أنماط استخدام أقمار الاتصالات

يواجه مشغلو الأقمار الصناعية للاتصالات التجارية مشكلة صعبة، حيث في صناعة الاتصالات العالمية سريعة التطور، يمكن أن تظهر قطاعات كاملة من السوق وتزدهر وتتغير وتختفي خلال خمسة عشر عاماً من عمر قمر اتصالات حديث في المدار، ولتلبية احتياجات السوق المتغيرة هذه سيكون من المستحسن أن يكون لديك حمولة اتصالات يمكنها إعادة تشكيل مخططات حزمة الهوائي الخاصة بها بعد وضع المركبة الفضائية في المدار.

ما هي الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية: هي أجسام من صنع الإنسان توضع في المدار، وغالباً ما تؤثر على الحياة دون أن يتم إدراك ذلك، فهي تجعلنا أكثر أماناً وتوفر وسائل الراحة الحديثة وتبث الترفيه.

سيكون لحمولة اتصالات فائدة إضافية تتمثل في السماح لمشغلي الأقمار الصناعية باستخدام تصميم قمر صناعي واحد لفتحات مدارية متعددة، ممّا يبسط التجنيب ويقلل التكلفة الإجمالية لاقتناء الأقمار الصناعية للمشغلين، ومع ذلك يجب تحقيق هذه المرونة في المدار ضمن قيود صارمة تتعلق بالحجم والكتلة والتكلفة واستهلاك الطاقة، والموثوقية والمخاطر التقنية المطلوبة لحمولات سواتل الاتصالات التجارية.

أنواع الأقمار الصناعية وتطبيقاتها

يمكن فرز الأقمار الصناعية حسب عملها، حيث يتم تحريرها في الفضاء للقيام بعمل محدد وكما يجب أن يكون القمر الصناعي منشأ خصيصاً للقيام بدوره، وهناك أنواع مختلفة من الأقمار الصناعية مثل:

• الأقمار الصناعية للاتصالات.

• أقمار الاستشعار عن بعد.

• الأقمار الصناعية للملاحة.

• قمر “LEO”.

• قمر “MEO”.

• قمر “HEO”.

• قمر “GPS“.

• قمر “GEOs”.

• قمر “Drone Satellite”.

• قمر “Ground Satellite”.

• قمر “Polar Satellite”.

• الأقمار الصناعية النانوية.

• الأقمار الصناعية المكعبة.

• الأقمار الصناعية الصغيرة.

ملاحظة:“LEO” هي اختصار  لـ “Low earth orbit”.

ملاحظة:“MEO” هي اختصار  لـ “medium earth orbit”.

ملاحظة:“HEO” هي اختصار  لـ “highly elliptical orbit”.

ملاحظة:“GPS” هي اختصار  لـ “Global Positioning System”.

ملاحظة: “GEO” هي اختصار  لـ “Geostationary-Earth-orbiting”.

أساسيات أقمار الاتصالات

أقمار الاتصالات: هي أقمار صناعية تقوم بترحيل إشارات استقبال من محطة أرضية ثم إعادة إرسال الإشارة إلى محطات أرضية أخرى، وعادة ما تتحرك في مدار ثابت بالنسبة للأرض وتقوم أداة الاستشعار عن بعد بجمع معلومات عن شيء ما.

يتألف نظام تحديد المواقع العالمي “GPS” من ما يقارب إلى “32 قمرا صناعياً” في مدار أرضي متوسط ​​في ستة مستويات مدارية متنوعة، مع اختلاف عدد الأقمار الصناعية مع توقف الأقمار الصناعية القديمة واستبدالها، كما يعمل منذ عام 1978م ومتوفر عالمياً منذ عام 1994م ويعد نظام تحديد المواقع العالمي “GPS” حالياً أكثر أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية استعمالاً في العالم.

الوظائف التي تقوم بها أقمار الاتصالات

أولاً: التلفاز

تبعث الأقمار الصناعية إشارات تلفزيونية مباشرة إلى المنازل، لكنّها أيضاً العمود الفقري لتلفاز الكابل والشبكة، كما ترسل هذه الأقمار الصناعية إشارات من محطة مركزية تولد البرمجة إلى محطات أصغر ترسل الإشارات محلياً عبر الكابلات أو الموجات الهوائية، كما يتم إرسال البث الإخباري “في مكان الحادث” سواء كان ذلك على الهواء مباشرة عن تصويت في مبنى الكابيتول أو من مكان وقوع حادث مروري، من الميدان إلى الاستوديو عبر الأقمار الصناعية أيضاً.

ثانياً: الهواتف

تتيح الأقمار الصناعية اتصالات هاتفية أثناء الطيران في الطائرات، وغالباً ما تكون القناة الرئيسية للاتصالات الصوتية للمناطق الريفية والمناطق التي تضررت فيها خطوط الهاتف بعد وقوع كارثة، كما توفر الأقمار الصناعية منشأ التوقيت الأساسي للهواتف المحمولة وأجهزة الاستدعاء.

في عام 1998م أظهر فشل القمر الصناعي هذا الاعتماد، حيث قامت بإسكات “80%” من أجهزة الاستدعاء في الولايات المتحدة مؤقتاً، ولم تتمكن الإذاعة العامة الوطنية من توزيع بثها على الشركات التابعة وبثها فقط عبر موقعها على الإنترنت.

ثالثاً: التنقل

تمكّن أنظمة الملاحة القائمة على الأقمار الصناعية مثل أنظمة تحديد المواقع العالمية “Navstar” والمعروفة بالعامية باسم “GPS”، أي شخص لديه جهاز استقبال محمول باليد من تحديد موقعه على بعد أمتار قليلة، كما يتم تضمين محددات “GPS” بشكل متزايد في خدمات التوجيه داخل السيارة وتسمح لخدمات مشاركة السيارات مثل “Zipcar” بتحديد موقع سياراتهم.

كما يتم استخدام الأنظمة القائمة على نظام تحديد المواقع العالمي “GPS” من قبل المدنيين والعسكريين للملاحة البرية والبحرية والجوية، وهي حاسمة في مواقف مثل قيام سفينة بمسار صعب في ميناء في طقس سيء أو فقدان القوات في منطقة غير مألوفة، حيث توجد أدوات الملاحة الأخرى قد لا تكون موجودة.

رابعاً: تمويل الأعمال التجارية

أقمار الاتصالات لديها القدرة على الاتصال بسرعة بين عدد من المواقع المتفرقة على نطاق واسع، وهذه أداة مهمة تسمح لشركات التصنيع الكبرى والمتاجر الكبرى بأداء إدارة المخزون، وتوفير إذن فوري لبطاقات الائتمان وخدمات مصرفية آلية للصراف إلى المدن الصغيرة، ودفع الغاز في محطات الوقود على الطرق السريعة ومؤتمرات الفيديو الشركات الدولية.

خامساً: طقس

توفر الأقمار الصناعية لخبراء الأرصاد الجوية القدرة على رؤية الطقس على نطاق عالمي ممّا يسمح لهم بمتابعة آثار الظواهر مثل الانفجارات البركانية وحرق حقول الغاز والنفط، ولتطوير أنظمة كبيرة مثل الأعاصير وظاهرة النينيو.

ميزات أقمار الاتصالات

• دقة التوجيه للحفاظ على التوافر العالي وعدم التداخل مع الأقمار الصناعية المجاورة أثناء الظروف البحرية القاسية.

• القدرة على تلبية لوائح الأقمار الصناعية مع تقليل أبعاد الأنظمة.

• موثوقية النظام و”MTBF” عالي مع “MTTR” منخفض.

• لا يوجد توازن دوري.

• الأداء في بيئة صاخبة “RF” لتلبية معايير “EMC” مثل “IEC 60945”.

• تركيب سهل وسريع للأنظمة التي تم اختبارها مسبقاً خلال عدة ساعات فقط في الحوض الجاف.

• تكوينات واسعة لدعم النطاق والقدرة على دعم التطبيقات المطلوبة لتلبية احتياجات العملاء في حزمة مدمجة.

• الحفاظ على التكلفة الإجمالية للملكية عند أدنى مستوى ممكن.

ملاحظة:“EMC” هي اختصار  لـ “Event Management Communication”.

ملاحظة:“RF” هي اختصار  لـ “radio frequency”.

ملاحظة:“MTBF” هي اختصار  لـ “Mean time between failures”.

ملاحظة:“MTTR” هي اختصار  لـ “mean time to resolve”.

سمات أقمار الاتصالات

يجب أن يركز الإرسال من الأرض بالضبط على النقطة الصحيحة أو قد يكون هناك تداخل مع قمر صناعي آخر، كما تملي اللوائح الصارمة أن تقيد المحطات الأرضية إرسالها نحو الأقمار الصناعية المجاورة من خلال الإشارة بالضبط نحو القمر الصناعي المستهدف، وإنجاز سهل بما فيه الكفاية من نظام ثابت ولكنّه يمثل تحدياً كبيراً عند الإرسال من منصة متنقلة، بالإضافة إلى ذلك يجب عليهم اختبار مخططات بث الهوائي حتى لا تحتوي على أي “فصوص جانبية” تنبعث طاقة خارج المركز.

مطلوب جهود مكثفة للتطوير والمحاكاة والاختبار من أجل تصميم وإنتاج الهوائيات التي تتوافق مع لوائح اليوم، وفي حين أنّ هذه المهمة ليس من السهل البدء بها إلّا أنّ هناك المزيد من التحديات التي تظهر عندما يصبح الحجم المطلوب للهوائي أصغر، ممّا دفع الصناعة إلى الاتفاق على معايير واقعية للحد الأدنى من حجم الهوائي الذي لا يزال بإمكانه إنتاج هوائي “فعال”.

كما يمكن أن يؤدي التصميم الفني لأنظمة هوائي النطاق “Ku” أو “Ka” الأصغر جنباً إلى جنب مع الحاجة إلى الامتثال لمتطلبات التنظيم لمشغلي الأقمار الصناعية، وإلى تكاليف تشغيل أعلى ونسبة تكلفة أو أداء أقل.