تکنولوژی هارپ به زبان ساده چیست؟

یکی از تکنولوژی های برتر دنیا که همه ما با نام ان آشنا هستیم هارپ است. ما به دفعات نام این تکنولوژی را شنیده ایم اما شاید به طور کامل اطلاعاتی از آن نداشته باشیم و ندانیم که این تکنولوژی در اصل به قذعته معناست.

عموما واژه های علمی دارای معنای پیچیده ای هستند، اما ما امروز می خواهیم به زبان ساده در رابطه با تکنولوژی هارپ صحبت نماییم.

واژه هارپ (HAARP) مخفف «برنامه تحقیقاتی شفق فعال با فرکانس بالا» است. هارپ یک مرکز تحقیقاتی در ایالت آلاسکا است. اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم این مرکز یک گرم کننده بزرگ برقی است.

همه ما تجربه روشن کردن بخاری برقی را داریم، هنگامی که این بخاری را روشن می کنیم، هوای اطراف در اثر تابش حرارتی گرم می شود. هرپ هم دقیقا همین کار را می کند. البته هدف هارپ گرم کردن و برانگیختن لایه ای مشخص در خوای اطراف کره زمین است. به عبارت دیگر هارپ می خواهد لایه یونوسفر را گرم و برانگیخته نماید.

در این مرکز، آرایه‌‌ای از ۱۸۰ آنتن‌ فرستنده وجود دارد که در زمینی به مساحت ۱۳ هکتار نصب شده‌اند. این آرایه‌ها به مجموعه‌ای از ژنراتورها متصل‌اند که روی هم رفته توانی برابر ۳٫۶ مگاوات ایجاد می‌کنند. این توان ایجادشده به‌صورت امواج الکترومغناطیسی با بسامد‌ (فرکانس) ۲٫۷ تا ۱۰ مگاهرتز از طریق این آنتن‌ها به‌سوی آسمان منتشر می‌شود.

هارپ چیست ؟

برنامه تحقیق از یونوسفر با فرکانس بالا (High-frequency Active Auroral Research Program) که به اختصار «هارپ» (HAARP) نامیده می‌شود، توانمندترین فرستنده با قدرت بالا و فرکانس بالا (HF) در جهان برای مطالعه لایه یونوسفر است. ابزار اصلی این پروژه «ابزار تحقیقی یونوسفر» (Ionospheric Research Instrument) یا IRI است که مجموعه‌ای فازی از ۱۸۰ آنتن دو قطبی متقاطع HF یا فرکانس بالا است و در ۳۳ هکتار پخش شده و قادر به تابش ۳٫۶ مگاوات به جو فوقانی و یونوسفر است.

فرکانس امواج ارسالی از این آنتن‌ها در محدوده ۲٫۷ تا ۱۰ مگاهرتز قابل تغییر و انتخاب هستند و از آنجا که آنتن‌ها دارای ساز و کار پیچیده هستند، پرتو ارسال شده می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد، در یک طیف وسیع زاویه‌ای اسکن شود و چندین پرتو تشکیل دهد.

این مرکز از ۳۰ ایستگاه فرستنده که هر کدام شش جفت فرستنده ۱۰ کیلوواتی دارند برای دستیابی به توان انتقال ۳٫۶ مگاوات استفاده می‌کند.

هارپ برای چه چیز استفاده می‌شود؟

هدف از تحقیقات در پروژه هارپ انجام مطالعه اساسی فرآیندهای فیزیکی در بالاترین قسمت‌های جو است که ترموسفر و یونوسفر نامیده می‌شوند. این تحقیق به دو دسته (۱) فعال و (۲) غیرفعال تقسیم می‌شود. در قسمت فعال استفاده از ابزار تحقیقات یونوسفر نیاز است و در حالت غیرفعال فقط از ابزارهای نظارت استفاده می‌شود.

امواج رادیویی فرستاده شده از هارپ می‌توانند با یون‌ها و الکترون‌های لایه یونوسفر تعامل و برهمکنش داشته باشند. امواج رادیویی هارپ الکترون‌ها را گرم کرده و اختلالات کوچکی ایجاد می‌کند که شبیه انواع فعل و انفعالات در طبیعت است.

ویژگی اصلی آزمایش‌های هارپ این است که اختلالات ایجاد شده بر خلاف پدیده‌های طبیعی تصادفی نیستند و امکان مشاهده و مطالعه آن برای دانشمندان و محققین به وجود می‌آید. در حقیقت با استفاده از هارپ دانشمندان می‌توانند زمان و مکان اختلالات را کنترل کنند تا بتوانند اثرات آن را اندازه‌گیری کنند. علاوه بر این آن‌ها می‌توانند آزمایشات را تکرار و مجدداً اندازه‌گیری‌ها را انجام دهند تا از نتیجه آزمایش و نتیجه‌گیری‌های خود مطمئن شوند.

یونوسفر چیست؟

لایه یونوسفر خارجی‌ترین لایه اتمسفر زمین است. لایه یونوسفر از ارتفاع حدود ۶۰ تا ۸۰ کیلومتری شروع می‌شود و تا ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری نیز گسترش می‌یابد. در یونوسفر اتم‌ها و الکترون‌هایی وجود دارد که به دلیل تابش فرابنفش خورشید یونیزه شده‌اند.

لایه یونوسفر برای رادیو مهم است زیرا امواج رادیویی با فرکانس پایین که به لایه یونوسفر می‌رسند از لایه یونوسفر عبور نکرده و برمی‌گردند و بدین ترتیب ارتباطات دور بُرد ممکن می‌شود. در فرکانس‌های بالا امواج رادیویی فرستاده شده از ماهواره‌ها از لایه یونوسفر عبور می‌کنند.

این لایه دقیقاً جایی است که شفق قطبی در زمانی که بادهای خورشیدی با اتم‌های اکسیژن و نیتروژن این لایه برخورد می‌کنند، اتفاق می‌افتد.

هارپ در کجا قرار دارد؟

مکان این پروژه نزدیک «گاکونا» (Gakona) انتخاب شد زیرا زمین این منطقه تخت است و در منطقه قطبی شمال که شفق قطبی رخ می‌دهد قرار دارد. هارپ نزدیک به یک بزرگراه بزرگ است اما به اندازه کافی دورافتاده است تا هیچ منبع تداخل الکتریکی یا رادیویی در آن نزدیکی وجود نداشته باشد.

چرا هارپ ساخته شد؟

به دلیل اهمیت یونوسفر برای ارتباطات رادیویی در اوایل دهه ۱۹۹۰ نیروی هوایی  و نیروی دریایی ایالات متحده پروژه هارپ را پیشنهاد دادند و نیروی هوایی ساخت آن را در سال ۱۹۹۳ آغاز کرد.

هدف این پروژه تحقیق در رابطه با خصوصیات فیزیکی و الکتریکی یونوسفر زمین بود که می‌تواند بر سیستم‌های ارتباطی و ناوبری نظامی و غیرنظامی تأثیر بگذارد. مسئولیت هارپ در سال ۲۰۱۵ به دانشگاه «آلاسکا فیربانکس» (Alaska Fairbanks) منتقل شد.

چرا هارپ در آلاسکا ساخته شد؟

نیروی هوایی آمریکا گاکونا در آلاسکا را به عنوان مکان پروژه هارپ انتخاب کرد زیرا دارای معیارهای زیر بود:

• (۱) قرار گرفتن در منطقه‌ای که شفق قطبی رخ می‌دهد.
• (۲) در نزدیکی این منطقه بزرگراهی اصلی برای دسترسی به مکان سایت وجود داشت.
• (۳) دور از مناطق پرجمعیت و پر سر و صدا و چراغ‌های الکتریکی بود.
• (۴) زمینی نسبتاً مسطح بود.
• (۵) هزینه ساخت و ساز در این منطقه منطقی و مقرون به صرفه بود.
• (۶) حداقل تأثیرات زیست محیطی را بر محیط داشت.

مالک هارپ کیست؟

برای بیش از ۲۵ سال آزمایشگاه‌های نیروی هوایی (AFRL) اداره وسایل نقلیه فضایی در پایگاه نیروی هوایی کیرتلند، نیومکزیکو و دانشگاه آلاسکا فیربانکس (UAF) در زمینه تحقیقات یونوسفر در پروژه هارپ با یکدیگر همکاری داشتند. زمانی که بودجه دانشگاه آلاسکا برای تحقیق و توسعه کاهش یافت، تلاش‌هایی انجام شد تا راه حلی برای حفظ این منبع تحقیقاتی ملی پیدا شود.

در آگوست ۲۰۱۵ تجهیزات تحقیقاتی تحت توافق نامه مشارکت آموزش (EPA) به دانشگاه آلاسکا منتقل شد. همچنین برای تأمین و تفویض اختیارات و کنترل و مدیریت به این دانشگاه توافق نامه تحقیق و توسعه همکاری (CRADA) منعقد شد.

این توافق نامه‌ها، توافقات منحصر به فردی هستند که دسترسی به منابع گسترده بودجه دولت را فراهم می‌کنند و می‌توان از آن‌ها استفاده کرد تا نتایج ویژه و قدرتمندی به دست آید. این امر معمول است که سازمان‌های دولتی مالکیت تجهیزات تحقیقاتی را برای ادامه حمایت از علم به دانشگاه‌ها منتقل می‌کنند.

مسئولیت امکانات و تجهیزات هارپ نیز به طور رسمی از ۱۱ آگوست ۲۰۱۵ از ارتش به دانشگاه آلاسکا منتقل شده است.

هارپ چگونه کار می‌کند؟

دانشمندان در هارپ از فرستنده‌های رادیویی فرکانس بالا برای گرم کردن مناطق کوچک یونوسفر و مشاهده اثرات آن (از جمله گرمایش یونوسفر) استفاده می‌کنند.

در مقایسه با هارپ در تحقیقات فضایی سنتی که از مشاهدات زمینی یا آزمایش توسط موشک‌های صوتی استفاده می‌شود روزها، هفته‌ها و یا حتی سال‌ها زمان لازم است تا شرایط مورد نظر برای انجام آزمایش به صورت طبیعی به دست آید.

ماهواره‌ها می‌توانند پایگاه داده‌های بسیار بزرگتری جمع کنند اما هماهنگی ماهواره با پدیده‌های مورد نظر دشوار است. با ایجاد امکاناتی مانند پروژه هارپ، می‌توان محیط آزمایشی را به گونه‌ای ایجاد کرد تا ساختارهای پلاسمایی و بی نظم ایجاد شود و از یونوسفر مانند آنتن برای تحریک امواج با فرکانس پایین، ایجاد درخشش‌های شفاف نورانی ضعیف و انواع آزمایش‌های دیگر استفاده کرد.

ابزار تحقیقی یونوسفر امواجی با فرکانس‌های ۲٫۷ تا ۱۰ مگاهرتز و با قدرت ۳٫۶ مگاوات ارسال می‌کنند. امواج رادیویی به سمت بالا به یونوسفر جایی که باعث حرکت الکترون‌ها به صورت امواج می‌شود، منتقل می‌شوند. در حقیقت هارپ مانند یک بخاری یونوسفر است، به این دلیل که تحریک الکترون‌ها دمای آن‌ها را افزایش می‌دهد و این قدرتمندترین بخاری یونوسفر در جهان است.

با تغییر چگالی الکترون‌ها در یک منطقه خاص دانشمندان می‌توانند نحوه واکنش یونوسفر به تغییر شرایط را مطالعه کنند.

هارپ چه زمانی ساخته شد؟

ساخت و ساز در ایستگاه تحقیقاتی هارپ در سال ۱۹۹۳ آغاز شد. در ادامه اولین مرکز عملیاتی در زمستان سال ۱۹۹۴ با سه ابزار غیرفعال تشخیصی و نمونه اولیه یک فرستنده فرکانس بالا برای ارزیابی متشکل از ۱۸ آنتن با توان تابش خالص ۳۶۰ کیلووات تکمیل شد.

تا سال ۱۹۹۹ هارپ با افزودن چندین ابزار اضافی به مجموعه تشخیصی و یک فرستنده فرکانس بالا بهبود یافته با ۴۸ آنتن و توان خالص تابش ۹۶۰ کیلووات در یک سطح متوسط قادر به انجام تحقیقات یونوسفر با کیفیت بالا بود.

بین سال‌های ۲۰۰۳ و ۲۰۰۶ ابزارهای جدیدی از جمله رادار یونوسفر فرکانسی فوق‌العاده بالا (UHF) و گنبد تلسکوپی برای مشاهدات نوری به این مرکز اضافه شدند. فرستنده فرکانس بالا اکنون شامل ۱۸۰ آنتن با توان تابش خالص ۳۶۰۰ کیلووات یا ۳٫۶ مگاوات است.

کمپین تحقیقاتی هارپ چگونه است؟

کمپین‌های تحقیقاتی برای بهینه سازی زمان تدارکات و پرسنل با ترکیب چندین آزمایش در یک بازه زمانی مشخص ایجاد شده‌اند. چنین کمپین‌هایی تقریباً شش هفته قبل برنامه ریزی شده و هر سال سه تا چهار بار انجام می‌شوند.

در هارپ به دلیل تغییر شرایط یونوسفر و رویدادهای زمین خورشیدی، زمان‌ها و فرکانس‌های واقعی برای هر آزمایش داده شده در داخل یک کمپین را نمی‌توان مگر در زمان واقعی انجام آزمایش تعیین کرد.

بین سال‌های ۱۹۹۹ و ۲۰۱۴ بیش از ۲۰ کمپین تحقیقاتی عمده و مطالعات کوتاه مدت متعدد در این مرکز انجام شد. این دوره‌های مطالعاتی از ۱۳۰ روز (۲۰۰۸) تا ۱۵ روز (۲۰۱۴) متغیر بود.

از زمان انتقال سایت در سال ۲۰۱۵ دانشگاه آلاسکا شش پروژه تحقیقاتی تنظیم کرده است که شامل موارد زیر هستند:

۱) ۱۹-۲۳ فوریه ۲۰۱۷، ۲) ۲۱-۲۵ سپتامبر ۲۰۱۷، ۳) ۶-۱۴ آوریل ۲۰۱۸، ۴) ۳۰ جولای-۱ آگوست ۲۰۱۸، ۵) ۲۹ نوامبر تا ۳ دسامبر ۲۰۱۸ و ۶) ۲۵ تا ۲۸ مارس ۲۰۱۹. قرار است کمپین تحقیقات بعدی هارپ در زمستان ۲۰۲۰-۲۰۲۱ انجام شود.