إشارات الراديو ومسارات النيازك

يمكن استخدام مسارات النيازك لنشر الإشارات الراديوية، وعلى الرغم من أنّها قصيرة العمر إلّا أنّه يمكن استخدامها لنقل الإشارات إلى ما وراء خط البصر، حيث تم وضع تصميم معدات وتقنيات وبروتوكولات أو إجراءات الاتصالات الراديوية لمعالجة هذا الشكل من الانتشار الراديوي، كما إنّه يتناول الخصائص الخاصة للانتشار الناتج عن مسارات النيازك ويسمح بإقامة اتصالات موثوقة.

تشكيل درب النيزك في انتشار الإشارات الراديوية:

تُستخدم مسارات النيازك في انتشار الإشارات الراديوية المتناثرة أثناء دخول النيازك إلى الغلاف الجوي للأرض، وعندما يصبح الغلاف الجوي أكثر كثافة تحترق النيازك مع الاحتكاك من الارتفاع، كما تدخل النيازك الغلاف الجوي بسرعات تتراوح بين حوالي (10 و80 كيلومتراً في الثانية)، وعادةً ما تحترق وتشكل مسارات على ارتفاعات تتراوح بين (85 و120 كيلومتراً) وذلك اعتماداً على عوامل تشمل الحجم والسرعة وزاوية الدخول.

مسارات النيازك وانتشار الراديو:

عندما يدخل النيزك إلى المناطق الأكثر كثافة في الغلاف الجوي وتبدأ الحرارة في التولد نتيجة الاحتكاك من الهواء، فإنّه يسخن النيزك لدرجة أن الذرات تتبخر تاركة أثراً من الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبة، حيث أنّ الممر المتشكل هو قطع مكافئ رقيق طويل جداً مع وجود النيزك في رأسه، وعادةً ما يكون عرض الممرات بضعة أمتار فقط ولكن قد يزيد طولها عن (25 كم).

مستوى التأين في مسار النيزك مرتفع للغاية حيث إنّه أعلى بكثير من مستوى التأين الناتج عن الشمس في طبقة الأيونوسفير، ونتيجةً لذلك فإنّ الترددات التي يمكن أن تتأثر تكون أعلى بكثير من الترددات المعتادة في طبقة الأيونوسفير، وغالباً ما تنعكس هذه المسارات على ترددات تصل إلى حوالي (150 ميجاهرتز).

يمكن تصنيف مسارات النيازك إلى فئتين وفقاً لكثافة الإلكترونات، ونوع واحد يسمى فوق الكثافة والآخر تحت الكثافة، أمّا النقطة التي يتغيرون عندها من نوع إلى آخر هي كثافة إلكترون تبلغ (1 × 10^14 إلكتروناً لكل متر مكعب) وهذا يتوافق في الواقع مع تردد حرج يبلغ (90 ميجاهرتز) بينما يتم استخدام كثافة الإلكترون لتحديد نوع مسار التأين، فإنّ الطريقة التي يتفاعل بها المسار هي في الواقع ذات أهمية حقيقية.

عادةً ما تكون الشهب التي تكوِّن الممرات الكثيفة صغيرة جداً، وغالباً ما تكون بحجم حبة الرمل، وعادةً ما تكون تلك التي تولد الممرات الكثيفة أكبر، كما يجب أن يكون للنيازك كتلة أكبر من حوالي (10 ^-3 جرام) ونصف قطرها حوالي (0.004 متر) لإنشاء مسار كثيف.

1. فوق الممرات الكثيفة – Over dense trails:

توفر هذه الممرات انعكاسات قوية نسبياً بوجود كثافة إلكترون عالية حيث لا تدخل الإشارات بشكل كامل عبر مسارات كثيفة وتنعكس وهذه الانعكاسات لها ارتفاع بطيء إلى ذروة القوة والانحلال البطيء، كما تبلغ مدتها الإجمالية عموماً بضع ثوانٍ، ولكن خلال فترة الانعكاس تخضع الإشارة لتأثيرات ذات صلة متعددة المسارات تؤثر على أدائها لعمليات الإرسال ذات معدل البيانات العالية جداً المستخدمة عادةً للتطبيقات الاحترافية حيث إنّها أقل شيوعاً من التجارب المكثفة لأنّها تنتج عن شهب أكبر حجماً.

2. تحت الممرات الكثيفة – Under dense trails:

مسارات النيازك هذه هي تلك التي تعمل بطريقة مختلفة عن المسارات الكثيفة، ونظراً لوجود كثافة إلكترون منخفضة فإنّها تخترق الإشارة الممر وتتشتت بدلاً من أن تنكسر، وبهذه الطريقة يتم إرجاع بعض الإشارات إلى الأرض، حيث يكون جزء الإشارة التي يتم إرجاعها إلى الأرض صغيراً جداً ويجب أن تكون الأنظمة الراديوية عالية الكفاءة قادرة على الاستفادة منها، كما ترتفع الإشارة المنعكسة عادةً إلى ذروة قوتها في بضع مئات من الميكروثانية ثم تتلاشى.

قد يستغرق هذا ما بين بضع مئات من الألف من الثانية إلى بضع ثوانٍ، ويُعزى هذا الانحلال إلى انتشار إلكترونات المسار وانتشارها، ومن بين نوعي مسار تأين النيزك عادةً ما يتم استخدام الأنواع الأقل كثافة في الاتصالات التجارية حيث يتم استخدام تلك الكثيفة لعمليات الراديو، كما أنّ سبب استخدام الأنواع المختلفة هو أنّ متطلبات هذين النوعين من الاتصالات مختلفة إلى حد ما.

ترددات تشتت النيزك – Meteor scatter frequencies:

تعتمد اتصالات انفجارات النيازك على التردد، وهناك مجموعة متنوعة من المشكلات التي تؤثر على الترددات المستخدمة، لكن لا تعتمد جميعها على خصائص مسارات النيازك وتأثيراتها على الإشارات وعلى غرار الأنواع الأخرى من انتشار الإشارات الراديوية فإنّه يعتمد انتثار النيازك على التردد، حيث تتأثر سويات القدرة المنعكسة وكذلك مدة الرشقة بالتردد المستخدم.

تنخفض مستويات الطاقة التي يتم إرجاعها بشكل كبير مع زيادة التردد وكذلك المدة الفعالة للممر، ونتيجةً لذلك فإنّ الحد الأقصى لعملية تشتت النيزك هو بشكل عام حوالي (150 ميجاهرتز) على الرغم من أنّ بعض المسارات شديدة الكثافة من المعروف أنّها تؤثر على ترددات تصل إلى (500 ميجاهرتز)، أمّا بالنسبة للأنظمة التجارية التي تستخدم المسارات الكثيفة السفلية يكون الحد الأقصى للتردد أقل إلى حد ما وغالباً ما تكون الاتصالات محدودة بتردد أقصى يبلغ حوالي (50 ميجا هرتز).

عادةً ما تتم معظم العمليات بين حوالي (40 و50 ميجاهرتز) على الرغم من إمكانية التشغيل على ترددات أقل حيث ترتفع مستويات التداخل التي تقل عن (30 ميجا هيرتز) نتيجة لزيادة عدد الإشارات الناتجة عن الانتشار الأيوني.

مبعثر النيزك وتحول دوبلر – Doppler shift:

عند استخدام مبعثر النيازك أو اتصالات رشقات النيزك، وجد أنّ الإشارات التي يتم استقبالها تخضع لتحول دوبلر حيث ينشأ هذا لأنّ النقطة التي تنعكس فيها الإشارة تتغير عندما يتحرك النيزك للأمام وينشأ تأين جديد وينتشر الممر خلفه، كما يمكن أن يؤدي هذا إلى حدوث تحول في التردد يصل إلى (2 كيلو هيرتز) في نطاقات التردد الأعلى على الرغم من أنّه يكون أقل بالنسبة لنطاقات التردد الأقل.

مسارات الإشارة لتشتت النيزك – Signal paths for meteor scatter:

نثر النيازك أو انفجارات النيزك قادرة على دعم الاتصالات لمسافات تصل إلى حوالي (2000 كم)، كما يوجد أيضاً حد أدنى للمسافة حيث ينشأ هذا لأنّ مسارات النيازك قادرة فقط على عكس الإشارات بزاوية صغيرة، كما تتطلب المسافات الأقصر أن تترك الإشارات هوائي المرسل بزاوية أعلى وبالتالي يلزم وجود زاوية انعكاس أعلى بكثير، وهذا العامل يحد من المدى الأدنى إلى حوالي (500 كم) أمّا المسافة المثلى حوالي (1000 كم).

تُعد اتصالات النيازك أو انفجارات النيزك شكلاً مميز ومثيراً للاهتمام من الاتصالات الراديوية التي يمكن استخدامها لإشارات معدل البيانات المتوسطة عند الطرف المنخفض من طيف الموجات المترية (VHF)، حيث يتم استخدامه أحياناً لتطبيقات البيانات التجارية كما لا يلزم إجراء اتصالات في الوقت الفعلي، ويتم إنشاء ارتباط يبحث عن انتشار الإشارة عبر درب نيزك وعندما يتوفر أحدهما كما يتم إرسال البيانات باستخدام هذا.

يبقى الرابط خاملاً حتى يتم اكتشاف الارتباط التالي حيث تستخدم هذه الروابط المسارات الكثيفة وبالنسبة لتطبيقات راديو هام تتم معظم العمليات خلال فترات الاستحمام النيزكي، أمّا عندما يمكن سماع الإشارات عادةً ما يتم استخدام (Morse) عالي السرعة لنقل المعلومات المطلوبة.

أساسيات الاتصالات الراديوية النيزكية:

يعتمد انتشار نثر النيازك على الأعداد الهائلة من الشهب التي تدخل الغلاف الجوي للأرض كل يوم حيث معظمها صغير جداً وغالباً ما يكون بحجم حصاة أو حتى رمل حبيبي، كما يزداد عدد الشهب عندما يكون هناك نيزك وتحدث هذه في أوقات محددة خلال العام، كما يمكن لعشاق مبعثر النيازك الراديوي الهواة إجراء المزيد من الاتصالات بشكل كبير.

معدات مبعثر نيزك راديو هام:

من الممكن استخدام مجموعة متنوعة من المعدات الخاصة باتصالات الهواة الخاصة بمبعثر النيازك الراديوية، حيث يتيح فهم أسلوب الانتشار والمتطلبات إمكانية استخدام العديد من المحطات، وإنّ أداء أجهزة راديو هام الحديثة أعلى بكثير من العديد من العناصر القديمة، وهذا يعني أنّها تلبي متطلبات اتصالات تشتت النيازك بشكل أفضل.

1. قدرة المرسل – Transmitter power:

غالباً ما يتطلب الأمر مستوى معقول من الطاقة، وفي ضوء الانعكاسات التي يمكن تحقيقها على (50 ميجاهرتز)، فمن الممكن تشغيل طاقة أقل ولكن في نقطة تغذية الهوائي في (144 ميجاهرتز) وطاقات أعلى من (100 واط) أو أعلى إذا سمحت متطلبات الترخيص بذلك.

2. كسب الهوائي – Antenna gain:

على الرغم من الحاجة إلى كسب أقل على (50 ميجاهرتز) وهو أمر محظوظ بالنظر إلى أحجام الهوائي على (144 ميجاهرتز من 10 إلى 15 ديسيبل)، حيث غالباً ما تكون حزم (13 إلى 17 عنصراً) شائعة عند (144 ميجاهرتز) وعلى الرغم من أنّ بعض محطات راديو الهواة تحتوي على هوائيات اتجاهية أكثر بكسب أعلى، إلّا أنّ هذا يمكن أن يقلل من المساحة التي يمكن رؤية الانعكاسات عليها واستخدامها حيث إنّه توازن بين عدد الانعكاسات المرئية والمكاسب المطلوبة.

3. رقم ضوضاء النظام – System noise figure:

يجب أن يكون رقم ضوضاء النظام العام منخفضاً ويكون حوالي (2.5 ديسيبل) وعلى الرغم من أنّ جهاز الإرسال والاستقبال قد يكون له رقم ضوضاء جيد، فإنّ أي خسائر في وحدة التغذية ستؤدي إلى تدهور هذا بمقدار يساوي الخسارة، كما تُعتبر وحدة التغذية المحورية منخفضة الخسارة ضرورية وغالباً ما تُساعد المضخمات في هذا الأمر لأنّها ستضخم الإشارة قبل فقدان الكابل وتقليل تأثير الخسائر، كما يجب توخي الحذر للتأكد من أنّ كسب مكبر الصوت المسبق ليس مرتفعاً جداً وإلّا قد تتعرض الواجهة الأمامية لجهاز الإرسال والاستقبال للحمل الزائد ويتدهور الأداء.

4. ضبط التردد – Frequency setting:

في الماضي كان إعداد التردد الدقيق يمثل مشكلة حيث كانت هناك حاجة إلى تفاوت قدره (± 500 هرتز لمورس) و(± 200 هرتز لـ SSB) أمّا الاستقرار هو أكثر أهمية عند استخدام (WSJT) ومعظم أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية الحديثة للهواة اليوم قادرة على توفير استقرار كافٍ على الرغم من الحذر، ولا تعني قراءات الاتصال بالضرورة دقة الإشارة الفعلية.

5. الكمبيوتر – Computer:

يتم تشغيل معظم اتصالات مبعثر النيازك الراديوية للهواة اليوم بواسطة أجهزة الكمبيوتر حيث يُعد جهاز الكمبيوتر المزود بالبرامج والواجهات ذات الصلة ضرورياً لدعم الأوضاع والتشغيل.