كيف تتأثر دقة أجهزة الملاحة الجوية بالتقلبات المفاجئة في الكثافة الأيونية للغلاف الجوي العلوي

Question

شرح السؤال:

تعتمد الملاحة الجوية، وخاصة في الطائرات بعيدة المدى، على أنظمة تحديد الموقع باستخدام الأقمار الصناعية وإشارات الراديو التي تمر عبر طبقات الغلاف الجوي. في الطبقات العليا، تتغير كثافة الأيونات بسبب الأنشطة الشمسية أو المغناطيسية. فكيف تؤثر هذه التغيرات على دقة أجهزة الملاحة؟ وهل هناك تقنيات تصحيح فعالة؟

Answer 1

✅ الإجابة التفصيلية:

أولًا: دور الغلاف الجوي العلوي في الملاحة:

• الطبقة الأيونوسفيرية (Ionosphere) مليئة بجسيمات مشحونة.

• إشارات GPS تمر بهذه الطبقة وتتعرض للانكسار أو التأخير.

ثانيًا: أسباب التقلبات الأيونية:

• النشاط الشمسي (الانفجارات الشمسية).

• العواصف الجيومغناطيسية.

• التغيرات الليلية/النهارية والموسمية.

ثالثًا: تأثير ذلك على الملاحة الجوية:

1. تأخير في الإشارة يصل لعدة نانوثواني، يسبب خطأ مكاني بعدة أمتار.

2. فقدان مؤقت للإشارة في الحالات الشديدة.

3. خلل في دمج إشارات الملاحة مع أنظمة الطيار الآلي.

التحليل النقدي:

رغم أن الأقمار الصناعية تستخدم تقنيات تصحيح مثل نظام SBAS وWAAS، إلا أن الفعالية تختلف باختلاف الموقع الجغرافي والزمن. ويجري حاليًا تطوير أنظمة هجينة تجمع بين GPS وقياسات أرضية لتقليل هذا الخطأ.

تجارب وأبحاث:

• وكالة ESA الأوروبية: رصدت تقلبات في طبقة الأيونوسفير أثناء عاصفة شمسية في 2023 أدت إلى خطأ ملاحي بلغ 12 مترًا.

• جامعة ستانفورد: طورت نموذج تنبؤ آني بكثافة الأيونات اعتمادًا على مراقبة الشمس.

ربط بالحياة اليومية:

إذا لاحظت تأخرًا بسيطًا في خرائط الهاتف أثناء سفرك جوًا، فربما تكون طبقة الأيونوسفير قد أثرت على الإشارة. الأمر أكثر دقة في الطائرات، حيث الخطأ الصغير يمكن أن يغيّر مسار طائرة بأكملها.

المصادر:

• ESA Ionospheric Events Reports, 2023.

• Stanford Navigation Lab Publications.

• كتاب الفيزياء – الصف الثالث الثانوي – الفصل الخاص بالأمواج الكهرومغناطيسية وانتقال الإشارات.