TerraSAR-X

تيراسار-إكس هو قمر صناعي لرصد الأرض مزود برادار تصويري ، وهو مشروع مشترك بين القطاعين العام والخاص، يجمع بين المركز الألماني لأبحاث الفضاء (DLR) وشركة إيرباص أستريوم . وتحتفظ شركة أستريوم، المزودة لخدمات المعلومات الجغرافية، بحقوق الاستغلال التجاري الحصرية . أُطلق تيراسار-إكس في 15 يونيو 2007، وبدأ تشغيله في يناير 2008. وبفضل قمره التوأم تانديم-إكس ، الذي أُطلق في 21 يونيو 2010، يُوفر تيراسار-إكس قاعدة بيانات نموذج الارتفاع الرقمي العالمي (WorldDEM) ، وهو نموذج عالمي متجانس متاح منذ عام 2014.

باستخدام هوائي رادار ذي فتحة اصطناعية (SAR) ذي مصفوفة طورية (طول موجة النطاق X 31 مم، تردد 9.65 جيجاهرتز ^{[ 2 ]} )، يوفر القمر الصناعي TerraSAR-X صورًا رادارية لكوكب الأرض بأكمله من مدار قطبي على ارتفاع 514 كم. وقد تم اختيار هذا المدار لضمان تزامن القمر مع مدار الشمس . هذا المدار المحدد يعني أن القمر الصناعي يتحرك على طول حدود الليل والنهار للأرض، مما يسمح له بتوجيه نفس الوجه نحو الشمس، وبالتالي توفير أفضل زوايا سقوط للضوء على خلاياه الشمسية لتوليد الطاقة. صُمم TerraSAR-X لأداء مهمته لمدة خمس سنوات، بغض النظر عن الأحوال الجوية والإضاءة، ويوفر صورًا رادارية بدقة تصل إلى متر واحد.  

يقوم جهاز TerraSAR-X بجمع بيانات الرادار في أوضاع التصوير الرئيسية الثلاثة التالية:

• SpotLight: دقة تصل إلى 1  متر، حجم المشهد 10 كم (عرض) × 5 كم (طول)؛
• StripMap: دقة تصل إلى 3  أمتار، حجم المشهد 30  كم (عرض) × 50  كم (طول)؛
• ScanSAR: دقة تصل إلى 16 مترًا، حجم المشهد 100  كم (عرض) × 150  كم (طول)؛ ^{[ 3 ]}

بالإضافة إلى ذلك، يسمح تصميم هوائي SAR الخاص بـ TerraSAR-X بمجموعة متنوعة من التركيبات الاستقطابية: الاستقطاب الأحادي أو المزدوج، أو التقاط البيانات الاستقطابية الكاملة.

يتم اختيار أحد مستويات المعالجة الأربعة المختلفة حسب التطبيق المطلوب:

• مجمع نطاق الانحدار ذو النظرة الواحدة (SSC)
• تم الكشف عن نطاق أرضي متعدد النظرات (MGD)
• تصحيح الإهليلج المشفر جغرافيًا (GEC)
• تصحيح القطع الناقص المحسن (EEC)

TanDEM-X (إضافة TerraSAR-X لقياسات الارتفاع الرقمي) مركبة فضائية ثانية مماثلة، أُطلقت في 21 يونيو 2010 من قاعدة بايكونور الفضائية في كازاخستان. ومنذ أكتوبر 2010، يدور كل من TerraSAR-X وTanDEM-X في مدارين متقاربين على مسافات لا تتجاوز بضع مئات من الأمتار، ويسجلان البيانات بشكل متزامن. ^{[ 4 ]} ستتيح هذه الكوكبة من الأقمار الصناعية التوأم إنشاء WorldDEM، وهي نماذج الارتفاع الرقمية العالمية (DEMs). ومن المتوقع أن يتم الحصول على WorldDEM، وهو نموذج ارتفاع رقمي متسق لسطح الأرض، بدقة وتغطية وجودة أعلى، في غضون ثلاث سنوات من الإطلاق. وسيتوفر WorldDEM ابتداءً من عام 2014، بدقة رأسية تبلغ 2  متر (نسبية) و10  أمتار (مطلقة)، ضمن نطاق أفقي يبلغ حوالي 12×12 مترًا مربعًا، مع اختلاف طفيف تبعًا لخط العرض الجغرافي. ^{[ 5 ]}

الرادار اختصار لـ Radio Detection and Ranging (الكشف الراديوي وتحديد المدى) ، ويتضمن تقليدياً ما يلي:

• تحديد المدى (EDM) عن طريق الوقت الذي تحتاج فيه الإشارة المنعكسة للعودة؛
• قياس الاتجاه عن طريق ضبط الهوائي، و؛
• وتشمل التحليلات الأخرى قياس معدل الامتصاص النوعي (SAR) والاستقطاب والتداخل.

دخلت أنظمة الرادار الفضائية حيز التشغيل بعد أكثر من خمسة عشر عامًا من اعتماد أنظمة الكاميرات البصرية. ورغم أن دقة الرادار أقل من دقة التصوير البصري، إلا أنه قادر على جمع المعلومات في أي وقت من النهار أو الليل، بغض النظر عن الغطاء السحابي .

شملت تقنيات الأقمار الصناعية الرادارية المبكرة قياس الارتفاع (قياس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر)، وبرنامج SEASAT التابع لناسا (الذي أُطلق عام 1978)، ودراسة بيانات الأمواج/الرياح أو التربة. وقد استخدم الجيش الرادار منذ أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، والأقمار الصناعية الرادارية منذ عام 1978 على الأقل. ^{[ 6 ]}

قدم جهاز TerraSAR X بعض الابتكارات التقنية والصناعية. ومن بين هذه الابتكارات نوع من التكبير، حيث يمكن تغيير الدقة ومجال المسح بنسبة 1:10، إما لتغطية مساحة أكبر أو مساحة صغيرة بأعلى دقة ممكنة.

علاوة على ذلك، يمكن ضبط الهوائي إلكترونياً ضمن نطاق زاوية محدد، مما يسمح بتعديل زاوية الرؤية. في حين أن الأقمار الصناعية الرادارية السابقة كانت تبث هوائيها في اتجاه واحد فقط.

بفضل مستشعر الرادار ذي الزاوية القابلة للتعديل - إلى جانب تحسينات المسار الأخرى ( الترنح الناتج عن تسطح الأرض) - يمكن مراقبة أي مكان على الأرض بشكل تفضيلي في غضون يوم إلى ثلاثة أيام.

بالنسبة لنقطة محددة على خط استواء الأرض، تبلغ دورة إعادة زيارة القمر الصناعي TerraSAR X 11 يومًا. ويتناقص وقت إعادة الزيارة باتجاه القطبين، فعلى سبيل المثال، تبلغ دورة إعادة الزيارة في شمال أوروبا عادةً 3-4 أيام.

تم تطوير آلية التشغيل والتحكم الأرضية لصاروخ TerraSAR X بواسطة المركز الألماني لأبحاث الفضاء (DLR) في أوبربفافنهوفن . وتتألف هذه الآلية من معدات تشغيل المهمة، ووحدة الحمولة الأرضية ، ووحدة تشغيل ومعايرة الأجهزة. ويقع في قاعدة الوحدة الأرضية كل من المركز الألماني لعمليات الفضاء (GSOC)، والمركز الألماني لبيانات الاستشعار عن بعد (DFD)، بالإضافة إلى معهد منهجية الاستشعار عن بعد (MF)، ومعهد هندسة الترددات العالية وأنظمة الرادار (HR)، وجميعها تابعة للمركز الألماني لأبحاث الفضاء (DLR).

تشمل تطبيقات صور الرادار عالية الدقة TerraSAR-X ما يلي:

• رسم الخرائط الطبوغرافية: ثنائي وثلاثي الأبعاد، بمقاييس تصل إلى 1:25000، وتحديثات الخرائط
• حركة السطح: بناءً على السلاسل الزمنية التي تم الحصول عليها بواسطة TerraSAR-X فوق نفس المنطقة، يمكن تصور الإزاحات السطحية الناتجة عن التعدين تحت السطحي، واستخراج النفط/الغاز، وبناء البنية التحتية، والحفريات، أو الهندسة تحت الأرض. ^{[ 7 ]}
• كشف التغييرات: لمراقبة مشاريع البناء واسعة النطاق، وشبكات البنية التحتية، ورصد وتوثيق التغييرات والتطورات
• رسم خرائط الغطاء الأرضي واستخدامات الأراضي: معلومات دقيقة ومحدثة عن الغطاء الأرضي واستخدامات الأراضي، حتى من الأماكن التي يصعب فيها الحصول على المعلومات باستخدام التقنيات الأخرى بسبب الغطاء السحابي الدائم.
• تطبيقات الدفاع والأمن: تشمل التطبيقات التخطيط الفعال للمهام، والتقييم السريع للكوارث الطبيعية أو من صنع الإنسان، أو مراقبة الحدود من خلال الكشف عن المسارات (التغيرات) والأسوار والأجسام المتحركة.
• الاستجابة السريعة للطوارئ: بفضل سرعة إعادة رصدها، تُعدّ TerraSAR-X مصدرًا موثوقًا للمعلومات في حالات الكوارث الطبيعية أو التي من صنع الإنسان (مثل الزلازل والفيضانات والنزاعات العسكرية وغيرها)، حيث توفر معلومات موثوقة لإدارة الكوارث والاستجابة لها، مما يسمح بتحديد وتقييم الأضرار التي لحقت بالمناطق المأهولة بالسكان والبنية التحتية المرورية، وتحديد المناطق الأكثر تضررًا، والتنسيق الفعال لعمليات الإنقاذ. ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• التطبيقات البيئية: على سبيل المثال، مراقبة الغابات، ومراقبة الفيضانات، ^{[ 10 ]} تطبيقات جودة المياه
• تطبيقات أخرى قيد التقييم حاليًا: مراقبة حركة المرور، والتطبيقات البحرية، ومراقبة الغطاء النباتي

سيتم تنسيق الاستخدام العلمي لبيانات TerraSAR-X من خلال نظام خدمات TerraSAR-X العلمية التابع لمركز الفضاء الألماني (DLR). ^{[ 11 ]} وستوفر سجلات البيانات عالية الجودة التي يوفرها TerraSAR-X فرصًا بحثية جديدة واسعة النطاق، على سبيل المثال في مجالات علم البيئة، والجيولوجيا، والهيدرولوجيا ، وعلم المحيطات . كما تُعدّ أصغر حركات سطح الأرض ( حركة الصفائح التكتونية ، والنشاط البركاني ، والزلازل) مجالات علمية أخرى قابلة للتطبيق.

ولضمان النجاح التجاري للمهمة، قامت شركة EADS Astrium بتأسيس شركتها التابعة المملوكة لها بالكامل Infoterra في عام 2001؛ وكانت الشركة مسؤولة عن إنشاء سوق تجاري لبيانات TerraSAR-X بالإضافة إلى منتجات وخدمات المعلومات الجغرافية القائمة على TerraSAR-X.

• OPS 3762 : أول رادار SAR في الفضاء، 1964
• سيسات : رادار الفتحة التركيبية في الفضاء عام 1978
• SAR Lupe : أقمار الرادار العسكرية الألمانية
• رادار الفتحة التركيبية
• تقنية مراقبة الأرض
• قمر صناعي لرصد الأرض
• نموذج الارتفاع الرقمي

أجهزة الرادار على متن مكوك الفضاء :

• رادار التصوير المكوكية SIR-A (رادار التصوير المكوكية) على متن STS-2 في عام 1981
• SIR-B على متن STS-41-G في عام 1984
• SRL-1 (مختبر رادار المكوك): SIR-C ( رادار التصوير الفضائي ) و X-SAR (رادار الفتحة التركيبية ذو النطاق X) على متن STS-59 في عام 1994
• SRL-2: SIR-C/X-SAR على متن STS-68 في عام 1994
• مهمة رادار طبوغرافيا المكوك الفضائي ( SRTM ) على متن المكوك STS-99 في عام 2000

(شارك مؤلفو TerraSAR-X في مهمات SRL وSRTM)

• أستريوم جيو
• TerraSAR-X على موقع DLR الإلكتروني.
• TanDEM-X على موقع DLR الإلكتروني.
• الصفحة الرئيسية للعلوم على موقع DLR الإلكتروني
• Terrasar-x على موقع Astrium الإلكتروني