تعداد ماهواره باعث پیچیدگی مدیریت منظومه‌های ماهواره‌ای شده است. این موضوع...

پربازدیدکننده ترین خبر

سرمایه‌گذاری بوئینگ در ویرجین گلکتیک

شرکت بوئینگ (Boeing) اخیرا اعلام کرد که قرار است یک سرمایه‌گذاری کوچک اما راهبردی در شرکت توریسم فضایی ویرجین گلکتیک (Virgin Galactic) داشته باشد. تیم سرمایه‌گذاری بوئینگ هورایزن ایکس (Boeing HorizonX Ventures) پس از ادغام ویجرین گلکتیک با شرکت هدوسوفیا (Social Capital Hedosophia) مبلغ ۲۰ میلیون دلار در این شرکت سرمایه‌گذاری می‌کند. این دو شرکت در یک بیانیه مشترک اعلام کردند که «با یکدیگر برای گسترش دسترسی تجاری به فضا و انتقال فناوری‌های جهانی حمل و نقل همکاری می‌کنند.» البته جزئیات زیادی در مورد این برنامه‌ها منتشر نشده است. هر دو شرکت علاقه‌مندی خود را به انتقال سریع مسافرین نشان داده‌اند، ضمن اینکه ویرجین گلکتیک به کاهش قابل توجه زمان جابجایی در حمل و نقل‌های فراصوت و ماوراء صوت اشاره کرد که فعالیت در این دو زمینه از برنامه‌های آتی این شرکت می‌باشد.