پايان سفر هفت ساله فضاپيمايى «كاسينى» و استقرار آن در مدار سياره «كيوان» و پرتاب و فرود تاريخى كاوشگر آن - هويگنس - بر سطح قمر اسرار آميز «تيتان» در نخستين روزهاى سال ميلادى جديد كه از آن به عنوان بزرگترين و بلند پروازانه ترين مأموريت اكتشافى فضايى ياد شده، مدتها در كانون توجه محافل علمى و خبرى جهان قرار داشت.
با اين حال، عبور موفق فضاپيماى «كاسينى» از حلقه هاى پيرامون سياره كيوان ومأموريت خبرساز و استثنايى «هويگنس» تنها بخشى از مراحل مأموريت چهار ساله كاوشگر «كاسينى» در اطراف سياره كيوان (زحل) است كه با هدف بررسى اقمار متعدد اين سياره غول پيكر و پاسخ دادن به برخى از مهمترين سؤالات بشر درباره چگونگى شكل گيرى سياره ها و حيات احتمال در نقاط ديگر منظومه شمسى طراحى شده و با دقت و حساسيت ويژه دنبال مى شود.
ايسنا در پيگيرى روند شكل گيرى و اجراى اين مأموريت فضايى كه نمونه كم نظيرى از همكارى هاى مشترك علمى بين آژانس فضايى اروپا، ناسا و آژانس فضايى ايتاليا است در گفت وگو با دكتر مهتا مقدم، دانشيار علوم و مهندسى رادار دانشگاه «ميشيگان» و از مهندسان مجرب آزمايشگاه پيشرانش جت(JPL) ناسا كه به عنوان مهندس سيستم، مسؤوليت نظارت بر عملكرد اعضاى تيم سيستم هاى رادارى «كاسينى» و هماهنگى اين تيم با ساير بخش هاى پروژه را به عهده داشته است، توضيحات و ديدگاه هاى وى را پيرامون جنبه هاى مختلف اين مأموريت از جمله روند شكل گيرى و اجراى آن، اهداف اين مأموريت و چشم انداز آتى آن، چالش ها و مخاطرات احتمالى پروژه در مراحل مختلف اجرا و نحوه رفع آنها، سيستم هاى نرم افزارى و سخت افزارى رادار فضاپيما، نحوه ارتباط آن با كاوشگر هويگنس و ايستگاه هاى زمينى، دستاوردهاى اين مأموريت تاريخى و ... جويا شده است.
دانشمند ايرانى ناسا و عضو تيم ويژه طراحى مأموريت هاى فضايى آزمايشگاه پيشرانش جت (JPL) در اين گفت وگو همچنين درباره فعاليت ها و پروژه هاى برخى ديگر از بخش هاى ناسا از جمله طرح هاى مطالعاتى «ناسا» درباره سياره زمين، رادار SAR و نحوه عملكرد و كاربردهاى آن و استفاده هاى JPL از اين رادار، تيم X ناسا و فعاليت هاى آن و ... توضيحاتى ارائه داده است.
دكتر مهتا مقدم در سال ۱۳۴۴ در تهران متولد شد. دوره ابتدايى را در دبستان «هدف» به پايان برد و پس از آن به عنوان اولين گروه ورودى به مدرسه تيزهوشان (سازمان ملى پرورش استعدادهاى درخشان) رفت و تا سال ۱۹۸۰ (۱۳۵۹) آنجا بود. وى سال دوم نظرى را به صورت جهشى پشت سرگذاشت و در دبيرستان «فراست» ثبت نام كرده و در سال ۱۳۶۱ از اين مدرسه فارغ التحصيل شد. پس از آن در همان سال به آمريكا سفر كرد و در ژانويه سال ۱۹۸۳ (۱۳۶۱) در دانشگاه «كانزاس» ثبت نام كرد.
وى مدرك ليسانس خود را در سال ۱۳۶۵ از اين دانشگاه اخذ كرد و مدارك فوق ليسانس و دكترى خود را نيز در رشته هاى مهندسى برق و كامپيوتر به ترتيب در سال هاى ۱۹۸۹ (۱۳۶۸) و ۱۹۹۱ (۱۳۷۰) از دانشگاه ايلينويز در اوربانا كمپين دريافت كرد.
دكتر مقدم سال هاى ۱۹۹۱ تا ۲۰۰۳ را در بخش علوم و مهندسى رادار آزمايشگاه JPL مؤسسه فناورى كاليفرنيا در پاسادنا بود.
وى در آزمايشگاه JPL رويكردها و الگوريتم هاى نوآورى براى تفسير كميتى از تصويرپردازى چند كاناله SAR مبتنى بر تكنيك هاى پخش متقابل تحليلى قابل كاربرد براى رسانه هاى تركيبى و تصادفى ارائه كرد.
وى همچنين يك رويكرد كميتى براى آميزه داده ها براى تركيب SAR و داده هاى حسى نورى كنترل از راه دور براى تخمين غيرخطى از پارامترهاى سطح و گياهى ارائه كرد.
ساير اقدامات و ارائه هاى دكتر مقدم شامل طراحى ابزار و فناورى هاى اندازه گيرى رادارى جديد براى خصيصه زير سطح ها و زيرتاق ها است.
وى هم اكنون و در گذشته عضو اصلى و همكار تحقيقاتى بر روى چندين پروژه تحقيقاتى بوده و هست و بيش از ۱۰۰ مجله و مقاله كنفرانسى دارد.
ساير مسؤوليت هاى اصلى وى شامل مهندسى سيستم ها براى رادار كاسينى، سرپرست گروه علمى JPL براى Light SAR و رئيس علمى تيم X اين آزمايشگاه است.
دكتر مقدم، رئيس و دستيار رئيس در چندين اجلاس كنفرانسى و دستيار رئيس هيأت رادار دركارگاه NASA/ESTO براى تعريف فناورى ها و سناريوهاى ارزيابى رادارى در آينده بوده است.
وى در حال حاضر سرپرستى يك پروژه برنامه انكوباتور ابزارى ناسا براى طراحى فناورى ها و اجزاى ارزيابى پيشرفته براى يك وسيله SAR توليد فضايى با فركانس پايين (UHF+VHF) براى اندازه گيرى جهانى از رطوبت خاك عميق و زيرتاق است.
ساير پروژه هاى تحقيقاتى دكتر مقدم شامل طراحى و تحليل رادارهاى فركانس كوتاه براى ويژگى زير سطح و زيرتاق، نقشه كشى سطحى و زمينى مقدارى از تصويرپردازى ماهواره اى چند حسگر، طراحى اجزاى فناورى آنتن با مقياس بزرگ براى رادار آينده و كاربردهاى راديومترى و تحليل تئورى از مشكلات پخش بالعكس و پيش رونده مربوط به فناورى هاى رادارى بالا است.
وى در حال حاضر دانشيار مهندس الكترونيك و علوم رايانه در دانشگاه ميشيگان است و در اين دانشگاه وظيفه تدريس واحدهاى درسى در رشته هاى الكترومغناطيس و رادار و سرپرستى يك گروه پژوهشى بر روى اين موضوعات را برعهده دارد.
دكتر مقدم يك عضو ارشد IEEE عضو كميسيون B در URSI آكادمى الكترومغناطيس و عضو افتخارى انجمن هاى Phi Kappa Phi و Tau Beta Pi و Eta Kappa Nu است.
طراحى و ساخت فضاپيماى كاسينى و هويگنس از چه سالى آغاز شد و كى به پايان رسيد؟
«پروژه كاسينى در ابتدا در اواسط سال ۱۹۸۰ طرح ريزى شد. بخش اصلى توسعه پروژه در سال ۱۹۹۷ با پرتاب فضاپيما و آغاز سفر هفت ساله آن به سمت كيوان و منظومه قمرى آن به ويژه تيتان پايان يافت. كاسينى داراى تعدادى سيستم هاى اندازه گيرى شامل رادار، راديومتر، دوربين ها، طيف سنج ها و ابزار منطقه اى و ذره اى است. اين سيستم ها به طور كلى به دو نوع سيستم هاى كنترل از راه دور و سيستم هاى حاضر در محل يا در دسترس تقسيم مى شوند.
كاوشگر هويگنس كه به سمت تيتان رها شد و اطلاعات شگفت انگيزى درباره اين قمر به دست آورد، تنها وسيله اى است كه فضاپيما را ترك خواهد كرد. در حال حاضر در مجموع ۱۲ وسيله به تنهايى بر روى فضاپيما سوار است و شش وسيله نيز بر روى هويگنس مى باشد.
كاسينى بزرگ ترين و پرهزينه ترين پروژه سياره اى ناسا است. بايد متذكر شد كه آژانس فضايى آمريكا (ناسا)، آژانس فضايى اروپا (اسا) و آژانس فضايى ايتاليادر پروژه كاسينى همكارى دارند.كاوشگر هويگنس در آژانس فضايى اروپا ساخته شد و توسط ناسا به فضاپيماى كاسينى ملحق شد. همچنين آزمايشگاه JPL ناسا مدارپيما را مديريت كرده و ساخته است.»
شما از چه زمان و در چه بخشى از اين طرح همكارى داريد؟ آيا اين همكارى ادامه دارد؟
«همكارى من با پروژه كاسينى در سال ۱۹۹۴ آغاز شد و تا پرتاب فضاپيما در سال ۱۹۹۷ ادامه يافت. من همكارى پاره وقتم را با پروژه تقريباً تا سال ۲۰۰۰ براى كمك به تحليل وضعيت سيستم رادار هم زمان با ارسال اطلاعات دوره اى درباره سلامت سيستم هاى مختلف از سوى فضاپيما، ادامه دادم.
در طول مرحله پيشرفتى پروژه، با تيم رادار كاسينى همراه بودم و به عنوان مهندس سيستم هاى آن مسؤوليت اطمينان از عملكرد صحيح سيستم ها تا پايان را بر عهده داشتم. يك مهندس سيستم به طور كلى بايد مطمئن شود كه يك سيستم مقرر مطابق با ويژگى هاى طراحى شده عمل كند و تمام زيرسيستم ها نيز به خوبى كار كنند.
به علاوه، نقش مهندس هاى سيستم بسيار مهم است زيرا اين افراد هستند كه مسؤوليت تأييد نهايى تمامى سيستم ها را بر عهده دارند. هر مشكلى كه توسط يك مهندس سيستم پيدا شود به مهندسان سخت افزارى كه اساساً نقش تعمير اشكالات و بازگرداندن گزارش به مهندسان سيستم را دارند، گزارش مى شود. تحليل هاى مخصوص و ابزار شناسايى كه از سوى مهندسان سيستم شناخته شده به آن ها اجازه مى دهد مشكلات را كشف كرده و پاسخى براى تيم سخت افزارى تهيه كنند.»
«كاسينى» در طول مأموريت خود چه اطلاعاتى را درباره سياره كيوان و قمرهاى آن كسب مى كند؟ آيا در طول چهار سال آينده مأموريت جانبى ديگرى - مثل هويگنس - وجود دارد؟
«چندين جنبه شگفت انگيز در مورد كيوان و قمر آن وجود دارد كه هدف كاسينى كشف آن ها است. كيوان يك سياره عظيم است كه اكثراً از هيدروژن و هليم تشكيل شده و ۳۳ قمر مشهور دارد. كيوان يك اتمسفر مغناطيسى اساسى دارد. تصور مى شود كه رنگ طلايى ظاهر سياره نتيجه گرماى داخلى است كه با بادهاى بسيار سريع (با سرعت بيش از هزار و ۸۰۰ كيلومتر در سرعت) در اتمسفر آن تركيب مى شود.
شهرت كيوان البته به دليل حلقه هايش است كه از ذرات بسيارى در اندازه هاى مختلف (كمتر از يك ميلى متر تا چندين متر) تشكيل شده اند كه اين ذرات در ابتدا بخش هايى از قمرها يا دنباله دارها بوده اند.
جالب ترين قمر كيوان كه تاكنون كشف شده «تيتان» است كه علت آن، داشتن يك اتمسفر مخصوص به خود است كه اين حالت بسيار به ندرت براى يك قمر به وجود مى آيد. وضعيت اين قمر تقريباً مشابه وضعيت زمين در ميلياردها سال پيش يعنى قبل از آغاز حيات بر روى آن است و بنابراين مى تواند منبعى براى درك منشأ پيدايش زمين و حيات باشد. كاسينى اولين فضاپيمايى است كه تا كنون به دور منظومه كيوانى گرديده است.
اين فضاپيما گردش خود را از جولاى سال ۲۰۰۰ با ورود به مدار آغاز كرد كه چهار سال طول خود كشيد و در نهايت اين فضاپيما ۷۰ دور در مدار مى چرخد تا انواع اطلاعات مختلف را درباره سياره و برخى از اقمار آن به ويژه تيتان جمع آورى كند. از اهداف اصلى مأموريت بررسى و جست وجوى حلقه ها و موقعيت هاى آن ها و نيز اندازه گيرى اتمسفر مغناطيس و جو كيوان است.
بازرسى جو و سطح سازنده تيتان هدف اصلى ديگرى است كه ابزارهاى مختلف كاسينى تاكنون اين مأموريت ها را آغاز كرده اند. به ويژه، كاوشگر هويگنس چند ماه پيش براى جمع آورى مقياس ها درباره تركيبات شيميايى جو تيتان به سمت اين قمر رها شد.
به همراه آن ابزار مربوطه تصويرى از كيوان و اقمار آن را با جزييات درباره، دما، حوزه هاى پرتوى، تركيبات سطح و اتمسفر، ذرات داغ و خنثى، بادهاى خورشيدى و ... ترسيم خواهند كرد.
در ادامه اين مأموريت، فضاپيماى كاسينى بارها دور منظومه كيوان خواهد چرخيد و اندازه گيرى هايى را از خارج فضاپيما تهيه خواهد كرد؛ البته هيچ كاوشگر ديگرى شبيه هويگنس كه فضاپيما را ترك كند وجود ندارد.»
عمر مفيد فضاپيماى «كاسينى» چقدر است؟ اين فضاپيما پس از پايان مأموريت چه سرنوشتى خواهد داشت؟
« طول مدت مأموريت اين فضاپيما چهار سال است ولى به رغم مأموريت هاى اوليه اگر پس از پايان چهار سال كاسينى هنوز به خوبى كار كند، اين مأموريت احتمالاً افزايش خواهد يافت. در حال حاضر اين امر مشخص نيست، اما ممكن است در صورت سالم ماندن سيستم ها و وجود بودجه كافى ناسا تصميم به ادامه مأموريت بگيرد. پروژه موسوم به فضاپيماى دوقلو نمونه بارزى از تمديد مأموريت هاى فضايى است كه ۲۷ سال ادامه پيدا كرد و به لبه منظومه شمسى رسيد.
البته وضعيت كاسينى متفاوت است، چرا كه در مدار منظومه كيوانى مى گردد و بنابراين نمى تواند رها شود. به اين ترتيب حتى در صورت افزايش مدت مأموريت دوباره به مدار خود بازخواهد گشت.»
طرح عظيم «هويگنس - كاسينى» چقدر هزينه مالى داشته است و چه كشورهايى در اين طرح همكارى دارند؟
«هزينه پروژه كاسينى در حدود ۳‎/۳ ميليارد دلار تخمين مى زنند. من از جزييات اين بودجه اطلاع ندارم اما بايد متذكر شد كه بخش عمده اين هزينه ها صرف ادامه مأموريت مى شود و تنها صرف توليد آن نشده است. هميشه يك نگرانى در تصميمات گسترش مدت مأموريت وجود دارد. سهم ناسا از بودجه تاكنون بيشتر از آژانس هاى فضايى اروپا و ايتاليا بوده است و ناسا بيش از دو سوم بودجه را پرداخت كرده است.»


با توجه به اين كه برنامه ريزى مأموريت «هويگنس» از سال ها قبل انجام شده بود آيا در اين مدت با مشكل پيش بينى نشده اى در سيستم ارتباطى «كاسينى» و «هويگنس» مواجه نشديد؟ چطور اين مشكل را رفع كرديد؟
« يك اشكال مهم در طراحى خط ارتباطاتى ميان فضاپيماى كاسينى و كاوشگر هويگنس وجود داشت. اين اشكال از اين واقعيت نشأت گرفت كه وقتى يك موج (مانند امواج صوتى و راديويى) از يك منبع در حال حركت منتقل مى شوند، يك گيرنده در جلوى منبع شاهد افزايش در فركانس موج خواهد بود، در حالى كه گيرنده پشت منبع فركانس پايين ترى را اندازه گيرى خواهد كرد.
زمانى كه هم فرستنده و هم گيرنده حركت مى كنند، سرعت نسبى آن ها در طول خطى كه آن ها را به هم مرتبط مى كند. اين جهش در فركانس مشاهده شده را نشان مى دهد. اين وضعيت «Doppler Shift» ناميده مى شود كه براى مثال زمانى اتفاق مى افتد كه ما صداى آژير آمبولانسى را مى شنويم.
در ابتدا ما صدايى با فركانس پايين را مى شنويم (صداى بم) و هرچه آمبولانس نزديك تر مى شود، موج صوتى دريافتى شدت بيشترى پيدا مى كند (صداى زير)، براى خط ارتباطاتى كاسينى - هويگنس، اين پديده بايد به گونه اى مناسب در نظر گرفته مى شد، چرا كه در طول مهم ترين مرحله از فرود هويگنس بر روى تيتان، در حالى كه كاسينى، سفينه مادر در مدار بالا مى گردد، سرعت نسبى ميان اين دو بين ۵‎/۵ كيلومتر در ثانيه خواهد بود كه نتيجه آن يك Doppler Shift ۳۸ كيلوهرتزى است.
مهندسان آژانس فضايى اروپا پى بردند در حالى كه خط ارتباطى طورى طراحى شده است كه اين جهش در فركانس حاصل سيگنال هاى هويگنس به سمت كاسينى در نظر گرفته شد، يك حقيقت ظريف و مربوط ديگر ناديده گرفته شد.
در سيستم هاى ارتباطاتى، ارسال سيگنال حاوى اطلاعات در رأس يك سيگنال حامل امرى متداول است؛ بنابراين اطلاعات، كه يك سيگنال با پهناى باند كوچكتر است، در رأس يك موج حامل با فركانس بالاتر حركت مى كند. طرح هاى گوناگونى براى كد گذارى سيگنال اطلاعاتى جهت دسترسى به كميت و كيفيت بالاى اطلاعاتى براى يك پهناى باند موجود كم در اطراف فركانس حامل متمركز شده وجود دارد.
خط ارتباطاتى ميان كاسينى و هويگنس از يك طرح كدگذارى موسوم به «Phase-Shift Keying » يا PSK براى انتقال بيت هايى از جريان داده ها شامل يك ها و صفرها استفاده مى كند. در PSK، مرحله سيگنال ديجيتالى دريافتى مشخص مى شود كه آيا به يك بيت «۱» يا به يك بيت «۰» در مقايسه با يك سيگنال مرجع ترجمه شده است يا نه.
اين امر نيازمند زمان بندى دقيقى بين سيگنال دريافتى و سيگنال مرجع است. اگر زمان بندى اشتباه باشد، بيت ها به اشتباه رمزگشايى مى شوند به طورى كه ممكن است يك بيت «۱» به اشتباه به بيت «۰» تعبير شده و بنابراين كل سيگنال اطلاعاتى در هم ريخته و مغشوش مى شود.
اشكال در طراحى خط كاسينى - هويگنس اين بود كه اگرچه بر روى سيگنال حامل Doppler Shift توضيح داده شد، فاقد يك طرح مشابه براى سيگنال اطلاعاتى واقعى بود كه بر روى حامل حركت مى كند. در نتيجه اين امر باعث گم شدن هم زمانى ميان دو سيگنال مى شود و در نهايت سيگنال مربوطه قابل رمزگشايى نخواهد بود.
يك مهندس سوئدى به نام «بوريس المرز»، كه براى آژانس فضايى اروپا كار مى كند، موفق به كشف اين مشكل شد.
زمانى كه وى مهندسان و مديريت پروژه «كاسينى» را در اين واقعيت مطرح كرد، تيمى براى حل اين مشكل تشكيل شد. اگر «كاسينى» هنوز بر روى زمين مى بود، راه حل بسيار ساده بود؛ اما با توجه به اين كه فضاپيما تا آن هنگام در مسير حركت بود و بنابراين تعمير نرم افزار ثابت كه پارامترهاى سيستم ارتباطاتى را كنترل مى كند غير ممكن بوده و بايد راه حل هاى ديگرى پيدا مى شد، پس از بررسى بسيارى از گزينه هاى پيشنهادى، آخرين موردى كه درباره آن به توافق رسيدند، تغيير مسير طراحى شده فضاپيماى «كاسينى» بود به طورى كه در طول فرود «هويگنس» بر سطح «تيتان»، «كاسينى» و «هويگنس» سرعت نسبى صفر در طول خطى كه آن ها را به هم مرتبط مى كند، داشته باشند.
تنها سرعت نسبى آن ها حالت عمود نسبت به آن خط بود كه باعث يك Doppler Shift نمى شد. تأثير اين تغيير بر روى مأموريت اين بود كه برخورد با «تيتان» به مدت يك ماه به تأخير افتاد كه پس از آن «كاسينى» قرار بود به مدار از قبل برنامه ريزى شده خود بازگردد. از آن جا كه ذخيره سوختى موشك كافى بود، آتش كردن اضافى موشك ها تغيير مهمى در ادامه مأموريت ايجاد نمى كرد.»
يكى از مهم ترين استدلال هايى كه طرفداران مأموريت هاى پرخرج فضايى در برابر مخالفان دارند اين است كه مأموريت هاى فضايى به توسعه فنى و تكنولوژيك در ساير زمينه هاى مورد نياز انسان منجر مى شود. به نظر شما مأموريت «كاسينى» و به ويژه سيستم رادارى آن كه شما از نزديك با آن آشنايى داريد چه دستاوردى علمى و تكنولوژيك براى بشر داشته است؟
«مهمترين سهم كاسينى تهيه اطلاعات جديد و بى سابقه درباره قسمت مهمى از منظومه شمسى ما و در نتيجه تهيه سرنخ هايى از منابع پيداش آن خواهد بود. بعلاوه، اين مأموريت مهمترين همكارى ميان ايالات متحده و آژانس فضايى اروپا در زمينه يك مأموريت فضايى بوده و راه را به سوى ساير همكارى هاى فعلى و آتى ميان اين دو آژانس باز كرده است.
اين مأموريت بدون همكارى تمام شركا امكانپذير نمى شد و در همين راستا نمادى از روح همكارى و موفقيت بوده است. هم چنين تأثيرات آموزشى اين مأموريت را نمى توان ناديده گرفت. اين مأموريت تلاش ها ى بسيارى را براى تدريس و اطلاع رسانى به محصلان مدارس و دانشجويان و دانش پژوهان درباره مأموريت هاى فضايى، منظومه شمسى، حسگرهاى مختلف كنترل از راه دور، فناورى هاى ابزار مستقر و نيز ديناميك هاى مدارى در پى داشته است.»
لطفا كمى درباره برنامه ها و طرح هاى «ناسا» درباره سياره زمين توضيح دهيد. ناسا در سياره ما چه اهدافى را دنبال مى كند؟
«ناسا اهداف علمى بسيارى براى زمين در نظردارد. مطابق با آنچه از اسناد و مدارك ناسا نقل شده است، هدف اين آژانس در علم زمين مشاهده، درك و الگو بردارى از نظام اين سياره براى كشف نحوه تغييرات آن در حال حاضر، پيش بينى بهتر اين تغييرات و درك نتايج و پيامدهاى زندگى بر روى زمين مى باشد.در اين راستا چندين حوزه تحقيقاتى مهم مورد تأكيد قرار مى گيرند:
۱) سيستم خورشيد- زمين كه در آن خورشيد، بادهاى خورشيدى و سيارات به عنوان يك سيستم واحد مطالعه مى شوند و اطلاعات درباره ارتباطات آنها در نهايت براى پيش بينى تأثيرات تغييرات خورشيد بر روى ما و زيرساخت حيات ما مورد استفاده قرار مى گيرند.
۲) تغييرات جوى و آب و هوايى در جايى كه داده هاى مقياس جهانى مستقر شده بر روى سيستم هايى چون اقيانوس ها و كهكشان ها جمع آورى شده و مورد تجزيه و تحليل قرار مى گيرند.
۳) چرخه جهانى كربن و اكوسيستم ها در شرايطى كه انتشار و چرخه كربن در خشكى، اقيانوس و اتمسفر مشاهده و تحليل شده و براى تعيين كميت توليد جهانى، جريان هاى كربن و ديناميك هاى پوشاننده خشكى ها به كار مى روند. هم چنين پيش بينى روند هاى آتى از چرخه كربن از اهداف اصلى اين مبحث علمى است.
۴) سطح و داخل زمين، با هدف ارزيابى موقعيت هاى فعلى و بررسى روش هايى براى پيش بينى خطرات طبيعى نشأت گرفته از داخل زمين كه در قالب زمين لزره ها، فوران هاى آتشفشانى و زمين لغزه ها بروز مى كنند.
۵) تركيبات اتمسفر براى مطالعه تغييرات در تركيبات شيميايى اتمسفر با گذشت زمان، شامل تأثيرات تغييرات ايجاد شده از سوى بشر مانند سوزاندن سوخت هاى فسيلى
۶) آب و هوا، با هدف مطالعه ديناميك هاى اتمسفر و تعاملات داخلى آن با خشكى ها و اقيانوس ها كه در مقابل بر روى پروسه هايى كه در كوتاه مدت و طولانى مدت بروز مى كنند تأثير مى گذارند.
يك حوزه آشكار از اين مطالعه بهبود وضعيت پيش بينى شرايط آب و هوايى بويژه براى پيش بينى هاى طولانى مدت است.
۷) چرخه جهانى آب و انرژى در شرايطى كه انتقال آب و انرژى در كل سيستم زمين مورد بررسى قرار مى گيرد. اين سيستم شامل انتقال آب در قالب هاى مختلف از جمله بارش، ذخاير، آب تخليه شده و آب هاى تبخير شده مى باشد. اگرچه اهداف علمى به اين بخش هاى مجزا تقسيم مى شوند، با توجه به اينكه ظاهراً كار سيستم زمين و به طور كلى عملكردهاى آن به هم مرتبط هستند، يك تصوير منفرد و قابل درك تشكيل مى دهد.
براى درك اين اهداف، ناسا مقادير قابل توجهى در زمينه مدارگرد هاى زمينى و ابزار هواى حسى از راه دور از جمله رادارها، ابزار نورى چند طيفى و ماوراء طيفى و حسگرهاى مستقر سرمايه گذارى كرده و اين سرمايه گذارى همچنان ادامه دارد. اين آژانس همچنين سرمايه گذارى مهمى بر روى آزمايش هاى زمينى و توسعه فناورى براى اثبات مفاهيم مختلف ارزيابى داشته است. به علاوه تحليل هاى تئوريك و توسعه الگويى حوزه ديگرى از تأكيدات ناسا است.»
لطفاً درباره Team X ناسا و مسؤوليت و فعاليت هاى خود در آن توضيحاتى بفرماييد. اين تيم چه برنامه هايى را دنبال مى كند؟
«تيم X » نام گروهى از مهندسان و دانشمندان است كه با يكديگر و به طور همزمان مأموريت هاى مدار زمينى يا فضايى را در مدت زمانى كوتاه طراحى مى كنند. اين يك فضاى مهندسى همزمان است؛ جايى كه افراد با تجارب مختلف مى توانند در طراحى مأموريت شركت كنند و با يك طراحى ابتدايى روبرو شوند كه نيازها و ضروريات از نقطه نظر تمام زيرسيستم ها را به حساب مى آورد.
اين يك فضاى بسيار پويا با گامى سريع است كه طى آن يك مفهوم ابتدايى ارزيابى علمى به يك طراحى مأموريتى در الگويى زمانى تبديل مى شود.
نقش من در گروه زمانى كه در آزمايشگاه JPL بودم اين بود كه مطمئن شوم مأموريت ها و ابزار طراحى شده در اقدامات علمى مورد نياز به كار گرفته شوند. به عبارت ديگر، من پل ارتباطى ميان دانشمندان و مهندسان براى حصول اطمينان از اين امر بودم كه دستاورد هاى علمى و محدوديت هاى مهندسى مى توانند همزمان و هماهنگ باشند.
لطفاً درباره رادار SAR، نحوه عملكرد و كاربردهاى آن، مزيت آن نسبت به ساير سيستم هاى رادارى و استفاده هايى كه در آزمايشگاه JPL از آن مى شود توضيحاتى بفرماييد.
« رادار دهانه تركيبى (Synthetic Aperture Radar) يا SAR يك رادار قدرتمند است كه با وجود تركيب يك روزنه آنتنى بزرگ از يك روزنه فيزيكى كوچك در آن اين امكان براى ما پيش مى آيد كه به تصاوير دقيق و واضح دسترسى پيدا كنيم. در اصل يك آنتن داراى يك ردپا است كه به اندازه آن بسته به طول موج سيگنال دريافتى يا ارسالى بستگى دارد. اين فاكتور دقت رادار را محدود مى كند چرا كه هر چه فركانس ها كاهش مى يابد اندازه فيزيكى آنتن ها آنقدر بزرگ مى شود كه مى تواند تصاوير قابل قبولى را در زمين از فضا يا حتى هوا تهيه كند. براى مثال از يك مدار از فاصله ۵۰۰ كيلومترى و فركانس ۱‎/۲ گيگا هرتز (طول موج حدود ۲۵ سانتى متر ) يك آنتن با طول تقريباً يك كيلومتر نياز است تا تصويرى با رزولوشن ۱۰۰ بر روى زمين دريافت شود.
SAR بر اساس تركيب روزنه عمل مى كند كه به معنى استفاده از يك آنتن كوچكتر بين ۱۰ تا ۱۵ متر است اما يك روزنه بزرگ و مؤثر به طور مصنوعى همزمان با حركت آنتن با ماهواره يا هواپيما ايجاد مى شود و در هر موقعيت ركوردى از سيگنال هايى كه از سطح زمين بازگردانده مى شوند، گرفته مى شود، سپس از راه پردازش كافى سيگنالى تصاوير با وضوح بالا در مقايسه با رزولوشنى حاصل آنتن هاى بزرگتر به دست مى آيد. در واقع در حالت تئورى از اين راه مى توان به رزولوشنى برابر با نيمى از طول آنتنى در راستاى خط پرواز دست پيدا كرد.»
در پايان، لطفاً درباره فعاليت هاى خود در حوزه رادار SARو همچنين طرح spaceborne SAR instrument for global measurement of deep and subsoil moisture نيز توضيحاتى بفرماييد. اجراى آن از كى آن شده و چه هدفى را دنبال مى كند؟ اين طرح به چه فناورى ها و تكنيك هايى نياز دارد؟ مسؤوليت شما در اين طرح چيست؟
« من سال ها در حوزه كلى SAR فعاليت كرده ام. اين فعاليت شامل جنبه هاى مختلف از قبيل مهندسى سيستم ها، درجه بندى و تفسير داده ها، بازگرداندن تحليل هاى پراكنده و طراحى مأموريت هاى جديد بوده است.
پروژه اى كه به آن اشاره كرديد نيزايده اى ناشى از تجربه من با بسيارى از سيستم هاى رادارى ديگر و مشاهده آن است كه آنچه در مطالعه انواع مختلف زيرسطح ها وجود نداشت، رادارهايى با فركانس هاى پايين بود. هر چه فركانس كمتر باشد نفوذ بيشتر شده و موارد كمترى از قلم مى افتد؛ بنابراين من اين ايده را براى مأموريتى با عنوان Microwave Observatory of Subcanopy ارائه كردم.
اين ايده شامل سيستم رادارى با فركانس پايين است كه مى تواند به جنگل ها و درون خاك نفوذ كند و اطلاعات را به سوى دريافت كننده رادار درباره شمارى از خصوصيات زيرسطح حمل كند.
اين يك سيستم SAR است كه به رغم تكنيك هاى روزنه تركيبى هنوز به يك آنتن بزرگ در ترتيب ۳۰ مترى نيازمند است. چنين آنتنى به طور طبيعى چندين تن وزن دارد اما ما روشى ارائه كرده ايم كه اين حجم را تا يك دهم كاهش مى دهد.
در حال حاضر اين پروژه در مرحله تحليل و توسعه فناورى است. هنوز نمى توان گفت كه اين مأموريت به حقيقت مى پيوندد يا خير؛ چرا كه به بسيارى از مسائل فنى و مالى بستگى دارد. من پژوهشگر اصلى اين پروژه هستم.»