ICESat-2

يُعدّ القمر الصناعي ICESat-2 ( قمر قياس ارتفاع الجليد والسحب والأرض 2 )، جزءًا من نظام مراقبة الأرض التابع لوكالة ناسا ، مهمة فضائية لقياس ارتفاع الصفائح الجليدية وسُمك الجليد البحري ، بالإضافة إلى تضاريس الأرض وخصائص الغطاء النباتي والسحب. ^{[ 9 ]} أُطلق ICESat-2، وهو امتداد لمهمة ICESat ، في 15 سبتمبر 2018 على متن الصاروخ دلتا 2 في رحلته الأخيرة من قاعدة فاندنبرغ الجوية في كاليفورنيا، ^{[ 4 ]} إلى مدار شبه دائري وشبه قطبي على ارتفاع 496 كيلومترًا تقريبًا (308 أميال) . صُمم للعمل لمدة ثلاث سنوات وحمل وقود يكفي لسبع سنوات. ^{[ 10 ]} يدور القمر الصناعي حول الأرض بسرعة 6.9 كيلومترات في الثانية (4.3 أميال في الثانية) . ^{[ 7 ]}   

صُممت مهمة ICESat-2 لتوفير بيانات الارتفاع اللازمة لتحديد توازن كتلة الصفائح الجليدية ، بالإضافة إلى معلومات عن الغطاء النباتي . على مدى أكثر من ست سنوات، قدمت المهمة بيانات طبوغرافية دقيقة عبر الصفائح الجليدية والمحيطات والأراضي والبحيرات والخزانات والمدن في جميع أنحاء العالم، إلى جانب تغطية قطبية مركزة. كما يتميز ICESat-2 بقدرته على رصد تضاريس قاع البحر حتى عمق 30 مترًا (100 قدم) تحت السطح في المناطق الساحلية ذات المياه الصافية. ^{[ 11 ]} ونظرًا لعدم وجود قياسات كمية للتغيرات الكبيرة في الغطاء الجليدي القطبي نتيجة للاحتباس الحراري ، فإن أحد الأهداف الرئيسية لـ ICESat-2 هو قياس تغير ارتفاع الصفائح الجليدية بواسطة نظام الليزر والليدار الخاص به، وذلك لتحديد تأثير ذوبان الصفائح الجليدية على ارتفاع مستوى سطح البحر. علاوة على ذلك، تسمح الدقة العالية للنبضات المتعددة بجمع قياسات ارتفاعات الجليد البحري لتحليل معدل تغيره بمرور الوقت. ^{[ 12 ]}

تم بناء واختبار المركبة الفضائية ICESat-2 بواسطة شركة نورثروب غرومان لأنظمة الابتكار في جيلبرت، أريزونا، ^{[ 13 ]} بينما تم بناء وإدارة جهاز ATLAS الموجود على متنها بواسطة مركز غودارد لرحلات الفضاء في غرينبيلت، ماريلاند . صمم المركز جهاز ATLAS وبناه، بينما قامت شركة أوربيتال ساينسز (التي أصبحت لاحقًا أوربيتال إيه تي كيه ) ببناء ودمج الهيكل مع الجهاز. ^{[ 14 ]} أُطلق القمر الصناعي على متن صاروخ دلتا 2 الذي وفرته شركة يونايتد لانش ألاينس . ^{[ 15 ]} كان هذا آخر إطلاق لصاروخ دلتا 2، وآخر إطلاق لصاروخ مشتق من صاروخ PGM-17 ثور .

الجهاز الوحيد على متن القمر الصناعي ICESat-2 هو نظام قياس الارتفاع الليزري الطبوغرافي المتقدم (ATLAS)، وهو نظام ليدار فضائي . صُمم وبُني في مركز غودارد لرحلات الفضاء، حيث وفرت شركة فايبرتك أنظمة توليد الليزر وكشفه. ^{[ 16 ] [ 17 ]} يقيس نظام ATLAS زمن انتقال فوتونات الليزر من القمر الصناعي إلى الأرض والعودة؛ وتستخدم برامج الحاسوب زمن انتقال النبضات المتعددة لتحديد الارتفاع. ^{[ 18 ]}

يُصدر نظام ATLAS نبضات ليزر مرئية بطول موجي 532  نانومتر ( أخضر ). أثناء دوران القمر الصناعي ICESat-2، يُولّد ATLAS ستة أشعة مُرتبة في ثلاثة أزواج لتحديد ميل سطح الأرض بدقة أكبر وتوفير تغطية أرضية أوسع. كان سلفه، ICESat ، مزودًا بشعاع ليزر واحد فقط. يُتيح العدد الأكبر من أشعة الليزر تغطيةً مُحسّنة لسطح الأرض. ^{[ 7 ]} يفصل بين كل زوج من الأشعة مسافة 3.3 كيلومتر (2.1 ميل) على طول مسار الشعاع، بينما يفصل بين كل شعاع في الزوج الواحد مسافة 2.5 كيلومتر (1.6 ميل) على طول مسار الشعاع. تدور مصفوفة الليزر درجتين عن مسار القمر الصناعي على الأرض بحيث يفصل بين مساري زوج الأشعة حوالي 90 مترًا (300 قدم) . ينتج عن معدل نبضات الليزر، بالإضافة إلى سرعة القمر الصناعي، قيام ATLAS بأخذ قياس للارتفاع كل 70 سنتيمترًا (28 بوصة) على طول مسار القمر الصناعي على الأرض. ^{[ 17 ] [ 19 ] [ 20 ]}        

يُطلق الليزر نبضات بمعدل 10  كيلوهرتز. تُرسل كل نبضة حوالي 20 تريليون فوتون، تتشتت أو تنحرف جميعها تقريبًا أثناء انتقال النبضة إلى سطح الأرض، ثم ترتد عائدةً إلى القمر الصناعي. يعود حوالي 12 فوتونًا من كل نبضة إلى الجهاز، حيث يتم جمعها بواسطة تلسكوب من البريليوم قطره 79 سم (2.6 قدم) . ^{[ 21 ]} يتميز البريليوم بقوة نوعية عالية ، ويحافظ على شكله عبر نطاق واسع من درجات الحرارة. يجمع التلسكوب الفوتونات ذات الطول الموجي 532 نانومتر، وبالتالي يُرشّح الضوء غير ذي الصلة في الغلاف الجوي. تُحدد برامج الحاسوب الفوتونات ذات الطول الموجي 532 نانومتر في مجموعة البيانات؛ ويتم الاحتفاظ فقط بالفوتونات المنعكسة من الليزر للتحليل. ^{[ 22 ]}    

من أبرز سمات نظام أطلس (ATLAS) تمكين المهندسين له من التحكم في موقعه في الفضاء، وهو أمر بالغ الأهمية لأن أطلس يسجل المسافة بينه وبين سطح الأرض، وإذا كان موقعه غير دقيق، فإن قياس ارتفاع الأرض سيكون غير دقيق أيضاً. كما قام المهندسون بتصميم نظام مرجعي ليزري يضمن ضبط الليزر وفقاً للتلسكوب. وفي حال تعطل أي منهما، يستطيع القمر الصناعي إجراء التعديلات اللازمة. ^{[ 23 ]}

يدير المركز الوطني لبيانات الثلج والجليد، وهو مركز الأرشيف النشط الموزع، البيانات العلمية للقمر الصناعي ICESat- 2 . ^{[ 24 ]}

يحتوي القمر الصناعي ICESat-2 على أربعة أهداف علمية: ^{[ 25 ] [ 26 ]}

1. تحديد كمية مساهمات الغطاء الجليدي القطبي في تغير مستوى سطح البحر الحالي والحديث والروابط مع الظروف المناخية؛
2. تحديد السمات الإقليمية لتغيرات الغطاء الجليدي لتقييم الآليات التي تقود تلك التغيرات وتحسين نماذج التنبؤ بالغطاء الجليدي؛ وهذا يشمل تحديد التطور الإقليمي لتغيرات الغطاء الجليدي، مثل كيفية انتشار التغيرات عند نهايات الأنهار الجليدية إلى الداخل؛
3. تقدير سمك الجليد البحري لدراسة تبادل الطاقة والكتلة والرطوبة بين الجليد والمحيط والغلاف الجوي؛
4. قياس ارتفاع الغطاء النباتي كأساس لتقدير الكتلة الحيوية وتغيراتها على نطاق واسع. في هذه المهمة، تُجمع بيانات ارتفاعات الغطاء النباتي بدقة عالية باستخدام نظام متعدد الحزم وتقنية ليدار النبضات الدقيقة (عد الفوتونات) في نظام مقياس الارتفاع الليزري الطبوغرافي المتقدم (ATLAS). ^{[ 27 ]}

بالإضافة إلى ذلك، سيقوم القمر الصناعي ICESat-2 بقياس السحب والهباء الجوي، وارتفاع المحيطات، والمسطحات المائية الداخلية مثل الخزانات والبحيرات، والمدن، وحركات الأرض بعد أحداث مثل الزلازل أو الانهيارات الأرضية. ^{[ 25 ]}

يُعدّ القمر الصناعي ICESat-2 امتدادًا لمهمة ICESat الأصلية التي أُوقفت في عام 2010. عند دخول المشروع مرحلته الأولى في عام 2010، كان من المتوقع أن يكون جاهزًا للإطلاق في عام 2015. وفي ديسمبر 2012، أفادت وكالة ناسا أنها تتوقع إطلاق المشروع في عام 2016. وفي السنوات اللاحقة، تسببت مشكلات فنية في جهاز ATLAS، وهو الجهاز الوحيد الموجود على متن القمر الصناعي، في تأخير المهمة، ما أدى إلى تأجيل الإطلاق المتوقع من أواخر عام 2016 إلى مايو 2017. ^{[ 28 ]} وفي يوليو 2014، قدمت ناسا تقريرًا إلى الكونغرس يوضح أسباب التأخير وتجاوزًا متوقعًا في الميزانية، كما ينص عليه القانون لمشاريع ناسا التي تتجاوز ميزانيتها بنسبة 15% على الأقل. ولتمويل هذا التجاوز، حوّلت ناسا أموالًا من مهام أقمار صناعية أخرى مخططة، مثل قمر PACE (العوالق، الهباء الجوي، السحب، النظام البيئي للمحيطات ). ^{[ 29 ]}

انطلق القمر الصناعي ICESat-2 في 15 سبتمبر 2018 الساعة 13:02  بالتوقيت العالمي المنسق من مجمع إطلاق الفضاء 2 في قاعدة فاندنبرغ الجوية على متن طائرة دلتا 2 من طراز 7420-10C. ^{[ 4 ]} وللحفاظ على استمرارية البيانات بين إيقاف تشغيل القمر الصناعي ICESat وإطلاق ICESat-2، استخدمت عملية IceBridge الجوية التابعة لناسا مجموعة متنوعة من الطائرات لجمع بيانات التضاريس القطبية وقياس سمك الجليد باستخدام أجهزة قياس الارتفاع بالليزر والرادارات وأنظمة أخرى. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

صُمم برنامج تطبيقات ICESat-2 لإشراك الأفراد والمنظمات التي تخطط لاستخدام البيانات قبل إطلاق القمر الصناعي. يضم فريق تعريف العلوم، الذي تم اختياره من بين مجموعة من المتقدمين، خبراء في مجالات علمية متنوعة، تشمل علم المياه، وعلوم الغلاف الجوي، وعلم المحيطات، وعلم النبات. ^{[ 32 ]} يعمل الرواد الأوائل في البرنامج، بمن فيهم علماء الجليد، وعلماء البيئة، والبحرية، مع فريق تطبيقات ICESat-2 لتوفير معلومات حول كيفية استخدام بيانات القمر الصناعي. ^{[ 33 ]} يهدف هذا الفريق إلى تعريف المجتمع العلمي الأوسع بالإمكانيات الهائلة لمهمة ICESat-2، بهدف تنويع وابتكار أساليب وتقنيات جديدة انطلاقًا من البيانات المُجمعة. على سبيل المثال، سيتمكن علماء البيئة من استخدام قياس ارتفاع الغطاء النباتي، والكتلة الحيوية، وغطاء الأشجار المُستمد من تقنية ليدار عد الفوتونات (PCL) الخاصة بـ ICESat-2. ^{[ 34 ]}

في ربيع عام 2020، اختارت وكالة ناسا فريق العلوم الخاص بمهمة ICESat-2 من خلال عملية تقديم طلبات تنافسية، ليحل محل فريق تعريف العلوم الذي سبق الإطلاق. ^{[ 35 ]} يعمل هذا الفريق كهيئة استشارية للمهمة بعد الإطلاق، وذلك لضمان تلبية المتطلبات العلمية للمهمة.

• كرايوسات – وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) تعادل عملية آيس بريدج وآيس سات 
• كرايوسات-2 – مهمة متابعة لكرايوسات 

• تمت أرشفة بيانات القمر الصناعي ICESat-2 بتاريخ 10 يوليو 2018 على موقع Wayback Machine التابع لوكالة ناسا (NASA.gov).
• القمر الصناعي ICESat-2 من مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
• ICESat-2 في بوابة eoPortal التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية