سماب (قمر اصطناعي)

وصف البرنامج

ومن جهة أخرى، سماب مهمة موجهة تابعة للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء. ويدير مختبر الدفع النفاث مشروع سماب لصالح ناسا بمشاركة مركز غودارد لرحلات الفضاء. ويبني المشروع على إرث مهمة Hydros الملغاة ضمن برنامج ناسا لمستكشفي نظام الأرض وعلى أنشطة الحد من مخاطرها.

صحة الإنسان

من جهة ثانية، تعود التنبؤات الموسمية المحسّنة برطوبة التربة بالنفع المباشر على نظم الإنذار المبكر بالمجاعات، كما تتحقق فوائد أخرى عبر تحسين التنبؤ بالإجهاد الحراري ومعدلات انتشار الفيروسات، وتحسين التأهب للكوارث والاستجابة لها.

العلوم والتطبيقات

وفي هذا الصدد، تُستعمل أرصاد سماب في توصيف العمليات الهيدرولوجية وعمليات النظام البيئي، بما فيها التبادلات بين اليابسة والغلاف الجوي من ماء وطاقة وكربون. ومن بين مستعملي بيانات سماب علماء الهيدرولوجيا والمتنبئون بالطقس وعلماء المناخ ومديرو الموارد الزراعية والمائية، ويضاف إليهم مديرو مخاطر الحرائق وكوارث الفيضانات ومديرو مكافحة الأمراض والوقاية منها ومخططو الطوارئ وصانعو السياسات. وتعود معلومات رطوبة التربة والتجمد والذوبان التي يوفرها سماب بالنفع المباشر على عدة مجالات تطبيقية مجتمعية، منها:

موقع سماب لدى ناسا ومختبر الدفع النفاث

• بيانات سماب لدى المركز الوطني لبيانات الثلج والجليد
• «ابتكارات تقنية تدفع سماب التابع لناسا إلى الفضاء» ، مقالة على موقع NASA.gov
• «دراسات ناسا الجديدة لبحار الأرض وسمائها وتربتها» ، مقالة على موقع NASA.gov

الحمولات الثانوية

ومن ناحية أخرى، ExoCube، قمر اصطناعي لطقس الفضاء طورته برعاية المؤسسة الوطنية للعلوم. صممت الجامعة ناقل القمر الأساسي، بينما وفّر مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا الحمولة العلمية. وتولت وشركة Scientific Solutions تطوير الأهداف العلمية وتقديم التوجيه لتطوير الأجهزة. ويقيس ExoCube كثافة الهيدروجين والأكسجين والهيليوم والنيتروجين في الغلاف الجوي العلوي للأرض (الغلاف الخارجي والغلاف الحراري) باستخدام قياسات مطيافية كتلة مباشرة. ويبلغ حجمه ثلاث وحدات قمر مكعب، أي 30 × 10 × 10 سم.

علاوةً على ذلك، وتُنشر مشاريع الأقمار المكعبة بعد 2,896 ثانية على الأقل من انفصال مرصد سماب، في مدار 440 × 670 كم بميل مداري قدره 99.12°.

علاوةً على ذلك، FIREBIRD-II (أ وب)، طورتها جامعة نيوهامبشير وجامعة ولاية مونتانا ومختبر لوس ألاموس الوطني و. وهي مشروع لطقس الفضاء مؤلف من قمرين مكعبين لتحديد المقياس المكاني للانفجارات الإلكترونية القصيرة في حزامي فان ألن الإشعاعيين وحجمها واعتمادها على الطاقة. وتظهر الانفجارات الإلكترونية النسبية القصيرة على هيئة فترات وجيزة من التساقط الإلكتروني الشديد تقيسها كواشف الجسيمات على المركبات المنخفضة الارتفاع، وتُرصد حين تعبر مداراتها خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق الحزام الإشعاعي الخارجي. وتوفر FIREBIRD-II قياسات ثنائية النقطة للحزام الإشعاعي تلقي الضوء على عمليات تسارع الإلكترونات وفقدها في حزام فان ألن الإشعاعي الخارجي. ويبلغ حجم كل قمر من قمري FIREBIRD وحدة ونصف وحدة قمر مكعب، أي 15 × 10 × 10 سم.

ومن ناحية أخرى، GRIFEX، أي تجربة الأداء أثناء الطيران للدارة المتكاملة للقراءة الخاصة بمهمة Geo-CAPE، طورها مختبر ميشيغان للاستكشاف في جامعة ميشيغان بالشراكة مع مكتب تقنية علوم الأرض التابع لناسا ومختبر الدفع النفاث. وهي مهمة للتحقق من التقنية تجري تقييمًا هندسيًا لمصفوفة مستوى بؤري رقمية بالكامل وعالية الأداء من تطوير مختبر الدفع النفاث، تتألف من دارة متكاملة مبتكرة للقراءة والتحويل من التماثلي إلى الرقمي داخل البكسل. وتتيح سعتها الإنتاجية العالية لمفهوم مهمة القمر الاصطناعي المقترح Geo-CAPE إجراء قياسات ساعية عالية الدقة المكانية والطيفية للكيمياء الجوية والتلوث السريعي التغير بجهاز مطياف فورييه التحويلي الشامل الألوان (PanFTS) قيد التطوير. ويدفع GRIFEX قدمًا بالتقنية اللازمة لقياسات التركيب الجوي من مدار ثابت بالنسبة للأرض مستقبلًا، وهي قياسات وثيقة الصلة بـالتغير المناخي، فضلًا عن المهمات المستقبلية التي تتطلب كواشف متقدمة دعمًا للمسح العشري لعلوم الأرض. ويبلغ حجمه ثلاث وحدات قمر مكعب، أي 30 × 10 × 10 سم.

كذلك، الإطلاق التعليمي للأقمار النانوية العاشر (ELaNa X)، ويتألف من ثلاثة ناشرات مدارية للأقمار البيكوية متعددة الاستخدامات تضم أربعة أقمار اصطناعية مكعبة (ثلاث مهمات)، مركّبة على المرحلة الثانية من مركبة الإطلاق دلتا 2:

الجفاف

من جانب آخر، تحسّن معلومات رطوبة التربة الصادرة عن سماب رصد أحوال الجفاف والتنبؤ بها، بما يتيح قدرات جديدة على التخفيف من آثاره.

نظرة عامة على المهمة

• فهم العمليات التي تربط بين دورات الماء والطاقة والكربون الأرضية.
• تقدير التدفقات العالمية للماء والطاقة عند سطح اليابسة.
• تحديد صافي تدفق الكربون في المناظر الطبيعية الشمالية كميًا.
• تحسين مهارة التنبؤ بالطقس والمناخ.
• تطوير قدرة محسّنة على التنبؤ بالفيضانات ورصد الجفاف.

في هذا الإطار، يوفر القمر قياسات لرطوبة تربة سطح اليابسة ولحالة التجمد والذوبان، بتغطية شبه عالمية تتكرر كل يومين إلى ثلاثة أيام. وتُقرن القياسات السطحية بنماذج هيدرولوجية لاستنتاج أحوال رطوبة التربة في منطقة الجذور. وتتيح هذه القياسات لمستعملي التطبيقات العلمية ما يلي:

إضافةً إلى ذلك، وتُجمع أرصاد القمر لمدة ثلاث سنوات على الأقل بعد الإطلاق، ومن شأن 81 كغ من الوقود الدافع التي يحملها أن تتيح للمهمة العمل إلى ما بعد عمرها التصميمي بكثير. ويُنفَّذ برنامج شامل للتحقق والعلوم والتطبيقات، وجميع البيانات متاحة للعموم عبر مراكز الأرشيف التابعة لناسا.

التنبؤ بالطقس والمناخ

وفي هذا الصدد، تهيئة نماذج التنبؤ الجوي العددي ونماذج المناخ الموسمية بمعلومات دقيقة عن رطوبة التربة يمدّد مُهَل التنبؤ ويعزز مهارته.

الحالة

وفي السياق ذاته، في أغسطس 2015، أنجز العلماء المعايرة الأولية للجهازين المحمولين على متن القمر، غير أن رادار القمر توقف عن الإرسال في 7 يوليو إثر شذوذ تولى فريق في مختبر الدفع النفاث التحقيق فيه. وحدد الفريق مصدر الشذوذ في مصدر تغذية مضخم الرادار عالي الاستطاعة بالطاقة. وفي 2 سبتمبر 2015 أعلنت ناسا أن عطل المضخم يعني أن الرادار لم يعد قادرًا على إرجاع البيانات، وتستمر المهمة العلمية مع إرجاع البيانات من جهاز مقياس الإشعاع وحده. وانتهت المهمة الأساسية للقمر في يونيو 2018، وقد أقرت المراجعة العليا لعلوم الأرض لعام 2017 استمرار عمليات المهمة حتى عام 2020، ومبدئيًا حتى عام 2023.

الفيضانات والانهيارات الأرضية

وفي هذا الصدد، تؤدي نظم التنبؤ الهيدرولوجي المعايرة والمهيأة بحقول عالية الدقة لرطوبة التربة إلى تحسين التنبؤات بالفيضانات، وتوفر معلومات جوهرية عن احتمال حدوث انهيارات أرضية.

الحمولة العلمية

خصائص منظومة سماب

ومن ناحية أخرى، يحمل القمر جهازين علميين، هما رادار ومقياس إشعاع، يتشاركان مغذيًا واحدًا ومنظومة هوائي عاكس قابل للنشر قطره 6 أمتار من صنع شركة نورثروب غرومان، تدور حول محور السمت مؤديةً مسحًا مخروطيًا للسطح. ويتيح عرض المسح الواسع تغطية شبه عالمية متكررة كل يومين إلى ثلاثة أيام.

مفهوم القياس

علاوةً على ذلك، ويوفر المستشعران النشط والخامل قياسات متزامنة للانبعاث السطحي والتشتت الراجع. ويستشعر الجهازان الأحوال في أعلى 5 سم من التربة عبر غطاء نباتي معتدل، بما يعطي تقديرات مرسومة عالميًا لرطوبة التربة ولحالة تجمدها وذوبانها.

من جهة ثانية، وتدور المركبة حول الأرض مرة كل 98.5 دقيقة، وتعيد المرور فوق المسار الأرضي نفسه كل ثمانية أيام.

ومن ناحية أخرى، يضم مرصد سماب مركبة فضائية مخصصة وطقم أجهزة في مدار شبه قطبي متزامن مع الشمس. وتتألف منظومة القياس من جهاز مقياس إشعاع (خامل) وجهاز رادار فتحة تركيبية (نشط) يعملان باستقطابات متعددة في مجال نطاق إل. ويستفيد نهج القياس النشط والخامل مجتمعين من الدقة المكانية للرادار ومن دقة الاستشعار لدى مقياس الإشعاع.