أوميغا (نظام الملاحة)

يتطلب تحديد الموقع في أي نظام ملاحة قياسين . عادةً ما يُؤخذ هذان القياسان بالنسبة إلى أجسام ثابتة، مثل المعالم البارزة أو المواقع المعروفة لأبراج الإرسال اللاسلكي. بقياس الزاوية إلى هذين الموقعين، يُمكن تحديد موقع الملاح. بدلاً من ذلك، يُمكن قياس الزاوية والمسافة إلى جسم واحد، أو المسافة إلى جسمين.

أدى إدخال أنظمة الراديو خلال القرن العشرين إلى زيادة هائلة في المسافات التي يمكن قياسها. كما تطلب هذا النظام دقةً أكبر بكثير في القياسات؛ إذ قد يكون خطأ درجة واحدة في الزاوية مقبولاً عند تحديد موقع منارة على بعد بضعة أميال، ولكنه سيكون محدود الفائدة عند استخدامه مع محطة راديو تبعد 480 كيلومترًا . وقد طُوّرت طرقٌ متنوعة لتحديد المواقع بدقة زاوية منخفضة نسبيًا، ولكن حتى هذه الطرق كانت مفيدة عمومًا فقط للأنظمة قصيرة المدى. 

أتاحت نفس الإلكترونيات التي شغّلت أنظمة الراديو الأساسية إمكانية إجراء قياسات دقيقة للغاية لتأخير الإشارة، وبالتالي قياسات دقيقة للغاية للمسافة. لكن المشكلة كانت تكمن في معرفة لحظة بدء الإرسال. مع الرادار ، كان هذا الأمر بسيطًا، حيث كان المرسل والمستقبل عادةً في الموقع نفسه. وقد سمح قياس التأخير بين إرسال الإشارة واستقبال الصدى بقياس دقيق للمدى.

في تطبيقات أخرى، كالملاحة الجوية مثلاً، كان على جهاز الاستقبال معرفة وقت إرسال الإشارة بدقة. لم يكن هذا ممكناً عموماً باستخدام الإلكترونيات المتاحة آنذاك. بدلاً من ذلك، كانت تُزامَن محطتان باستخدام إحدى الإشارتين المرسلتين كإشارة بدء للإشارة الثانية بعد تأخير ثابت. وبمقارنة التأخير المقاس بين الإشارتين، ومقارنته بالتأخير المعروف، يتضح أن موقع الطائرة يقع على خط منحني في الفضاء. وبإجراء قياسين مماثلين لمحطتين متباعدتين، تتداخل الخطوط الناتجة في موقعين. عادةً ما يكون هذان الموقعان متباعدين بما يكفي لتمكين أنظمة الملاحة التقليدية، كالملاحة التقديرية ، من استبعاد حلول الموقع غير الصحيحة.

كان أول نظام من أنظمة الملاحة القطعية نظام جي وديكا البريطاني ، تلاه نظاما لوران ولوران -سي الأمريكيان . وقد وفر نظام لوران-سي ملاحة دقيقة لمسافات تزيد عن 1000 كيلومتر (620 ميلاً) ، ومن خلال تحديد مواقع "سلاسل" من المحطات حول العالم، وفر تغطية واسعة النطاق إلى حد ما. 

كان مفتاح تشغيل النظام القطعي الزائد هو استخدام جهاز إرسال واحد لبث الإشارة "الرئيسية"، والتي تستخدمها أجهزة الإرسال "الثانوية" كإشارة تشغيل. هذا الأمر حدّ من أقصى مدى يمكن للنظام العمل فيه. بالنسبة للمسافات القصيرة جدًا، عشرات الكيلومترات، يمكن نقل إشارة التشغيل عبر الأسلاك. أما بالنسبة للمسافات الطويلة، فكانت الإشارات اللاسلكية أكثر عملية، ولكن جميع هذه الأنظمة كانت لها حدود مدى من نوع أو آخر.

يُمكن إرسال إشارات لاسلكية لمسافات طويلة جدًا باستخدام تقنيات الموجات الطويلة (الترددات المنخفضة)، مما يُتيح نظامًا قطعيًا على مستوى الكوكب. مع ذلك، في هذه النطاقات، لا تنتقل الإشارات اللاسلكية في خطوط مستقيمة، بل تنعكس عن مناطق مختلفة فوق الأرض تُعرف مجتمعةً باسم الغلاف الأيوني . عند الترددات المتوسطة، يبدو أن هذا الانعكاس يُؤدي إلى "انحناء" أو انكسار الإشارة خارج الأفق. أما عند الترددات المنخفضة جدًا (VLF وELF)، فتنعكس الإشارة عن الغلاف الأيوني والأرض، مما يسمح لها بالانتقال لمسافات شاسعة عبر عدة "قفزات". مع ذلك، يُعدّ تزامن محطات متعددة باستخدام هذه الإشارات أمرًا بالغ الصعوبة، إذ قد تُستقبل عدة مرات من اتجاهات مختلفة في نهاية قفزات مختلفة.

تم حل مشكلة مزامنة المحطات البعيدة جدًا مع ظهور الساعة الذرية في خمسينيات القرن العشرين، والتي أصبحت متاحة تجاريًا في شكل محمول بحلول ستينيات القرن نفسه. وبحسب نوع الذرة ، كالروبيديوم والسيزيوم والهيدروجين ، تراوحت دقة هذه الساعات بين جزء واحد من 10^ ¹⁰ إلى أكثر من جزء واحد من 10^ ^12، أي بانحراف زمني يبلغ حوالي ثانية واحدة في 30 مليون سنة. وهذا أدق من نظام التوقيت المستخدم في المحطات الرئيسية والثانوية.

في ذلك الوقت، كانت أنظمة لوران-سي وديكا نافيغيتور هي المهيمنة في مهام المدى المتوسط، بينما كانت أنظمة VOR و DME تغطي المدى القصير بكفاءة . وقد أدى ارتفاع تكلفة الساعات، وعدم الحاجة إليها، ومحدودية دقة نظام الموجات الطويلة، إلى الاستغناء عن هذا النظام في العديد من المهام.

مع ذلك، كانت البحرية الأمريكية في حاجة ماسة إلى نظام كهذا، إذ كانت بصدد إدخال نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية "ترانزيت" . صُمم "ترانزيت" لتمكين قياس الموقع في أي نقطة على سطح الأرض، بدقة كافية ليكون مرجعًا لنظام الملاحة بالقصور الذاتي. وتُعيد عمليات تحديد الموقع الدورية ضبط نظام الملاحة بالقصور الذاتي، ما يُمكّن من استخدامه للملاحة على مدى فترات زمنية ومسافات أطول.

كان يُعتقد غالبًا أن جهاز TRANSIT يُولّد موقعين محتملين لأي قياسات مُحددة، أحدهما على جانبي المسار الفرعي للمدار. وبما أن القياس هو انزياح دوبلر لتردد الموجة الحاملة، فإن دوران الأرض كافٍ لتمييز الفرق. يتحرك سطح الأرض عند خط الاستواء بسرعة 460 مترًا في الثانية، أو ما يُقارب 1000 ميل في الساعة.

تمت الموافقة على تطوير نظام أوميغا عام 1968، وكان يتألف من ثمانية أجهزة إرسال، ويتمتع بقدرة على تحديد الموقع بدقة تصل إلى 6.4 كيلومترات . كانت كل محطة من محطات أوميغا تبث سلسلة من ثلاث إشارات بتردد منخفض جدًا (10.2 كيلوهرتز، 13.6 كيلوهرتز، 11.333 كيلوهرتز... وهكذا)، بالإضافة إلى تردد رابع خاص بكل محطة من المحطات الثماني. كانت مدة كل نبضة (تتراوح بين 0.9 و1.2 ثانية، مع فترات فاصلة مدتها 0.2 ثانية بين كل نبضة) تختلف وفق نمط ثابت، وتتكرر كل عشر ثوانٍ. كان نمط العشر ثوانٍ مشتركًا بين جميع المحطات الثماني، ومتزامنًا مع زاوية طور الموجة الحاملة، والتي كانت بدورها متزامنة مع الساعة الذرية الرئيسية المحلية. وكانت النبضات ضمن كل مجموعة من عشر ثوانٍ تُعرف بالأحرف الثمانية الأولى من الأبجدية في منشورات أوميغا في ذلك الوقت.   

يمكن استخدام غلاف النبضات الفردية لتحديد التوقيت الداخلي لجهاز الاستقبال ضمن نمط مدته 10 ثوانٍ. مع ذلك، كان طور الإشارات المستقبلة داخل كل نبضة هو المستخدم لتحديد زمن الانتقال من المرسل إلى المستقبل. وباستخدام الهندسة الزائدية ومبادئ الملاحة الراديوية، أمكن تحديد الموقع بدقة تتراوح بين 5 و10 كيلومترات (3.1-6.2 ميل) في جميع أنحاء العالم وفي أي وقت من اليوم. استخدم نظام أوميغا تقنيات الملاحة الراديوية الزائدية ، وعملت السلسلة في نطاق التردد المنخفض جدًا (VLF) من الطيف بين 10 و14 كيلوهرتز . قرب نهاية عمره التشغيلي الذي امتد 26 عامًا، تطور نظام أوميغا ليصبح نظامًا يستخدمه المجتمع المدني بشكل أساسي. من خلال استقبال الإشارات من ثلاث محطات، يستطيع جهاز استقبال أوميغا تحديد موقع بدقة تصل إلى 4 أميال بحرية (7.4 كيلومتر) باستخدام مبدأ مقارنة طور الإشارات. ^{[ 1 ]}  

استخدمت محطات أوميغا هوائيات ضخمة للبث بتردداتها المنخفضة جدًا (VLF). ويعود ذلك إلى أن الطول الموجي يتناسب عكسيًا مع التردد (الطول الموجي بالأمتار = 299,792,458 / التردد بالهرتز)، وتتراجع كفاءة جهاز الإرسال بشكل كبير إذا كان طول الهوائي أقل من ربع الطول الموجي. وقد استخدمت هذه المحطات صواري مثبتة على الأرض أو معزولة، مزودة بهوائيات مظلية، أو أسلاكًا ممتدة عبر الوديان والمضائق البحرية. وكانت بعض هوائيات أوميغا من أطول المنشآت في القارة التي شُيّدت فيها، ولا تزال قائمة حتى اليوم.

عندما بدأت ست من أصل ثماني محطات في سلسلة المحطات بالعمل عام ١٩٧١، تولت خفر السواحل الأمريكية إدارة العمليات اليومية بالتعاون مع الأرجنتين والنرويج وليبيريا وفرنسا. وبدأت المحطتان اليابانية والأسترالية العمل بعد ذلك بسنوات. وأدار أفراد خفر السواحل محطتين أمريكيتين: إحداهما في لامور، داكوتا الشمالية ، والأخرى في كانيوهي ، هاواي، في جزيرة أواهو .

بسبب نجاح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، انخفض استخدام نظام أوميغا خلال التسعينيات، إلى درجة لم يعد معها تكلفة تشغيله مبررة. أُغلق نظام أوميغا نهائيًا في 30 سبتمبر 1997، وسُرعان ما هُدمت عدة أبراج منه.

بعض المحطات، مثل محطة لامور ، تستخدم الآن للاتصالات البحرية .

كان جهاز إرسال براتلاند أوميغا (المحطة أ - 66°25′15″ شمالاً 13°09′02″ شرقاً / 66.420833° شمالاً 13.150555° شرقاً / 66.420833؛ 13.150555 ( مبنى جهاز إرسال براتلاند أوميغا ) ) الواقع بالقرب من ألدرا، جهاز الإرسال الأوروبي الوحيد من نوع أوميغا. وقد استخدم هوائيًا غير عادي للغاية، يتكون من عدة أسلاك ممتدة فوق مضيق بحري بين مرساتين خرسانيتين تفصل بينهما مسافة 3500 متر (11500 قدم) ، إحداهما عند 66°25′27″ شمالاً 013°10′01″ شرقاً / 66.42417° شمالاً 13.16694° شرقاً / 66.42417؛ 13.16694 ( محطة إرسال براتلاند أوميغا، نقطة التثبيت الشرقية ) والآخر عند 66°24′53″ شمالاً 013°05′19″ شرقاً / 66.41472° شمالاً 13.08861° شرقاً / 66.41472؛ 13.08861 ( محطة إرسال براتلاند أوميغا، نقطة التثبيت الغربية ) . كان أحد الهوائيين يقع في البر الرئيسي للنرويج، والآخر في جزيرة ألدرا . تم تفكيك الهوائي عام 2002. 

كانت محطة إرسال ترينيداد أوميغا (المحطة ب حتى عام 1976، والتي استُبدلت بمحطة في باينسفيل، ليبيريا) تقع في تشاغواراماس ، ترينيداد وتوباغو (عند خط عرض 10°41′58″ شمالاً وخط طول 61°38′19″ غرباً / 10.69938° شمالاً 61.638708° غرباً / 10.69938؛ -61.638708 ) تستخدم سلكاً ممتداً فوق وادٍ كهوائي لها. ولا تزال مباني الموقع قائمة حتى اليوم.

في 26 أبريل/نيسان 1988، اندلع حريق في منطقة مجاورة وامتد بسرعة إلى مخزن الأسلحة والذخيرة في معسكر أوميغا، مما أدى إلى انفجار. لقي أربعة من رجال الإطفاء وجنديان حتفهم أثناء محاولتهم السيطرة على الحريق، وأصيب عدد من ضباط الأمن القومي بجروح جراء الانفجار. سُجّل هذا الانفجار على مقياس ريختر ، وعُثر على أجزاء من المخزن على بُعد مئات الأمتار. وقد خصصت حكومة ترينيداد وتوباغو يوم 26 أبريل/نيسان من كل عام يومًا لتقدير ضباط الأمن القومي الذين سقطوا.

تم افتتاح محطة إرسال باينسفيل أوميغا (المحطة ب - 06°18′20″ شمالاً 010°39′44″ غرباً / 6.30556° شمالاً 10.66222° غرباً / 6.30556؛ -10.66222 ) عام 1976، وكانت تستخدم هوائيًا مظليًا مثبتًا على صاري فولاذي شبكي بطول 417 مترًا، مدعومًا بكابلات أرضية . وكانت آنذاك أطول مبنى شُيّد في أفريقيا. سُلّمت المحطة إلى الحكومة الليبيرية بعد إيقاف نظام الملاحة أوميغا في 30 سبتمبر 1997. كان الوصول إلى البرج متاحًا للجميع، وكان من الممكن تسلق الصاري المهجور حتى هُدم في 10 مايو 2011. ستُستخدم المنطقة التي كانت تشغلها المحطة لبناء مجمع سوق حديث يوفر مساحة إضافية للتجار المحليين ويخفف الازدحام في سوق الضوء الأحمر في باينسفيل، أكبر سوق للمواد الغذائية في ليبيريا. ^{[ 5 ]}

كانت محطة كانيوهي أوميغا للإرسال (المحطة ج - 21°24′17″ شمالاً 157°49′51″ غرباً / 21.404700° شمالاً 157.830822° غرباً / 21.404700؛ -157.830822 ) إحدى محطتين تشغلهما خفر السواحل الأمريكية. افتُتحت عام 1943 كمحطة إرسال بترددات منخفضة جدًا (VLF) للاتصالات البحرية. وكان هوائيها عبارة عن سلك ممتد فوق وادي هايكو . وفي نهاية الستينيات، حُوِّلت إلى محطة إرسال أوميغا.

كانت محطة لامور أوميغا (المحطة د)، الواقعة بالقرب من لامور، داكوتا الشمالية ، الولايات المتحدة الأمريكية عند خط عرض 46°21′57″ شمالاً وخط طول 98°20′08″ غرباً ( 46.365944° شمالاً ، 98.335617 ° غرباً )، المحطة الأخرى التي تشغلها خفر السواحل الأمريكية. استخدمت هذه المحطة هوائيًا مثبتًا بكابلات يبلغ ارتفاعه 365.25 مترًا (1198.3 قدمًا) ومعزولًا عن الأرض. بعد إيقاف تشغيل محطة أوميغا، أصبحت المحطة تُعرف باسم NRTF LaMoure ، وهي موقع اتصالات غواصات بترددات منخفضة جدًا . 

محطة الإرسال أوميغا في شابرييه (المحطة E) بالقرب من شابرييه في جزيرة ريونيون بالمحيط الهندي عند خط عرض 20°58′27″ جنوبًا وخط طول 55°17′24″ شرقًا / 20.97417° جنوبًا 55.29000° شرقًا / -20.97417؛ 55.29000 ، كانت تستخدم هوائيًا مظليًا مثبتًا على صاري أرضي مدعوم بكابلات يبلغ ارتفاعه 428 مترًا . وقد تم هدم الصاري بالمتفجرات في 14 أبريل 1999.

محطة F، تريليو، الأرجنتين. هُدمت عام 1998.

المحطة G، بالقرب من وودسايد، فيكتوريا. توقفت عن إرسال أوميغا في عام 1997، وأصبحت برج اتصالات تحت الماء، وتم هدمها في عام 2015.

محطة الإرسال أوميغا شوشي-وان (المحطة H) تقع بالقرب من شوشي-وان في جزيرة تسوشيما عند خط عرض 34°36′53″ شمالاً وخط طول 129°27′13″ شرقاً. كانت تستخدم كهوائي لها صاريًا فولاذيًا أنبوبيًا معزولًا عن الأرض، يبلغ ارتفاعه 389 مترًا (1276 قدمًا) . بُني هذا الصاري عام 1973، وكان أطول مبنى في اليابان (وربما أطول صاري فولاذي أنبوبي بُني على الإطلاق)، ثم فُكِّك عام 1998 بواسطة رافعة. أُقيم في موقعه السابق نصب تذكاري يبلغ ارتفاعه حوالي 8 أمتار (26 قدمًا)، ويتكون من قاعدة الصاري (بدون العازل) وجزء منه. يوجد الآن ملعب في موقع مبنى الحلزون السابق.