مواد و ساخت پیشرفته

اتصال مستقیم به ماهواره (DTS) در صنعت معدن باعث بهینه‌سازی عملیات از طریق ارتباطات کم‌تأخیر شده و امکان خودکارسازی، جمع‌آوری داده‌ها و نظارت بر ایمنی را فراهم می‌کند.

افزایش نیاز جهانی به مواد معدنی و راهکارهای جدید

نیاز جهانی به مواد معدنی، سوخت‌های فسیلی و دیگر منابع استخراج‌شده از معادن همچنان رو به افزایش است. برآوردها نشان می‌دهد که برای تأمین تقاضای رو به رشد عناصر خاکی کمیاب مورد استفاده در باتری‌های برقی، تقریباً 400 معدن جدید باید راه‌اندازی شود. در مواجهه با این تقاضای بی‌سابقه، بسیاری از معادن از فناوری اتصال مستقیم به ماهواره استفاده می‌کنند تا بهره‌وری، کارایی، ایمنی و پایداری خود را بهبود بخشند.

نقش فناوری‌های دیجیتال و اتصالات اینترنتی در معدن

عملیات معدنی به‌طور فزاینده‌ای دیجیتالی، متصل و خودکار می‌شوند. تولیدکنندگان تجهیزات معدنی فناوری‌های دیجیتال را به تجهیزات خود اضافه کرده‌اند که باعث افزایش وابستگی معادن به اتصال اینترنتی برای کنترل ماشین‌آلات، پایش و جمع‌آوری داده‌ها شده است. در مناطق توسعه‌یافته، اتصال 5G می‌تواند این نیازها را برآورده کند، اما بیشتر معادن در مناطق دورافتاده‌ای قرار دارند که فاقد پوشش 5G هستند. به همین دلیل، ارتباطات ماهواره‌ای به یک جزء حیاتی در بیشتر عملیات معدنی تبدیل شده است.

نحوه عملکرد اتصال مستقیم به ماهواره (DTS)

ارتباطات ماهواره‌ای به‌طور سنتی مبتنی بر ماهواره‌های ژئوسنکرون (زمین‌آهنگ) بوده‌اند که همراه با چرخش زمین، یک منطقه خاص را تحت پوشش قرار می‌دهند. بااین‌حال، شرکت‌هایی مانند استارلینک و وان‌وب از این روش سنتی فاصله گرفته و به مدارهای پایین زمین (LEO) روی آورده‌اند. برخلاف ماهواره‌های سنتی که در ارتفاع بیش از 35,000 کیلومتری زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پایین، مانند ایستگاه فضایی بین‌المللی و تلسکوپ هابل، در ارتفاع حدود 1,200 کیلومتری زمین قرار می‌گیرند.

مزایای مدار پایین زمین (LEO) برای معدن

• کاهش تأخیر ارتباطی: به دلیل نزدیکی بیشتر، تأخیر ارتباطی در LEO بسیار کمتر از ماهواره‌های سنتی است. این کاهش تأخیر برای ارتباطات صوتی، تصویری و داده‌ای در معادن حیاتی است.
• کاهش مصرف انرژی: ماهواره‌های LEO به توان کمتری برای ارتباط نیاز دارند که باعث افزایش کارایی ارتباطات در معادن می‌شود.
• ابعاد کوچک و هزینه کمتر: ماهواره‌های مورد استفاده در DTS معمولاً به‌اندازه یک مشت و با وزنی در حدود 1.5 کیلوگرم هستند. این اندازه کوچک باعث می‌شود که پرتاب و استقرار آن‌ها آسان‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد.
• عدم وابستگی به مدار ژئوسنکرون: این ماهواره‌ها هر 90 دقیقه یک‌بار به دور زمین می‌چرخند، بنابراین برای پوشش پایدار جهانی به تعداد زیادی از آن‌ها نیاز است.

کاربردهای فناوری DTS در معدن

اتصال مستقیم به ماهواره، همانند شبکه 5G، مجموعه‌ای از امکانات و کاربردهای جدید را برای معادن فراهم کرده است.

1. عملیات از راه دور و خودکارسازی

معادن به سمت خودکارسازی حرکت می‌کنند و DTS بستری برای اجرای عملیات خودکار در مناطق دورافتاده ایجاد می‌کند. علاوه بر این، این فناوری امکان جمع‌آوری داده‌های عملیاتی را فراهم می‌کند که برای مدیریت و بهینه‌سازی فرآیندها استفاده می‌شود.

2. انتقال داده‌ها

همان‌طور که سایر صنایع به داده‌ها وابسته شده‌اند، صنعت معدن نیز از تجزیه‌وتحلیل داده‌ها بهره می‌برد. DTS امکان انتقال داده با تأخیر کم را فراهم می‌کند که برای جمع‌آوری داده‌ها در زمان واقعی و همچنین ویدئوکنفرانس و همکاری آنلاین مفید است.

3. ایمنی و واکنش سریع در شرایط اضطراری

بر اساس آمار اداره کار ایالات متحده، صنعت معدن یکی از خطرناک‌ترین صنایع جهان است و تعداد تلفات در معادن در سال 2023، با افزایش 31 درصدی روبه‌رو شد. DTS به معدن‌داران کمک می‌کند تا خطرات احتمالی مانند ریزش دیواره‌های معادن را قبل از وقوع شناسایی کرده و واکنش سریع‌تری در مواقع اضطراری داشته باشند.

4. پایش محیط‌زیستی

مطالعات نشان می‌دهد که صنعت معدن مسئول حدود 10 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان است. DTS به معدن‌داران کمک می‌کند تا میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای را پایش کرده و برای رعایت استانداردهای زیست‌محیطی، اقدامات اصلاحی انجام دهند.

مزایای DTS در صنعت معدن

اتصال مستقیم به ماهواره چندین مزیت کلیدی برای معادن به همراه دارد که شامل انعطاف‌پذیری، افزونگی سیستم، پوشش وسیع‌تر و افزایش پایداری محیط‌زیستی است.

• انعطاف‌پذیری بالا: برخلاف شبکه‌های سنتی که نیاز به سرمایه‌گذاری مداوم دارند، شبکه‌های ماهواره‌ای LEO می‌توانند به‌راحتی با تغییرات مکانی معادن سازگار شوند.
• افزونگی و قابلیت پشتیبان‌گیری: DTS می‌تواند به‌عنوان سیستم ارتباطی اصلی یا به‌عنوان یک پشتیبان در مواقع قطع شبکه‌های داده‌ای مورد استفاده قرار گیرد.
• پوشش جهانی: DTS یک گزینه ایده‌آل برای شرکت‌های چندملیتی معدنی است که نیاز به ارتباط پایدار در سراسر جهان دارند.
• بهبود پایداری و کاهش آلایندگی: DTS می‌تواند مسیر حرکت وسایل نقلیه سنگین را بهینه‌سازی کرده و مصرف سوخت را کاهش دهد.

چالش‌ها و محدودیت‌های DTS

با وجود مزایای متعدد، فناوری DTS با چالش‌های فنی و مسائل قانونی مواجه است.

• چالش‌های نظارتی: با افزایش تعداد ماهواره‌های LEO، مسئله مدیریت فضای بین‌المللی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. همچنین، این ماهواره‌ها از زیرساخت‌های زمینی در کشورهای مختلف استفاده می‌کنند که باعث ایجاد چالش‌های قانونی می‌شود.
• محدودیت‌های طیف الکترومغناطیسی: ارتباطات ماهواره‌ای عمدتاً در باند Ka انجام می‌شود که ممکن است تحت تأثیر شرایط آب‌وهوایی قرار گیرد.
• مشکلات سرعت و موقعیت مداری: به دلیل حرکت سریع ماهواره‌های LEO، چالش‌هایی در مدیریت شبکه و انتقال داده‌ها به وجود می‌آید.

روندهای آینده در فناوری DTS در معادن

آینده فناوری DTS بر غلبه بر چالش‌های کنونی متمرکز خواهد بود.

• برای حل مشکل پهنای باند، ارتباطات ماهواره‌ای ممکن است به باندهای فرکانسی بالاتر منتقل شود.
• تحقیقات نشان می‌دهد که فرکانس‌های بین 102 تا 109.5 گیگاهرتز برای ارتباطات بین ماهواره‌ای و زیرساخت‌های زمینی بهینه هستند.
• ماهواره‌های آینده ممکن است پردازش سیگنال درون‌برد و قابلیت‌های پیشرفته‌ای برای کاهش تأخیر و بهبود اتصال داشته باشند.

منبع