مفهوم الأقمار الصناعية
يُطلق اسم الأقمار الصناعية (بالإنجليزية: Satellites) على الآلة التي تدور حول كوكب أو نجم في الفضاء، وهي تُعرف عادةً بأنها آلة من صُنع الإنسان يتم إرسالها إلى الفضاء، لتدور حول الأرض أو غيرها من الأجسام الفضائية لتقوم بمهام عديدة؛ كالتقاط الصور الجوية للأرض التي تساعد خبراء الأرصاد على التنبؤ بالطقس، أو التقاط الصور للثقوب السوداء والمجرات البعيدة، مما يساعد العلماء على فهم النظام الكوني بشكل أفضل.
تُستخدم الأقمار الصناعية بشكل أساسي للاتصالات في جميع أنحاء العالم، حيث يتم استخدام أكثر من 20 قمر صناعي لتكوين نظام التموضع العالمي (بالإنجليزية: GPS)، ويجدر بالذكر أنه تم إطلاق أول قمر صناعي إلى الفضاء عام 1957م من قبل الاتحاد السوفيتي، وقد أُطلق عليه اسم سبوتنك1.
أنواع الأقمار الصناعية
تُصنَّف الأقمار الصناعية تِبعاً لوظيفتها إلى خمسة أنواع رئيسية هي:
أقمار البحث والإنقاذ
تكون هذه الأقمار الصناعية مخصصة لقياس الخصائص الأساسية للفضاء الخارجي؛ مثل الحقول المغناطيسية، وتدفق الأشعة الكونية، وخصائص الأجرام السماوية، التي يصعب رصدها أو تستحيل مراقبتها من الأرض.
أقمار الاتصالات
يرتبط هذا النوع من الأقمار الصناعية بالهواتف، والتلفاز، حيث تَستقبل المعدات الإلكترونية المعقدة الموجودة على القمر الصناعي إشارة من الأرض وتُضخِمها وتَنقلها إلى نقطة أخرى على الأرض.
أقمار الطقس
يُوفر هذا النوع من الأقمار الصناعية معلومات مستمرة وحديثة عن الظروف الجوية ودرجات الحرارة.
أقمار الملاحة
يَتم استخدام الأقمار الصناعية بشكل أساسي من قبل الغواصات النووية؛ لتحديث نظام الملاحة بالقصور الذاتي الخاص بها.
الأقمار الصناعية التطبيقية
تُستخدم الأقمار الصناعية التطبيقية لاختبار طرق تحسين تكنولوجيا الأقمار الصناعية نفسها، مثل الاهتمام بأجهزة التحكم وإمدادات الطاقة.
مكونات الأقمار الصناعية
تَختلف الأقمار الصناعية في الأشكال، والأحجام، والوظائف، وتتكون أغلبها من:
- وعاء خارجي معدني أو مكوّن من مجموعة من العناصر يُعرف عادة باسم "BUS".
- مصدر للطاقة وبطاريات للتخزين.
- حاسوب لوحي للسيطرة على النظم المختلفة ومراقبتها.
- نظام راديو، وهوائي.
- نظام توجيه (ACS) الذي يقوم بدوره بتوجيه القمر الصناعي لمساره الصحيح.
- الإطار أو الهيكل الذي ترتبط به جميع الأجزاء الأخرى للقمر الصناعي.
- ألواح شمسية لتوليد الكهرباء.
- نظام تحكّم في الحرارة للحماية من الحرارة الشديدة.
- نظام كمبيوتر للتحكّم بعمل الأقمار الصناعية، ومراقبة الارتفاعات والاتجاهات.
- نظام اتصالات لإرسال واستقبال البيانات للمحطات الأرضية.
- نظام الدفع وهو محرك صاروخي لمساعدة القمر الصناعي على وضعه في المدار الصحيح.
استخدامات الأقمار الصناعية
تدخل الأقمار الصناعية في عدة استخدامات في الحياة اليومية ولا يُمكن الاستغناء عنها، ومن أبرز استخداماتها ما يأتي:
تُصدر هذه الأقمار إشارات إلى محطة مركزية، تُبرمج هذه المحطة الإشارات وتُرسلها إلى محطات أصغر عبر الكوابل أو الموجات الهوائية.
تُوفّر الأقمار الصناعية اتصالات هاتفية أثناء الطيران، وفي المناطق الريفية أو أيّ مناطق أخرى تعطلت بها خطوط الهواتف بسبب كارثة أو حادثة ما.
إذ تُستخدم أنظمة الملاحة لتحديد المواقع أو ما يُعرف ب (GPS)، وتُستخدم لتحديد موقع أيّ شخص يمتلك جهاز استقبال محمول باليد، كما أنّها مسؤولة خدمات تحديد المواقع والتوجيه في السيارات.
تتُيح الاتصال للشركات والأعمال التجارية في مواقع متفرقة وبعيدة عن بعضها، وذلك يسمح للشركات بإدارة مخزونها، وإجراء خدمات الصرافة لدول أخرى.
تُمكّن راصدي الأجواء والمناخ من تقصّي حالات الطقس في العالم، ورصد أو توقع الكوارث.
رصد درجات حرارة المحيطات، والتغيّر في حجم الأنهار الجليدية، والتيارات السائدة.
مدارات الأقمار الصناعية
تُعرف مدارات الأقمار الصناعية بأنّها المسارات التي تتخذها الأقمار الصناعية في حركتها فوق الأرض، وعلى الرغم من قوة سحب الجاذبية للأقمار الصناعية إلا أنّ هذه الأقمار لا تسقط على الأرض ، وذلك بسبب استمرار الأقمار الصناعية بالحركة في مساراتها بسرعة تعادل سرعة دوران الأرض أو أكبر، وفيما يأتي أنواع مدارات الأقمار الصناعية المختلفة:
المدارات الأرضية المنخفضة (Low-Earth orbits)
هي المدارات التي تكون قريبة من الأرض وعلى ارتفاع مئات الكيلومترات فقط، وتتحرك هذه الأقمار بسرعة كبيرة لمقاومة الجاذبية الأرضية، كما تكون هذه المدارات عبارة عن مسارات دائرية صغيرة؛ وذلك لأنّ الأقمار تكون قريبة جدًا من الأرض.
المدارات الأرضية المتوسطة (Medium-earth orbits)
تكون الأقمار الصناعية في هذه المدارات أعلى بحوالي 10 مرات من المدارات الأرضية المنخفضة، كما أنّ الأقمار الصناعية الواقعة في هذا المدار تتحرك بطريقة شبه متزامنة، أيّ أنّها تتواجد على نفس النقطة في المدار كلّ يوم وفي نفس الوقت على الرغم من تحركها الدائم.
المدارات الأرضية المرتفعة (High-Earth orbits)
تقع هذه المدارات على ارتفاعات تزيد عن 36,000 كم عن السطح، وتستغرق الأقمار الصناعية الواقعة في هذا المدار يومًا واحدًا للدوران حول الأرض والعودة لنفس الموضع في نفس الوقت، حيث تتحرك بطريقة متزامنة مع دوران الأرض.
عادةً ما تقع أقمار الاتصالات على مدارات ثابتة بالنسبة للأرض؛ لتصل إشاراتها إلى الأطباق الأقمار الصناعية الخاصة بها.
