سلامت نیوز: هدف آخرین ماهواره‌ای که ناسا راهی مدار زمین کرده است، اندازه‌گیری و تخمین مقدار آب موجود در لایه سطحی خاک است. کار این ماهواره جمع‌آوری اطلاعات برای کمک به پیش‌بینی سیل و خشکسالی است.
به گزارش سلامت نیوز به نقل از روزنامه شرق ،ماهواره (SMAP» (Soil Moisture Active Passive» در ساعت‌های اولیه صبح به‌وقت محلی در روز ٣١ژانویه (١١بهمن٩٣) از پایگاه هوایی وندنبرگ در ساحل مرکزی کالیفرنیا به فضا پرتاب شد. حدود یک‌ساعت پس از پرتاب، ماهواره با موفقیت از راکت جدا شد و صفحه‌های خورشیدی خود را باز کرد تا تولید برق را آغاز و ارتباط با مرکز زمینی را برقرار کند. از وقتی که این ماهواره به مدار موردنظر در ارتفاع ٤٢٦مایلی (٦٨٥کیلومتری) رسید، مهندسان به‌مدت دو‌هفته به رصد و پایش اولیه دودستگاهی پرداختند که میزان نم و رطوبت خاک را اندازه‌گیری می‌کند. به مدت سه‌ماه پس از پرتاب، ماهواره در حالت آزمایشی قرار دارد و مهندسان در حال بررسی و کالیبره‌کردن دستگاه‌های ماهواره خواهند بود. ماموریت این ماهواره سه‌ساله است و هدفش ردیابی و پیگیری میزان آب موجود در خاک است تا بتواند به ساکنان مناطق کم‌ارتفاع در پیش‌بینی سیل و کاهش خسارات آن کمک کند و کشاورزان هم بتوانند با استفاده از این داده‌ها، خود را برای شرایط خشکسالی آماده کنند. دانشمندان امیدوارند داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط این ماهواره (به‌عنوان آخرین ماهواره متعلق به ناوگان ناسا که در حال گردش در مدار زمین هستند)، پیش‌بینی‌های مربوط به سیل و پایش خشکسالی را دقیق‌تر کند. «دارا انتخابی»، سرپرست ایرانی تیم دانشمندان ناسا، در این ماموریت از موسسه تکنولوژی ماساچوست می‌گوید در حال حاضر نقشه‌های خشکسالی و راهنمای سیلاب که دولت فدرال آمریکا آنها را منتشر می‌کند، بر پایه مدل‌سازی رایانه‌ای است، اما اندازه‌گیری‌ها و داده‌های ماهواره «SMAP»، بر پایه زمان حقیقی یا آنی است که می‌توان در پیش‌بینی‌های دقیق هواشناسی از آنها استفاده کرد. برای آشنایی بیشتر و دقیق‌تر با ساختار و کارکرد این ماهواره با پروفسور «دارا انتخابی» سرپرست و مدیر تیم علمی ماهواره «SMAP» گفت‌وگو کردیم.
تا پیش از پرتاب این ماهواره، اطلاعات مربوط به رطوبت خاک چگونه فراهم می‌شد؟
تا قبل از این پروژه که در سال٢٠٠٠ آغاز شد، بیشتر از داده‌های ماهواره‌های دیگر استفاده می‌شد. این ماهواره‌ها با اهداف متفاوتی ساخته شده بودند و دقت زمانی و مکانی لازم برای مجموعه مطالعات اقلیمی، هواشناسی، کشاورزی و مدیریت منابع آب را نداشتند. در کنار اینها از مدل‌های هیدرولوژیکی هم برای تخمین رطوبت خاک براساس میزان بارش مشاهده‌شده استفاده می‌شد.
ایده اصلی ساخت این ماهواره از کجا آمد؟
طبق تحقیقاتی که در دهه‌های ٨٠ و ٩٠میلادی انجام شد (که بیشتر آن هم در موسسه تکنولوژی ماساچوست بود) ما متوجه شدیم که برای درک بهتر و مدل‌سازی دقیق‌تر اثرات متقابل جو و سطح زمین در چرخه آب، نیاز به اندازه‌گیری و پایش پیوسته رطوبت خاک است، اما این امکان با استفاده از دستگاه‌های زمینی به‌دلیل پراکندگی آنها فراهم نیست. به همین دلیل ایده سنجش از راه دور رطوبت سطحی خاک، از حدود ٢٥سال پیش آغاز شد. در آن زمان تکنولوژی این‌روش هنوز به‌طور کامل پیشرفت نکرده بود و مطالعات اولیه شروع شد. در سال٢٠٠٠ گروه جدیدی برای هدایت این پروژه گرد هم آمدند و به همین دلیل می‌توان گفت آغاز این پروژه امروزی است.
چطور شد که فکر طراحی و ساخت این ماهواره مطرح شد؟
در سال‌های گذشته (که شاید بالغ‌بر دو‌دهه می‌شود)، عمدتا از داده‌های ثبت‌شده از دیگر ماهواره‌ها و مدارگردها برای بررسی رطوبت خاک و متغیرهای وابسته به آن استفاده شده است. این داده‌ها عمدتا در هواشناسی و مهندسی آب کاربرد دارند، اما پس از چندسال، به این نتیجه رسیدیم که این اطلاعات کافی نیستند و باید به فکر ساخت ماهواره‌ای جدید با قابلیت‌های متعدد و تازه بود. پس از مطالعات و بررسی‌های گسترده، به فکر ارایه طرح‌هایی درخصوص ساخت ماهواره‌ای جدید افتادم که حاصل آن ماهواره «SMAP» است. در این فناوری نوین از ریزموج‌هایی با فرکانس ١/٤گیگاهرتز استفاده می‌شود.
مهم‌ترین ویژگی‌ها و مزیت‌های این ماهواره چیست؟
در فناوری‌های فعلی از ریزموج‌هایی نظیر نور مادون قرمز و نورهای مریی یا قابل‌رویت برای بررسی متغیرهای جوی استفاده می‌شود، اما برای مشخص‌کردن میزان رطوبت خاک مناسب نیستند و علت آن نیز این است که جو زمین این نوع امواج را از بین می‌برد. اما ریزموج‌هایی که در این ماهواره از آنها استفاده می‌کنیم، برای بررسی سطح زمین حساسیت بالایی دارند و درعین‌حال اتمسفر نیز تاثیری بر آنها نمی‌گذارد.
هزینه‌های این پروژه چه‌مقدار بود؟ ویژگی‌های فنی آن چیست؟
ماهواره «SMAP» با بودجه ٩١٦میلیون‌دلاری ساخته شد. این ماهواره ٩٤٤کیلوگرم وزن دارد و دودستگاه اندازه‌گیری راداری و رادیومتری دارد. این ماهواره همچنین یک آنتن بازتاب‌دهنده دایروی دارد که مانند چتر جمع‌شده‌ای درون راکت جاسازی کردند تا پس از پرتاب به فضا باز شود.
این ماهواره در چه ارتفاعی مستقر می‌شود و مشخصات مداری آن چیست؟
این ماهواره در مدار ٦٨٥کیلومتری زمین مستقر شده است و حدودا هر ١٠٠دقیقه یک‌مدار کامل دور زمین را طی و هر دو تا سه‌روز نیز تمام سطح زمین را به‌دقت بررسی می‌کند.
اهمیت موضوع رطوبت خاک چیست که شما جذب این پروژه شدید؟
رطوبت خاک در مدل‌های اقلیمی و هواشناسی نقش بسیارمهمی ایفا می‌کند. از آن دوره که محققان مدل‌پردازی اقلیم را شروع کردند، اهمیت این متغیر محیط‌زیستی را شناختند و سعی کردند داده‌هایی راجع‌به این موضوع جمع‌آوری کنند.
همکاری دانشمندان با ناسا چگونه برقرار می‌شود؟ پیشنهاد همکاری از طرف فرد است یا ناسا؟ از طرف دانشگاه است یا یک‌نهاد مستقل دیگر؟
پیشنهاد همکاری با ناسا به‌طور دوجانبه برقرار می‌شود. دانشمندان در مراکز پژوهشی و دانشگاه‌ها، نظرات خود را راجع به اهمیت نسبی تغییرات محیط‌زیست با ناسا درمیان می‌گذارند و در مقابل هم ناسا تکنولوژی‌های پیشرفته برای سنجش از‌راه‌دور را با پژوهشگران درمیان می‌گذارد. در نتیجه این تعامل دوطرفه یک‌تیم از دانشمندان (مرکب از دانشگاهیان و کارشناسان ناسا) انتخاب شده و مسوول پروژه‌ای که مدنظر هر‌دوطرف است، می‌شوند.
این ماهواره شامل چه بخش‌ها و چه دستگاه‌هایی است؟ اگر امکان دارد درباره ساختار و همچنین چگونگی کارکرد آنها کمی توضیح دهید.
این ماهواره دو تکنولوژی سنجش از‌راه‌دور را برای اندازه‌گیری و نقشه‌پردازی رطوبت خاک به کار میگیرد. یک دستگاه همچون دوربین، امواج طبیعی را اندازه‌گیری می‌کند (رادیومتری)، ولی برخلاف دوربین که امواج مریی را سنجش می‌کند، دستگاه این ماهواره، در فرکانس ریزموج عمل می‌کند. یکی از خصوصیات ریزموج که از آن استفاده می‌شود، حساسیت به رطوبت خاک است. در ضمن ریزموج از ابر و پوشش گیاهی عبور می‌کند که از این نظر با موج نور معمولی فرق دارد. دستگاه دوم راداری است که در همین ریزموج عمل می‌کند، ولی پرتوهایی را می‌فرستد و بازتاب آنها را اندازه میگیرد. این ماهواره با استفاده از داده‌های این دودستگاه، رطوبت سطح خاک در سطح کره‌زمین را در هر ٩کیلومتر و با حساسیت خوب اندازه میگیرد.
طراحی و ساخت ماهواره‌ای برای سنجش رطوبت، چه مشکلاتی را می‌تواند حل کند؟
اطلاع از رطوبت خاک در پیش‌بینی کوتاه‌مدت جوی (تا ١٠روز) و در پیش‌بینی فصلی اقلیم نقش بسیار مهمی دارد. انتظار می‌رود با استفاده از داده‌های این ماهواره، دقت پیش‌بینی رویدادهایی چون خشکسالی و سیلاب در چندسال آینده بهبود یابد.
اصولا بررسی رطوبت خاک چه اهمیتی دارد؟
اندازه‌گیری رطوبت خاک، نقش بسیارمهمی برای بررسی دقیق چرخه‌های کربن، انرژی و آب در سراسر زمین دارد. رطوبت خاک متغیری است که این سه‌چرخه را به یکدیگر متصل می‌کند. با بررسی و کنترل تراوشات گیاهان و تبخیر می‌توان بر این چرخه‌ها نظارت کرد.
طراحی و ساخت ماهواره‌ای برای سنجش رطوبت و خشکسالی، به همکاری و هماهنگی گروه‌های بسیاری مانند دانشمندان، مهندسان، کارشناسان زمین‌شناسی، محیط‌زیست و... وابسته است. این هماهنگی چگونه انجام می‌شود؟
تیمی که در سال٢٠٠٠ برای انجام این پروژه تشکیل شد، شامل متخصصان رشته‌های مختلف همچون مهندسی الکترونیک، مهندسی محیط‌زیست و جوشناسی بود. این ترکیب با نظر و مشورت همه افراد درگیر در پروژه انتخاب می‌شود. هر عضو این تیم، نقش بسیار ارزنده‌ای در مراحل مطالعه و ساخت این ماهواره ایفا کرد.
از زمان شکل‌گیری ایده این ماهواره تا طراحی و ساخت آن، چه مراحلی طی شده است؟
از روز مطرح‌شدن ایده تا تکمیل و به‌کارگیری آن، حدود ١٥سال طول کشید. این ١٥سال را تقریبا می‌توان به سه دوره تقسیم کرد. پنج‌سال اول، صرف توزیع و تعیین نیازهای دستگاه‌های سنجش شد. در پنج‌سال دوم، کار طراحی دقیق دستگاه‌ها و نرم‌افزارهای لازم برای پردازش داده‌ها انجام شد. پنج‌سال آخر نیز صرف ساخت ماهواره و تشکیل کامل سیستم مخابراتی و توزیع داده‌ها شد.
کمی هم درباره موشک حامل این ماهواره که آن را به مدار برد، توضیح دهید.
ماهواره با یک موشک دلتا-٢ که ساخت آمریکاست، در ٣١ ژانویه پرتاب شد. این موشک ساخت بخش خصوصی است و ناسا آن را خریداری کرده است.
کار شما هنگام بهره‌برداری از داده‌های ماهواره یا تفسیر اطلاعات آن چیست؟
مسوولیت من به‌عنوان مدیر تیم علمی بعد از آغاز گردآوری داده‌ها توسط ماهواره، معتبرسازی و تفسیر اطلاعات درباره رطوبت خاک است. اندازه‌‌گیری‌های دریافتی از ماهواره در چندماه اول به‌طور دقیق کنترل شده و در مقایسه با داده‌های مشاهداتی در نقاطی از سطح زمین ارزیابی و واسنجی می‌شود. در مرحله بعد، ما از این اطلاعات در پژوهش‌های مختلف مرتبط با هواشناسی، خشکسالی، تغییرات اقلیمی و موارد مشابه استفاده می‌کنیم.
آیا ممکن است یک گروه هنگام طراحی و ساخت یک ماهواره، دچار محدودیت شود؟ (محدودیت‌هایی مانند لحاظ زمان، بودجه یا اندازه ماهواره)؟
در طول این ١٥سال چنین موانعی در زمینه مهندسی و بودجه‌‌ای پیش آمد، ولی تیم پروژه، یک به یک این موانع را رفع کرد.
اگر ماهواره درست کار نکند، پول و هزینه، انرژی و وقت زیادی تلف می‌شود. چه نظارت‌هایی انجام می‌شود تا ماهواره بدون عیب باشد؟
از آنجا که بسیاری از ماهواره‌ها قابل بازگشت و تعمیر نیستند، تیم‌های طراحی و ساخت ماهواره‌ها، دقت و حراست فراوانی را در طراحی آنها اعمال می‌کنند. آزمایش‌های بسیاری قبل از پرتاب ماهواره در اتاق‌های شبیه‌ساز در ناسا انجام می‌شود تا از عملکرد درست همه دستگاه‌ها در شرایطی مشابه آنچه در مدار خواهد بود، اطمینان به عمل آید. خوشبختانه تا امروز که هفته‌های اول کار ماهواره است، مشکلاتی پیش نیامده و ماهواره به‌طور عادی و پیش‌بینی‌شده عمل می‌کند.
اگر ماهواره‌ای ناموفق باشد آیا امکان دارد طراحان آن دچار مشکل شوند؟ (مثلا در آینده با آنها قرارداد ماهواره بعدی را نبندند).
در طراحی و اداره یک ماهواره ریسک‌های فراوانی وجود دارد، ولی پاداش چشمگیری هم به همراه دارد. مسوولان، مهندسان و دانشمندان از ریسک‌ها و مخاطرات در این حوزه آگاه هستند.
آیا در این پروژه، دانشمندان و مهندسان ایرانی هم همراه و همکار شما بودند؟
از ١٤نفری که تیم اصلی علمی این پروژه را تشکیل می‌دهند، سه دانشمند ایرانی، نقش فعال و پررنگی داشتند. تیم مهندسی هم شامل تعدادی از هموطنان بود. گروه پژوهشی خود من که شامل تعداد زیادی دانشجو است، از دانش‌آموختگان دانشگاه‌های ایران بهره برده است. امیدوارم پژوهشگران ایرانی باوجود محل اقامت و سکونت بتوانند در هر نقطه دنیا که هستند، در پروژه‌های علمی در سطح جهانی همواره فعال باشند.
در پایان اگر نکته‌ای است، بفرمایید.
داده‌های حاصل از این ماهواره با کمترین تاخیر، آماده استفاده از طریق اینترنت است. امیدوارم دانشمندان و پژوهشگران ایران بتوانند از این اطلاعات به‌طور کامل استفاده کنند. امیدوارم این برنامه تحقیقاتی برای من هم فرصتی باشد تا با همکاران و همراهان ایرانی داخل و خارج از کشور تماس و ارتباط‌های نزدیک‌تری برقرار کنم. اگر شما و خوانندگان‌تان نیز به این پروژه علاقه‌مند شدید، می‌توانید با مراجعه به درگاه http://smap.jpl.nasa.gov اطلاعات بیشتری درباره این پروژه کسب کنید.
-------------------------------------------------------------------------------------------
پروفسور «دارا انتخابی»، سرپرست و مدیر ایرانی تیم علمی این طرح تحقیقاتی، دی‌ماه ١٣٣٩ در تهران متولد شد. وی دوران تحصیلات ابتدایی را در تهران گذراند و چهارسال آخر پایان دبیرستان را در آمریکا تحصیل کرد. «انتخابی» در سال١٩٩٠ از موسسه تکنولوژی ماساچوست دکترا گرفت و از سال١٩٩١ تاکنون استاد دانشکده‌های عمران و محیط‌زیست و همچنین علوم زمین و جو موسسه تکنولوژی ماساچوست است و حوزه پژوهشی او، اقلیم و آب‌شناسی است.
نظر شما