استخدامات الرادارات

######################
استخدامات الرادارات:
######################

تستخدم الرادارات في تطبيقات لا حصر لها ولقد أدى استخدامها في كثير من هذه التطبيقات في تحسين أدائها بل إن تعطل الرادارات فيها قد يؤدي لشلل تام في عملها كما في أنظمة الملاحة الجوية والبحرية. وتنحصر مهام الرادارات في التطبيقات المختلفة في أربعة مهام رئيسية وهي:
المراقبة (surveillance)
التتبع (tracking)
التصوير الراداري (radar imaging)
اختراق الأرض لكشف ما تحت سطحها (ground pentration).
وفي كل تطبيق توجد أنواع لا حصر لها من الرادارات حيث تتفاوت في أحجامها وفي الترددات المستخدمة وطرق المسح ونوع الهوائيات وطرق معالجة الإشارات وهذا بالتالي ينعكس على أثمانها التي تتراوح بين عدة مئات من الدولارات وملايين الدولارات.

######################
الاستخدامات العسكرية:
######################

إن أكثر المجالات استخداما للرادار هي القوات المسلحة بمختلف أنواعها البرية والبحرية والجوية وقد كانت الاحتياجات الحربية هي الدافع الرئيسي في ظهور الرادار وفي تطويره للمستوى الذي هو عليه الآن.
يستخدم الرادار في الأنظمة العسكرية في مهام لا حصر لها ويتراوح حجم الرادار فيها من تلك التي تحمل باليد إلى التي تحتل مئات الأمتار المربعة أما تعقيدها فيتراوح بين تلك التي تقيس بعد الهدف إلى التي ترسم صورا ثلاثية الأبعاد لساحات المعارك.
إن أهم مهام الرادار في الأنظمة الحربية هو في كشف وتحديد مواقع الأهداف العسكرية للعدو كالطائرات الحربية والصواريخ بمختلف أنواعها وحاملات الطائرات والغواصات والسفن والزوارق الحربية والدبابات والمدافع والمركبات وحتى الأفراد. أما المهمة الثانية فهي في توجيه الصواريخ وقذائف المدافع والدبابات ضد أهداف العدو بشكل آلي وإصابتها بدقة عالية وذلك من خلال تحديد موقع الهدف أو من خلال إضاءة الهدف بالأمواج الكهرومغناطيسية للصواريخ المحملة برادارات تلتقط الموجة المنعكسة عن الهدف فتقوم بتوجيه الصواريخ نحوه. ويبلغ مدى الرادارات المستخدمة في المدافع المضادة للطائرات عشرة كيلومترات بينما يصل إلى ثلاثين كيلومتر في الصواريخ قصيرة المدى وإلى مائة كيلومتر في الصواريخ متوسط المدى وإلى آلاف الكيلومترات في الصواريخ بعيدة المدى.

للرادار استخدامات واسعة ومتعددة في المجال العسكري، ومنها الاستخدامات الرئيسية التالية:
1- الدِّفاع الجوي.
2- الدفاع الصَّاروخيّ.
3- المراقبة الفضائيّة.
4- الاستطلاع.
5- قياس المَدَى.
6- التحكُّم في نيران الأسلحة.

******************************
الدفاع الجوي:
******************************

يتطلب رادارات طويلة المدى تستطيع كشف طائرات العدو المُقترِبة، وتتبعها من مسافات كبيرة، بحيث تعطي إنذارًا مبكرًا جدًا. وتشكِّل شبكات واسعة من محطات الرَّادار معظم نُظُم الدِّفاع الجوِّيِّ الوطنيّة. وأشهر هذه الشبكات هي شبكة الإنذار المُبَكِّر البعيد، التي تحمي الولايات المتحدة الأمريكية وكندا ضد هجوم من الشمال، وتتألف من أكثر من 30 محطة راداريَّة عبر شمالي أمريكا الشمالية.
وتستخدم عدَّة بلدان، بالإضافة إلى المحطات الرَّادارية الأرضية، طائرات مجهزة بالرَّادار للحماية من الهجوم الجوي المُباغت. ويستطيع الرَّادار المحمول جوًّا تحديد قاذفات العدو المنخفضة الطيران التي يُمكِنها الهرب من قواعد الرَّادار الأرضية.

******************************
الدفاع الصاروخي:
******************************

يتكون من شبكة راداريَّة مماثلة لتلك المستخدمة في الإنذار المبكر من الطائرات المُعادِية، إلاَّ أنَّها تتطلب رادارات ذات قُدرة أكبر لكَشف الصواريخ الموجَّهة؛ حيث إنَّها تطير بسرعة أكبر، وعلى ارتفاعات أعلى من الطائرات. والشبكة الرئيسيَّة التي طَوَّرَتها الولايات المتحدة الأمريكية للدفاع الصاروخي هي: نظام الإنذار المبكر للصواريخ البالستية، ولهذا النظام مُنشآتُُ في كلًّ من كلير في ألاسكا، وثول في جرينلاند، وفلايندل في إنجلترا. وتستطيع الوحدات الرَّاداريَّة في هذه المنشآت تحديد الصواريخ الطويلة المدى التي تصل حتى مسافة 4,800كم.

******************************
المراقبة الفضائية:
******************************

تشمل استخدام رادارات فائقة القُدرة لكشف الأقمار الاصطناعيّة وتتبُّعها، وكذلك أيّ أهداف أخرى موضوعة في مدار حول الأرض. ولهذا الغرض تستثمر الولايات المتحدة وكندا شبكة تسمى نظام الكَشْف والمُلاحقة الفضائيّ. ويتضمن النظام ثلاث مُنشآت لنظام الدفاع الصاروخيّ، وثماني منشآت أخرى في مواقع مختلفة من العالم. ويُؤمِّن هذا النظام حوالي 20,000 مراقبة يومية لمئات الأهداف المَدَاريَّة (التي تدور حول الأرض). وتساعد البيانات الواردة من هذه المراقبات في تحديد هُوِيَّة أقمار الاستطلاع المستخدمة للتَّجَسُّس.

******************************
الاستطلاع - تجميع المعلومات:
******************************

يُستخدم الرَّادار لجمع المعلومات حول الاستعدادات التي تتخذها دولُ أخرِى للحرب. ويستطيع رادار رَسْم الخرائط المحمول في الطائرة أن ينتج خرائط تفصيلية للأرض، ويبيِّن المُنشآت العسكرية والتجهيزات. وتستطيع أنواع أخرى من الرَّادارات الحصول على معلومات مهمة عن النظم الصاروخية لدولة أخرى بمراقبة صواريخها أثناء تجارب الإطلاق.

******************************
قياس المدى:
******************************

يُستخدم الرَّادار غالبًا لفحص المَدَى بغرض التأكد من أداء التجهيزات العسكريّة. فعلى سبيل المثال تستطيع رادارات قياس المدى أن تَتتَبَّع بدقة طيران صاروخ جديد. فإذا لم يكن أداء الصاروخ كما هو متوقع، فيمكن لبيانات التَّتبُّع أن تساعد المُصَمِّم على تحديد الخطأ.

******************************
التحكُّم في نيران الأسلحة:
******************************

يستطيع الرَّادار تحديد الأهداف بدقَّة، بحيث يُستخدم لتوجيه العديد من أنواع الأسلحة وإطلاقها. ويتحكَّم الَّرادار في نيران المدفعية المضادَّة للطائرات المركَّبة على الدبابات والسفن. ويُوَجِّه الصواريخ المُنطلقة من المُقاتلات ومن مواضع قواعد الإطلاق الأرضية، إضافة إلى أنَّ الطائرات المزوَّدة بقنابل مُوجهة راداريًّا، تستطيع إلقاء القنابل بدقَّة على الأهداف في الليل أو في طقسٍ رديء.

######################
الملاحة الجوية:
######################

لقد أصبح الرادار أداة مهمة لا غنى عنها في الملاحة الجوية فقد أسهم استخدامه في المطارات وكذلك في الطائرات في استغلال المطارات بكفاءة عالية من خلال زيادة عدد الطائرات القادمة والمغادرة وكذلك الحد من حوادث الطائرات أثناء سيرها في الجو أو عند إقلاعها وهبوطها.
ويستخدم في أنظمة التحكم بحركة الطائرات (Air traffic control (ATC) أنواع مختلفة من الرادارات بعضها بعيد المدى وبعضها قصير المدى وذلك لتتبع حركة الطائرات المدنية في الجو وإرشادها أثناء طيرانها بين المطارات حيث تظهر الموجات المنعكسة عن الطائرات كنقاط مضيئة على شاشة الرادار. ويمكن تحديد مسار الطيران لكل طائرة من خلال متابعة حركات هذه النِقاط على الشاشة ضمن دائرة قد يصل نصف قطرها إلى ثمانين كيلومتر. ويقوم المراقبون الجويون المتواجدون في أبراج المراقبة من خلال شاشات الرادارات بتوجيه التدفق المستمر للطائرات القادمة والمغادرة من خلال اختيار أنسب المسارات للطائرات وتحديد زمن إقلاعها وهبوطها وكذلك مساعدة الطيارين عند الهبوط في حالة الطقس الرديء. ويمكن للأنواع الحديثة من الرادارات المسماة برادار المراقبة الثانوي ((Secondary Surveillance Radar (SSR) أن تتعرف على هوية الطائرة من خلال نظام اتصالات يتراسل مع جهاز آلي تحمله الطائرة يسمى المستجيب (transponder) يقوم بتزويد المطار بالمعلومات اللازمة عن الطائرة. ويقوم رادار الاقتراب الدقيق (Precision approach radar (PAR)) وبمساعدة برج المراقبة الطائرات على الهبوط بشكل آمن على مدرج المطار خاصة في الأحوال السيئة. ويوجد في معظم الطائرات الحديثة أنواع مختلفة من الرادارات تساعد الطيار أثناء الطيران وعند الإقلاع والهبوط فعلى سبيل المثال يستخدم رادار مقياس الارتفاع (radar altimeter) لتحديد ارتفاع الطائرة عن سطح تضاريس الأرض وخاصة عند الإقلاع والهبوط. ويوجد في الطائرات أيضا رادارات توضع في مقدمة الطائرة لمعرفة الأحوال الجوية في مسار الطائرة وذلك لمساعدة الطيار على تجنب الأحوال السيئة واتخاذ القرارات المناسبة عند الهبوط.

######################
الملاحة البحرية:
######################

يستخدم الرادار على نطاق واسع في مختلف أنواع السفن وناقلات النفط والبوارج الحربية وحاملات الطائرات حيث يقوم الرادار بتحديد أماكن السفن الأخرى في عرض البحر وكذلك تحديد أماكن الشواطئ والجزر الصغيرة والصخور والجبال الثلجية التي تعترض طريقا مما يجنبها الاصطدام بها. وفي الموانئ يستخدم الرادار لكشف وجود السفن وتحديد بعدها في المياه المحيطة بالميناء وذلك لتنظيم دخولها وخروجها من الميناء. إن تصميم رادارات الملاحة البحرية أصعب بكثير من تلك التي في الملاحة الجوية بسبب كون الهدف ملاصقا لسطح الماء وبارتفاعات قليلة نسبيا وكذلك فإن الهدف يبدأ بالاختفاء تدريجيا عن نظر الرادار بسبب تكور الأرض. وعادة ما يتم استخدام رادارات بترددات منخفضة نسبيا تقل عن واحد جيقاهيرتز وذلك لتقليل امتصاص الموجات من قبل الماء والتي تنتشر ملاصقة لسطحه. ولا يتجاوز أقصى مدى لهذه الرادارات المائة كيلومتر بسبب تكور الأرض كما ذكرنا وعادة ما يتم وضع الرادار على أبراج عالية لزيادة مدى رؤيتها.

######################
الطقس:
######################

تستخدم الرادارات لمساعدة العاملين في دوائر الأرصاد الجوية في معرفة أحوال الطقس والتنبؤ بها حيث تقوم الرادارات بالكشف عن وجود الغيوم والأمطار والثلوج والعواصف والأعاصير بمختلف أنواعها ورسم خرائط لها على شاشات الرادار. ويقوم العاملين في مجال الأرصاد الجوية باستخلاص كثير من المعلومات عن حالة الجو من حيث كثافة الغيوم وما تحمله من أمطار وثلوج وارتفاعاتها وحجمها واتجاه سيرها وكذلك كثافة هطول الأمطار والثلوج. وتستخدم أنواع معينة من الرادار لتحديد سرعة واتجاه الرياح في طبقات الجو المختلفة. وتستخدم رادارات الطقس النوع النبضي حيث تتناسب شدة النبضة المرتدة طرديا مع كثافة الغيوم والأمطار والثلوج والرمال ويمكن تحديد سرعة حركتها باستخدام تأثير دوبلر. ويجب أن يتم اختيار التردد الذي يعمل عليه رادار الطقس بشكل دقيق وضمن مدى معين وهو ما بين ثلاثة إلى ثلاثين جيقاهيرتز وذلك لأن شدة النبضة المرتدة تعتمد على طول الموجة المرسلة بالمقارنة مع أحجام قطرات المطر وحبات البرد وقطع الثلج. وتتراوح قدرات الموجة المرسلة في رادارات الطقس بين مائة واط وخمسين كيلواط وذلك حسب نوع الرادار والمدى الذي يغطيه. وتستخدم رادارات الطقس الحديثة أنظمة معالجة الصور (image processing) للحصول على صور دقيقة لحالة الطقس. وتستخدم المطارات والموانئ رادارات قصيرة المدى لا يتجاوز مدها المائة كيلومتر لمعرفة أحوال الطقس حولها وذلك لإرشاد الطائرات والسفن وإعطاء النصائح المناسبة للطيارين والربان عند دخول أجواءها.

######################
الاستشعار عن بعد:
######################

تستخدم الرادارات المحمولة بالأقمار الصناعية والطائرات لدراسة سطح الأرض وماعليه من مكونات وذلك من خلال إرسال نبضات كهرومغناطيسية بترددات معينة ومن ثم التقاط النبضات المرتدة عن سطح الأرض والقيام بتحليلها باستخدام معالجات الإشارات الرقمية لرسم صور عن المنطقة الممسوحة. وتستخدم هذه الصور لاستخلاص معلومات مهمة عن طبيعة الأرض التي تم مسحها من قبل شعاع الرادار ومن هذه المعلومات طبيعة التضاريس الأرضية وطبوغرافيتها ونوع الغابات والنباتات والمحاصيل المزروعة والآفات الزراعية والظروف المناخية والبيئية والبراكين والأعاصير والفياضانات والثروات المعدنية والمياه الجوفية والبترول . ويوجد أنواع مختلفة من رادارات الاستشعار عن بعد يتم تصميمها بناءا على نوع المعلومات المراد استشعارها وغالبا ما يعتمد هذا على مقدار التردد المستخدم في الرادار فالبحث عن ثروات الأرض يتطلب استخدام ترددات تقل عن واحد جيقاهيرتز وذلك لقدرتها على اختراق سطح الأرض بينما يتطلب رسم خارطة طبوغرافية ترددادت أعلى من ذلك بكثير للحصول قدرة تمييز عالية لتضاريس الأرض.

######################
التحكم في سرعة المرور وتدفقه:
######################

تستخدم الشُّرطة في بعض الدُّول الرَّادار لتطبيق قوانين السرعة والتأكُّد من سرعة المَرْكبَات على الشوارع والطُّرق العامة. وتستطيع أجهزة رادارات الشرطة المتحرِّكة كَشْفَ المركبات المُسْرِعة من بعد حوالي 370م. وتبثُّ الإشارات الرَّادارية من الهوائي المُرَكَّب خارج مَرْكبة الشرطة.
وفي بعض المدن يكون لدى موظفي النقل رادار يساعدهم على تحديد كثافة حركة المرور على الشوارع الرئيسية. وتستخدم هذه المعلومات لتعديل إشارات المرور، والمسارات أثناء ساعات الازدحام أو الطقس الرديء.

######################
الرادارات الخارقة للأرض:
######################

يستخدم الرادار الخارق للأرض في تطبيقات لا حصر لها في الجيولوجيا لمعرفة عمق وسمك الطبقات الصخرية وأنواع التربة والرواسب ووضع خرائط للتراكيب الجيولوجية وتحديد الكهوف والشقوق الطبيعية والصدوع وكشف المياه الجوفية وآبار البترول والغاز. ويستخدم في التطبيقات البيئية لكشف التسريبات في خزانات المياه ووضع خرائط لمراقبة المواد الملوثة في المياه السطحية وكشف مواقع دفن النفايات وتحديد مواقع خزانات الوقود المدفونة وبراميل الزيت وتحديد مواقع التسربات النفطية. ويستخدم في مجال الهندسة المدنية لعمل الاختبارات الخرسانية وتحليل رصف الطرق وتحديد الفراغات وقوة الرصف وتحديد مواقع المرافق العامة المدفونة مثل أنابيب المياه والمجاري الحديدية والبلاستيكية والخرسانية وكذلك الكيبلات الكهربائية والهاتفية. ويستخدم في مجال الآثار لتحديد مواقع الأشياء المعدنية المدفونة كالكنوز ومواقع الكهوف السطحية والآبار والأجسام الأثرية. ويستخدم في التطبيقات العسكرية لكشف حقول الألغام بشكل عام والكشف عن مكان اللغم بالتحديد.

######################
البحوث العلمية:
######################

يعتمد العلماء على الرَّادار لإجراء أنواع الدِّراسات المختلفة؛ فيستخدمون الرَّادارات ذات القُدرة العالية لاستقصاء طبقات الجو العُليا. ويكون إشعاع الشمس على ارتفاع 100كم فما فوق شديدًا، إلى حدّ أنه يفكك جُزَيئات الهواء مكونًا جُسَيْمات مشحونة كهربائيًا تسمى الإلكترونات والأيونات. والهواء المتأيِّن في طبقات الجو العليا وخاصة في المنطقة المسماة بالغلاف الأيوني يعكس بعض الموجات الراديوية، ويمكن نتيجة لذلك دراستُها بوساطة الرَّادار من سطح الأرض. وتساعد المشاهدات الرَّادارية العلماء في تحديد درجة حرارة طبقات الجو العليا، وأنواع الغازات في الهواء. وتُبيِّن المشاهدات الرَّادارية أيضًا مَدى سرعة هبات الرِّياح على مثل هذه الارتفاعات في كل الأوقات.
وتُسْهم تقنية الرَّادار وأجهزته كثيرًا في دراسة النِّظام الشَّمسيّ؛ فقد استخدم الفلكيون المشاهدات الرَّادارية للقمر والشمس والكواكب القريبة من الأرض، كما جمعوا الأصداء الرَّادارية من أكبر توابع كوكب المشتري. ولقد أعطت هذه المشاهد الرَّادارية قياسات دقيقة للغاية عن مسافات هذه الأهداف، كما بيَّنت مقدار سرعة هذه الأهداف. وحصل الفلكيُّون على خرائط مُفصَّلة عن القمر، وعن كوكب المريخ؛ وذلك بتسجيل الموجات الراديوية المُرْتَدَّة من سطحها، وبالتقنية نفسها نجحوا في اختراق الغيوم الكثيفة المحيطة بكوكب الزهرة، وكشفوا الجبال العديدة والظواهر المماثلة للأوْدية على سطحه.
كذلك استفادت دراسة هجرة الطيور ـ وهي موضوع بحث علمي آخر ـ من الرَّادار أيضًا؛ إذْ يعتمد علماء الحيوان على الرَّادار لتعقُّب طيران نماذج من الطيور المهاجِرة ليلاًَ، أو الأنواع الصغيرة جدًّا التي يتعذَّر رؤيتُها من الشاطئ. ومثل هذه المعلومات مفيدة في بحوث الأحياء البحريَّة، ولتخطيط حَفْر آبار النفط البعيدة عن الشاطئ.

######################
في الرحلات الفضائية:
######################

الرَّادار عامل أساسي لنجاح المُهِمات في الفضاء الخارجي. والخطوة الأولى في مثل هذه المهمات هي إطلاق مَرْكبة فضائيّة مأهُولة أو غير مأهُولة في مدارٍ حول الأرض. ويستخدم المتحكِّمون في المهمة الفضائيَّة في أثناء الإطلاق نظامًا من قواعد الرَّادارات الأرضية، وأجهزة راديوية أخرى، لتتبع حركة المَرْكبة. وفور دخولها مَدارَها حول الأرض، تقيس الرَّادارات شَكْل المَدار وحجمه، وتأخذ الحواسيبُُ القياسات لتحدد وقت تشغيل محركات الصواريخ المتبقِّية ومدَّة تشغيلها ليتم إطلاق المركبة من مدارها حول الأرض إلى الفضاء الخارجي.
وتَحْمِل المَرْكبات الفضائية المُصمَّمة للهبوط على سَطْح القمر أو أي كوكب آخر رادار هبوط، لقياس ارتفاع المَرْكبة الفضائية فوق موقع الهبوط ومُعَدل هبوطها. وتفيد هذه المعلومات في تنظيم سرعة محرِّكات المَركبة، بحيث تَهْبِط بالسُّرعة الصحيحة؛ إذ إنه في حالة نزول المَرْكبة بسرعة عالية فإنَّها ستتحطم، وإذا نزلت ببطء كبير، فإنها ستستهلك كثيرًا من الوقود. إضافة إلى ذلك يستخدم مخططو الطيران الرَّادار لتحديد مواقع الهبوط الآمنة للمركبة الفضائية. فعلى سبيل المثال، ساعدت الخرائط الرَّادارية للقمر علماء الولايات المتحدة على اختيار مساحات للهبوط لم يكن فيها تشكيلات صخرية حادّة تُتْلِف مرْكبة أبُولو القَمَريَّة.
كذلك تتطلب مهمة التحام المَرْكبة الفضائية بمركبة فضائية أخرى استخدام أجهزة الرَّادار، حيث يحدد رُوَّاد الفضاء في المركبة الأولى المَرْكبة الأخرى بوساطة الرَّادار، وبعدها يستخدمون المعطيات الرَّادارية لضَبْط سُرعة مركبتهم وتوجيهها لتقوم بمناورة الالتحام.