الأقمار الصناعية
يُعرّف القمر الصناعي (بالإنجليزية: Satellite) بأنّه آلة تُرسَل إلى الفضاء الخارجي، ليبدأ بعد وصوله بالدوران حول الأرض أو حول أيّ جرم آخر، وتُساهم الأقمار الصناعية في اكتشاف الكون والفضاء، حيث يستطيع بعضها حمل العديد من الأشخاص، كما أنّها تُعدّ وسيلةً مهمّةً للاتصال بين الأفراد.
تاريخ الأقمار الصناعية
حقّق الاتحاد السوفيتي إنجازًا هو الأول من نوعه في العالم عندما أطلق القمر الصناعي سبوتنك1 نحو الفضاء بتاريخ 4 أكتوبر/تشرين الأول لعام 1957م، ويُعدّ سبوتنك 1 أول قمر صناعي في العالم، حيث كان يزِن 83 كغم ويُقارب حجم كرة السلة، وقد احتاج للدوران حول الأرض بمدار إهليلجي إلى 98 دقيقة تقريبًا.
ودفع هذا الإنجاز إلى التنافس بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي في الدراسات المتعلقة بالفضاء، عدا عن تشكيله تطوّراً كبيراً في المجالات العسكرية، والسياسية، والتكنولوجية.
استخدامات الأقمار الصناعية
هناك العديد من الفوائد والاستخدامات المهمّة للأقمار الصناعية، ومن أبرزها ما يأتي:
- استكشاف النظام الشمسي: أُرسلت المركبات الفضائية من الأرض بهدف استكشاف كواكب النظام الشمسي عبر وضعها في مدارات خاصة لتدور حول الكواكب وتُشكّل أقمارًا صناعيةً لها، كما أُرسلت العديد من الأقمار الصناعية لاستكشاف قمر الأرض، ومن أهم الأقمار الصناعية ما يأتي:
- غاليليو: وهو القمر الصناعي الذي يدور حول كوكب المشتري.
- كاسيني: وهو القمر الصناعي الذي يدور حول كوكب زُحل.
- ماجلان: وهو القمر الصناعي الذي يدور حول كوكب الزهرة.
- الأقمار الصناعية في بعثة الفايكينغ لكوكب المريخ ولاحقًا الماسح الشامل للمريخ.
- تحديد المواقع الجغرافية: يُوفّر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إمكانية تحديد الوجهة بكلّ دقة في أيّة بقعة من الكرة الأرضية، ويعود الفضل في ذلك إلى مجموعة من الأقمار الصناعية المترابطة التي تدور حول الأرض.
- دراسة الأرصاد الجوية: يجمع القمر الصناعي الخاص المعلومات المتعلقة بالطقس ويُحدّثها باستمرار لرصد أحوال المناخ الجوي للأرض والتقلّبات الجوية المُحتملة، وذلك عن طريق تخزين المعلومات على أجهزة خاصة، وعلى الرغم من أنّ البيانات المُخزنة تتوافر بشكل دقيق وفي الوقت المناسب إلّا أنّه لا يُمكن الأخذ بها إلّا لمدّة 48 ساعة لاحقة فقط.
- دراسة الكون: وفّرت الأقمار الصناعية العديد من المعلومات والصور الكونيّة، وتُعدّ الصور التي قدّمتها سلسلة أقمار فوياجر للكواكب من أوائل الصور التي التُقطت من خارج الأرض، كما وفّر تليسكوب هابل صورًا كونيةً واضحةً ودقيقةً تفوّقت على تلك المُقدَّمة من أيّ تلسكوب أرضي.
أسباب عدم سقوط الأقمار الصناعية على الأرض
تتعدّد الأسباب التي تحول دون سقوط الأقمار الصناعية على الأرض ، ومنها ما يأتي:
- سرعة الدوران: يُمكن تصوّر القمر الصناعي على أنّه جسم لا تؤثّر فيه سوى قوة الجاذبية، ويعدّ خط كارمان الواقع على ارتفاع 100 كم الحدّ الذي تبدأ الأقمار الصناعية بعده بالسباحة في الفضاء، ومع ذلك فإنّ عدم سقوط القمر الصناعي على الأرض مرتبط بسرعة دورانه الكبيرة والتي تزيد عن 8 كم في الثانية الواحدة.
- الدوران في مدارات بعيدة: تتعرّض الأجسام القريبة من الغلاف الجوي لخطر السقوط بسبب قوة جذب جزيئات الغلاف الجوي لها، ممّا يؤدي إلى تباطؤها وسقوطها في النهاية، فتُرسَل الأقمار الصناعية لمدارات بعيدة عن الغلاف الجوي لقلّة الجزيئات التي تحدّ من سرعتها.
- الدوران في نطاقات معتمدة: تتعدّد المدارات الفضائية حول الأرض؛ فمنها ما يقع في نطاق منخفض ضمن ارتفاع يتراوح بين 160 إلى 2000 كم ويُسمّى المدار الأرضي المنخفض، حيث تعمل معظم الأقمار الصناعية في هذه المنطقة وتدور المحطة الفضائية الدولية فيها، وتجدر الإشارة إلى أنّ جميع الأقمار الصناعية التي حملت أشخاصًا على متنها كانت ضمن هذا الارتفاع، باستثناء برامج أبولو المُوجّهة إلى القمر.
أنواع الأقمار الاصطناعية
يمكن تصنيف الأقمار الصناعية حسب وظيفتها إلى مجموعة مختلفة من الأنواع، وهي على النحو الآتي:
- أقمار الاتصالات: هذه الأقمار الصناعية تدعم الاتصالات السلكية واللاسلكية والبث التلفزيوني والمكالمات الهاتفية والاتصال بالشبكة العنكبوتية والمذياع.
- أقمار الملاحة: مسؤولة عن تتبع موقع شيء ما.
- الأقمار الصناعية المسؤولة عن الطقس: ورسم خرائط الطقس وتوقعاته.
- الأقمار الصناعية الأرضية: مسؤولة عن دراسة البيئة، ورصد التغيرات المناخية ورسم خرائط الأرض لأغراض غير عسكرية.
- الأقمار الصناعية الفلكية: وهي الأقمار المسؤولة عن مراقبة النجوم والكواكب وما يدور في الفلك كمقراب ومنظار كبير.
الدول التي أطلقت أقمار اصطناعية
تمتلك العديد من الدول مجموعة من الأقمار الصناعية إذا قد تمتلك الدولة الواحدة أكثر من قمر صناعي، وبما أنه بلغ عدد الأقمار المطلقة 48 قمرًا صناعيًا، ففيما يأتي قائمة بأهم الدول التي أطلقت أقمارًا صناعيةً:
- الولايات المتحدة الأمريكية: أطلقت 29 قمرًا صناعيًا منها aim، ariel، echo وغيرها الكثير.
- كندا: أطلقت 3 أقمار صناعية، وهي James Webb Space Telescope، MOST، Odin
- الصين: أطلقت قمر صناعي واحد وهو china 1.
- فرنسا: أطلقت قمر odin.
- اليابان: أطلقت الأقمار الآتية Akari، Hinode، Ōsumi، Shinsei، Suzaku، Yohkoh
- كوريا الجنوبية: أطلقت قمر صناعي واحد وهو Science and Technology Satellite
- هولندا: أطلقت قمر Infrared Astronomical Satellite
- ألمانيا : أطلقت قمر rosat.
- الهند: أطلقت قمر Aryabhata
- كوريا الشمالية : أطلقت قمر Kwangmyŏngsŏ
- روسيا: أطلقت قمري Cosmos, International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory
- السويد أطلقت قمر odin.
- إيران: أطلقت قمر باسم omid.
كيف يعمل القمر الاصطناعي
تختلف آلية عمل القمر الاصطناعي كلّ بحسب وظيفته.
وفيما يأتي تفصيل كيفية عمل القمر الاصطناعي المخصّص للاتّصالات تحديدًا، إذ يستقبل القَمر الصناعي الإِشارات من محطة أرضيّة بتردّد معين، ثم يقوم بمعالجة البيانات باستخدام عدد من أجهزة الإِرسال والاستقبال التي على متنه، كأَجهزة استِقبال المِذياع، ومكبِّرات الصوت، وأجهزة الإرسال، التي تعزّز الإشارات الواردة، وتغير ترددها.
مكونات الأقمار الصناعية
لا بد أن الكل يرغب بمعرفة مكونات القمر الصناعي وكيفية آلية عمله وفيما يأتي ذكر لأهم مكوناته:
تستخدم الهوائيات في الأقمار الصناعية لاستقبال، ونقل الإشارات من وإلى الأرض.
- نظام القيادة ومعالجة البيانات
يقوم نظام القيادة في القمر الصناعي بقيادته، وتلقي الأوامر من الأرض للتشغيل.
تراقب الحسّاسات موقع القمر الصناعي، لضمان بقائه في المدار الصحيح.
يقوم الهيكل بتغطية القمر الصناعي وميزته أنه مصنوع من مواد قوية يمكنها تحمّل بيئة الفضاء القاسية.
يقوم هذا النظام بتحويل ضوء الشمس إلى الطاقة.
يقوم بحماية أجهزة القمر الصناعي ضد التغيرات الشديدة في درجة الحرارة الموجودة في الفضاء.
تقوم بتحويل الترددات المرتفعة الواصلة إليها إلى ترددات منخفضة ثم إرسالها إلى الأرض مجددًا.
مخاطر خروج القمر الاصطناعي عن مساره
يسبح القمر الصناعي في مساره المخصص له في الفضاء بهدوء وثبات عند تساوي قوة الجاذبية مع الأرض مع قوة الطرد المركزي المخصصة له.
ولكن لسبب أو لآخر قد يخرج القمر الصناعي عن مساره، إما بسبب جاذبية الأرض القوية التي تسحبه ناحيتها، أو مقاومة الهواء مسببّة زيادة في سرعته، وبناء على ذلك يحدث خروج له عن مساره، واحتراقه عند دخوله الغلاف الجوي الخاص بالأرض ثم سقوطه عليها في نهاية المطاف.
