الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد للمحيطات: حماية مصدر الحياة على الأرض

قمر صناعي للاستشعار عن بعد للمحيطات

تُعدّ أقمار الاستشعار عن بُعد البحرية أقمارًا متخصصة تُستخدم لرصد العناصر البحرية والبيئة البحرية، وتخدم مجالاتٍ مثل تنمية الموارد البيولوجية البحرية واستخدامها، ورصد التلوث البحري والوقاية منه، وتنمية موارد المناطق الساحلية، والبحث العلمي البحري. وتشمل العناصر البحرية لون المحيط، ودينامياته، والأهداف البحرية.

تكوين وتصنيف أقمار الاستشعار عن بعد للمحيطات

تتألف أقمار الاستشعار عن بُعد للمحيطات عمومًا من منصة وحمولات، تحمل عادةً حمولات استشعار عن بُعد بصرية وميكروية. تشمل الحمولات البصرية أجهزة قياس لون البحر ودرجة حرارته، وأجهزة تصوير المناطق الساحلية، وغيرها، وتُستخدم بشكل أساسي لرصد لون البحر ودرجة حرارته، وتتميز بنطاقات طيفية ضيقة، ونسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، واستقطاب منخفض، ومجال رؤية واسع. أما الحمولات الميكروية فتشمل أجهزة قياس التشتت، وأجهزة قياس الإشعاع، وأجهزة قياس الارتفاع، ورادار الفتحة التركيبية، وغيرها. تتميز أجهزة قياس الارتفاع بدقة عالية في قياس ارتفاع سطح البحر، بينما تتميز الحمولات الأخرى بمجال رؤية واسع وقدرة على العمل في جميع الأحوال الجوية. كما يتميز رادار الفتحة التركيبية بدقة مكانية عالية.

وبناءً على وظائفها، تشمل أقمار الاستشعار عن بعد للمحيطات عادةً أقمارًا لرصد لون المحيط، وأقمارًا لرصد ديناميكيات المحيط، وأقمارًا لرصد الأهداف في المحيط.

صور الأقمار الصناعية للمحيطاتتُستخدم أجهزة الاستشعار عن بُعد متعددة الأطياف للحصول على إشارات مياه البحر، حيث يُستخدم الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة للحصول على معلومات حول لون المحيط، بينما تُستخدم الأشعة تحت الحمراء للحصول على معلومات حول درجة حرارة المحيط. ويمكن استخدام هذه التقنية للكشف عن تركيز الكلوروفيل في مياه البحر، ومحتوى الرواسب العالقة، ومحتوى المواد العضوية الذائبة، ودرجة حرارة المحيط، وجليد الماء. كما يمكن استخدامها في الرصد البيئي البحري، وتنمية موارد مصايد الأسماك البحرية واستخدامها، ورصد التلوث البحري، وتقييم البيئة البحرية، وحماية الحقوق البحرية، وبحوث التغير البيئي العالمي.

قمر صناعي ديناميكي للمحيطاتمن خلال إرسال إشارات الرادار وقياس الصدى، يتم تحديد ارتفاع سطح البحر ومعامل التشتت العكسي، واستخلاص سرعة واتجاه الرياح السطحية. وتُستخدم تقنية الموجات الميكروية السلبية لقياس درجة حرارة سطح البحر الناتجة عن إشعاع الموجات الميكروية، ومن ثم استخلاص سرعة الرياح من هذه البيانات. وتُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي لرصد حقول الرياح السطحية، وحقول درجة الحرارة، وارتفاع سطح البحر، وحقول الأمواج، وحقول التيارات المائية.

للحصول على بيانات مجال متجه الرياح المحيطية العالمية وبيانات إجهاد الرياح السطحية، بالإضافة إلى بيانات دوران المحيطات عالية الدقة العالمية، وبيانات الجيود المحيطي، ومجال الجاذبية، وبيانات الغطاء الجليدي القطبي.

قمر صناعي لرصد الأهداف في المحيطيُستخدم رادار الفتحة التركيبية الميكروي للحصول على معلومات عالية الدقة عن الأهداف البحرية في جميع الأحوال الجوية، وذلك لرصد الأهداف البحرية والبيئة البحرية في الوقت الفعلي. ويمكنه جمع معلومات مثل مجال أمواج المحيط، ومجال سرعة الرياح على سطح البحر، وفيضانات العواصف، والأمواج الداخلية، والجليد البحري، والتسربات النفطية، مما يوفر خدمات للمراقبة البحرية وإنفاذ القانون، ومسح المناطق الساحلية، ومسح وتطوير الموارد البحرية، ورصد وحماية البيئة البحرية، وحماية الحقوق البحرية.

تاريخ تطور الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد البحرية

مع تزايد اهتمام دول العالم بالبحوث العلمية البحرية، مرت الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد البحري بثلاث مراحل تطوير متميزة، يمكن تصنيفها بشكل عام على النحو التالي:

1970-1978 – مرحلة الاستكشافالهدف الرئيسي هو استخدام المركبات الفضائية المأهولة لإجراء التجارب واستخدام الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية والأقمار الصناعية الأرضية لاستكشاف المحيط.

1978-1985 – المرحلة التجريبيةخلال هذه الفترة، أطلقت الولايات المتحدة قمراً صناعياً للمحيطات وقمراً صناعياً من طراز يويون-7، وكلاهما يحمل ماسحاً ضوئياً ملوناً للمناطق الساحلية. وكان كلا القمرين الصناعيين قمرين تجريبيين للأبحاث.

1985-حتى الآن - مرحلة البحث التطبيقي والاستخدام التجاريخلال هذه الفترة، تم إطلاق عدد كبير من الأقمار الصناعية البحرية بنجاح. تقوم هذه الأقمار برصد المعلومات البيئية البحرية من خلال حمل أجهزة استشعار عن بعد متنوعة، ويمكن تقسيمها إلى أقمار صناعية لرصد لون المحيط، وأقمار صناعية لرصد ديناميكيات المحيط، وأقمار صناعية لرصد تضاريس المحيط، وذلك وفقاً لوظائفها.

خلال العقد الماضي تقريباً، بدأت الأقمار الصناعية المخصصة لرصد المحيطات، بالإضافة إلى تلك التي تمتلك قدرات جزئية على رصد معلومات المحيطات، بالتطور نحو دقة مكانية وزمنية وطيفية أعلى، فضلاً عن نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى، واستقرار أكبر. ونتيجة لذلك، ازداد الاعتماد على هذه الأقمار الصناعية في رصد البيئة البحرية والتطبيقات العسكرية والمدنية بشكل مستمر.

بدأ البحث الصيني في مجال أقمار الاستشعار عن بعد البحرية متأخراً نسبياً، ولكنه تطور بسرعة، محققاً تقدماً ملحوظاً بعد سنوات من التطوير. واستناداً إلى قدرات التصنيف الوظيفي وتقنيات الكشف لأقمار الاستشعار عن بعد البحرية، يتم تخطيط وتطوير الأقمار البحرية الصينية وفقاً لثلاثة محاور رئيسية: لون المحيط، والبيئة البحرية الديناميكية، والمراقبة البحرية.

في 15 مايو/أيار 2002، أطلقت بلادي بنجاح أول قمر صناعي لرصد لون المحيط، وهو القمر الصناعي هايانغ-1A، محققةً بذلك إنجازًا بارزًا في برنامج الأقمار الصناعية البحرية، ومحسّنةً بشكل ملحوظ مستوى استخلاص معلومات لون المحيط. وخلال العشرين عامًا التالية، أطلقت بلادي العديد من الأقمار الصناعية البحرية، بما في ذلك أقمار رصد لون المحيط، وأقمار رصد البيئة الديناميكية للمحيط، وأقمار مراقبة المحيط، بالإضافة إلى القمر الصناعي الصيني الفرنسي المشترك لرصد المحيط. وقد زُوّدت هذه الأقمار بأجهزة استشعار عن بُعد تعمل بالأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة النشطة والسلبية، فضلًا عن أجهزة مساعدة ذات صلة. وتستطيع هذه الأقمار الحصول بسرعة على معلومات حول حقول الرياح والأمواج وارتفاع سطح البحر ودرجة حرارته، وعناصر لون المحيط، والمعلومات البيئية للجزر والمناطق الساحلية. كما يمكنها أيضًا الحصول على معلومات حول التغيرات في القمم الجليدية القطبية والجليد البحري والأنهار والبحيرات الكبيرة والغطاء النباتي الأرضي وحرائق الغابات. تتمتع هذه الأقمار الصناعية بإمكانات تطبيقية كبيرة في مجالات مثل مراقبة الموارد الطبيعية البحرية والبرية والبيئية، ومراقبة الكوارث الطبيعية، مما يوفر الدعم التقني لحماية البيئة البحرية في بلدي، وتنمية الموارد البحرية، وإدارة استخدام المناطق البحرية، وحماية الحقوق البحرية، وإدارة المناطق القطبية والمحيطات.

سلسلة أقمار أوشن-1

يُستخدم هذا النظام لرصد عناصر لون المحيطات عالميًا، وقياس درجة حرارة سطح البحر، ومراقبة البيئة الديناميكية للمناطق الساحلية. وهو مُجهز بأجهزة استشعار بصرية عن بُعد، مُخصصة أساسًا لرصد المحيطات، ولكنها تُستخدم أيضًا لرصد البر والبحر. تتميز هذه الأجهزة بمزايا عديدة، منها دقة مكانية متعددة، ونسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، ونطاق ديناميكي واسع، ونطاق مسح عريض. يتضمن التكوين الفعال للأجهزة ماسحًا ضوئيًا للون الماء ودرجة حرارته، وجهاز تصوير للمناطق الساحلية، وجهاز تصوير بالأشعة فوق البنفسجية، ومطياف معايرة، ونظام تعريف آلي للسفن.

سلسلة أقمار أوشن-2

يُستخدم هذا النظام لرصد مختلف المعايير البيئية البحرية الديناميكية في جميع الأحوال الجوية، مثل مجال الرياح السطحية العالمية، وارتفاع الأمواج الكبير، وارتفاع سطح البحر، ودرجة حرارة سطح البحر. ويوفر بيانات رصد عن بُعد شبه فورية للإنذار المبكر والتنبؤ بالظروف البحرية الخطرة، كما يقدم خدمات دعم للوقاية من الكوارث البحرية والتخفيف من آثارها، وحماية الحقوق والمصالح البحرية، وتنمية الموارد البحرية، وحماية البيئة البحرية، والبحث العلمي البحري، وبناء الدفاع الوطني. وتشمل حمولته الفعالة مقياس الارتفاع الراداري، ومقياس تشتت الموجات الميكروية، ومقياس الإشعاع الميكروي الماسح، ومقياس إشعاع المعايرة.

سلسلة أقمار أوشن-3

يُستخدم هذا الجهاز لرصد معلومات المحيطات والأراضي العالمية في جميع الأحوال الجوية، وهو مزود برادار ذي فتحة اصطناعية. ويمكن تحسين سرعة استجابته وتوسيع نطاق رصده للأرض من خلال مناورات تغيير الاتجاه يمينًا ويسارًا. ويمكن استخدام صور الرادار ذي الفتحة الاصطناعية متعددة الاستقطاب في النطاق C في مجالات متعددة، مثل المحيطات، والحد من الكوارث، وإدارة المياه، والأرصاد الجوية. ويُعد هذا الجهاز دعمًا تقنيًا هامًا لبلدي في تنفيذ مشاريع التنمية البحرية، ورصد موارد البيئة البرية، والوقاية من الكوارث الطارئة والتخفيف من آثارها.

قمر صناعي صيني فرنسي للمحيطات

يتمثل الهدف الرئيسي للقمر الصناعي البحثي العلمي التعاوني الدولي بين الصين وفرنسا في جمع معلومات حول أطياف أمواج سطح البحر العالمية، وحقول رياح سطح البحر، والجليد البحري القطبي، وذلك لتعزيز الفهم العلمي لأنماط تغير البيئة البحرية الديناميكية؛ وتحسين دقة وتوقيت التنبؤات المتعلقة بالظروف البحرية الخطرة كالأمواج العملاقة والعواصف الاستوائية وارتفاع منسوب مياه البحر؛ وجمع بيانات متعلقة بالصفائح الجليدية القطبية لتوفير معلومات أساسية لأبحاث تغير المناخ العالمي. يستخدم القمر الصناعي مقياس تشتت مقدم من الصين ومطياف مقدم من فرنسا. وقد أنشأ كلا الجانبين أنظمتهما الأرضية الخاصة، مع تبادل البيانات، مما يجسد تمامًا خصائص التشاور المشترك، والبناء المشترك، والمنافع المشتركة، فضلًا عن مفاهيم التنمية الخمسة الرئيسية: الابتكار، والتنسيق، والتنمية المستدامة، والانفتاح، والمشاركة.

تطبيقات الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد للمحيطات

تُستخدم تقنيات الاستشعار عن بُعد البحرية بشكل أساسي لدراسة ومراقبة دوران المحيطات، والتيارات الساحلية، والجليد البحري، ومجالات تيارات سطح المحيط، وجودة مياه الموانئ، والهندسة الساحلية، واستصلاح الأراضي، والرواسب العالقة، وتضاريس المياه الضحلة، وتركيز الكلوروفيل على سطح المياه الساحلية، وغيرها من الجوانب الهيدرولوجية والأرصادية والبيولوجية والفيزيائية والهيدروديناميكية البحرية، بالإضافة إلى التلوث البحري والهندسة الساحلية. وقد أصبحت هذه التقنيات أسلوبًا رئيسيًا للمراقبة ومصدرًا هامًا للمعلومات المتعلقة بالمحيطات والمناطق الساحلية. ومن خلال تطبيق بيانات الاستشعار عن بُعد البحرية، يُمكننا إجراء عمليات رصد عن بُعد للديناميكيات البحرية، والجيود المحيطية، وتضاريس المياه الضحلة وعمقها، ولون المحيط، ومراقبة التلوث البحري، ورصد الجليد البحري.

مع استمرار اتساع نطاق تطبيقات الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية البحرية وعمقها، ستُمهد هذه التطبيقات الطريق لعصر البيانات الضخمة. وستُصبح بيانات الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية البحرية ركيزةً أساسيةً لبناء محيط ذكي، ومحيط رقمي، ومحيط شفاف، وصين رقمية، وقوة بحرية عظمى.

اتجاهات تطوير الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد البحري":"تحسين دقة الملاحظة والدقة المكانية والزمانية

تُعدّ دقة رصد الأقمار الصناعية ودقتها المكانية والزمانية مؤشرين حاسمين لتقييم قدرات الرصد والتطبيقات الفضائية. ومع ازدياد تطور الأبحاث والتطبيقات البحرية، تزداد متطلبات دقة ودقة رصد الأقمار الصناعية البحرية. وستساهم التطورات في تقنيات الاستشعار عن بُعد ومعالجة البيانات البحرية في تحسين هذه المؤشرات باستمرار لتلبية احتياجات التطبيقات ذات الصلة. فعلى سبيل المثال، يُحسّن توسيع نطاق رصد أجهزة الاستشعار عن بُعد الدقة المكانية وحساسية الكشف، مما يعزز دقة بيانات المنتج. كما يُمكن لتوسيع نطاق الرصد واستخدام تقنية الأقمار الصناعية تحسين الدقة الزمنية لتغطية الاستشعار عن بُعد البحرية العالمية لتصل إلى مستوى الساعة، بينما تُحسّن الأقمار الصناعية البحرية ذات المدارات العالية دقة الرصد الإقليمية لتصل إلى مستوى الدقيقة.

يُعد الاستشعار الكمي عن بعد اتجاهاً تطويرياً للأقمار الصناعية البحرية.

تُعدّ التطبيقات الكمية سمةً أساسيةً لتطبيقات بيانات الأقمار الصناعية البحرية. وتندرج منتجات الاستشعار عن بُعد المُستخرجة من هذه البيانات، مثل الكلوروفيل، والرواسب العالقة، ودرجة حرارة سطح البحر، وارتفاع سطح البحر، وحقل الرياح، وحقل الأمواج، ضمن فئة تطبيقات الاستدلال الكمي. وتُعدّ تقنيات المعايرة الموثوقة والشاملة، إلى جانب أساليب التحقق، ضروريةً لضمان جودة عالية لمنتجات بيانات الأقمار الصناعية البحرية.

لذا، أنشأت الأقمار الصناعية المخصصة لدراسة المحيطات على الصعيد الدولي حقولاً للمعايرة والتحقق مصممة خصيصاً لمعايرة حمولات الاستشعار عن بُعد الخاصة بالمحيطات والتحقق من صحة البيانات المُنتجة. وفي الوقت نفسه، تشهد وحدات المعايرة الموجودة على متن حمولات الاستشعار عن بُعد تطوراً متزايداً، وتنضج تقنيات المعايرة الخارجية، وتتحسن دقة المعايرة باستمرار، مما يضمن تلبية التطبيقات الكمية للأقمار الصناعية لدراسة المحيطات للطلب المتزايد.

تتطور تقنية معالجة البيانات الذاتية المدمجة والموجهة نحو التطبيقات باستمرار.

نظراً لديناميكية المحيط العالية وقلة الأجسام التي تُغطى سطحه، لا تستطيع هذه الأجسام تلقي خدمات الاستشعار عن بُعد عبر محطات مراكز البيانات كما هو الحال على اليابسة. ولتحقيق خدمات بيانات الاستشعار عن بُعد للمحيطات في الوقت الفعلي، سيُصبح الاستقبال المباشر لبيانات الاستشعار عن بُعد، التي تُعالجها الأقمار الصناعية، من قِبل الأجسام الموجودة على سطح البحر اتجاهاً هاماً لتطوير أقمار الاستشعار عن بُعد للمحيطات.

العمل بنشاط على تطوير أنواع جديدة من حمولات الاستشعار عن بعد البحرية

تُطوّر دول العالم حاليًا تقنيات حمولات الاستشعار عن بُعد البحرية بنشاط، مما يُؤدي إلى زيادة مستمرة في العناصر القابلة للرصد وتحسين دقة القياس بواسطة الأقمار الصناعية البحرية. وقد وسّع هذا من نطاق استخدامات الأقمار الصناعية وعزّز قدراتها التطبيقية بشكل ملحوظ. كما يُمكن لظهور حمولات استشعار عن بُعد بحرية جديدة أن يُحسّن بشكل كبير من قدرات رصد الأهداف البحرية، بما يُلبي احتياجات التطبيقات المستقبلية.

اليوم، اكتمل نظام الأقمار الصناعية البحرية في بلادي بشكل أساسي، ودخل الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية البحرية عصر البيانات الضخمة. ومن المتوقع أن يلعب الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية البحرية، مع التطور السريع لتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد والإطلاق المستمر للمركبات الفضائية، دورًا حيويًا في أبحاث تغير المناخ العالمي، والمحيطات الاستوائية والقطبية والجليد البحري، والإنتاجية البحرية والنظم البيئية، والتفاعل بين الغلاف الجوي والبحر، والتنبؤ بالكوارث البحرية، ومصائد الأسماك البحرية، وإدارة المناطق الساحلية، مع اكتسابه في الوقت نفسه مجالًا أوسع للتطوير وتحقيق نتائج تطبيقية أكثر أهمية.

بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من:

الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق، شبكة نشر علوم الفضاء الصينية، معرض نشر العلوم الصيني

لين مينغسن، تشانغ يوغوانغ، يوان شينزهي: تاريخ تطوير الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد البحري وآفاقها المستقبلية

في حال وجود أي انتهاك لحقوق الطبع والنشر، يرجى الاتصال بنا لحذفه.