أقمار الاتصالات Communication Satellite

عندما يكون القمر الصناعي في الجزء القريب من الأرض من مداره، فإنّه يتحرك بشكل أسرع لأنّ جاذبية الأرض أقوى، وهذا يعني أنّ قمر اتصالات يمكن أن يكون فوق المنطقة التي يتصل بها من الأرض لجزء طويل من مداره، كما سيكون خارج الاتصال بهذه المنطقة فقط عندما يقترب بسرعة من الأرض.

ما هي أقمار الاتصالات Communication Satellite؟

أقمار الاتصالات “Communication Satellite”: هي أجهزة صممت لنقل عدة إشارات أو أكثر في العادة في وقت واحد، حيث في بعض الحالات قد يكون هناك جهاز مرسل مستجيب منفصل لكل ناقل وهذا هو الحال بالنسبة لسواتل البث والأقمار الصناعية المستخدمة لتوزيع الإشارات التلفزيونية على محطات البث الأرضي.

في العادة، يتم ترحيل كل جهاز مرسل مستجيب وليس ناقل واحد ولكن عدة أو أكثر، وهذا ما يسمى “الوصول المتعدد”، حيث هناك ثلاث تقنيات أساسية لتحقيق الوصول المتعدد دون تداخل غير مقبول بين الإشارات المختلفة المعنية.

ما هي الاتصالات الساتلية؟

الاتصالات الساتلية: في الاتصالات السلكيةواللاسلكية، هي الاتصالات التي تستخدم الأقمار الصناعية لتوفير روابط اتصال بين نقاط مختلفة على الأرض، حيث تلعب الاتصالات دوراً حيوياً في نظام الاتصالات العالمي، وكذلك مع ما يقرب من “2000 قمر صناعي” يدور حول الأرض إشارات تماثلية ورقمية تحمل الصوت والفيديو والبيانات من وإلى موقع واحد أو أكثر في جميع أنحاء العالم.

يتكون الاتصال الساتلي من عنصرين رئيسيين هُما الجزء الأرضي الذي يتكون من الإرسال الثابت أو المتنقل والاستقبال والمعدات المساعدة، والجزء الفضائي وهو عبارة عن القمر الصناعي نفسه، كما تحتوي وصلات القمر الصناعي النموذجي إرسال أو ربط إشارة من محطة أرضية إلى قمر صناعي.

وبعد ذلك يستقبل القمر الصناعي الإشارة ويضخمها ويعمل على إعادة إرسالها مرة أخرى إلى الأرض حيث يتم استلامها وإعادة تضخيمها من خلال المحطات الأرضية والفرعية، كما تتضمن أجهزة استقبال الأقمار الصناعية على الأرض معدات الأقمار الصناعية المباشرة إلى المنزل “DTH” ومعدات الاستلام المحمولة في الطائرات وهواتف الأقمار الصناعية والأجهزة المحمولة.

• “DTH” هي اختصار لـ “Direct To Home”.

أساسيات أقمار الاتصالات:

تسمح أقمار الاتصالات بإرسال البث الإذاعي والتلفزيوني والهاتفي مباشرة في أي مكان في العالم حيث قبل الأقمار الصناعية كانت أساليب الإرسال مستحيلة على مسافات طويلة، والإشارات التي تنتقل في خطوط مستقيمة لا يمكن أن تنحني حول الأرض المستديرة لتصل إلى وجهة بعيدة، ونظراً لتوفر الأقمار الصناعية في المدار يمكن إرسال الإشارات مباشرةً إلى الفضاء ثم إعادة توجيهها إلى قمر صناعي آخر أو مباشرة إلى وجهتها.

يمكن أن يكون للقمر الصناعي دور سلبي في الاتصالات مثل ارتداد الإشارات من الأرض إلى موقع آخر على الأرض، ومن ناحية أخرى تتضمن بعض الأقمار الصناعية أجهزة إلكترونية تسمى أجهزة الإرسال والاستقبال لاستقبال الإشارات وتضخيمها وإعادة بثها إلى الأرض.

غالباً ما تكون أقمار الاتصالات في مدار ثابت بالنسبة إلى الأرض، وعند الارتفاع المداري العالي البالغ “35800 كيلومتر”، حيث يدور قمر صناعي ثابت بالنسبة إلى الأرض حول الأرض في نفس الفترة الزمنية التي تحتاجها الأرض للدوران مرة واحدة، لذلك من الأرض يبدو أنّ القمر الصناعي ثابت ودائماً فوق نفس المنطقة من الأرض، أمّا المنطقة التي يمكن الإرسال إليها تسمى بصمة القمر الصناعي، فعلى سبيل المثال العديد من أقمار الاتصالات الكندية لها بصمة تغطي معظم كندا.

يمكن أن تكون أقمار الاتصالات أيضاً في مدارات بيضاوية للغاية، وهذا النوع من المدارات على شكل بيضة تقريباً مع وجود الأرض بالقرب من قمة البيضة، أمّا في المدار الإهليلجي للغاية تتغير سرعة القمر الصناعي اعتماداً على مكان وجوده في مساره المداري.

آلية عمل الأقمار الصناعية:

القمر الصناعي هو عبارة نظام اتصالات معتمد على ذاته مع القدرة على استلام إشارات من الأرض وإعادة إرسال تلك الإشارات مرة أخرى باستعمال جهاز إرسال واستقبال، أي جهاز استقبال ومرسل متكامل لإشارات الراديو، كما يجب أن يتحمل القمر الصناعي التسارع الكبير خلال الإطلاق حتى سرعة مدارية تبلغ “28100 كيلومتر” أي “17500 ميل في الساعة” وبيئة فضائية مناسبة، حيث يمكن أن يتعرض للإشعاع ودرجات الحرارة القصوى خلال حياته التشغيلية الممكنة والتي يمكن أن تصل إلى “20 سنة”.

بالإضافة إلى ذلك يجب أن تكون الأقمار الصناعية خفيفة الوزن، حيث أن تكلفة إطلاق القمر الصناعي واسعة الثمن وترتبط في الوزن، ولتحدي هذه المشاكل يجب أن تكون الأقمار الصناعية صغيرة ومصنوعة من مواد خفيفة الوزن وصلبة، كما يجب أن تعمل بدقة عالية جداً تزيد عن “99.9 في المائة” في فراغ الفضاء مع عدم وجود احتمال للصيانة أو التعديل.

المكونات الرئيسية للقمر الصناعي:

نظام الاتصالات والذي يشمل الهوائيات وأجهزة الإرسال والاستلام التي تستقبل الإشارات وتعمل على إرجاع إرسالها، ونظام الطاقة الذي يحتوي على الألواح الشمسية التي تُعطي الطاقة ونظام الدفع الذي يحتوي على الصواريخ التي تُحرك القمر الصناعي بقوة، كما يتطلب القمر الصناعي إلى نظام الدفع المعين للانتقال إلى الموقع المداري الصحيح والقيام في تصحيحات عرضية لهذا الموقع.

حيث يمكن أن يعمل القمر الصناعي على تغيير اتجاهه في المدار الثابت بالنسبة للأرض بدرجة ما كل عام من الشمال إلى الجنوب أو من الشرق إلى الغرب من موقعه بسبب جاذبية القمر والشمس، كما يتضمن القمر الصناعي على أجزاء يتم إطلاقها من حين لآخر للقيام بتعديلات في مكانها، ويُطلق على البقاء في نفس الموقع المداري للقمر الصناعي “حفظ المحطة”.

وكذلك تسمى التعديلات التي يتم إجراؤها باستعمال دافعات القمر الصناعي “التحكم في المحطة”، كما يتم تعيين العمر المناسب للقمر الصناعي من خلال كمية الوقود التي يتطلبها لعمل هذه الدافعات، حيث بمجرد إنتهاء الوقود ينجرف القمر الصناعي في النهاية إلى الفضاء ويخرج من مداره ليصبح حطاماً فضائياً.

يجب أن يتفعل القمر الصناعي المتوفر في المدار بصورة ثابت خلال فترة حياته، كما تتطلب توفر قوة مصدر داخلية حتى تصبح مؤهلة لتفعيل الأنظمة الإلكترونية الداخلية ومكونات الاتصالات، والمصدر الخارجي الوحيد للطاقة هو ضوء الشمس والذي يتم إتاحته بواسطة الألواح الشمسية للقمر الصناعي، كما يتضمن القمر الصناعي أيضاً على بطاريات بداخله لتوفير الطاقة عندما تخفي الأرض الشمس، ويتم إعادة شحن البطاريات بالتيار الزائد الصادر عن الألواح الشمسية عندما يكون هناك ضوء الشمس.

كيفية توفير الاتصال في القمر الصناعي:

• يتكون الجزء الفضائي من جميع الأقمار الصناعية والمعدات المرتبطة بها المطلوبة لتطبيقات المهمة ومركبات الإطلاق المستخدمة لإيصال تلك الأقمار الصناعية إلى المدار.

• يتكون جزء التحكم من الأقمار الصناعية من جميع الأفراد والمرافق والمعدات المستخدمة لمراقبة جميع الأصول في الفضاء والتحكم فيها، ومن الناحية العملية يُشار إلى جزء التحكم أيضاً باسم الجزء الأرضي للقمر الصناعي؛ لأنّه يقع عادةً على الأرض.

• تتكون شريحة المستخدم من جميع الأفراد والمجموعات الذين يستخدمون ويستفيدون من البيانات والخدمات التي توفرها حمولات القمر الصناعي والمعدات التي تسمح بهذا الاستخدام.