أداة رسم خرائط ثلاثية الأبعاد تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي

بعد تعرض «جي بي إس» للتشويش في حرب أوكرانيا

أداة رسم خرائط ثلاثية الأبعاد تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي
TT

أداة رسم خرائط ثلاثية الأبعاد تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي

أداة رسم خرائط ثلاثية الأبعاد تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي

إذا حدث وتعطَّل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فهل يمكن للطائرات التنقل من خلال مقارنة الملامح التي ترصدها فيما حولها، بخرائط ثلاثية الأبعاد مفصَّلة؟

أداة مطورة لاستنتاج المواقع

تعتقد شركة «ماكسار» Maxar المتخصصة في صور الأقمار الاصطناعية ذلك.

ويقول بيتر ويلجينسكي، كبير مسؤولي المنتجات فيها، إن أداة «بنبوينت» Pinpoint الجديدة التي طوَّرتها الشركة، ستستخدم تغذية الفيديو الخاصة بالطائرة من دون طيار لاستنتاج أبعاد محيطها ثلاثي الأبعاد، ثم تطابق ذلك مع الخرائط الموضوعة الخاصة بالشركة، من أجل التسجيل الدقيق ثلاثي الأبعاد للمواقع.

ويضيف ويلجينسكي أنه في حين أن معظم تقنيات رسم الخرائط «تركز على تمثيلات المواقع المسطحة للعالم»، فإن أداة «بنبوينت» ستتيح استخدام التمثيل ثلاثي الأبعاد لمساعدة الطائرات والطائرات من دون طيار على التنقل، وإضافة إلى ذلك المساعدة على فهم ما إذا كنت تحصل على تغذية فيديو من طائرة من دون طيار أو من طائرة، وما الموضع الذي تنظر إليه بالفعل في العالم».

بديل لـ«جي بي إس»

وقال إن هذه الأداة قد تكون بديلاً لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، الذي قد يكون عرضة لتدخلات الأعداء. وأضاف أن هذا مهم جزئياً بسبب «جميع مشكلات التشويش التي شهدناها في أوكرانيا... أعتقد أن ما سنراه في السنوات القليلة القادمة هو نوع من التحول من نظام الملاحة المطلق لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نحو نظام ملاحة أكثر مرجعية، أشبه بما حدث عندما كنت في سفينة وكنت تنظر إلى النجوم».

برامج تجريبية

تتمثل خطة تطوير «بنبوينت» في تنفيذ كثير من البرامج التجريبية مع شركات تصنيع الطائرات من دون طيار المحلية والأجنبية والانتهاء منها بحلول الصيف المقبل، ثم جعل التكنولوجيا متاحة على نطاق واسع.

«نحن نعمل مع بعض الشركات المختلفة، منها التي تصنع المحاور، وبعضها يصنع طائرات من دون طيار بالكامل» كما يقول ويلجينسكي. ويضيف أن «هذه السوق تتطور بسرعة كبيرة الآن، حيث يدرك العاملون في مجال الدفاع أن نظام تحديد المواقع العالمي، الذي اعتمدنا عليه لفترة طويلة، قد لا يكون متاحاً في الصراع التالي».

* مجلة «وان ديفينس» - خدمات «تريبيون ميديا».


مقالات ذات صلة

«غوغل» تطلق مبادرة بـ15 مليون دولار لتعزيز الذكاء الاصطناعي في الشرق الأوسط

تكنولوجيا مبادرة «فرص الذكاء الاصطناعي» هي الأكبر لـ«غوغل» في مجال الذكاء الاصطناعي في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا (غوغل)

«غوغل» تطلق مبادرة بـ15 مليون دولار لتعزيز الذكاء الاصطناعي في الشرق الأوسط

إنها المبادرة الأكبر لـ«غوغل» في مجال الذكاء الاصطناعي في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا

نسيم رمضان (دبي)
تكنولوجيا تتيح منصة «Bolt.new» تطوير وتشغيل التطبيقات مباشرة عبر المتصفح معتمدةً على الذكاء الاصطناعي وتقنية الحاويات الويب دون الحاجة لإعدادات محلية (bolt.new)

تعرف على خدمة تطوير التطبيقات من المتصفح مباشرة مع «Bolt.new»

حققت خدمة «Bolt.new» نقلة نوعية في مجال تطوير التطبيقات؛ إذ تتيح للمطورين كتابة وتشغيل وتحرير التطبيقات مباشرة عبر المتصفح.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
تكنولوجيا بطارية «بترفلاي إس إي 2-إن-1 كيو آي 2»

بطاريات محمولة بديلة... للأسفار

هناك العديد من بطاريات الطاقة المحمولة البديلة للاختيار من بينها. ورغم أنها قد تبدو متشابهة، فإن الاحتمالات تشير إلى أنها ليست كذلك.

غريغ إيلمان (واشنطن)
تكنولوجيا نظارات «راي-بان ميتا» استخدمت لصنع النظارات التجسسية الجديدة

نظارات ذكية تجسسية تتعرف على الوجوه والعناوين الشخصية

وكانت «ميتا» ناقشت فكرة تطوير نظارات مماثلة للتعرف على الوجه - بل وحتى طورت نموذجاً أولياً مبكراً - لكنها لم تطرحها بسبب المخاوف القانونية والأخلاقية.

كشمير هيل (نيويورك)
الاقتصاد وزير الاقتصاد والتخطيط السعودي فيصل الإبراهيم (الشرق الأوسط)

الإبراهيم: الأنشطة غير النفطية باتت تشكل 53 % من الناتج المحلي السعودي

قال وزير الاقتصاد والتخطيط السعودي، فيصل الإبراهيم، إن الاستثمارات الخاصة في القطاع غير النفطي ازدادت بنسبة 70 في المائة.

«الشرق الأوسط» (الرياض)

صواريخ الدفع الحراري النووي لاستكشاف المريخ

رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
TT

صواريخ الدفع الحراري النووي لاستكشاف المريخ

رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي

تطوّر وكالة «ناسا» الفضائية الأميركية تقنية بديلة للصواريخ ذات الدفع الكيميائي التي تستغرق وقتاً طويلاً للوصول إلى الكواكب الأخرى.

دفع حراري نووي

تُسمى هذه التقنية «الدفع الحراري النووي»، الذي يستخدم الانشطار النووي ويمكنه في يوم ما تزويد صاروخ بالطاقة من شأنه أن يقطع الرحلة في نصف الوقت الحالي فقط.

يشتمل الانشطار النووي على إنتاج كمية هائلة من الطاقة المنبعثة عند انقسام ذرة بواسطة نيوترون. يُعرف هذا التفاعل باسم التفاعل الانشطاري. وتقنية الانشطار معروفة في توليد الطاقة، وتسيير الغواصات النووية، وقد يؤدي تطبيقها في دفع أو تشغيل صاروخ إلى تزويد «ناسا» يوماً ما ببديل أسرع وأقوى للصواريخ التي تعمل بالطاقة الكيميائية.

وتُطور «ناسا» سوياً مع وكالة مشروعات أبحاث الدفاع المتقدمة تقنية الدفع الحراري النووي. وتُخطط الهيئتان لنشر وإثبات قدرات نظام نموذجي في الفضاء في عام 2027؛ ما يجعله من المحتمل أن يكون أحد أول النماذج التي يتم بناؤها وتشغيلها من قِبل الولايات المتحدة.

يمكن للدفع الحراري النووي يوماً ما تشغيل منصات فضائية قابلة للمناورة من شأنها حماية الأقمار الاصطناعية الأميركية في مدار الأرض وخارجها. لكن التكنولوجيا لا تزال قيد التطوير.

أنا أستاذ مشارك في الهندسة النووية في معهد جورجيا للتكنولوجيا، ومجموعة البحث خاصتي تبني نماذج ومحاكاة لتحسين وتحقيق الاستخدام الأمثل لأنظمة الدفع الحراري النووي. وأملي وشغفي المساعدة في تصميم محرك الدفع الحراري النووي الذي سينطلق في رحلة مأهولة إلى المريخ.

الدفع النووي مقابل الدفع الكيميائي

تستخدم أنظمة الدفع الكيميائي التقليدية تفاعلاً كيميائياً يتضمن وقوداً دافعاً خفيفاً، مثل الهيدروجين، مع العامل المؤكسد. وعند مزجهما معاً، يشتعل العنصران؛ ما يؤدي إلى خروج المادة الدافعة من الفوهة بسرعة كبيرة لدفع الصاروخ.

لا تتطلب هذه الأنظمة أي نوع من نظم الإشعال، وبالتالي فهي موثوقة. لكن يجب على الصواريخ حمل الأكسجين معها إلى الفضاء؛ مما قد يثقلها. وبالمقابل، تعتمد أنظمة الدفع الحراري النووي، على عكس أنظمة الدفع الكيميائي، على تفاعلات الانشطار النووي لتسخين المادة الدافعة التي تُطرد بعدها من الفوهة لإنشاء القوة الدافعة أو الدفع.

في الكثير من تفاعلات الانشطار، يرسل الباحثون نيوتروناً نحو نظير أخف من اليورانيوم، وهو «اليورانيوم - 235». يمتص اليورانيوم النيوترون؛ مما يخلق «اليورانيوم - 236». ثم ينقسم «اليورانيوم - 236» شظيتين - منتجاً الانشطار - ويُطلق التفاعل بعض الجسيمات المتنوعة.

الانشطار النووي لتوليد الطاقة

تستخدم أكثر من 400 محطة للطاقة النووية قيد التشغيل حول العالم حالياً تكنولوجيا الانشطار النووي. وأغلب هذه المفاعلات النووية العاملة هي مفاعلات الماء الخفيف. تستخدم هذه المفاعلات الانشطارية الماء لإبطاء النيوترونات ولامتصاص ونقل الحرارة. يمكن للماء توليد البخار مباشرة في قلب المفاعل أو في مولد البخار، والذي يحرك توربيناً لإنتاج الكهرباء.

تعمل أنظمة الدفع الحراري النووي بطريقة مماثلة، لكنها تستخدم وقوداً نووياً مختلفاً يحتوي على المزيد من «اليورانيوم - 235». كما أنها تعمل في درجة حرارة أعلى بكثير؛ ما يجعلها قوية للغاية ومكثفة. وتتمتع أنظمة الدفع الحراري النووي بكثافة طاقة تزيد بنحو 10 مرات على مفاعل المياه الخفيفة التقليدي.

قد يكون الدفع النووي متقدماً عن الدفع الكيميائي لأسباب عدة. إذ يطرد الدفع النووي المادة الدافعة من فوهة المحرك بسرعة كبيرة؛ ما يولد قوة دفع عالية. ويسمح هذا الدفع العالي للصاروخ بالتسارع بشكل أسرع.

كما تتميز هذه الأنظمة أيضاً بدفع نوعي عالٍ. يقيس الدفع النوعي مدى كفاءة استخدام الوقود الدافع لتوليد الدفع. وتتمتع أنظمة الدفع الحراري النووي بدفع نوعي يبلغ نحو ضعف الدفع النوعي للصواريخ الكيميائية؛ مما يعني أنها يمكن أن تقلل وقت السفر إلى النصف.

تاريخ الدفع الحراري النووي

لمدة عقود، موّلت الحكومة الأميركية تطوير تقنية الدفع الحراري النووي. بين عامي 1955 و1973، أنتجت برامج في وكالة «ناسا» وشركة «جنرال إلكتريك» ومختبرات «أرغون» الوطنية، واختبرت 20 محرك دفع حراري نووي على الأرض.

لكن هذه التصاميم التي سبقت عام 1973 اعتمدت على وقود اليورانيوم عالي التخصيب. ولم يعد هذا الوقود مُستخدماً بسبب مخاطر الانتشار النووي، أو المخاطر المتعلقة بانتشار المواد والتكنولوجيا النووية.

تهدف مبادرة الحد من التهديدات العالمية، التي أطلقتها وزارة الطاقة وإدارة الأمن النووي، إلى تحويل الكثير من المفاعلات البحثية التي تستخدم وقود اليورانيوم عالي التخصيب إلى وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب، أو وقود «الهاليو».

يحتوي وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب HALEU على كمية أقل من المواد القادرة على الخضوع لتفاعل الانشطار، مقارنة بوقود اليورانيوم عالي التخصيب. لذلك؛ يحتاج الصاروخ إلى تحميل المزيد من وقود HALEU هذا؛ ما يجعل المحرك أثقل. ولحل هذه المشكلة، يبحث الباحثون عن مواد خاصة من شأنها استخدام الوقود بشكل أكثر كفاءة في هذه المفاعلات.

يهدف «برنامج الصواريخ التجريبية للعمليات الأرض - قمرية الخفيفة» أو «دراكو» DRACO التابع لوكالة «ناسا» ووكالة مشروعات أبحاث الدفاع المتقدمة «داربا»، إلى استخدام وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب في محرك الدفع الحراري النووي الخاص به. ويخطط البرنامج لإطلاق صاروخه في عام 2027.

وكجزء من برنامج «دراكو»، تعاونت شركة «لوكهيد مارتن» للفضاء مع شركة «بي دبليو إكس تكنولوجيز» لتطوير تصميمات المفاعل والوقود.

سيتعين على محركات الدفع الحراري النووي التي تطورها هذه المجموعات الامتثال لمعايير الأداء والسلامة المحددة. كما سيتعين عليها أن يكون لديها قلب قادر على العمل طوال مدة المهمة وأداء المناورات اللازمة للرحلة السريعة إلى المريخ.

ومن الناحية المثالية، يجب أن يكون المحرك قادراً على إنتاج دفع نوعي عالٍ، مع استيفاء متطلبات الدفع العالي وكتلة المحرك المنخفضة.

بحوث متواصلة

قبل أن يتمكن المهندسون من تصميم محرك يلبي جميع هذه المعايير، يجب عليهم البدء بالنماذج والمحاكاة. وتساعد هذه النماذج الباحثين، مثل أولئك الموجودين في مجموعتي، على فهم كيفية تشغيل وإيقاف المحرك. هذه عمليات تتطلب تغييرات سريعة وهائلة في درجة الحرارة والضغط.

سيختلف محرك الدفع الحراري النووي عن جميع أنظمة الطاقة الانشطارية الحالية؛ لذلك سيحتاج المهندسون إلى إنشاء أدوات برمجية تعمل مع هذا المحرك الجديد.

يعمل فريقي على تصميم وتحليل مفاعلات الدفع الحراري النووي باستخدام النماذج. نعمل على نمذجة ومحاكاة الأنظمة المعقدة للمفاعل لمعرفة كيف يمكن لأمور مثل التغيرات في درجة الحرارة على المفاعل وسلامة الصاروخ. لكن محاكاة هذه التأثيرات يمكن أن يستغرق الكثير من قوة الحوسبة المكلفة.

لقد عملنا على تطوير أدوات حوسبة جديدة تحاكي كيفية عمل هذه المفاعلات أثناء بدء التشغيل ومباشرة التشغيل من دون استخدام الكثير من قوة الحوسبة. ونأمل أن يساعد هذا البحث يوماً ما في تطوير نماذج يمكنها التحكم في الصاروخ بشكل مستقل.

* أستاذ مشارك في الهندسة النووية والإشعاعية بمعهد جورجيا للتكنولوجيا - مجلة «فاست كومباني»

- خدمات «تريبيون ميديا»