برنامج ناسا إيراست

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

تم تطوير طائرة ألتوس 2 بدون طيار التابعة لناسا في إطار برنامج إيراست

كان برنامج طائرات وتقنيات الاستشعار للأبحاث البيئية ( ERAST) برنامجًا تابعًا لوكالة ناسا لتطوير طائرات بدون طيار (UAVs) منخفضة التكلفة وبطيئة الطيران، قادرة على تنفيذ مهام علمية طويلة الأمد على ارتفاعات تزيد عن 18,000 متر (60,000 قدم) . تضمن المشروع عددًا من برامج تطوير التكنولوجيا التي نفذتها شراكة بين القطاعين العام والخاص، ناسا والصناعة، تُعرف باسم تحالف ERAST. أُنهي برنامج ERAST رسميًا في عام 2003. [ 1 ]  

نظرة عامة على البرنامج

بحسب وكالة ناسا، "كان مشروع إيراست جهدًا متعدد السنوات لتطوير تقنيات الطيران والاستشعار لجيل جديد من الطائرات المُسيّرة عن بُعد، والمُخصصة لمهام علمية في طبقات الجو العليا. صُممت هذه الطائرات للتحليق بسرعات منخفضة لفترات طويلة على ارتفاعات تتراوح بين 18,000 و30,000 متر (60,000 إلى 100,000 قدم) ، ويمكن استخدامها لجمع البيانات البيئية وتحديدها ورصدها لتقييم تغير المناخ العالمي والمساعدة في رصد الأحوال الجوية والتنبؤ بها. كما يمكن أن تعمل كمنصات اتصالات محمولة جوًا، حيث تؤدي وظائف مماثلة لأقمار الاتصالات الصناعية بتكلفة أقل بكثير من تكلفة إطلاق قمر صناعي إلى الفضاء." [ 2 ]  

كان برنامج ERAST برعاية مكتب تكنولوجيا الطيران والنقل الفضائي في مقر وكالة ناسا، وأداره مركز درايدن لأبحاث الطيران التابع لناسا . وقاد مركز أبحاث ناسا أميس في موفيت فيلد ، كاليفورنيا، تطوير تكنولوجيا أجهزة الاستشعار. وساهم مركز أبحاث ناسا لويس في كليفلاند، أوهايو ، ومركز أبحاث ناسا لانغلي في هامبتون، فرجينيا ، بخبراتهم في مجالات الدفع والهياكل وتحليل الأنظمة. وانضمت عدة شركات صغيرة متخصصة في تطوير تكنولوجيا الطيران المتقدمة، بما في ذلك شركة جنرال أتوميكس لأنظمة الطيران، مطورة برنامج ALTUS، إلى ناسا في تحالف ERAST للعمل على تحقيق الأهداف المشتركة للبرنامج. [ 2 ]

مشروع بحثي مشترك برعاية ناسا وتحالف إيراست

تم تنظيم مشروع ERAST كشراكة بين القطاعين العام والخاص ضمن برنامج ناسا للأبحاث المشتركة المدعومة . وشمل أعضاء القطاع العام وكالة ناسا ووزارة الدفاع، بينما شمل شركاء الصناعة في تحالف ERAST كلاً من: Aurora Flight Sciences و AeroVironment و General Atomics و Scaled Composites وThermo-Mechanical Systems وHyperspectral Sciences وLongitude 122 West. [ 1 ]

كان تحالف إيراست أحد ثلاثة شراكات واسعة النطاق بين القطاعين العام والخاص في صناعة الطيران، نظمها برنامج الأبحاث المشتركة المدعومة التابع لوكالة ناسا بناءً على طلب من مقر ناسا الرئيسي بين عامي 1992 و1994. [ 3 ] استندت هذه الشراكات بين القطاعين العام والخاص إلى نموذج الصناعة للشراكات متعددة الأطراف في مجال البحث والتطوير، والذي اقترحته في البداية شركة SRI International لبرامج تسويق الفضاء التابعة لناسا [ 4 ] استنادًا إلى سابقة أُرسيت في صناعة أشباه الموصلات، وهي شركة Sematech . [ 5 ] استخدم تحالف إيراست اتفاقية الأبحاث المشتركة المدعومة المبتكرة (JSRA)، [ 6 ] التي اعتمدها مسؤولو ناسا لتحقيق أهداف سياسة تسويق التكنولوجيا، والتي أشاد بها المشاركون في إيراست باعتبارها عاملًا تمكينيًا رئيسيًا للنجاح التقني للبرنامج. استندت اتفاقية الأبحاث المشتركة المدعومة إلى سلطة اتفاقية قانون الفضاء الممولة من ناسا، والتي سمحت بتشكيل فرق عمل مرنة، وتقاسم التكاليف، وتبادل الملكية الفكرية لتعظيم التعاون من أجل تحقيق تقدم سريع في تطوير التكنولوجيا. بلغت المساهمة الفيدرالية في برنامج ERAST 42.2 مليون دولار، بينما بلغت مساهمة القطاع الخاص 30 ألف دولار، بالإضافة إلى مساهمات عينية من موظفين ومعدات وملكية فكرية. [ 7 ] وكان برنامج ERAST JSRA أحد ثلاثة اتفاقيات شراكة بين القطاعين العام والخاص في مجال الطيران، صممتها مبادرة التكنولوجيا الأمريكية (AmTech). وقد تولت AmTech إدارة شراكة تحالف ERAST، والإشراف عليها، وتيسيرها طوال فترة التحالف التي انتهت عام 1995. واستمرت أبحاث برنامج ERAST حتى عام 2003. [ 8 ]

المهام

استعد تحالف ERAST للعديد من المهام العلمية بما في ذلك الاستشعار عن بعد لدراسات علوم الأرض، والتصوير الطيفي الفائق لرصد الزراعة، وتتبع العواصف الشديدة، والعمل كمنصات ترحيل للاتصالات. [ 2 ]

وقد قام جهد موازٍ بقيادة مركز أميس بتطوير أجهزة استشعار خفيفة الوزن وصغيرة الحجم يمكن حملها بواسطة هذه الطائرات لأغراض البحث البيئي ومراقبة الأرض.

تشمل التقنيات الإضافية التي يدرسها تحالف ERAST المواد خفيفة الوزن، والإلكترونيات الطيران، والديناميكا الهوائية، وأشكال الدفع الأخرى المناسبة للارتفاعات الشديدة والفترات الزمنية الطويلة.

على الرغم من أن أعضاء تحالف ERAST كانوا مسؤولين عن تطوير الطائرات وتشغيلها، إلا أن وكالة ناسا كانت مسؤولة بشكل أساسي عن القيادة العامة للبرنامج، والتمويل الرئيسي، وإدارة المشاريع الفردية، وتطوير وتنسيق الحمولات. كما عملت ناسا على قضايا طويلة الأجل مع إدارة الطيران الفيدرالية، وطورت تقنية لجعل تشغيل هذه الطائرات التي يتم تشغيلها عن بُعد في المجال الجوي الوطني أمرًا عمليًا.

تاريخ

في عامي 1987 و1988، أجرت وكالة ناسا دراسات حول استنزاف طبقة الأوزون باستخدام طائرتين مأهولتين تابعتين لها، إحداهما طائرة دوغلاس دي سي-8 معدلة، والأخرى طائرة لوكهيد إي آر-2 ، وهي نسخة مدنية من طائرة التجسس يو-2. إلا أن تشغيل طائرة إي آر-2 فوق القارة القطبية الجنوبية ، حيث يحدث استنزاف الأوزون ، كان يُعتبر محفوفًا بالمخاطر، إذ كان من غير المرجح أن ينجو الطيار إذا اضطر إلى القفز بالمظلة. إضافةً إلى ذلك، كان أقصى ارتفاع لطائرة إي آر-2 هو 20 كيلومترًا (65,000 قدم)، بينما يحدث استنزاف الأوزون على ارتفاع 30 كيلومترًا (100,000 قدم)، ولم يكن بإمكان طائرة إي آر-2 البقاء في الجو لفترة كافية لدراسة تغيرات الأوزون خلال دورة كاملة من الليل والنهار. [ 1 ]

في عام ١٩٨٨، قررت وكالة ناسا اقتناء طائرة بدون طيار عالية الارتفاع (HALE) تُدعى "برسيوس" لمعالجة هذه المشكلات، وأطلقت على هذا الجهد اسم برنامج الطائرات العلمية الصغيرة عالية الارتفاع (SHASA). صُممت "برسيوس" من قِبل شركة ناشئة تُدعى " أورورا فلايت ساينسز" في ماناساس، بولاية فرجينيا . واجه مشروع تصميم "برسيوس" صعوبات جمة بسبب نقص التمويل حتى عام ١٩٩١، عندما كانت ناسا تُجري "برنامج أبحاث عالي السرعة" لتقييم تصاميم طائرة نقل أسرع من الصوت مستقبلية، وكانت بحاجة إلى معرفة المزيد عن الأثر البيئي المحتمل لمثل هذه الطائرة على طبقات الجو العليا. توفرت الأموال اللازمة لشراء عدد قليل من الطائرات. [ ١ ]

أبدت وكالات حكومية أخرى اهتمامًا بالطائرات المسيّرة عالية الارتفاع (HALE)، ومن هنا انطلقت مبادرة ERAST في سبتمبر 1994 كبندٍ بارزٍ في أجندة ناسا. وكان الهدف الرسمي من ERAST هو تشجيع استخدام الطائرات المسيّرة في التطبيقات العلمية التجارية، ولا سيما أبحاث الغلاف الجوي على ارتفاعات عالية. كما ركّزت ERAST على تطوير أنظمة استشعار وإلكترونيات طيران مصغّرة جديدة للطائرات المسيّرة ولطائرة لوكهيد ER-2 التابعة لناسا. [ 1 ]

مكونات المشروع وبرامجه

الطائرات

أورورا بيرسيوس وثيسيوس

بيرسيوس أ يُسحب أثناء الطيران

صُممت طائرة بيرسيوس بدون طيار، وهي نموذج أولي من إنتاج شركة أورورا لعلوم الطيران ، وحلّقت لأول مرة في نوفمبر 1991، تلتها بيرسيوس A في 21 ديسمبر 1993، والتي وصلت إلى ارتفاع يزيد عن 15000 متر . أما بيرسيوس B، المصممة للطيران على ارتفاع 18.9 كيلومتر لمدة تصل إلى 24 ساعة، فقد حلّقت لأول مرة في 7 أكتوبر 1994 ووصلت إلى ارتفاع 18370 مترًا في 27 يونيو 1998. ويعمل محركها ذو المروحة الدافعة بمحرك روتاكس 914 مكبسي معزز بشاحن توربيني ثلاثي المراحل بقوة ثابتة تبلغ 78 كيلوواط (105 حصان) حتى ارتفاع 18000 متر . يبلغ وزنها الأقصى 1100 كيلوغرام (2500 رطل) ، وقادرة على حمل حمولة تزن 120 كيلوغرام (260 رطل) ، ويبلغ طول جناحها 21.8 مترًا (71.5 قدمًا) بنسبة عرض إلى طول عالية تبلغ 26:1 . [ 9 ] أما طائرة ثيسيوس ، وهي نسخة أكبر مزودة بمحركين مكبسيين من طراز روتاكس 912 ، فقد حلقت لأول مرة في 24 مايو 1996. صُممت هذه الطائرة بدون طيار للطيران لمدة 50 ساعة على ارتفاع يصل إلى 20000 متر (65000 قدم)، ويبلغ وزنها الأقصى 2.5 طن (5500 رطل)، وعرضها 42.7 مترًا (140 قدمًا)، ويمكنها حمل حمولة تزن 750 كيلوغرامًا (340 رطلًا). [ 10 ]                    

باثفايندر، سنتوريون، وهيليوس

طائرة هيليوس بدون طيار أثناء الطيران

كانت طائرات ناسا باثفايندر وسنتوريون وهيليوس سلسلة من الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية وخلايا الوقود ، والتي طورتها شركة AeroVironment, Inc. في إطار برنامج ERAST. [ 11 ]

طائرة باثفايندر، التي صممتها وبنتها شركة أيروفايرونمنت ، هي في الأساس جناح طائر يبلغ طوله 30 مترًا (99 قدمًا) . تنتج الخلايا الكهروضوئية الشمسية المثبتة أعلى الجناح ما يصل إلى 7200 واط، لتشغيل مراوح الطائرة الست الكهربائية، بالإضافة إلى مجموعة الأجهزة العلمية. وتخزن بطاريات احتياطية الطاقة الشمسية لتزويد الطائرة بالطاقة ليلًا. [ 12 ] 

ألتوس

طائرة ألتوس 2 تحلق فوق ميدان صواريخ المحيط الهادئ

طائرة جنرال أتوميكس ألتوس 2 هي نسخة مدنية من طائرة إم كيو-1 بريداتور بدون طيار ، مصممة لمهام البحث العلمي. تم بناء إحدى طائرتي ألتوس، وهي ألتوس 2، ضمن برنامج إيراست، وشاركت في عدد من مهام البحث ذات الصلة. [ 2 ]

أجرت طائرة ALTUS II رحلتها الأولى في الأول من مايو عام 1996. وبفضل محركها المُعزز في البداية بشاحن توربيني أحادي المرحلة، وصلت ALTUS II إلى ارتفاع 37,000  قدم خلال سلسلة رحلاتها التطويرية الأولى في درايدن في أغسطس من العام نفسه. وفي أكتوبر من العام نفسه، شاركت ALTUS II في دراسة قياس الإشعاع الجوي (ARM-UAV) في أوكلاهوما، والتي أجرتها مختبرات سانديا الوطنية لصالح وزارة الطاقة الأمريكية. وخلال تلك الرحلات، سجلت ALTUS II رقماً قياسياً في مدة التحليق الفردي للطائرات المُسيّرة عن بُعد، حيث تجاوزت مدة التحليق 26 ساعة. وفي أكتوبر 1996 أيضاً، سجلت ALTUS II رقماً قياسياً في مدة التحليق للطائرات المُسيّرة التي تحمل حمولات علمية، حيث أمضت أكثر من 24 ساعة على الارتفاع المطلوب خلال دراسة ARM-UAV.

بعد إجراء تعديلات وتحسينات كبيرة، شملت تركيب شاحن توربيني ثنائي المراحل بدلاً من الوحدة الأصلية أحادية المرحلة، وخزان وقود أكبر، وزيادة سعة التبريد البيني، عادت طائرة ALTUS II إلى الخدمة في صيف عام 1998. كان الهدف من رحلاتها التجريبية التطويرية هو تحقيق أحد أهم معايير الأداء في برنامج ERAST المستوى 2، وهو تحليق طائرة تعمل بمحرك مكبسي تعمل بالبنزين ويتم التحكم بها عن بُعد لعدة ساعات على ارتفاع 60,000 قدم أو ما يقاربها. في 5 مارس 1999، حافظت طائرة ALTUS II على التحليق على ارتفاع 55,000 قدم أو أعلى لمدة ثلاث ساعات، ووصلت إلى أقصى ارتفاع كثافة هواء بلغ 57,300 قدم خلال المهمة. [ 13 ]

أجهزة الاستشعار والأدوات

كاميرا ARTIS

تم عرض كاميرا صغيرة محمولة جواً للتصوير الفوري (ARTIS)، طورتها شركة HyperSpectral Sciences، ضمن مشروع ERAST، تجريبياً خلال صيف عام 1999 على متن طائرة Scaled Composites Proteus، حيث التقطت صوراً مرئية وصوراً بالأشعة تحت الحمراء القريبة من الطائرة أثناء تحليقها على ارتفاع شاهق فوق معرض AirVenture 99 الجوي التابع لجمعية الطائرات التجريبية في أوشكوش، ويسكونسن . وعُرضت الصور على شاشة حاسوب في المعرض بعد لحظات من التقاطها.

داسي

تم تشغيل جهاز قياس التداخل الرقمي الممسوح ضوئيًا (DASI) من على متن المركبة الفضائية باثفايندر صيف عام 1997، حيث جمع بيانات تصويرية تداخلية لجزر هاواي. وقد طُوّر جهاز DASI، الذي نشأ في جامعة واشنطن في سانت لويس بالتعاون مع مركز أبحاث أميس، وفقًا لمتطلبات هندسية وتشغيلية صارمة خاصة بالمركبة باثفايندر، لا سيما فيما يتعلق بالتشغيل عن بُعد، وخفة الوزن، وانخفاض الحجم، واستهلاك الطاقة، وعرض النطاق الترددي. [ 14 ] [ 15 ]

DSA

في مارس 2002، أجرى مركز درايدن التابع لوكالة ناسا، بالتعاون مع مركز التحليل والتطبيقات التقنية (TAAC) التابع لجامعة ولاية نيو مكسيكو ، وإدارة الطيران الفيدرالية (FAA)، والعديد من الجهات الأخرى، عروضًا جوية تجريبية لنظام الكشف والرؤية والتجنب النشط ( DSA ) في لاس كروسيس، نيو مكسيكو ، وذلك لتطبيقه المحتمل على الطائرات بدون طيار . وقد تم تشغيل طائرة "سكيلد كومبوزيتس بروتيوس" كطائرة بدون طيار بديلة يتم التحكم بها عن بُعد من الأرض، مع وجود طيارين احتياطيين على متنها للتعامل مع الإقلاع والهبوط وأي حالات طوارئ محتملة. كما عملت ثلاث طائرات أخرى، تتراوح بين طائرات الطيران العام وطائرة ناسا F/A-18 ، كطائرات هدف "متعاونة" مزودة بجهاز إرسال واستقبال. وفي كل سيناريو من السيناريوهات الثمانية عشر المختلفة، رصد نظام "جودريتش سكاي ووتش إتش بي" الاستشاري لحركة المرور (TAS) الموجود على متن طائرة "بروتيوس" حركة جوية تقترب على مسارات تصادم محتملة، بما في ذلك عدة سيناريوهات لطائرتين تقتربان من اتجاهين مختلفين. ثم قام الطيار بتوجيه طائرة "بروتيوس" للانعطاف أو الصعود أو الهبوط حسب الحاجة لتجنب الخطر المحتمل.

في أبريل 2003، أُجريت سلسلة ثانية من التجارب الجوية، ركزت على الطائرات "غير المتعاونة" (التي لا تحتوي على أجهزة إرسال واستقبال عاملة)، في مجال جوي محظور بالقرب من موهافي، كاليفورنيا ، باستخدام طائرة بروتيوس كطائرة بدون طيار بديلة. زُوّدت بروتيوس بنظام رادار أساسي صغير من نوع أمفيتك أواسيس بتردد 35  جيجاهرتز، لرصد الطائرات المتسللة المحتملة على مسارات تصادم مُحاكاة. نُقلت بيانات الرادار عن بُعد مباشرةً إلى المحطة الأرضية، وكذلك عبر نظام إنمارسات للأقمار الصناعية المُثبّت على بروتيوس. حلّقت سبع طائرات متسللة، تتراوح بين طائرة شراعية وطائرة نفاثة عالية السرعة، في 20 سيناريو على مدار أربعة أيام، طائرة واحدة أو اثنتين في كل مرة. في كل حالة، رصد الرادار الطائرة المتسللة على مسافات تتراوح بين 4.0 و10.5 كيلومترات ، اعتمادًا على بصمتها الرادارية. كان بإمكان الطيار الذي يتحكم عن بعد في مركبة بروتيوس على الأرض توجيه بروتيوس لاتخاذ إجراءات مراوغة إذا لزم الأمر. 

انظر أيضاً

مراجع

تحتوي هذه المقالة على مواد مأخوذة أصلاً من مقالة الويب "المركبات الجوية غير المأهولة" بقلم جريج جوبل، وهي موجودة في الملكية العامة.

  1. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ "جوبل، جريج، "برنامج ناسا إيراست هيل للطائرات بدون طيار"، المركبات الجوية بدون طيار ، الفصل ١٥. موجود في الملكية العامة" . Vectorsite.net. مؤرشف من الأصل في ٢٩ يونيو ٢٠١١. تم الاسترجاع في ٧ أغسطس ٢٠١١ .
  2. 1 2 3 4 "صحيفة حقائق ناسا ألتوس 2" . ناسا. مؤرشفة من الأصل في 18 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليها في 7 أغسطس 2011 .
  3. ↑ بحث حول تنفيذ برنامج ناسا المشترك للأبحاث الممولة وآليات مبتكرة أخرى لتسويق التقنيات الممولة من ناسا، NASA-CR-205083
  4. ↑ ماسون، بول (أغسطس 2021). "دور معهد ستانفورد للأبحاث في النقل الفضائي التجاري: تصميم نموذج شراكة الأعمال التابع لناسا لتسويق الفضاء" . نشرة خريجي معهد ستانفورد للأبحاث (أغسطس 2021): 14-16 .
  5. ↑ خطة برنامج التوعية والتسويق التجاري لقطاع الفضاء التابع لناسا، تقرير مشروع SRI الدولي رقم 6569 إلى ناسا، يناير 1984، الصفحة 28
  6. ↑ "اتفاقية بحث مشتركة برعاية مشتركة: "تحالف إيراست" - الطيران - المطارات والطائرات والمروحيات ..." 2 نوفمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 3 يوليو 2025 .
  7. ↑ تقرير موجز عن اتفاقيات JSRA إلى وكالة ناسا، 18 فبراير 1996
  8. ↑ "اتفاقية بحث مشتركة برعاية مشتركة: "تحالف إيراست" - الطيران - المطارات والطائرات والمروحيات ..." 2 نوفمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 3 يوليو 2025 .
  9. ↑ "صحيفة حقائق: طائرة بيرسيوس ب المُسيّرة عن بُعد" . ناسا أرمسترونغ. 28 فبراير 2014. مؤرشفة من الأصل في 9 مارس 2023. تم الاطلاع عليها في 13 فبراير 2023 .
  10. ↑ غريغ غوبل (1 مارس 2010). "برنامج ناسا إيراست هيل للطائرات بدون طيار" . مؤرشف من الأصل في 29 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه في 9 يناير 2018 .
  11. ↑ "صحيفة حقائق برنامج باثفايندر التابع لناسا" . ناسا. مؤرشفة من الأصل في 24 نوفمبر 2010. تم الاطلاع عليها في 7 أغسطس 2011 .
  12. ↑ "طائرة ناسا التي تعمل بالطاقة الشمسية تبدأ مهمات علمية في هاواي" . ساينس ديلي . 4 نوفمبر 1997. تم الاطلاع عليه في 5 سبتمبر 2008 .
  13. ↑ "صفحة ناسا ألتوس 1" . ناسا . تم الاطلاع عليها في 7 أغسطس 2011 .
  14. ↑ ""استخدام نظام DASI في مشروع ERAST/Pathfinder العلمي"، صحيفة حقائق ناسا . Geo.arc.nasa.gov. مؤرشف من الأصل في 5 يوليو 1997. تم الاطلاع عليه في 7 أغسطس 2011 .
  15. ↑ «أبرز أحداث مهمة داسي باثفايندر، ناسا، أكتوبر 1997، مؤرشفة على archive.org» . 12 مارس 2007. مؤرشفة من الأصل في 12 مارس 2007. تم الاطلاع عليها في 7 أغسطس 2011 .
  • كاتزبيرغ، ستيفن ج. (أغسطس 1996). "تقييم أداء مفهوم مقياس التداخل الرقمي الممسوح ضوئيًا". ورقة ناسا التقنية رقم 3570. CiteSeerX 10.1.1.30.4304 . 
  • جاي نوريس (20 أكتوبر 1999). "على جناح" . فلايت جلوبال .
  • هامر، فيليب د، وآخرون، "رسم خرائط انعكاس السطح باستخدام الصور الطيفية التداخلية من طائرة يتم التحكم فيها عن بعد"
  • صفحة مهمة باثفايندر، لم تعد نشطة في ناسا، وهي مؤرشفة على موقع archive.org.
  • تمت أرشفة Pathfinder/Helios في 22 سبتمبر 2006 على موقع Wayback Machine .