اخیراً یک پیشرفت مهم در فناوری ماهوارهای صورت گرفته که میتواند شیوهمان را در رصد زمین متحول کند و پوشش جهانی را تنها در عرض ۳۵ دقیقه امکانپذیر سازد. مطالعهای که در فضا: علم و فناوری منتشر شده، یک روش نوآورانه برای طراحی بزرگمجموعههای ماهوارهای در مدار پایین زمین (LEO) معرفی میکند. این روش شامل گروهبندی بهینهشده ماهوارهها و الگوریتمهای پیشرفته بهینهسازی گروهی است که رصد دقیق و سریعی از زمین را فراهم میکند. این تحقیق که توسط کارشناسان دانشگاه مهندسی هاربین، آکادمی فناوری فضایی چین و موسسه فناوری استیونس انجام شده، طراحی خود را از طریق شبیهسازیهایی که شامل ۸۹۱ ماهواره بود، تأیید کرده و عصر جدیدی در قابلیتهای نظارتی فضایی را ترسیم میکند.
روش جدید برای طراحی بزرگمجموعههای ماهوارهای
طراحی بزرگمجموعههای ماهوارهای همواره چالشی پیچیده بوده و روشهای سنتی عمدتاً بر پوشش یکسان تمرکز داشتهاند. با این حال، تقاضاهای مدرن از جمله تصاویر با وضوح بالا و تحویل سریع داده نیاز به راهحلهای پیشرفتهتری دارد. رویکرد تیم تحقیقاتی بهطور نوآورانه ناوگان ماهوارهها را به دو گروه تقسیم میکند: ماهوارههای اصلی و ماهوارههای همراه. هر ماهواره اصلی با یک گروه کوچک از ماهوارههای همراه احاطه شده است و خوشههای ماهوارهای را تشکیل میدهند که بهطور یکنواخت در اطراف زمین قرار دارند. این گروهبندی پوشش جهانی پیوستهای را تضمین میکند و در عین حال پرواز هماهنگ را ممکن میسازد که قابلیتهای رصد را افزایش میدهد.
برای بهینهسازی مدارهای این ماهوارهها، پژوهشگران از یک مدل مدار رگرسیونی استفاده میکنند که پارامترهای مداری را بهدقت متوازن میکند تا پوشش ثابتی را در طول زمان حفظ کند. این شامل در نظر گرفتن اختلالات جاذبهای ناشی از شکل نامنظم زمین است که میتواند بر مسیرهای ماهوارهها تأثیر بگذارد. با تعیین دقیق ارتفاع و زمانبندی مداری—تعداد مداری که یک ماهواره در یک بازه زمانی خاص طی میکند—بزرگمجموعه به الگوی ثابتی دست مییابد. این مدل به بزرگمجموعه اجازه میدهد تا به الزامات سختگیرانه پوشش و زمان پاسخگویی برسد و اطمینان حاصل کند که حداقل یک ماهواره در نزدیکی هر مکان خواستهشده برای رصد قرار دارد.
مدارهای بیضوی و هماهنگی ماهوارهها
ویژگی کلیدی طراحی جدید در استفاده از مسیرهای بیضوی برای ماهوارههای همراه نسبت به ماهوارههای اصلی مربوطه نهفته است. با استفاده از معادلات کلاسی-ویلتشایر، حرکت نسبی بهعنوان یک مدار بیضوی توصیف میشود که به ماهوارههای همراه این امکان را میدهد تا یک پرواز هماهنگ را در اطراف ماهواره مرکزی حفظ کنند. این هماهنگی مداری دقیق برای افزایش پوشش رصدی هر گروه ماهواره ضروری است.
پژوهشگران تعداد ماهوارههای همراه مورد نیاز برای هر گروه را بر اساس عرض تصویربرداری یک ماهواره و عرض کل مورد نیاز رصد محاسبه کردند. با تقسیم مدار بیضوی به بخشهایی، آنها بردارهای موقعیت هر ماهواره همراه را تعیین کردند و اطمینان حاصل کردند که مدارهای آنها هماهنگ باقی میماند. این ترتیب به بزرگمجموعه اجازه میدهد تا به صورت مشترک هر نقطهای روی زمین را خارج از مناطق قطبی در عرض ۳۵ دقیقه پوشش دهد، که قبلاً با طراحیهای سنتی بزرگمجموعهها غیرممکن بود.
الگوریتمهای بهینهسازی و بهبود چینش بزرگمجموعه
برای نهاییسازی پیکربندی بزرگمجموعه، تیم از الگوریتمهای بهینهسازی پیشرفتهای به نام بهینهسازی ازدحام ذرات غیرمسلط استفاده کرد. این الگوریتم بهصورت تکراری عناصر مداری ماهواره را تنظیم میکند تا اختلافات بین نقاط کلیدی مداری، مثل گرههای صعودی و نزولی، را کاهش دهد و در عین حال موقعیتهای نسبی بین ماهوارهها در هر گروه را حفظ کند. این فرآیند شامل شبیهسازی هزاران پیکربندی بالقوه است که بهطور مداوم به سمت مجموعهای از راهحلهای بهینه معروف به جبهه پارتو پیشرفت میکند.
بهینهسازی به دو هدف اصلی میپردازد: نخست، دستیابی به حداقل تفاوتهای زمانی در گرههای مداری بین ماهوارههای اصلی و دوم، حفظ موقعیتهای نسبی ثابت برای ماهوارههای همراه در چندین مدار. این تعادل برای تضمین ثبات کلی بزرگمجموعه و تداوم پوشش ضروری است. پس از شبیهسازیهای گسترده، طراحی نهایی شامل ۸۹۱ ماهواره است—که شامل ۸۱ ماهواره اصلی بهصورت یکنواخت و بهصورت احاطهای با ۱۰ ماهواره همراه است. این پیکربندی دقیق از رصد پیوسته زمین حمایت کرده و پنجره تصویربرداری را هر ۳۵ دقیقه بهروزرسانی میکند.
منبع: https://dailygalaxy.com/2025/05/satellite-swarm-watch-world-35-minutes
