مرجع الفضاء (المعروف أيضًا باسم الإطار المرجعي أو النظام المرجعي ) هو نظام إحداثي يستخدم لتحديد موضع واتجاه الأشياء أو النقاط في الفضاء.
فهو يوفر الإطار اللازم لوصف المواقع والحركات المكانية بطريقة متسقة وموحدة.
في سياق أنظمة الأقمار الصناعية والملاحة والجيوديسيا، يعد النظام المرجعي الفضائي أمرًا بالغ الأهمية لتحديد المواقع الدقيقة والمسارات واتجاهات الأقمار الصناعية أو المركبات الفضائية أو الأجسام الموجودة على الأرض.
المكونات الرئيسية لمرجع الفضاء:
- تنسيق نظام:
- يستخدم مرجع الفضاء نظام إحداثيات (عادة ما يكون الديكارت أو كروي) لتحديد موضع الكائنات في الفضاء. يتضمن هذا عادة ثلاثة محاور (X و Y و Z) لتمثيل المواقع المكانية.
- أصل:
- أصل مرجع المساحة هو نقطة البداية أو الموقع المرجعي الذي يتم من خلاله إجراء جميع القياسات . قد يكون هذا هو مركز الأرض ، أو مركز جسم سماوي ، أو أي نقطة محددة أخرى في الفضاء.
- محاور:
- تحدد المحاور في مرجع الفضاء الإرشادات التي يتم قياس المواضع. يمكن محاذاة هذه مع سطح الأرض ، أو طائرة الكسوف ، أو غيرها من المراجع السماوية. على سبيل المثال:
- المحور السيني إلى نجم ثابت محدد أو خط الطول الرئيسي.
- المحور ص عموديًا على المحور السيني في الإطار المرجعي.
- المحور z عادة محور دوران الأرض (أو المتجه الطبيعي إلى مستوى معين).
- تحدد المحاور في مرجع الفضاء الإرشادات التي يتم قياس المواضع. يمكن محاذاة هذه مع سطح الأرض ، أو طائرة الكسوف ، أو غيرها من المراجع السماوية. على سبيل المثال:
- مسند:
- المسند هو النموذج الرياضي للأرض المستخدمة لتحديد أصل وشكل الإطار المرجعي . على سبيل المثال ، WGS84 (النظام الجيوديسي العالمي 1984) قاعدة شائعة تستخدم في أنظمة GPS لتحديد حجم الأرض وشكلها وتناوبها.
- مرجع الوقت:
- مرجع الوقت المكون الزمني لنظام مرجع الفضاء. من الضروري حساب الحركات ، مثل دوران الأرض أو حركة الأقمار الصناعية. على سبيل المثال ، في أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، غالبًا ما يتم الإشارة إلى الوقت إلى وقت GPS أو UTC (الوقت العالمي المنسق) .
- المعلمات المادية:
- بالإضافة إلى نظام الإحداثيات والأصل ، يتضمن مرجع المساحة أيضًا معلمات مادية تمثل شكل وحجم واتجاه الأجسام السماوية أو الكائنات في النظام. على سبيل المثال:
- الإهليلجي للأرض ( نموذج مبسط لشكل الأرض) لحساب الإحداثيات الجغرافية في معظم مراجع الفضاء.
- المعلمات الجيوديسية مثل إمالة محور الأرض أو نماذج الجاذبية لدقة أعلى.
- بالإضافة إلى نظام الإحداثيات والأصل ، يتضمن مرجع المساحة أيضًا معلمات مادية تمثل شكل وحجم واتجاه الأجسام السماوية أو الكائنات في النظام. على سبيل المثال:
الأنواع الشائعة من مراجع الفضاء:
- محور الأرض ، ثابتة الأرض (ECEF):
- الإطار المرجعي المستخدم في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأنظمة الملاحة الأخرى حيث يكون الأصل في مركز الأرض ، وتتم إصلاح المحاور بالنسبة لسطح الأرض. يفسر هذا النظام دوران الأرض ويستخدم عادة في التطبيقات التي تتطلب وضعًا دقيقًا على سطح الأرض.
- نظام الإحداثيات الجيولوجية:
- مرجع فضاء عالمي يضع مركز الأرض في الأصل. غالبًا ما يستخدم هذا النظام في مدارات الأقمار الصناعية وتطبيقات الفضاء حيث تكون الكائنات في مدار حول الأرض.
- نظام الإحداثيات الاستوائية:
- غالبًا ما يستخدم نظام مرجعي للفضاء في علم الفلك ، حيث يتم تعريف المواضع بالنسبة إلى خط الاستواء السماوي ونقطة ثابتة في الفضاء (مثل الاعتدال الربيعي). هذا النظام مفيد لتحديد موقع النجوم والكواكب وغيرها من الأشياء السماوية.
- الإطار المرجعي بالقصور الذاتي:
- نظام مرجع الفضاء لا يفسر الحركة الدورانية أو الترجمة (أي ، "ثابت" في الفضاء). غالبًا ما يتم استخدامه في التنقل في المركبة الفضائية ، حيث يكون الإطار المرجعي مستقرًا ولا يتأثر بحركة الأرض.
- مرجع الفضاء المحلي:
- هذا نظام مرجعي أصغر يمكن استخدامه للملاحة المحلية ، مثل داخل المبنى أو منطقة معينة. على سبيل المثال ، يمكن أن يعتمد على الإحداثيات الجغرافية المحلية أو مسند محلي محدد.
تطبيقات مرجع الفضاء:
- التنقل عبر الأقمار الصناعية : تساعد مراجع الفضاء مثل WGS84 في تحديد مواقف الأقمار الصناعية والسماح بخدمات دقيقة قائمة على الموقع (على سبيل المثال ، GPS).
- الملاحة الفضائية : يتم استخدام مراجع الفضاء لتحديد الموضع والسرعة وتوجيه المركبة الفضائية بالنسبة للأرض أو غيرها من الأجسام السماوية.
- علم الفلك : تستخدم مراجع الفضاء الفلكي لتحديد موقع النجوم والكواكب وغيرها من الأشياء السماوية ، وكذلك لحساب حركتها بمرور الوقت.
- Geodesy : يعتمد قياس شكل الأرض واتجاهها وحقل الجاذبية على أنظمة مرجعية دقيقة للفضاء.
ملخص:
مرجع المساحة هو نظام إحداثيات والمعلمات المرتبطة بها التي تحدد الموضع والتوجه وحركة الكائنات في الفضاء. ويشمل نظام الإحداثيات ، والأصل ، والمحاور ، والمعرفة ، ومرجع الوقت ، مما يسمح للقياسات المكانية الدقيقة وتحديد المواقع بطريقة موحدة عبر تطبيقات مختلفة مثل التنقل عبر الأقمار الصناعية ، وملاحة المركبة الفضائية ، وعلم الفلك.
