به گزارش ایسنا، در دنیای پرتنش امروز، توانایی تشخیص و واکنش به‌موقع به تهدیدات موشکی، نقشی حیاتی در تأمین امنیت ملی و حفظ جان غیرنظامیان ایفا می‌کند. سامانه‌های هشدار پیش‌هنگام پدافند موشکی، با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته، تلاش می‌کنند تا با شناسایی پرتاب موشک در مراحل اولیه، زمان لازم را برای واکنش مؤثر فراهم آورند. این سیستم‌ها معمولاً از ترکیب حسگرهای مختلف، از جمله رادار، ماهواره‌های مادون قرمز و سامانه‌های لرزه‌نگاری، برای ایجاد یک تصویر جامع و دقیق از تهدید بهره می‌برند.

دکتر مهدی زارع، استاد پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله در تشریح مبانی فنی و عملکرد سامانه‌های هشدار پیش‌هنگام پدافند موشکی، به طور ویژه بر نقش و اهمیت داده‌های لرزه‌نگاری در این اکوسیستم تأکید می‌کند. او توضیح می‌دهد که چگونه شبکه‌های لرزه‌نگاری که در اصل برای مطالعه زلزله طراحی شده‌اند، می‌توانند در تشخیص انفجارهای ناشی از پرتاب و برخورد موشک‌ها، به‌ویژه موشک‌های بالستیک به کار گرفته شوند. این مصاحبه همچنین به بررسی محدودیت‌های این روش، ضرورت ترکیب داده‌ها با سایر حسگرها، و چالش‌های فنی پیش روی ساخت و بهره‌برداری از چنین سامانه‌هایی می‌پردازد. درک عمیق‌تر این موضوعات به ما کمک می‌کند تا پیچیدگی‌های دفاع موشکی و لزوم یکپارچه‌سازی فناوری‌های مختلف را بهتر بشناسیم.

دکتر مهدی زارع در گفت‌وگو با ایسنا، تشخیص پرتاب موشک در فاصله دور و ارائه هشدار پیش‌هنگام را نیازمند سامانه چندلایه از حسگرها، ترکیب داده‌ها و تحلیل سریع دانست که معمولاً در سامانه‌های پدافند موشکی ملی یا منطقه‌ای مانند آژانس پدافند موشکی ایالات متحده (MDA)، سامانه ایرن دوم اسرائیل و یا سامانه A-235 روسیه مدیریت می‌شود. 

وی افزود: رادارهای نظارتی میان‌برد با تشخیص گرمای شدید و تغییر دوپلر در دود موتور موشک، فاز اول پرتاب -فاز تقویت- را تشخیص می‌دهند. این رادارها قادر به تشخیص پرتاب‌ها از صد تا هزار کیلومتر دور هستند. حسگرهای مبتنی بر اثرات اشعه مادون قرمز، دود موشک را در فازهای تقویت و میان‌مسیر رصد می‌کنند. این حسگرها می‌توانند حتی قبل از رادارهای زمینی، پرتاب موشک را تشخیص دهند. داده‌های چندین حسگر به مرکزهای پدافند منطقه‌ای ارسال می‌شود. الگوریتم‌ها با ترکیب داده‌های راداری، اشعه مادون قرمز و تصویری، مسیر، سرعت و محل احتمالی برخورد موشک را محاسبه می‌کنند. هنگامی که مسیر موشک تثبیت شد و زمان تا هدف محاسبه شد -طی چند دقیقه -  هشدارهای خودکار به سازمان‌های پدافندی مدنی، نظامی و گاهی به عموم مردم ارسال می‌شود.

زارع با بیان اینکه در آمریکا از طریق سامانه  هشدار عمومی و یکپارچه FEMA این هشدار توزیع می‌شود، خاطر نشان کرد: بر اساس هشدار، دستگاه‌های مقابله مانند سامانه موشکی پدافندی تاد (THAAD)، پایتریت، S-400 یا هواپیمای جنگنده برای مواجهه با موشک قبل از رسیدن آن به هدف به کار می‌افتند. برای کنترل خطاها سامانه‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای فیلتر کردن نویز استفاده می‌شوند. اگر تمام بخش‌های این سامانه به درستی کار کند، زمان هشدار معمولاً ۵ تا ۱۵ دقیقه برای موشک‌های بالستیک است، اما برای موشک‌های کوتاه‌برد کمتر است.

استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله ادامه داد: لرزه‌نگارها، جنبایی زمین را تشخیص می‌دهند و گاهی شوک‌های انفجار را به خصوص انفجارهای بزرگی مثل انفجارهای موشک‌های بالستیک یا انفجارهای در ارتفاع بالا را ثبت می‌کنند. حملات هوایی پهپادها، جت‌های جنگی، موشک‌های کروز معمولاً نمی‌توانند سیگنال‌های لرزه‌ای  قابل‌تشخیص و قابل‌استفاده برای شبکه‌های لرزه‌ای استاندارد و معمول تولید کنند، البته پس از اصابت پرتابه بر روی زمین و انفجار، نگاشت لرزه‌ای ثبت می‌شود.

وی تاکید کرد: حملات در ارتفاع بالا یا سوپرسونیک- فراصوت - ممکن است امواجی بسیار ضعیف و سریع از صوت ایجاد کنند. پرتاب موشک‌ها به خصوص موشک‌های بالستیک هیپرسونیک «برین صوت» می‌توانند سیگنال‌های لرزه‌ای قابل‌تشخیص ایجاد کنند که این سیگنال‌ها گاهی برای هشدار پیش‌هنگام مثلاً در سامانه هشدار پیش‌هنگام لرزه‌ای SEWS پنتاگون آمریکا برای تشخیص پرتاب موشک‌ها استفاده می‌شوند.

زارع با تاکید بر اینکه موشک فراصوت/سوپرسونیک (Supersonic) با سرعتی بیشتر از سرعت صوت در هوا/ماخ حدود ۱۲۰۰ کیلومتر بر ساعت یا ۳۳۰ متر بر ثانیه- در شرایط استاندارد، و محدوده سرعت بین ۱.۲ تا ۵ برابر سرعت صوت پرواز می‌کند و می‌تواند موج ضربه‌ای - shockwave-تولید ‌کند، یادآور شد: هنگامی که موشک از سرعت صوت فراتر رود -۱۲۲۵ کیلومتر بر ساعت یا ۷۶۱ مایل بر ساعت در سطح دریا-  هوا در جلوی آن فشرده می‌شود و باعث تغییر فوری فشار می‌شود. این حالت منجر به تشکیل یک موج ضربه‌ای  می‌شود که عبارت است از یک موج قوی و مخروطی شکل از هوای فشرده که از مسیر موشک به سمت بیرون پخش می‌شود. این موج ضربه‌ای  معمولاً به صدای «بووم» شنیده می‌شود به‌ویژه هنگامی که موشک در ارتفاع بالا پرواز کند و سپس با سرعت زیاد به پایین آید. به چنین حالتی معمولا «شکستن دیوار صوتی» می‌گویند. این موج ضربه‌ای بر حرکت موشک به خصوص در سرعت‌های بسیار بالا اثر می‌گذارد، تنش‌ و لرزش‌هایی در ساختمان‌های روی زمین ایجاد می‌کند و در برخی کاربردهای نظامی مانند هدف‌گیری صوتی یا اختلال مورد استفاده است. موشک فراصوت با هواپیماهای مدرن مثل F-16 یا B-1B قابل حمل است و می‌تواند در فاصله‌های کمتر از ۱۰۰۰ کیلومتر پرتاب شود. ‌

به گفته وی، موشک برین صوت -  هاییرسونیک Hypersonic - سرعتی بیشتر از ۵ ماخ، پنج برابر سرعت صوت - حدود ۵۰۰۰ کیلومتر بر ساعت یا ۱۴۰۰ متر بر ثانیه –تا ۲۵ برابر سرعت صوت (۵ تا ۲۵ ماخ) دارد و می‌تواند در فاصله‌های بسیار دور ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر عمل کند.

این استاد پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی افزود: شبکه‌های لرزه‌نگاری معمولی برای زلزله‌ها توسعه یافته و بهینه شده‌اند، نه برای تشخیص حملات هوایی یا موشک‌ها. سامانه‌های هشدار پیش‌هنگام برای حملات هوایی معمولاً از رادار تصویربرداری ماهواره‌ای با تشخیص فرکانس رادیویی رادارهای پدافند موشکی (مثلاً آیگیس و تاد) بهره می‌گیرند. داده‌های لرزه‌ای به عنوان منبع ثانویه یا مکمل استفاده می‌شوند، مثلاً برای تأیید پرتاب موشک پس از تشخیص اولیه آن توسط رادار . برخی مؤسسات نظامی و تحقیقاتی - مثل آزمایشگاه تحقیقات هوایی ارتش آمریکا -داراپا- در حال بررسی این موضوع هستند که آیا داده‌های لرزه‌ای  می‌توانند برای تشخیص انفجارهای در ارتفاع بالا یا اثر موشک‌ها استفاده شوند؟ لرزه‌نگاشت‌ها می‌توانند پرتاب موشک‌ها یا انفجارهای زمینی را تشخیص دهند و در برخی سناریوها می‌توانند به عنوان سامانه هشدار ثانویه استفاده شوند.

وی با تاکید بر اینکه ایستگاه‌های لرزه‌ای باید در مسافت ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتری از مکان پرتاب موشک قرار داشته باشند تا سیگنال‌های اولیه لرزه‌ای را تشخیص دهند، گفت: امواج لرزه‌ای با سرعتی حدود ۳ تا ۵ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند. برای فاصله ۱۰۰۰ کیلومتر سیگنال در حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ ثانیه -۳ تا ۵ دقیقه- طول می‌کشد تا برسد. برای فاصله ۲۰۰۰ کیلومتر  حدود ۴۰۰ تا ۶۰۰ ثانیه -۶ تا ۱۰ دقیقه- برای رسیدن زمان دارد. در فاصله بیشتر سیگنال ضعیف می‌شود و در نویز محو می‌شود یا در گذر از لایه‌های زمین تغییر می‌کند. در فاصله کمتر نویزهای محلی مانند ترافیک، باد و امواج دریا می‌توانند سیگنال‌های اصلی را مخفی کنند.

استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، به تشریح سامانه هشدار پیش‌هنگام لرزه‌ای ارتش آمریکا (SEWS) پرداخت و گفت: این سامانه از بیش از ۱۰۰ ایستگاه در سراسر ایالات متحده بهره می‌برد و می‌تواند انفجارهای موشک یا برخورد با زمین را حتی در فاصله‌ای حدود ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتری تشخیص دهد. این سامانه توانایی همکاری با داده‌های راداری و ماهواره‌ای را دارد و در راستای هشدار نسبت به تهدیدات پدافند هوایی مؤثر است.

وی اضافه کرد: موج‌های لرزه‌ای ایجاد شده توسط موشک‌ها تحت پایش قرار می‌گیرند. موج‌های اولیه لرزه‌ای (P-waves) که موج‌های فشاری هستند، با سرعتی بین ۵ تا ۸ کیلومتر بر ثانیه بسته به جنس لایه‌های زیرزمینی، به ایستگاه‌های لرزه‌ای می‌رسند و حتی از انفجارهای دوردست نیز قابل تشخیص هستند. این موج‌ها در سیستم‌های هشدار پیش‌هنگام برای شناسایی انفجارهای بزرگ، از جمله برخورد موشک‌ها و همچنین برای تخمین فاصله، جهت و اندازه رویداد استفاده می‌شوند.

زارع ادامه داد: موج‌های ثانویه لرزه‌ای (S-waves) که موج‌های تکانه‌ای با سرعت حدود ۳ تا ۴ کیلومتر بر ثانیه هستند، کمی بعد از موج‌های اولیه به ایستگاه‌ها می‌رسند. این موج‌ها به اندازه موج‌های اولیه در شناسایی سریع رویدادها کارایی ندارند، اما می‌توانند وقوع رویداد را تأیید کرده و به جنس زمین‌شناختی محلی حساس‌تر هستند.

وی همچنین به موج‌های سطحی «ریلی» و «لاو» اشاره کرد که با سرعتی بین ۲ تا ۳ کیلومتر بر ثانیه، آخرین موج‌هایی هستند که به ایستگاه‌ها می‌رسند و انرژی بیشتری را حمل می‌کنند و خاطرنشان کرد: این موج‌ها معمولاً برای تخمین اندازه انفجار به کار می‌روند و می‌توانند از فاصله ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر انفجارهای بزرگ، مانند انفجارهای هسته‌ای یا متعارف را تشخیص دهند. انفجارهای کوچک یا در ارتفاع پایین، مانند موشک‌های کروز، ممکن است سیگنال ضعیفی ایجاد کنند که معمولاً توسط شبکه‌های لرزه‌ای استاندارد قابل تشخیص نیست.

استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، به تشریح جزئیات فنی سامانه هشدار پیش‌هنگام لرزه‌ای آمریکا (SEWS) پرداخت. وی توضیح داد که این سامانه از امواج اولیه لرزه‌ای برای تشخیص انفجار موشک در فواصل ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتری استفاده می‌کند.

زارع افزود: از امواج ثانویه و موج‌های سطحی نیز برای تأیید رویداد و تخمین اندازه انفجار بهره برده می‌شود.

وی همچنین بیان کرد: این سامانه در همکاری با داده‌های راداری و ماهواره‌ای، به منظور هشدار پدافند موشکی به کار گرفته می‌شود.

زارع با اشاره به الزامات ساخت چنین سامانه‌ای، گفت: برای ساخت سامانه هشدار پیش‌هنگام لرزه‌ای موشکی (Missile Alarm SEWS)، به ابزارهای لرزه‌ای بهینه‌شده از نظر سرعت، حس‌پذیری و دقت نیاز داریم.

وی تشریح کرد: بهینه‌سازی سرعت برای تشخیص اولین موج دریافتی، حس‌پذیری برای تشخیص انفجارهای ضعیف و دقت برای تمیز دادن انفجار موشک از زلزله یا نویز ضروری است. همچنین، پوشش گسترده شبکه لرزه‌نگاری برای تشخیص رویدادها از فاصله ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتری الزامی است.

وی در خصوص تجهیزات مورد استفاده، اظهار کرد: «لرزه‌نگارهای باندپهن (Broadband Seismometers) مانند دستگاه‌های Guralp CMG-3T و STS-2، برای تشخیص موج‌های لرزه‌ای با نوسان کم و فرکانس بالا، از جمله موج P حاصله از انفجارهای دور، طراحی شده‌اند چنین سامانه‌ای قادر به تشخیص رویدادهایی با بزرگای ۱ تا ۳ است که این میزان معمولاً برای انفجارهای موشکی کافی است.

وی همچنین تاکید کرد: این دستگاه‌های لرزه‌نگاری باندپهن با محدوده دینامیک بالا، می‌توانند هم رویدادهای کوچک و هم بزرگ را بدون خطا تشخیص دهند.

زارع به اهمیت آرایه‌های لرزه‌نگاری اشاره کرد و گفت: استفاده از آرایه‌هایی با حداقل ۳ تا ۵ ایستگاه برای تعیین مکان دقیق انفجار و به‌کارگیری فیلترهای پهن‌گذر برای حذف نویز منابع محلی مانند ترافیک، باد و امواج دریایی لازم است.

این محقق پژوهشگاه زلزله‌شناسی همچنین بر پردازش زمان واقعی (Real-Time Processing) برای تشخیص و هشدار در صورت انفجار موشک تأکید کرد و گفت: الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای تشخیص انفجار موشک از زلزله در حال توسعه هستند و الگوریتم‌های یادگیری ماشین کارآیی بالایی در تحلیل و ترکیب داده‌ها دارند. سامانه هشدار پیش‌هنگام لرزه‌ای یک ابزار قدرتمند برای تشخیص انفجار موشک است که با ادغام این داده‌ها با سامانه‌های رادار-ماهواره‌ای، یک سامانه پدافندی کامل و دقیق شکل می‌گیرد که می‌تواند زمان هشدار را به حداقل برساند.