مسار مصغر

كانت شبكة مينيتراك أول شبكة أمريكية لتتبع الأقمار الصناعية تدخل حيز التشغيل عام 1957. وقد استُخدمت لتتبع رحلات سبوتنيك وفانغارد وإكسبلورر وغيرها من الجهود الفضائية المبكرة. وكانت مينيتراك النواة الأولى لشبكة تتبع المركبات الفضائية وجمع البيانات (STADAN) وشبكة رحلات الفضاء المأهولة (MSFN).

عندما طُرحت مقترحات الأقمار الصناعية في منتصف خمسينيات القرن الماضي، برزت مسألة تتبعها بشكل طبيعي. وقد تم النظر في ثلاثة مناهج:

• التتبع البصري
• استخدام الرادار
• مخطط من مختبر الأبحاث البحرية التابع للولايات المتحدة (NRL) يقيس الزوايا باستخدام التداخل ، استنادًا إلى العمل في ميدان وايت ساندز للصواريخ .

لم تتطلب الطرق البصرية والرادارية هدفًا متعاونًا، لكنها واجهت مشكلة رئيسية تتمثل في تحديد الهدف، أو العثور عليه في المقام الأول، نظرًا لضيق مجال رؤيتها. أما اقتراح مختبر الأبحاث البحرية (NRL) فكان يتطلب جهاز إرسال على الهدف، ولكنه كان قادرًا على قياس أي هدف بسهولة في أي مكان ضمن مجال رؤية واسع. وقد قُبل اقتراح مختبر الأبحاث البحرية (NRL) وأصبح أساسًا لمحطات ميني تراك.

من وثيقة تاريخية لوكالة ناسا : ^{[ 1 ]}

في أوائل أبريل 1955، اجتمع ميلتون روزن وجون مينجل وروجر إيستون بشكل غير رسمي في مختبر الأبحاث البحرية (NRL) وأعدوا وثيقة بعنوان "مقترح لأصغر قمر صناعي قابل للتتبع (Minitrack)". لم يُذكر تاريخ أو مؤلفون في هذا التقرير المهم؛ ولكن، وفقًا لروزن، فقد سبق ببضعة أيام فقط تقريرًا أكثر رسمية بعنوان "برنامج قمر صناعي علمي" ^{[ 2 ]} بتاريخ 13 أبريل 1955، والذي كتبه فرع تطوير الصواريخ في مختبر الأبحاث البحرية. حمل الملحق "ب" من هذه الوثيقة عنوان "نظام Minitrack" وكان مطابقًا تقريبًا للملحق السابق. وقد صاغ جون مينجل اسم "Minitrack"، الذي ظهر لأول مرة على الورق.

كان الاقتراح الأصلي يتضمن زوجًا واحدًا فقط من المحطات. إلا أنه سرعان ما تبين أن هذا غير كافٍ. من تاريخ وكالة ناسا: ^{[ 3 ]}

قبل نهاية عام ١٩٥٥، تغيرت الأفكار جذريًا. أولًا، أُدرك أن زوجًا واحدًا من المحطات سيوفر تغطية جغرافية محدودة للغاية، مما يجعل جمع البيانات صعبًا وتراكم البيانات المدارية بطيئًا جدًا. بعد ذلك، اقتُرح إنشاء أربعة أزواج من المحطات عبر جنوب الولايات المتحدة. تضمنت هذه الفكرة ضمنيًا مفهوم "السياج اللاسلكي"، أي إنشاء سلسلة طويلة من أنماط الهوائيات المتداخلة التي يجب أن يتقاطع معها القمر الصناعي بشكل متكرر. لكن المشكلة كانت أن الميل المداري المُخطط له لقمر فانغارد الصناعي سيُبقيه بعيدًا عن جنوب الولايات المتحدة معظم الوقت. كانت الخطوة المنطقية التالية هي بناء سياج طويل يمتد من الشمال إلى الجنوب يمر عبره القمر الصناعي في كل مدار تقريبًا. لكن برنامج فانغارد لم يكن قادرًا على تحمل تكاليف سلسلة طويلة من المحطات المزدوجة؛ فضلًا عن ذلك، أظهرت دراسة لاحقة أنه يمكن حساب بيانات مدارية كاملة من التتبع الزاوي (التداخلي) وحده. تجلت هذه التغييرات في التفكير في تقرير يصف سلسلة من تسع محطات مينيتراك منفردة موزعة على طول خط الزوال ٧٥ . ولأسف بعض المهندسين، تم التخلي عن قدرات تحديد المدى وقياس السرعة.

كانت الجدوى التقنية لمحطات مينيتراك على الأراضي الأجنبية أمرًا مهمًا، لكنّ التفاوض على الموقع، وإعداده، وتوفير الخدمات اللوجستية، كانت أكثر صعوبة. وقد تفاقم الوضع بشكل خاص في دول أمريكا الجنوبية التي كانت حساسة تجاه القواعد الأمريكية، حيث كانت مرافق النقل والاتصالات بدائية. لسوء الحظ، كانت محطات مينيتراك تتطلب مناطق هادئة لاسلكيًا، وهي مناطق لا تتوافر عادةً مع روابط الاتصالات ومرافق الإمداد المطلوبة أيضًا. [...]

اختار فريق اختيار المواقع ستة مواقع في أمريكا الجنوبية: هافانا ، وبنما ، وكيتو ، وليما ، وأنتوفاغاستا ، وسانتياغو ؛ ولكن من سيتولى مهمة إنشاء محطات خارج الولايات المتحدة؟ كان الجيش الأمريكي، بحكم خبرته في نظام IAGS، الخيار الأمثل. في سبتمبر 1956، بدأ رئيس مهندسي الجيش أعمال البناء في المواقع الستة بناءً على طلب مختبر الأبحاث البحرية (NRL). وبشكل أكثر تحديدًا، أُسندت المهمة إلى فرقة عمل مشروع فانغارد التابعة لدائرة الخرائط بالجيش، والتي شُكّلت خصيصًا لهذا الغرض. تجدر الإشارة هنا إلى أن مواقع أمريكا الجنوبية، على الرغم من قربها من المدن الكبرى، كانت عمومًا بعيدة عن المرافق الحديثة وما يصاحبها من ضوضاء لاسلكية. وقد تسببت العزلة والظروف البدائية في مشاكل لوجستية ومعنوية للمشغلين في البداية.

تم إنشاء مواقع نظام التتبع المصغر (Minitrack) في الولايات المتحدة القارية بسهولة أكبر. أنشأت البحرية الأمريكية محطتي بلوسوم بوينت وسان دييغو ، وتولت تشغيلهما ؛ وتقع الأخيرة في قاعدة براون الجوية البحرية المساعدة، بالقرب من تشولا فيستا، كاليفورنيا ، وتتولى تشغيلها مختبرات الإلكترونيات البحرية . أما المحطات الواقعة في نطاق التتبع من كيب كانافيرال، فقد أُنشئت بالتعاون مع بريطانيا العظمى وتولت تشغيلها البحرية والقوات الجوية الأمريكية. بعد دراسة متطلبات التتبع واللوجستيات ومرافق الدعم، وقع الاختيار في النهاية على أنتيغوا وجزر تركس الكبرى لتكونا محطتين في نطاق التتبع، بدلاً من باربودا وماياغوانا اللتين كانتا مُخططتين في البداية . [...]

بدأت محطة بلوسوم بوينت، الواقعة على بُعد 56 كيلومترًا جنوب شرق واشنطن العاصمة ، عملياتها في يوليو 1956، وسرعان ما استُخدمت كمركز تدريب لمشغلي نظام مينيتراك ومنشأة اختبار لمعداته. خلال السنة الجيوفيزيائية الدولية وما بعدها، التحق العديد من الأجانب بدورة مينيتراك في بلوسوم بوينت. في الواقع، سهّلت رغبة مختبر الأبحاث البحرية ووكالة ناسا في توظيف وتدريب الأجانب في محطتي مينيتراك وستادان مهمة إنشاء منشآت أمريكية على أراضٍ أجنبية. وقد أثبتت محطات مينيتراك جدارتها مرارًا وتكرارًا كممثلين غير سياسيين ومحايدين للولايات المتحدة.

بدأ تشغيل شبكة مينيتراك الكاملة المكونة من عشر محطات خلال شهر أكتوبر عام 1957، وأُضيفت المحطة الحادية عشرة في ووميرا، أستراليا ، بعد شهر. كان من الواضح أن شبكة مينيتراك لم تكن ثابتة، إذ أُضيفت محطات وأُزيلت حسب متطلبات البرنامج الفضائي. فقد جعلت الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا ذات قدرة الإرسال الأعلى محطات مثل أنتوفاغاستا غير ضرورية. كما أوضحت المضايقات السياسية في كوبا، منذ سبتمبر عام 1957، أنه من المحتمل نقل محطة هافانا.

على الرغم من أن محطة مينيتراك يمكنها قياس الزوايا للأقمار الصناعية بدقة عالية، إلا أن استخدام هذه المعلومات لتحديد المدار يتطلب عملاً إضافياً. ^{[ 4 ]}

• يجب معرفة موقع المحطة بدقة متناهية. قبل الأقمار الصناعية، كان لكل قارة نظام إحداثيات مسح خاص بها، ولم تكن العلاقة بين هذه الأنظمة معروفة بدقة.
• يجب معرفة الوقت في المحطة بدقة. وكان الحل هو تركيب ساعة دقيقة في كل محطة، ومعايرتها بمقارنتها بالبث الإذاعي لمحطة WWV .
• بما أن تحديد مدار دقيق يتطلب أكثر من رصد واحد، كان لا بد من إرسال البيانات من كل محطة إلى موقع مركزي لتحديد المدار . وقد كان هذا الأمر صعباً نظراً لوجود المحطات في مناطق ذات عزل لاسلكي، وبالتالي تفتقر إلى بنية تحتية للاتصالات. فقام الجيش الأمريكي بالمساهمة في بناء مرافق اتصالات جديدة للمحطات.

بحلول الأول من أكتوبر عام ١٩٥٧، اكتمل مشروع مينيتراك باستثناء فحص بعض وصلات التلكس ومعايرة بعض المحطات. بعد ثلاثة أيام، بدأ القمر الصناعي سبوتنيك-١ عبور سياج مينيتراك كل ٩٦ دقيقة، لكنه كان يبث بتردد ٢٠ و٤٠ ميجاهرتز. كان مشغلو مينيتراك على علم بمرور سبوتنيك-١ فوقهم، لكنهم لم يتمكنوا من تتبعه باستخدام مقاييس التداخل بتردد ١٠٨ ميجاهرتز.

كان سبوتنيك 1 يبث على نطاقات الراديو للهواة، وحظي بتغطية إعلامية واسعة حيث التقط هواة الراديو في جميع أنحاء العالم إشاراته. أمضى مهندسو الراديو في الجيش والعديد من الهواة ليلة 4 أكتوبر 1957 في بناء وتعديل معداتهم لتتبع دوبلر. توفرت بيانات مدارية أولية في غضون يوم واحد. في مختبر الأبحاث البحرية (NRL)، كان فريق مينيتراك قد بدأ بالفعل في تعديل مينيتراك لاستقبال إشارات بتردد 40 ميجاهرتز. بعد أن نبهتهم إعلانات الراديو عن إطلاق سبوتنيك، عملوا ليلًا ونهارًا على قطع هوائيات ثنائية القطب بتردد 40 ميجاهرتز وتخطيط تعديلات الشبكة. تم تركيب هوائيات متقاطعة بتردد 40 ميجاهرتز بسرعة في بلوسوم بوينت وسان دييغو وليما؛ ولاحقًا في سانتياغو ووميرا. في غضون أيام قليلة، تم استقبال بيانات تتبع جيدة. في الواقع، قدم سبوتنيك 1 وسبوتنيك 2 تجارب تشغيلية ناجحة لمينيتراك. ^{[ 5 ]}

عندما أُطلقت الأقمار الصناعية الأمريكية إكسبلورر وفانغارد بعد بضعة أشهر، تمكن نظام مينيتراك من تتبعها بسهولة. وقد نجح هذا الأمر بشكل كافٍ لدرجة أن مقاييس التداخل في نظام مينيتراك شكلت أيضًا طريقة التتبع الأساسية لشبكة ستادان اللاحقة. ^{[ 6 ]}

بدأ تشغيل آخر محطة رئيسية من محطات مينيتراك التابعة للسنة الجيوفيزيائية في ووميرا خلال أكتوبر 1957. وباستثناء بعض التعديلات الطفيفة وإضافة مواقع وإعادة بناء المنشآت المؤقتة، لم تُجرَ أي تغييرات جوهرية على مينيتراك حتى تم تركيب الهوائي المكافئ الكبير الذي يبلغ قطره 26 مترًا في موقع فيربانكس الجديد في مايو 1962. [...] خلال هذه الفترة، تمكنت شبكة مينيتراك بسهولة من تتبع الأقمار الصناعية العلمية القليلة والبسيطة نسبيًا التي مرت فوقها. لقد كان وقتًا حافلًا بالتخطيط والبحث والتطوير المكثف، حيث خططت الدولة لبرامج فضائية سرعان ما استنفدت قدرات مينيتراك. ^{[ 7 ]}

مع ازدياد حجم الأقمار الصناعية وتطورها، ظهرت عدة مشاكل لم تستطع شركة مينيتراك التعامل معها بكفاءة، بالإضافة إلى بعض القدرات التي لم تكن ضرورية. ومن هذه:

• الأقمار الصناعية في مدارات قطبية. وقد تطلب ذلك مواقع جديدة للتتبع.
• الأقمار الصناعية في مدارات متزامنة. تتغير اتجاهات هذه الأقمار ببطء (أو قد تكون ثابتة تمامًا). هذا يجعل تتبع الزاوية أقل فائدة. ما نحتاجه في هذه الحالة، وخاصةً لمناورات هذه الأقمار، هو المدى ومعدل تغيره. لم يتمكن نظام مينيتراك من إجراء هذه القياسات. وينطبق وضع مشابه جدًا على الأقمار الصناعية القريبة من نقطة الأوج في مدارات بيضاوية. ^{[ 8 ]}
• ثمة حاجة إلى نطاقات تردد أكبر بكثير لإعادة البيانات، وبالتالي هوائيات أكبر. وكان القمر الصناعي نيمبوس أول قمر صناعي يُبرز هذه المسألة، إذ بدأ في إعادة الصور بدلاً من مجرد بيانات القياس عن بُعد الأساسية. ^{[ 9 ]}
• ازدادت مرافق القياس عن بعد والتحكم الآلية، مع ازدياد عدد الأقمار الصناعية وتطورها.
• انخفضت الحاجة إلى التتبع الأعمى بشكل كبير. ومع تحسن أنظمة التتبع في نطاقات الإطلاق، أصبحت العناصر المدارية الجيدة متاحة حتى قبل أن يغادر الصاروخ نطاق الإطلاق. ^{[ 10 ]}

ولتلبية هذه الاحتياجات الجديدة، تم إجراء عدد من التغييرات الأساسية على شبكة Minitrack: ^{[ 11 ]}

• تغييرات الموقع، والإغلاقات، والإضافات.
• إضافة أطباق أكبر حجماً بقياس 12 متراً (39 قدماً) و 26 متراً (85 قدماً) في بعض المواقع.    
• إضافة معدات تتبع المدى ومعدل المدى الخاصة بمركز غودارد (GRARR). ^{[ 12 ]}
• إضافة هوائيات جديدة للتتبع التلقائي عن بعد والتحكم (ساتان). ^{[ 13 ]}
• روابط اتصال أرضية أكبر وأكثر آلية بين المحطات.

أُطلق على الشبكة الناتجة في أوائل الستينيات اسم شبكة تتبع المركبات الفضائية واكتساب البيانات ، أو STADAN.

• ناسكوم

• ويليام ر. كورليس (1974). "تقرير ناسا الفني CR 140390، تاريخ شبكة تتبع الفضاء وجمع البيانات (STADAN)، وشبكة رحلات الفضاء المأهولة (MSFN)، وشبكة اتصالات ناسا (NASCOM)". ناسا. hdl : 2060/19750002909 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
• شرودر، سي إيه؛ لوني، سي إتش جونيور؛ كاربنتر، إتش إي جونيور (1957). "تقرير مشروع فانغارد رقم 18" . مختبر الأبحاث البحرية، واشنطن العاصمة. مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2016.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=