Satellite geodesy
مصنوعی سیٹلائٹ جیوڈیسی مصنوعی سیٹلائٹ کے ذریعے جیوڈیسی ہے-زمین کی شکل اور طول و عرض کی پیمائش، اس کی سطح پر اشیاء کا مقام اور مصنوعی سیٹلائٹ تکنیک کے ذریعے زمین کے کشش ثقل کے میدان کی شکل۔ اس کا تعلق خلائی جیوڈیسی کے وسیع میدان سے ہے۔ روایتی فلکیاتی جیوڈیسی کو عام طور پر سیٹلائٹ جیوڈیسی کا حصہ نہیں سمجھا جاتا ہے، حالانکہ تکنیکوں کے درمیان کافی حد تک اوورلیپ ہے۔ سیٹلائٹ جیوڈیسی کے اہم مقاصد یہ ہیں: زمین کی شکل، پوزیشننگ، اور نیویگیشن کا تعین (جیومیٹرک سیٹلائٹ جیوڈیسی) جیوڈ کا تعین، زمین کی کشش ثقل کا میدان اور اس کی عارضی تغیرات (متحرک سیٹلائٹ جیوڈیسی یا سیٹلائٹ فزیکل جیوڈیسی) جیوڈینامکل مظاہر کی پیمائش، جیسے کرسٹل ڈائنامکس اور پولر موشن سیٹلائٹ جیوڈیٹک ڈیٹا اور طریقوں کو متنوع شعبوں جیسے نیویگیشن، ہائیڈروگرافی، سمندر نگاری اور جیو فزکس پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ سیٹلائٹ جیوڈیسی مداری میکانکس پر بہت زیادہ انحصار کرتا ہے۔ تاریخ پہلے اقدامات (1957-1970) سیٹلائٹ جیوڈیسی 1957 میں سپوتنک کے لانچ کے فورا بعد شروع ہوا۔ 1958 میں ایکسپلورر 1 اور سپوتنک 2 کے مشاہدات نے زمین کے چپٹے ہونے کے درست تعین کی اجازت دی۔ 1960 کی دہائی میں ڈوپلر سیٹلائٹ ٹرانزٹ-1 بی اور بیلون سیٹلائٹ ایکو 1، ایکو 2، اور پیجیوس کا آغاز ہوا۔ پہلا وقف شدہ جیوڈیٹک سیٹلائٹ اے این این اے-1 بی تھا، جو ناسا، ڈی او ڈی، اور دیگر سویلین ایجنسیوں کے درمیان ایک باہمی تعاون کی کوشش تھی۔ اینا-1 بی نے امریکی فوج کے ایس ای سی او آر (سیکوینشیل کولیشن آف رینج) آلات میں سے پہلا استعمال کیا۔ ان مشنوں کی وجہ سے جیو پوٹینشل کے سرکردہ کروی ہارمونک گتانک، جیوڈ کی عمومی شکل، اور دنیا کے جیوڈیٹک ڈیٹمز کا درست تعین ہوا۔ سوویت فوجی مصنوعی سیاروں نے 1960 کی دہائی کے آخر اور 1970 کی دہائی کے اوائل میں آئی سی بی ایم کو نشانہ بنانے میں مدد کے لیے جیوڈیسیک مشن انجام دیے۔ ورلڈ جیوڈیٹک سسٹم کی طرف (1970-1990) ٹرانزٹ سیٹلائٹ سسٹم کو ڈوپلر سروے، نیویگیشن اور پوزیشننگ کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا تھا۔ 1970 کی دہائی میں دنیا بھر میں مثلث نیٹ ورک کے ذریعے مصنوعی سیاروں کے مشاہدات نے عالمی جیوڈیٹک نظام کے قیام کی اجازت دی۔ 1980 کی دہائی میں ریاستہائے متحدہ کی طرف سے جی پی ایس کی ترقی نے عین مطابق نیویگیشن اور پوزیشننگ کی اجازت دی اور جلد ہی سروے میں ایک معیاری ذریعہ بن گیا۔ 1980 اور 1990 کی دہائی میں سیٹلائٹ جیوڈیسی کو جیوڈینامک مظاہر، جیسے کرسٹل موشن، ارتھ گردش، اور پولر موشن کی نگرانی کے لیے استعمال کیا جانے لگا۔ جدید دور (1990-موجودہ) 1990 کی دہائی مستقل جیوڈیٹک نیٹ ورک اور حوالہ فریموں کی ترقی پر مرکوز تھی۔ 2000 کی دہائی میں زمین کے کشش ثقل کے میدان کی پیمائش کے لیے وقف کردہ مصنوعی سیارے لانچ کیے گئے، جیسے چیمپ، گریس اور جی او سی ای۔ پیمائش کی تکنیکیں سیٹلائٹ جیوڈیسی کی تکنیکوں کو انسٹرومنٹ پلیٹ فارم کے ذریعے درجہ بند کیا جا سکتا ہے: ایک سیٹلائٹ کا مشاہدہ زمین پر مبنی آلات (زمین سے خلا کے طریقوں) کے ساتھ کیا جا سکتا ہے، زمین کا مشاہدہ کرنے کے لیے اس کے پے لوڈ کے حصے کے طور پر ایک آلہ یا سینسر لے جا سکتا ہے (خلا سے زمین کے طریقے)، یا کسی دوسرے سیٹلائٹ (خلا سے خلا کے طریقے) کے ذریعے ٹریک کرنے یا ٹریک کرنے کے لیے اپنے آلات کا استعمال کر سکتا ہے۔ ارتھ ٹو اسپیس میتھڈز (سیٹلائٹ ٹریکنگ) ریڈیو تکنیک گلوبل نیویگیشن سیٹلائٹ سسٹم مخصوص ریڈیو پوزیشننگ سروسز ہیں، جو چند میٹر کے اندر رسیور کا پتہ لگا سکتے ہیں۔ سب سے نمایاں نظام، جی پی ایس، 31 مصنوعی سیاروں کے ایک نکشتر پر مشتمل ہے (دسمبر 2013 تک) جو اونچے، 12 گھنٹے کے سرکلر مداروں میں ہے، جو 55 ڈگری جھکاؤ کے ساتھ چھ طیاروں میں تقسیم ہے۔ محل وقوع کا اصول سہ رخی پر مبنی ہے۔ ہر سیٹلائٹ ایک عین مطابق ایفیمیرس منتقل کرتا ہے جس میں اس کی اپنی پوزیشن کے بارے میں معلومات اور ایک پیغام ہوتا ہے جس میں ترسیل کا صحیح وقت ہوتا ہے۔ رسیور ترسیل کے اس وقت کا موازنہ استقبالیہ کے وقت اپنی گھڑی سے کرتا ہے اور "سڈورینج" حاصل کرنے کے لیے روشنی کی رفتار سے فرق کو ضرب دیتا ہے۔ چند میٹر کے اندر عین وقت اور وصول کنندہ کی پوزیشن حاصل کرنے کے لیے چار سڈورینجز کی ضرورت ہوتی ہے۔ زیادہ نفیس طریقے، جیسے کہ ریئل ٹائم کینیمیٹک (آر ٹی کے) چند ملی میٹر کے اندر پوزیشن حاصل کر سکتے ہیں۔ جیوڈیسی میں، جی این ایس ایس کو سروے اور وقت کی منتقلی کے لیے ایک اقتصادی ٹول کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ زمین کی گردش، قطبی حرکت، اور کرسٹل حرکیات کی نگرانی کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔ خلا میں جی پی ایس سگنل کی موجودگی اسے مدار کے تعین اور سیٹلائٹ سے سیٹلائٹ ٹریکنگ کے لیے بھی موزوں بناتی ہے۔ مثال: GPS، GLONASS، گیلیلیو ڈوپلر تکنیک ڈوپلر پوزیشننگ میں سیٹلائٹ سے خارج ہونے والے مستحکم فریکوئنسی کے ریڈیو سگنل کی ڈوپلر شفٹ کو ریکارڈ کرنا شامل ہے جب سیٹلائٹ مبصر کے قریب آتا ہے اور اس سے پیچھے ہٹتا ہے۔ مشاہدہ شدہ تعدد کا انحصار مبصر سے متعلق سیٹلائٹ کی شعاعی رفتار پر ہوتا ہے، جو مداری میکانکس کے ذریعہ محدود ہوتا ہے۔ اگر مبصر سیٹلائٹ کے مدار کو جانتا ہے، تو ڈوپلر پروفائل کو ریکارڈ کرنا مبصر کی پوزیشن کا تعین کرتا ہے۔ اس کے برعکس، اگر مبصر کی پوزیشن قطعی طور پر معلوم ہو، تو سیٹلائٹ کے مدار کا تعین کیا جا سکتا ہے اور زمین کی کشش ثقل کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ڈورس میں، گراؤنڈ اسٹیشن سگنل خارج کرتا ہے اور سیٹلائٹ وصول کرتا ہے۔ مثال: ٹرانزٹ، ڈورس، آرگوس آپٹیکل مثلث آپٹیکل مثلث میں، سیٹلائٹ کو مثلث کے لیے بہت زیادہ ہدف کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے اور متعدد مشاہداتی اسٹیشنوں کے درمیان ہندسی تعلق کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ BC-4، PC-1000، MOTS، یا بیکر نون کیمروں کے ساتھ آپٹیکل مثلث ستاروں کے پس منظر کے خلاف سیٹلائٹ کے فوٹو گرافی کے مشاہدات، یا سیٹلائٹ پر چمکتی ہوئی روشنی پر مشتمل ہوتا ہے۔ ستارے، جن کی پوزیشن کا درست تعین کیا گیا تھا، کیمرہ اسٹیشن سے سیٹلائٹ تک درست سمتوں کے تعین کے لیے فوٹو گرافی کی پلیٹ یا فلم پر ایک فریم ورک فراہم کرتے تھے۔ کیمروں کے ساتھ جیوڈیٹک پوزیشننگ کا کام عام طور پر ایک یا زیادہ دوسرے کیمروں کے ساتھ بیک وقت مشاہدہ کرنے والے ایک کیمرے کے ساتھ انجام دیا جاتا تھا۔ کیمرہ سسٹم موسم پر منحصر ہوتے ہیں اور یہ ایک بڑی وجہ ہے کہ 1980 کی دہائی تک ان کا استعمال ختم ہو گیا۔ مثال: پیجیوس، پروجیکٹ ایکو، اے این این اے 1 بی لیزر رینجنگ سیٹلائٹ لیزر رینجنگ (ایس ایل آر) میں آبزرویشن اسٹیشنوں کا ایک عالمی نیٹ ورک روشنی کی الٹرا شارٹ دالوں کی ریٹرو ریفلیکٹر سے لیس سیٹلائٹ تک پرواز کے راؤنڈ ٹرپ ٹائم کی پیمائش کرتا ہے۔ یہ ملی میٹر کی سطح کی درستگی کی فوری رینج پیمائش فراہم کرتا ہے جسے مدار کے درست پیرامیٹرز، کشش ثقل کے میدان کے پیرامیٹرز (مدار میں خلل سے)، زمین کی گردش کے پیرامیٹرز، سمندری زمین کی خرابیاں، ایس ایل آر اسٹیشنوں کے نقاط اور رفتار، اور دیگر خاطر خواہ جیوڈیٹک ڈیٹا فراہم کرنے کے لیے جمع کیا جا سکتا ہے۔ سیٹلائٹ لیزر رینجنگ ایک ثابت شدہ جیوڈیٹک تکنیک ہے جس میں زمین/ماحول/سمندروں کے نظام کے سائنسی مطالعات میں اہم شراکت کی نمایاں صلاحیت ہے۔ یہ زمین کے سیٹلائٹ کی جیو سینٹرک پوزیشن کا تعین کرنے کے لیے فی الحال دستیاب سب سے درست تکنیک ہے، جس سے ریڈار الٹی میٹرز کی درست انشانکن اور سمندر کی سطح کی ٹپوگرافی میں سیکولر تبدیلیوں سے طویل مدتی آلات کے بہاؤ کو الگ کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ سیٹلائٹ لیزر رینجنگ حوالہ فریم، نام نہاد جیو سینٹر کوآرڈینیٹس کے پیمانے اور اصل کے بارے میں معلومات فراہم کرکے بین الاقوامی زمینی حوالہ فریموں کی تعریف میں حصہ ڈالتا ہے۔ مثال: لیجیوس اسپیس ٹو ارتھ کے طریقے الٹی میٹری سیٹلائٹس جیسے سی سیٹ (1978) اور ٹوپیکس/پوسیڈن (1992-2006) نے خلائی جہاز سے زمین کی سطح (سمندر، برف اور زمینی سطحوں) کی اونچائی کی پیمائش کے لیے جدید ڈوئل بینڈ ریڈار الٹی میٹر استعمال کیے۔ جیسن-1 کا آغاز 2001 میں، جیسن-2 کا 2008 میں اور جیسن-3 کا جنوری 2016 میں ہوا۔ یہ پیمائش، مداری عناصر کے ساتھ مل کر (ممکنہ طور پر جی پی ایس کے ذریعے بڑھایا گیا)، علاقے کے تعین کو قابل بناتا ہے۔ استعمال شدہ ریڈیو لہروں کی دو مختلف طول موج آئناسفیئر میں مختلف تاخیر کے لیے الٹی میٹر کو خود بخود درست کرنے کی اجازت دیتی ہیں۔ خلائی ریڈار کے الٹی میٹر سمندر کی سطح کی ٹپوگرافی، سمندر کی سطح کی پہاڑیوں اور وادیوں کی نقشہ سازی کے لیے شاندار اوزار ثابت ہوئے ہیں۔ یہ آلات سمندر کی سطح پر ایک مائکروویو پلس بھیجتے ہیں اور اس کی واپسی میں لگنے والے وقت کو ریکارڈ کرتے ہیں۔ مائکروویو ریڈیو میٹر ماحول میں پانی کے بخارات کی وجہ سے ہونے والی کسی بھی تاخیر کو درست کرتا ہے۔ آئناسفیئر میں الیکٹرانوں کے اثر اور ماحول کی خشک ہوا کے بڑے پیمانے کے حساب سے دیگر اصلاحات کی بھی ضرورت ہے۔ ان اعداد و شمار کو خلائی جہاز کے عین مطابق مقام کے ساتھ جوڑنے سے چند سینٹی میٹر (تقریبا ایک انچ) کے اندر سمندر کی سطح کی اونچائی کا تعین کرنا ممکن ہو جاتا ہے۔ واپسی سگنل کی طاقت اور شکل ہوا کی رفتار اور سمندری لہروں کی اونچائی کے بارے میں بھی معلومات فراہم کرتی ہے۔ ان اعداد و شمار کو سمندری ماڈلز میں سمندری دھاروں کی رفتار اور سمت اور سمندر میں ذخیرہ شدہ حرارت کی مقدار اور مقام کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جو بدلے میں عالمی آب و ہوا کی تغیرات کو ظاہر کرتا ہے۔ لیزر الٹی میٹر خلائی جہاز کی اونچائی یا اس کے برعکس زمینی ٹپوگرافی کا تعین کرنے کے لیے نظری یا اورکت طول موج پر روشنی کی بیم کے راؤنڈ ٹرپ فلائٹ ٹائم کا استعمال کرتا ہے۔ مثال: ICESat، MOLA۔ ریڈار الٹی میٹر خلائی جہاز اور سطح کے درمیان فاصلے کا تعین کرنے کے لیے سیٹلائٹ اور زمین کی سطح کے درمیان مائکروویو پلس کے راؤنڈ ٹرپ فلائٹ ٹائم کا استعمال کرتا ہے۔ اس فاصلے یا اونچائی سے، جیوڈ کے اوپر سیٹلائٹ کی اونچائی حاصل کرنے کے لیے مقامی سطح کے اثرات جیسے جوار، ہواؤں اور دھاروں کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ سیٹلائٹ کے لیے دستیاب ایک عین مطابق ایفیمیرس کے ساتھ، سیٹلائٹ کی جیو سینٹرک پوزیشن اور ایلیپسائڈل اونچائی کسی بھی مشاہدے کے وقت کے لیے دستیاب ہوتی ہے۔ اس کے بعد ایلیپسائڈل اونچائی سے ناپی گئی اونچائی کو گھٹا کر جیوڈ اونچائی کا حساب لگانا ممکن ہے۔ یہ جیوڈ کی براہ راست پیمائش کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ سمندر کی سطح جیوڈ کی قریب سے پیروی کرتی ہے۔ سمندر کی سطح اور حقیقی جیوڈ کے درمیان فرق سمندر کی سطح کی ٹپوگرافی دیتا ہے۔ مثال: سیسیٹ، جیوسیٹ، ٹوپیکس/پوسیڈن، ای آر ایس-1، ای آر ایس-2، جیسن-1، جیسن-2، اینویسیٹ، ایس ڈبلیو او ٹی (سیٹلائٹ) انٹرفیرومیٹرک مصنوعی یپرچر ریڈار (آئی این ایس اے آر) انٹرفیرومیٹرک مصنوعی یپرچر ریڈار (آئی این ایس اے آر) جیوڈیسی اور ریموٹ سینسنگ میں استعمال ہونے والی ریڈار تکنیک ہے۔ یہ جیوڈیٹک طریقہ سیٹلائٹ پر واپس آنے والی لہروں کے مرحلے میں فرق کا استعمال کرتے ہوئے سطح کی اخترتی یا ڈیجیٹل بلندی کے نقشے تیار کرنے کے لیے دو یا زیادہ مصنوعی یپرچر ریڈار (ایس اے آر) تصاویر کا استعمال کرتا ہے۔ یہ تکنیک ممکنہ طور پر دنوں سے لے کر سالوں کے اوقات میں اخترتی میں سینٹی میٹر پیمانے پر ہونے والی تبدیلیوں کی پیمائش کر سکتی ہے۔ اس میں قدرتی خطرات کی جیو فزیکل نگرانی کے لیے ایپلی کیشنز ہیں، مثال کے طور پر زلزلے، آتش فشاں اور لینڈ سلائیڈنگ، اور ساختی انجینئرنگ میں بھی، خاص طور پر گراوٹ اور ساختی استحکام کی نگرانی میں۔ مثال: سی سیٹ، ٹیرا ایس اے آر-ایکس اسپیس ٹو اسپیس کے طریقے کشش ثقل گریڈیومیٹری ایک کشش ثقل گریڈیومیٹر آزادانہ طور پر کشش ثقل ویکٹر کے اجزاء کا حقیقی وقت کی بنیاد پر تعین کر سکتا ہے۔ کشش ثقل کا میلان محض کشش ثقل ویکٹر کا مقامی مشتق ہے۔ میلان کو کشش ثقل کے ویکٹر کے کسی جزو کی تبدیلی کی شرح کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے جیسا کہ ایک چھوٹے فاصلے پر ماپا جاتا ہے۔ لہذا، دو قریبی لیکن الگ الگ نکات پر کشش ثقل میں فرق کا تعین کرکے میلان کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ یہ اصول کئی حالیہ موونگ بیس آلات میں شامل ہے۔ ایک نقطہ پر کشش ثقل کا میلان ایک ٹینسر ہوتا ہے، کیونکہ یہ ہر حساس محور میں لیے گئے کشش ثقل کے ویکٹر کے ہر جزو کا مشتق ہوتا ہے۔ اس طرح، کشش ثقل ویکٹر کے کسی بھی جزو کی قیمت گاڑی کے پورے راستے میں معلوم کی جا سکتی ہے اگر کشش ثقل کے گریڈیومیٹر سسٹم میں شامل ہوں اور ان کے آؤٹ پٹ کو سسٹم کمپیوٹر کے ذریعے مربوط کیا جائے۔ ایک درست کشش ثقل ماڈل کا حساب حقیقی وقت میں کیا جائے گا اور عام کشش ثقل، بلندی اور بے ضابطہ کشش ثقل کا ایک مسلسل نقشہ دستیاب ہوگا۔ مثال: جی او سی ای سیٹلائٹ سے سیٹلائٹ ٹریکنگ یہ تکنیک دوسرے سیٹلائٹ کو ٹریک کرنے کے لیے سیٹلائٹ کا استعمال کرتی ہے۔ متعدد تغیرات ہیں جو مخصوص مقاصد کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں جیسے کشش ثقل کے میدان کی تحقیقات اور مدار میں بہتری۔ ایک اونچائی والا سیٹلائٹ زمینی ٹریکنگ اسٹیشنوں سے کم اونچائی والے سیٹلائٹ تک ریلے کے طور پر کام کر سکتا ہے۔ اس طرح، کم اونچائی والے مصنوعی سیاروں کا مشاہدہ اس وقت کیا جا سکتا ہے جب وہ زمینی اسٹیشنوں تک قابل رسائی نہ ہوں۔ اس قسم کے ٹریکنگ میں، ٹریکنگ اسٹیشن کے ذریعے پیدا ہونے والا سگنل ریلے سیٹلائٹ کے ذریعے موصول ہوتا ہے اور پھر اسے کم اونچائی والے سیٹلائٹ میں دوبارہ منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ سگنل پھر اسی راستے سے گراؤنڈ اسٹیشن پر واپس آ جاتا ہے۔ کم اونچائی والے دو سیٹلائٹ کشش ثقل کے میدان کی بے ضابطگیوں کی وجہ سے باہمی مداری تغیرات کا مشاہدہ کرتے ہوئے ایک دوسرے کا سراغ لگا سکتے ہیں۔ اس کی ایک بہترین مثال فضل ہے۔ درست طور پر معلوم مداروں کے ساتھ کئی اونچائی والے سیٹلائٹ، جیسے کہ جی پی ایس سیٹلائٹ، کم اونچائی والے سیٹلائٹ کی پوزیشن کو ٹھیک کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ یہ مثالیں سیٹلائٹ سے سیٹلائٹ ٹریکنگ کے اطلاق کے چند امکانات پیش کرتی ہیں۔ سیٹلائٹ سے سیٹلائٹ ٹریکنگ ڈیٹا سب سے پہلے اے ٹی ایس-6 اور جی ای او ایس-3 کے درمیان اعلی کم ترتیب میں جمع اور تجزیہ کیا گیا تھا۔ مدار اور کشش ثقل کے ماڈل کی اصلاح دونوں کے لیے اس کی صلاحیت کا اندازہ کرنے کے لیے اعداد و شمار کا مطالعہ کیا گیا۔ مثال: GRACE GNSS ٹریکنگ کی مثالیں: چیمپئن شپ، GOCE جیوڈیٹک سیٹلائٹس کی فہرست اینا-1 بی بیڈو بلیٹس چیمپئن شپ ڈائیڈیم ایکو انویسیٹ ای آر ایس-1 ای آر ایس-2 ایٹالون تجرباتی جیوڈیٹک پے لوڈ "اجیسائی" ایکسپلورر پروگرام گیلیلیو جیو-آئی کے-2 جی ای او ایس-3 جیوسیٹ جیوسیٹ فالو-آن جی ایف زیڈ-1 گلونیس گریس جی پی ایس آئی سی ای ایس ٹی-1 آئی سی ای ایس ٹی-2 لاجیوس لارس لیریٹس ایچ-IIA-LRE پیجیوس سیسیٹ اسٹارلیٹ اور سٹیلا ٹاپکس/پوسیڈن ٹرانزٹ ویسٹ پی (ایڈز۔) (1993)۔ جیوڈینامکس میں خلائی جیوڈیسی کی شراکت: کرسٹل ڈائنامکس جلد۔ 23، ارتھ ڈائنامکس جلد۔ 24، ٹیکنالوجی جلد۔ 25، امریکن جیو فزیکل یونین جیوڈینامکس سیریز۔ بیرونی روابط GOCE GRACE CHAMP Aviso