تعد أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS) مثل GPS وGLONASS وGalileo ضرورية لتحديد الموقع الجغرافي للأشياء في الوقت الفعلي. ويتم دمج هذه الأدوات الرقمية في مجموعة واسعة من الأجهزة، بدءًا من الهواتف الذكية اليومية وحتى الأجهزة العسكرية المعقدة.
تعد معرفة الفروق بين هذه المنصات أمرًا بالغ الأهمية، حيث تغطي جوانب مثل الدقة والنطاق الجغرافي وعدد الأقمار الصناعية العاملة وتطبيقاتها الأساسية. نعرض أدناه بالتفصيل ما يميز كل من هذه البنى التحتية الأساسية للتوطين العالمي.
فهم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
يعد النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) الذي أطلقته الولايات المتحدة في عام 1978، تقنية رائدة للملاحة عبر الأقمار الصناعية. تم إنشاؤه في البداية للاستراتيجيات العسكرية، وتم توسيع استخدامه وأصبح ركيزة للعديد من التطبيقات المدنية. حاليًا، يعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو نظام GNSS المهيمن في أجهزة مثل الهواتف المحمولة والمركبات.
التعرف على النظام الروسي العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية (GLONASS)
تم تطبيق GLONASS، وهو اختصار لعبارة “Global Navigation Satellite System” باللغة الروسية، من قبل روسيا في عام 1982. وعلى غرار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أصوله، تم تصميم هذا النظام أيضًا للاستخدام العسكري، ولكنه تطور ليلبي الاحتياجات المدنية إلى حد كبير، وهو موجود في العديد من الهواتف المحمولة اليوم.
الاقتراح الأوروبي للملاحة عبر الأقمار الصناعية (جاليليو)
يمثل جاليليو الاتحاد الأوروبي، وهو نظام عالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية بدأ عملياته في عام 2016. وعلى عكس سابقاته، فقد تم تصميمه من البداية مع التركيز على التطبيقات المدنية ويخدم أيضًا الجهات الحكومية. اسمها يكرم عالم الفلك الشهير جاليليو جاليلي.
الفروق الرئيسية بين أنظمة GPS وGLONASS وGalileo
تتمتع منصات الملاحة GPS وGLONASS وGalileo بخصائص هامة. وهي تختلف، على سبيل المثال، في عدد الأقمار الصناعية النشطة ودقة تحديد المواقع والدول المسؤولة عن إدارتها.
ولتسهيل الفهم راجع مقارنة أهم الخصائص بين أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية:
- بلدان المنشأ: تم تطوير نظام تحديد المواقع (GPS) من قبل الولايات المتحدة، وGLONASS من قبل روسيا، وGalileo من قبل الاتحاد الأوروبي.
- عدد الأقمار الصناعية: يحتوي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على 32 قمرًا صناعيًا، منها 31 قيد التشغيل؛ لدى GLONASS 24 نظامًا في المجمل وجميعها جاهزة للعمل؛ لدى غاليليو 30، 28 منها قيد التشغيل. (البيانات من أغسطس 2023).
- التغطية: حقق نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تغطية عالمية في عام 1995، وGLONASS في عام 2011، وGalileo في عام 2019.
- الدقة: يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وGalileo دقة أقل من 5 أمتار، في حين تصل دقة GLONASS عادةً إلى أقل من 10 أمتار.
- ارتفاع القمر الصناعي: تدور أقمار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على ارتفاع حوالي 20,200 كم، وأقمار GLONASS على ارتفاع حوالي 19,100 كم، وأقمار غاليليو على ارتفاع حوالي 23,200 كم.
- التوافق: يتمتع نظامي GPS وGLONASS بتوافق واسع النطاق، بينما يتم توسيع نظام Galileo ليشمل الأجهزة.
- الاستخدام الرئيسي: تم إنشاء كل من GPS وGLONASS للأغراض العسكرية وتم تكييفهما لاحقًا للاستخدام المدني؛ تم تصميم جاليليو مباشرة للاستخدام المدني.
نشأة وتطور الدول المسؤولة
بدأ تطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في عام 1973، تحت إشراف وزارة الدفاع الأمريكية، مع إطلاقه التشغيلي في عام 1978. وفي الوقت نفسه، بدأ الاتحاد السوفيتي السابق مشروع GLONASS في عام 1976، وأصبح جاهزًا للعمل في عام 1982. كان كلا النظامين عسكريين في الأصل، ولكن مع مرور الوقت، تم تكييفهما للاستخدام العام.
من ناحية أخرى، وُلد نظام غاليليو بمبادرة من الاتحاد الأوروبي، عبر وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، بهدف أساسي هو تقليل الاعتماد على الأنظمة الأمريكية والروسية. على عكس الآخرين، لم يتم تصميم غاليليو للأغراض العسكرية. ذهب أول قمر صناعي لها إلى الفضاء في عام 2005، ولم يدخل النظام إلى التشغيل الكامل إلا في عام 2016.
عدد الأقمار الصناعية للتشغيل الفعال
ويرتبط أداء كل نظام GNSS بشكل مباشر بعدد الأقمار الصناعية الخاصة به، والتي تتغير مع تنشيط الوحدات أو إلغاء تنشيطها. تم تصميم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لإجمالي 32 قمرًا صناعيًا، ولكن يمكنه العمل بفعالية مع 24 قمرًا صناعيًا.
تم تصميم GLONASS بدوره لكوكبة مكونة من 24 قمرًا صناعيًا، على الرغم من أنه يمكنه العمل بـ 21 قمرًا صناعيًا ويضمن تغطية كاملة لروسيا بـ 18 قمرًا صناعيًا. ويمكن لـGalileo، الذي يوفر 30 قمرًا صناعيًا في هيكله الكامل، العمل بـ 24 وحدة.
الوصول العالمي لكل نظام تحديد المواقع
تحدد سعة التغطية مناطق الكوكب التي يمكن استخدام نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية فيها. وتصنف أنظمة GPS وGLONASS وGalileo على أنها أنظمة عالمية، مما يشير إلى أن منطقة عملها تمتد عبر الأرض بأكملها. بالنسبة لجميع الأقمار الثلاثة، تم تحقيق التغطية العالمية عندما تجاوز عدد الأقمار الصناعية النشطة علامة 20.
يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وصولاً عالميًا منذ عام 1995، بينما وصل نظام GLONASS إلى هذا المستوى في عام 2011 وغاليليو في عام 2019. وبشكل عام، يعد التشغيل مع حوالي 24 قمرًا صناعيًا ضروريًا لضمان هذه التغطية، على الرغم من احتمال حدوث اختلافات طفيفة في هذا العدد.
الدقة في تحديد الموقع
تقيس الدقة مدى دقة تحديد الموقع الجغرافي لعنصر ما. وتتوقف هذه الخاصية على عدد الأقمار الصناعية المعنية، وتكرار التشغيل والمتغيرات الخارجية، مثل الظروف الجوية ووجود مباني عالية في الموقع.
بالنسبة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يبلغ متوسط الدقة على الهواتف الذكية في المناطق المفتوحة 4.9 متر. ويقدم نظام GLONASS بدوره تباينًا يتراوح بين 5 إلى 10 أمتار في الدقة. ويتميز غاليليو بدقة أقل بشكل عام من 5 أمتار، ويمكن أن تصل إلى أقل من 1 متر في الظروف المثالية.
الارتفاعات المدارية المختلفة للأقمار الصناعية
تستخدم أنظمة GPS وGLONASS وGalileo الأقمار الصناعية في مدار أرضي متوسط (MEO)، والتي تقع على ارتفاع يتراوح بين 2000 و36000 كيلومتر. وفي حالة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يتم التوزيع في ستة مستويات مدارية، على ارتفاع متوسط قدره 20200 كيلومتر. يستخدم نظام GLONASS ثلاث طائرات مدارية، مع أقمار صناعية موضوعة على مسافة 19,100 كيلومتر تقريبًا.
وبالمثل، يتم تنظيم أقمار غاليليو أيضًا في ثلاث مستويات مدارية. ومع ذلك، فإنها تعمل على ارتفاع قياسي أعلى قليلاً يبلغ 23222 كيلومترًا.
نطاق الاستخدام عبر الأجهزة والتطبيقات
من بين أنظمة الملاحة، يُظهر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكبر انتشار في كل مكان، حيث يوجد في مجموعة واسعة من الأجهزة، مثل الهواتف المحمولة والساعات الذكية وأنظمة السيارات الموجودة على متن السيارة. كما أنه يستخدم على نطاق واسع في حلول الشركات، بما في ذلك أجهزة تتبع المركبات.
تم دمج GLONASS أيضًا في الأجهزة المحمولة والحلول الاحترافية، وغالبًا ما تعمل جنبًا إلى جنب مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وبما أنه الأحدث، حيث تم إطلاقه في عام 2016، لا يزال غاليليو هو الأقل انتشارًا، لكن حضوره نما، خاصة في سوق الهواتف الذكية.
الوجهات الأصلية والحالية لكل تقنية
نشأ نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الولايات المتحدة لغرض عسكري بارز. ومع ذلك، في الثمانينيات، سُمح باستخدامها للمدنيين، وهو حدث بارز جاء بعد حادثة رحلة الخطوط الجوية الكورية رقم 007، التي تم إسقاطها أثناء غزو المجال الجوي السوفيتي. وخلصت السلطات الأمريكية إلى أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الدقيق كان من الممكن أن يمنع وقوع مثل هذه المأساة.
وبالمثل، كان نظام GLONASS من صنع روسيا، وكان مخصصًا في البداية للتطبيقات العسكرية. كان إطلاق الحكومة الروسية للاستخدام المدني في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين يهدف إلى تعزيز تحسين النظام وقدرته.
في المقابل، يبرز غاليليو لكونه النظام الوحيد من بين الأنظمة الثلاثة الذي تم تصميمه منذ البداية للتطبيقات المدنية. كان الهدف الأساسي لإنشائها من قبل الاتحاد الأوروبي هو تقليل الاعتماد على أنظمة GPS وGLONASS.
هل من الممكن الجمع بين GPS و GLONASS لتحسين الملاحة؟
نعم، هذه الوظيفة ممكنة. بعض الأجهزة، مثل بعض موديلات ساعات Garmin الذكية، قادرة على معالجة بيانات GPS وGLONASS في وقت واحد. ويهدف هذا المزيج من المعلومات إلى تحسين دقة الموقع وتوسيع التغطية في مناطق محددة، من خلال الجمع بين إشارات الأقمار الصناعية.
تكتسب الدقة عند الجمع بين أنظمة مثل GPS وGalileo أو GLONASS
تشير الأبحاث إلى أن دمج بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع GLONASS أو Galileo يمكن أن يؤدي إلى دقة أكبر لتطبيقات معينة، ذات أهمية خاصة في المجال العلمي.
بالنسبة للمستخدم العادي، تقترح الشركة المصنعة Garmin أن الجمع بين GPS وGLONASS يمكنه تسريع التقاط إشارات الأقمار الصناعية بواسطة الجهاز بنسبة تصل إلى 20%. ومع ذلك، قد لا يتم ملاحظة هذا التحسن في الأماكن التي بها مباني عالية، مما يعيق الإشارة، أو في بيئات مثل الأنفاق وأثناء هطول الأمطار الغزيرة.
استهلاك البطارية عند استخدام GPS وGLONASS في وقت واحد
في الواقع، يمكن أن يؤدي الاستخدام المشترك لنظامي تحديد المواقع العالمي (GPS) وGLONASS إلى زيادة استهلاك الطاقة للجهاز. يحدث هذا لأن النظامين يعملان بترددات مختلفة. لقد أصدرت شركات مثل Garmin بالفعل تحذيرات بشأن هذه الزيادة المحتملة في الإنفاق على وثائقها. وفي حالات التأثير الكبير على عمر البطارية، يكون البديل هو اختيار الاستخدام الحصري لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
خيارات أنظمة الملاحة العالمية (GNSS) الأخرى تتجاوز الثلاثي الرئيسي
نعم، نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو أشهر نظام عالمي لسواتل الملاحة (GNSS)، ولكنه ليس الوحيد عالميًا. وبالإضافة إلى أنظمة تحديد المواقع GPS وGLONASS وGalileo، هناك شبكات أخرى مهمة مثل BeiDou وQZSS وNavIC، والتي تكمل سيناريو الملاحة عبر الأقمار الصناعية.
- بيدو: نظام تديره الصين، نشط منذ عام 2011، وله تطبيقات عسكرية وتجارية.
- QZSS: من أصل ياباني، مصمم لتحسين نطاق نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، خاصة في مناطق آسيا وأوقيانوسيا.
- NavIC: طورته الهند، ويركز على تقديم تغطية شاملة عبر أراضيها الوطنية.