حقائق ومعلومات عن اتصالات الأقمار الصناعية

تساعد بعض الأقمار الصناعية الأشخاص في إرسال المعلومات حول العالم، حيث يمكن إرسال المعلومات من محطة أرضية على الأرض إلى قمر صناعي يدور حوله ويعيده إلى أجهزة الاستقبال في موقع آخر على الأرض، كما تلتقط أنواع أخرى من الأقمار الصناعية صوراً أو تجمع بيانات حول الكوكب وترسل البيانات إلى الأرض، وتساعد الأقمار الصناعية في الفضاء في التغلب على قيود جغرافية الأرض، كما يمكنهم جمع وإرسال المزيد من المعلومات بسرعة أكبر من الأدوات الموجودة على الأرض

كيف تعمل الأقمار الصناعية؟

تأتي الأقمار الصناعية بأشكال وأحجام عديدة، حيث يمكن أن تكون صغيرة أو كبيرة جداً، لكن معظمها لها أجزاء متشابهة، أمّا المركبة هي الجسم الرئيسي للقمر الصناعي، حيث يتم إرفاق هوائيات بالمركبة التي تستقبل وترسل الإشارات إلى الأرض، ونظراً لأنّ الأقمار الصناعية يجب أن تشغل نفسها، فجميعها لديها مصدر للطاقة وعادةً ما تكون الألواح الشمسية أو البطاريات.

تحتوي الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض على أدوات، مثل الكاميرات وأجهزة الاستشعار والتي يتم توجيهها نحو الأرض لجمع المعلومات حول الأرض، كما تحتوي الأقمار الصناعية الأخرى على أدوات موجهة نحو الفضاء لجمع البيانات من النظام الشمسي والكون، حيث تدور معظم الأقمار الصناعية حول الأرض، لكنّ بعضها يدور حول كواكب أخرى.

يتم إخراج الأقمار الصناعية في الفضاء من خلال الصواريخ، والقمر الصناعي يتحرك حول الأرض عندما تتوازن سرعته مع قوة الجاذبية الأرضية، حيث بدون هذا التوازن سيتحرك القمر الصناعي في خط مستقيم إلى الفضاء أو يعود إلى الأرض، والسرعة المدارية هي السرعة اللازمة لتحقيق التوازن بين قوة الجاذبية على القمر الصناعي وميل القمر الصناعي للاستمرار، حيث عند السرعة المدارية الصحيحة تتجه الجاذبية نحو مركز الأرض بدرجة كافية للحفاظ على انحناء مسار القمر الصناعي مثل سطح الأرض المنحني.

تتغير السرعة المدارية للقمر الصناعي تبعاً لارتفاعه فوق الأرض، حيث يجب أن تتحرك تلك الأقمار الصناعية الأقرب إلى الأرض بشكل أسرع للبقاء في المدار، كما تبلغ السرعة التي يجب أن يسافر بها القمر الصناعي للبقاء في المدار حوالي “17500 ميل في الساعة” أي “28200 كم / ساعة” على ارتفاع “150 ميلاً” أي “242 كيلومتراً.

كلما ارتفع المدار كلما استمرت مدة بقاء القمر الصناعي في المدار، حيث في الارتفاعات المنخفضة تسبب آثار الغلاف الجوي للأرض سحباً، ممّا يؤدي أحياناً إلى تغيير المدار، وعلى ارتفاعات أعلى حيث لا توجد آثار للغلاف الجوي يمكن للقمر الصناعي البقاء في المدار لعدة قرون، وعندما يتم إطلاق قمر صناعي يتم وضعه في مدار مصمم لتجنب الأقمار الصناعية الأخرى، لكنّ المدارات يمكن أن تتغير بمرور الوقت، ومع وجود المزيد من الأقمار الصناعية تزداد فرصة حدوث تحطم.

أنواع الأقمار الصناعية:

عندما يتعلق الأمر بالأقمار الصناعية، فالأمر كله يتعلق بالمدار، حيث يحدد علماء الفضاء مدار القمر الصناعي حسب وظيفته، وحيث تدور بعض الأقمار الصناعية على ارتفاع منخفض أي على بعد بضع مئات من الأميال فوق الأرض، كما يدور آخرون حول الأرض على بعد آلاف الأميال في الفضاء، وتدور بعض المدارات حول خط استواء الأرض بينما يمر البعض الآخر فوق القطبين الشمالي والجنوبي للأرض .

تدور الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض “LEO” في منطقة بين “111 ميلاً” إلى “1243 ميلاً” فوق الأرض، كما قد تدور هذه الأقمار الصناعية حول الأرض عدة مرات في اليوم، وغالباً ما تستخدم لمراقبة الأرض، والعديد من هذه الأقمار الصناعية تدور حول القطب والتي تدور حول الأرض في اتجاه الشمال والجنوب من القطب إلى القطب، وعندما تدور الأرض تحتها يمكن لهذه الأقمار الصناعية مسح المكان بالكامل.

تدور الأقمار الصناعية في مدارات الأرض المتوسطة “MEO” على ارتفاع يتراوح بين “1،243 ميلاً” و”22223 ميلاً” فوق الأرض، حيث تعمل أقمار الملاحة بشكل جيد في هذا الارتفاع، أمّا الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض، والتي تستخدم غالباً للاتصالات تدور حول الأرض على ارتفاع أكبر من “22223 ميلاً” أي “36000 كم”.

وهذه الأقمار الصناعية تدور حول الأرض من الغرب إلى الشرق فوق خط الاستواء، ومن الفترة المدارية هي نفس الأرض فترة التناوب أي 24 ساعة، ونظراً لأنّها تتحرك في نفس الاتجاه والسرعة التي تدور فيها الأرض، فإنّها دائماً ما تكون فوق نفس الموقع، لذلك لا يبدو أنّها تتحرك من الأرض.

أول مفهوم تفصيلي لأقمار الاتصالات الثابتة بالنسبة للأرض ظهر  في عام 1945م بعنوان “Wireless World”، حيث افترض مفهوم أقمار الاتصالات لاستخدامها في الاتصالات المتنقلة، وتم التحقيق في العديد من جوانب النظام من إطلاق القمر الصناعي والمدارات المحتملة والجوانب الأخرى؛ لإنشاء شبكة من الأقمار الصناعية التي تدور حول العالم، كما اقترح بشكل صحيح أنّ ثلاثة أقمار صناعية ثابتة بالنسبة إلى الأرض ستوفر تغطية على الكوكب بأكمله، حيث لم يدرك تماماً مقدار استخدام النظام وأنّ هناك حاجة إلى المزيد من الأقمار الصناعية لتلبية الحجم الهائل من البيانات.

تُعد الأقمار الصناعية الأولى التي أطلقها الاتحاد السوفيتي سبوتنيك 1 في عام 1957م كانت كرة بحجم كرة القدم تنقل صوت صفير أثناء دورانها حول الأرض، واستمر الإرسال لمدة “21 يوماً” تقريباً، والقمر الصناعي الثاني تم إطلاقه في عام 1958م بواسطة الولايات المتحدة الأمريكية، أمّا أول ساتلايت عاكس سلبي صدى أطلقته الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1960م، حيث تم استخدامه كعاكس كبير للإشارات اللاسلكية وكان مرئياً أيضاً من الأرض للعين المجردة.

أول قمر صناعي للاتصالات مكرر نشط  تم إطلاقه في عام 1960م، وكان أيضاً أول قمر صناعي يعمل بالخلايا الشمسية التي تم استخدامها لإعادة شحن البطاريات المستخدمة لتشغيل النظام عندما يكون خلف الأرض، وأول قمر صناعي للاتصالات ذات التتابع المباشر أطلق في عام 1962م، حمل أول صور تلفزيونية مباشرةً عبر الأطلسي عبر الأقمار الصناعية، كما تم استخدامه للاتصالات المتنقلة والبيانات عالية السرعة.

أول قمر صناعي للاتصالات في مدار ثابت بالنسبة للأرض هو “Syncom 2″، وانطلق هذا في عام 1964م، وقد نقل البث الأولمبي الأول للجمهور الدولي عبر الأقمار الصناعية.

• “LEO” هي اختصار لـ “Lower elliptical orbit”.

• “MEO” هي اختصار لـ “Minimam elliptical orbit”.

حقائق حول مدارات الأقمار الصناعية:

• المدار الثابت بالنسبة للأرض مدار يكون للقمر الصناعي فيه السرعة الزاوية نفسها للأرض، لذا فهو يظهر فوق نفس الموضع فوق الأرض في جميع الأوقات، كما يمكن أن تكون هذه المدارات فقط فوق خط الاستواء مباشرة.

• ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرض ما يقرب من “35786 كم” أي “22236 ميلاً”.

• السرعة المدارية المستقرة بالنسبة إلى الأرض حوالي “3.07 كم / ثانية” أي “1.91 ميل / ثانية”.

• الفترة المدارية الثابتة بالنسبة للأرض “1 يوم فلكي” أي “23.934461223 ساعة” أي “23 ساعة و56 دقيقة و4 ثوان 1436 دقيقة و 4 ثوان”.

• مسافة المدار الثابت بالنسبة للأرض تبلغ المسافة حول مسار مدار ثابت بالنسبة إلى الأرض حوالي “265000 كم” أو “165000 ميلاً”.

• مدار أرضي منخفض ونطاق ارتفاع “LEO” حوالي “200 كم” إلى “1200 كم”.

• مدار أرضي متوسط ​​أي نطاق ارتفاع “MEO” حوالي “1200 كم” إلى “35790 كم”.

• المدار الأرضي المرتفع أي ارتفاعات “HEO” فوق “35790 كم”.

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

حقائق حول الملاحة عبر الأقمار الصناعية:

• الأكثر استخداماً للملاحة هو نظام تحديد المواقع العالمي “SatNav GPS“.

• توقع مدى حياة القمر الصناعي “Navstar” حوالي “10 سنوات”.

• حجم “Navstar” النموذجي تعتمد على سلسلة الأقمار الصناعية وتاريخ البناء، ولكن عادةً ما تكون “17 قدماً” عبر الهوائيات.

• الوزن النموذجي “Navstar” تعتمد على سلسلة الأقمار الصناعية وتاريخ الإنشاء.

• ينقل “Navstar” الطاقة حوالي “50 واط”.

• قدرة لوحة الطاقة الشمسية “Navstar” تولد الألواح الشمسية حوالي “700 واط” من الكهرباء.

• مدارات “Navstar” للأقمار الصناعية هي واحد من ستة مدارات، حيث توجد هذه في مستويات تميل بحوالي “55 درجة” إلى المستوى الاستوائي وهناك أربعة أقمار صناعية في كل مدار، والمدارات التي ترتفع بحوالي “20200 كيلومتر” فوق سطح الأرض.

• سرعة القمر الصناعي” Navstar” ما يقرب من “14000 كم / ساعة” أي “8500 ميل في الساعة”.

• وقت مدار “Navstar” ما يقرب من “12 ساعة”.