مختبر لينكولن الأمريكي يطور مصفوفة هوائيات منخفضة SWaP-C لحماية اتصالات pLEO

أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق بحثي من مختبر لينكولن بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نموذجًا أوليًا لهوائي يُعرف باسم "مصفوفة الانعكاس الذكية المقاومة للتشويش بتشكيل الحزمة الموجهة" (HoNi BAJR)، بهدف حماية روابط الاتصالات الفضائية التكتيكية في كوكبات المدار الأرضي المنخفض المنتشر (pLEO) من التشويش، مع تحقيق أبعاد ووزن واستهلاك طاقة وتكلفة منخفضة (SWaP-C).

في البيئات المتنازع عليها، يجب أن تضمن الاتصالات الفضائية التكتيكية (SATCOM) أمان القنوات لمواجهة التشويش. ونظرًا للعدد الهائل من الأقمار الصناعية في كوكبات pLEO، فإن متطلبات SWaP عالية للغاية، وتشمل التهديدات التي تواجهها التشويش على الإشارات وجمع المعلومات الاستخباراتية. يُعد تغيير شكل حزمة الهوائي في الوقت الفعلي لحماية إشارات المستخدمين على الأرض أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على الاتصال بين القمر الصناعي والمستخدم. صرّح مايكل كراتون من مجموعة الاتصالات الفضائية التكتيكية في مختبر لينكولن أنه لمواجهة التحديات المستقبلية، يجب تصميم فتحات ترددية قابلة للتوسع ومنخفضة SWaP-C دون التضحية بالوظائف، أي تحقيق أداء عالٍ بأجهزة أقل تكلفة، والتصدي للتهديدات المحتملة مسبقًا.

تعمل مصفوفات الهوائيات التكيفية على منع التشويش عن طريق تغيير حالة الحزمة بسرعة (تشكيل الحزمة التكيفي) لتعيين نقاط صفرية في اتجاهات محددة. ومع ذلك، فإن ارتفاع SWaP فيها يحد من تطبيقها في البيئات المقيدة مثل pLEO. ولهذا، طوّر الفريق النموذج الأولي لمصفوفة الهوائيات الانعكاسية المسحية HoNi BAJR، والتي يتكون سطحها من عناصر عاكسة يمكن التحكم فيها بشكل فردي. عندما تصطدم الإشارة بالسطح، يعكس كل عنصر الطاقة بإزاحة طورية محددة لتشكيل الحزمة ومنع التشويش. تتميز هذه المصفوفة الانعكاسية ببساطة هيكلها وسهولة توسعها والتحكم فيها، وبالمقارنة مع المصفوفات الطورية، فهي لا تحتاج إلى مضخم لكل عنصر، حيث يتم جمع الإشارات بواسطة هوائي التغذية في الفضاء الحر، مما يقلل بشكل كبير من SWaP، ويخفض استهلاك الطاقة بنحو 95%.

صُمم النموذج الأولي HoNi BAJR خصيصًا لاتصالات كوكبات pLEO، حيث يمكن أن يمتد نطاق تغطيته إلى الأفق، ويتكيف مع المستخدمين منخفضي الطاقة. تحقق الفريق من قدرته على تشكيل الحزمة في منشأة اختبار الأنظمة الترددية، وأثبت بنجاح زوايا مسح عالية، مما يشير إلى قدرة المصفوفة على استقبال إشارات من نطاق واسع. أظهرت الاختبارات أيضًا أن فقدان الإشارة كان ضئيلًا عند تركيب حزم متعددة الذروات أو منقسمة، مما يشير إلى إمكانية إرسال الإشارات إلى عدة مستخدمين دون فقدان المعلومات.

يُعد قمع التشويش الناتج عن الإشارات الضارة من محطات القاعدة أو الأجهزة الإلكترونية أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل الطبيعي للهوائي. بالاعتماد على مشروعين داخليين هما "مصفوفة الانعكاس الإلكترونية المسحية القابلة للنشر" (DESRa) و"تشكيل الحزمة التماثلية الطورية" (PhAB)، تحقق الفريق من القدرة على تعيين النقاط الصفرية التكيفية وقمع التشويش في الوقت الفعلي. ومع ذلك، في بيئة الإشارات الديناميكية لـ HoNi BAJR، قد لا يكون هناك وقت كافٍ لتكييف الحزمة بسرعة. ابتكر الفريق طريقة لتشكيل الفصوص الجانبية للحزمة لإنشاء مناطق قمع التشويش، بدلاً من استهداف نقاط التشويش الفردية. واجهت هذه التقنية قصورًا في الاختبارات، لأن الفصوص الجانبية حساسة للتغيرات الطفيفة في الإشارة ويصعب التحكم فيها، لكن المعايرة المناسبة قد تحسن الأداء.

تُعد المعايرة أحد التحديات الرئيسية لتشغيل المصفوفات الانعكاسية، ولا توجد سابقة لها حتى الآن، ويعمل الفريق بنشاط على دراسة الطرق المناسبة. يمكن للمعايرة الدقيقة تحسين تشكيل الحزمة وتشكيلها، مما يسمح باستغلال أداء المصفوفة بالكامل. يعمل الفريق أيضًا على استكشاف أفضل سيناريوهات التطبيق للمصفوفات الانعكاسية. تشير الدراسات المبكرة إلى أن هذه التقنية مناسبة لبيئات الإشارات التي تتضمن جدولة الحزم، أو ديناميكية منخفضة، أو ديناميكية عالية مع معايرة جيدة في وجود تشويش منتشر، وكذلك للمنصات محدودة الطاقة. أشار كراتون إلى أن تصميم الأجهزة يمثل تحديًا، لكن دمج التقنية في نظام كامل يلبي متطلبات المهمة هو الأصعب. يرى الفريق أن المصفوفات الانعكاسية المسحية تمتلك إمكانات هائلة في المهام ذات الصلة، لكن يجب أولاً بناء القدرات المطلوبة. ستركز الأعمال المستقبلية على مواصلة استكشاف طرق التطبيق، وتحسين المعايرة، وإتقان قدرات تشكيل الحزمة.