بلييييييز ساعدوني
.
.
.
.
.
.
.
أبا تقرير عن الأقمار (المستقرة .. منخفضة المدار .. القطبية)
ضروووووري لو سمحتوا وبسررعة
:cry_1::cry_1::cry_1::cry_1:
بلييييييز ساعدوني
.
.
.
.
.
.
.
أبا تقرير عن الأقمار (المستقرة .. منخفضة المدار .. القطبية)
ضروووووري لو سمحتوا وبسررعة
:cry_1::cry_1::cry_1::cry_1:
ماعندي تقرير جاهز
لكن اتمنى هالمعلوما تتفيج
--
القمر الصناعي مركبة تسبح في الفضاء لأداء مهمة معينة، وتختلف مهام الأقمار الصناعية، فمنها ما يستخدم لخدمة الاتصالات مثل قمر NileSat، ومنها ما يستخدم للاستشعار عن بعد مثل KitSat، ومنها ما يستخدم لخدمة الأبحاث العلمية مثل Goes وغيرها.
تنقسم المهمة الفضائية إلى ثلاثة أركان رئيسية هي: القمر الصناعي، وصاروخ الإطلاق، والمحطة الأرضية لاستقبال المعلومات أو الاتصالات من القمر الصناعي.
أما عن صاروخ إطلاق القمر الصناعي، فإن أنواعًا معينة من الصواريخ مخصصة لحمل القمر الصناعي داخلها والانطلاق به من الأرض إلى مدار القمر الصناعي حول الأرض، ثم الانفصال عنه وتتركه ليدور حول الأرض، تنطلق هذه الصواريخ من محطات إطلاق معينة موجودة حول العالم يبلغ عددها 19 محطة إطلاق. ومن أشهر الصواريخ التي تستخدم لإطلاق الأقمار الصناعية صاروخ أريان الفرنسي وصاروخ كوزموس الروسي.
أما عن القمر الصناعي فإنه يدور حول الأرض بفعل قوى الجاذبية بينه وبين الأرض دون أن يسقط عليها إذا تمَّ انفصاله عن صاروخ الإطلاق بالسرعة المناسبة، يتناسب مربع هذه السرعة عكسيًّا مع بُعد القمر الصناعي عن مركز الأرض، فمثلاً إذا أردنا إطلاق قمر صناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 500 كم، فإننا نحتاج إلى سرعة للقمر الصناعي مقدارها 7.6كم/ ثانية، أما إذا أردنا إطلاق القمر الصناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 1000كم، فإننا نحتاج لإطلاق القمر سرعة مقدارها 7.35كم/ ثانية تفوق هذه السرعة سرعة دوران الأرض إذا كان المدار أقل من ارتفاع 36000كم، عند ارتفاع 36000كم تقريبًا يسير القمر الصناعي بنفس سرعة دوران الأرض، وبالتالي يظل ثابتًا فوق نقطة معينة فوق سطح الأرض، عادة توضح الأقمار الصناعية المستخدمة في أغراض الاتصالات عند هذا الارتفاع، والطريف أنك بنفس فكر القمر الصناعي تستطيع أن تجعل قطعة من الحجارة تَطِير حول الأرض إذا ألقيناها بسرعة 7.9كم/ ثانية، ويتكون القمر الصناعي من مجموعة أنظمة رئيسية:
1 - نظام الحمولة الفضائية، وهو النظام المسئول عن تنفيذ الجزء الخاص بطبيعة المهمة الفضائية، فقد يكون هذا النظام عبارة عن آلة تصوير لالتقاط صور للأرض أو يكون عبارة عن نظام للاتصالات يقوم باستقبال الاتصالات من الأرض وإعادة إرسالها إلى؛ حيث يراد إرسالها.
2 - نظام للطاقة وهو النظام المسئول عن إمداد القمر الصناعي بالطاقة والتحكم في توزيع هذه الطاقة على الأنظمة المختلفة، يعتمد القمر الصناعي في مداره على الطاقة الشمسية؛ حيث يستخدم خلايا شمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية يستخدم بعضها مباشرة ويخزن بعضها في بطاريات لاستخدامها في أوقات لا تتوافر فيها الطاقة الشمسية؛ حيث يقع القمر الصناعي في ظل الأرض ولا يرى الشمس.
3 - نظام للتحكم في وجهة القمر الصناعي؛ حيث يتعرض القمر الصناعي لمؤثرات خارجية تؤدي إلى تغيير وجهة القمر الصناعي، وبالطبع فإن الحفاظ على وجهة القمر ـ بحيث يظل دائمًا مطلاًّ بوجهه تجاه الأرض ـ ضروري لإتمام عملية الاتصال ونقل المعلومات للأرض بشكل صحيح، ونظام التحكم في وجهة القمر هو المسئول عن هذا الدور.
4 - نظام للاتصالات مسئول عن إتمام عملية الاتصال بالمحطة الأرضية اللازمة لعمل القمر الصناعي؛ حيث يتم إرسال أوامر من المحطة الأرضية للقمر الصناعي، يتم استقبالها عن طريق نظام الاتصالات، وكذلك يرسل القمر الصناعي معلومات للأرض خاصة بوضع القمر الصناعي ومستوى أداء أنظمته المختلفة.
5 - نظام للدفع وهذا النظام قد لا يوجد في بعض الأقمار الصناعية الصغيرة؛ حيث لا تكون له حاجة ضرورية، وفي الأقمار التي تحتوي نظامًا للدفع يستخدم هذا النظام لنقل القمر الصناعي من مدار إلى مدار آخر أو لتصحيح مكان القمر الصناعي في مداره.
أما عن المحطة الأرضية فهي نوعان: نوع يستخدم للاتصال بالقمر الصناعي لتبادل الأوامر والمعلومات الخاصة بعمل القمر الصناعي نفسه، والنوع الآخر يستقبل المعلومات أو الاتصالات المطلوبة لإتمام إنجاز المهمة الفضائية.
تختلف الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض فيما بينها اختلافًا كبيرًا في الحجم، يصل وزنها إلى ثلاثة أطنان في أقمار الاتصالات، وقد يكون وزنها 250 كجم في أقمار الاستشعار عن بُعْد ، وقد يصل وزنها إلى بضع عشرات من الكيلوجرامات في الأقمار التجريبية الصغيرة، ويقوم بتصنيع الأقمار إما شركات متخصصة أو مؤسسات بحثية أو جامعات.
الأقمار الصناعية
تمثل الأقمار الصناعية ربما أهم طرق التجسس في الوقت الحالي، ويمثل التواجد الأمريكي في الفضاء الخارجي حوالي 90% من المواصلات الفضائية. هناك أنواع عديدة من الأقمار الصناعية؛ فهناك مثلا الأقمار الخاصة بالتقاط الصور والتي تمر فوق أية نقطة على الكرة الأرضية مرتين يوميا. تتراوح قدرة التبين لهذه الأقمار ما بين 10 سنتيمترات إلى حوالي متر واحد.
وقد حدثت تطورات هامة في تكنولوجيا تحليل الصور الملتقطة بحيث أصبح من الممكن تكوين صورة ثلاثية الأبعاد تبعًا للمعلومات القادمة من الفضاء الخارجي والتي استخدمت عام 1995 في تزويد الطيارين بالمعلومات اللازمة عن الأهداف المنشودة في البوسنة، كما تستخدم في اكتشاف نقاط ضعف المناطق الواقعة تحت حراسة مشددة والتابعة لكبار تجار المخدرات من أجل اقتحامها.
هذا بالإضافة إلى وجود ملف كامل من هذه الصور ثلاثية الأبعاد لدى الحكومة الأمريكية تقوم بتوضيح جميع مصانع الأسلحة العراقية، والتي كان يتم عرضها على فرق التفتيش قبل سفرها إلى العراق.
وباستطاعة هذه الأقمار أيضا الرؤية عبر السحب وليلا، بل وباستطاعة بعضها اكتشاف التحركات القائمة تحت سطح الأرض!!، وكلنا ما زلنا نتذكر قدرات الأقمار الصناعية الأمريكية التي اكتشفت المقابر الجماعية المحفورة حديثا، والتي استخدمتها الناتو كأحد أدلة التطهير العرقي الذي قام به الصرب ضد ألبان كوسوفا.
هناك نوع آخر من الأقمار الصناعية تقوم بالاستطلاع الإلكتروني، وربما أبرزها هي شبكة التجسس "إيتشالون"، والقادرة على اعتراض ملايين الاتصالات التليفونية ورسائل الفاكس والبريد الإلكتروني يوميا من العالم أجمع. ومع أن الشبكة تسيطر عليها الولايات المتحدة الأمريكية، فإن الدول الناطقة بالإنجليزية بريطانيا وكندا وأستراليا ونيوزيلندا تشترك معها فيها.
وقد صممت شبكة "إيتشالون" في أول الأمر منذ حوالي عشرين سنة من أجل مراقبة الاتصالات العسكرية والدبلوماسية للاتحاد السوفييتي وحلفائه من دول الكتلة الشرقية. ولكن تحولت مهمتها الرسمية بعد انتهاء الحرب الباردة للكشف عن خطط الإرهابيين وتجار المخدرات والاستخبارات السياسية والدبلوماسية. وقد قام الاتحاد الأوروبي العام الماضي باتهام الحكومة الأمريكية باستخدام الشبكة من أجل التجسس الصناعي.
وقامت الدول المشاركة في الشبكة بإنشاء محطات أرضية للاعتراض الإلكتروني، وبإنشاء أقمار صناعية لالتقاط جميع الاتصالات للأقمار الصناعية والموجات الصغرى والاتصالات الخلوية واتصالات الألياف الضوئية. تقوم الشبكة بتفنيد الإشارات المعترضة في كمبيوترات ضخمة تسمى بالقواميس، والمبرمجة على البحث في كل اتصال عن كلمات أو عبارات أو عناوين أو حتى أصوات معينة ومستهدفة. كل دولة من الدول المشاركة في الشبكة مسئولة عن مراقبة جزء معين من الكرة الأرضية.
هناك بالإضافة إلى هذين النوعين من الأقمار الصناعية أقمار الإنذار المبكر، والتي تكتشف إطلاق الصواريخ من أراضي العدو، وأقمار اكتشاف الانفجارات النووية من أجل متابعة التجارب النووية للدول المختلفة.
الفئات الرئيسية للموضوع
الأقمار الصناعية
أذهل العالم إطلاق روسيا للقمر الاصطناعي سبوتنك (1) في عام 1957م الذي كان بحجم كرة السلة. كانت تلك بداية عصر الفضاء. لكن سبوتنك كان ضخماً مقارنة بالقمرين الصغيرين اللذين بعثا أولى الإشارات إلى الأرض في 8 فبراير 2000م.
كان كل منهما أصغر من حزمة ورق اللعب، ويزن أقل من نصف رطل. ومع ذلك فإن الإشارات من سفينتي الفضاء الصغيرتين اللتين سميتا (بيكوساتي) قد تبشران بعصر جديد آخر في الاتصالات وأبحاث الفضاء.
* أسلاك ذهبية
صنعت شركة (ايروسبيس) في كاليفورنيا سفينة الفضاء التجريبية، وهي أصغر سفينة فضاء على الإطلاق توضع في المدار، قامت بتمويله وكالة الدفاع لمشاريع الأبحاث المتقدمة (داربا)، حيث ربطت السفينتان بخيط رقيق لمنعهما من الابتعاد عن بعضهما. تحدث القمران إلى بعضهما لمدة أسبوع، وإلى ثالث على الأرض مركب في قلب هوائي في كاليفورنيا. من ثم نفدت بطاريات إيه إيه مصدر الطاقة الوحيد. وتم تجهيز الراديوهات قليلة الطاقة من هواتف عادية بلا أسلاك. لذلك فإن الإشارات يمكن أن تلتقط فقط عندما يتم تصويب الطبق مباشرة إلى القمرين. وللمساعدة في تتبع هذا الزوج فإن الحبل الذي يربطهما يحتوي على أسلاك ذهبية ترجع صدى الرادار القوي.
استمر كل شيء سلساً لدرجة أن الأقمار الاصطناعية الحالية الضخمة التي تكلف عدة مليارات من الدولارات يمكن أن تصرف الكثير من الشركات في المستقبل القريب. يتصور مسؤولو ايروسبيس وآخرون مجموعة من سفن فضاء غير مكلفة، تنتج بكميات كبيرة وتنثر من سفن رئيسة عند الطلب، وتسبح في الفضاء العميق. فهي البشير والرائد للأنواع المصغرة من الأقمار الاصطناعية كافة.
* تقنية متقدمة
لقد بدأ تصنيف الأقمار حسب الوزن. ورجحت كفة أقمار (بيكوساتس) بوزنها الأقل من كيلوجرام واحد.
حزم القمران في قمر اصطناعي آخر ودفع بهما إلى الفضاء معزز بأربع مراحل وحقق التوأم أفضل أهداف (ناسا) في بناء سفينة فضاء أصغر وأخف وأرخص، وهما أقرب شيء إلى قمر اصطناعي على شريحة حاسوب رقيقة.
يعتمد (بيكوساتس) على تقنية متقدمة تعرف بإم إي إم إس (hems) لنظام ميكانيكي كهربائي دقيق جداً. تكامل هذه الأنظمة دوائر كهربائية شبه موصلة وأجهزة ميكانيكية صغيرة جداً مصنوعة من رقائق سيلكونية.
ومن المعروف أن الهدف الرئيس للمهمة الحالية هو اختبار أجهزة (إم إي إم إس) المختلفة والمصممة لتفتح وتغلق عن بعد، من خلال أوامر الراديو من الأرض أو القمر الرئيس. هذه خطوة أساسية لبيان أن رقائق (إم إي إم إس) يمكن الاعتماد عليها بدرجة كافية لتستبدل صناديق الإلكترونيات الضخمة المستخدمة الآن في الأقمار الاصطناعية للملاحة والسيطرة المدارية. وفي يوليو 2000م حمل مكوك الفضاء كولمبيا إلى المدار، حزمة من حوالي 30 مكوناً من أقمار (إم إي إم إس) بالإضافة إلى أجهزة تحكم جيروسكوبية. وتمت مراقبة الأجهزة الدقيقة بعناية وكان أداؤها يقارن بأداء أجهزة المكوك. لقد نجحت نجاحاً باهراً وأدت إلى التجربة الحالية.
* صواريخ على رقيقة حاسوب!
كانت مهمة المكوك في السنة الماضية أيضاً أول اختبار في الفضاء لنظام دفع جديد صمم ليسمح للأقمار الاصطناعية الصغيرة بالمناورة في المدار. بلغت تكلفة تطوير الجهاز 3.5 مليون دولار بعقد من (داربا). وقد وضعت آلاف من الصواريخ الصغيرة على رقيقة حاسوب. كل دافع هو علبة سيلكونية بحجم رأس الدبوس، وعند تلقيها الأمر تشعل عناصر التسخين الدقيقة جداً جهاز الدفع وينفجر وقود الاحتراق عبر الوجه الخارجي الصغير للعلبة مزوداً بجهاز دفع صغير يشبه الصاروخ. وبالرغم من أن كل صاروخ (إم إي إم إس) يمكن أن يستخدم مرة واحدة فقط، إلا أن أعداداً من آلاف أجهزة الدفع قد تبقي قمراً صغيراً في مداره لعدة سنوات. ويقدر المهندسون بأن حوالي مليون جهاز دفع يمكن حزمها في مساحة 16 بوصة مربعة فقط.
ويتوقع العلماء أن يتم استخدام أجهزة الدفع أيضاً لإخراج الأقمار الاصطناعية الصغيرة عند مدارها في نهاية حياتها حتى لا تضاف إلى الحزم الفضائية القديمة الموجودة في المدار، والتي يمكن أن تعرض الأجهزة لخطر الاصطدام بها.
* استخبارات واستخدامات أخرى
وعندما يتم فحص وإعادة فحص مكونات (إم إي إم إس) كافة، ويحكم عليها أخيراً (بالأحقية الفضائية)، يدمجها المهندسون في أقمار صناعية أكبر نسبياً. ستكون هذه (الطيور) والتي هي بحجم الأقمار الصغيرة (نانوساتس) كبيرة بدرجة كافية لتؤدي عملاً مفيداً في الفضاء دون الحاجة إلى أجهزة ضخمة مكلفة بحجم السيارات. وسيعمل هذا الجهاز الصغير القوي بخلايا شمسية ولديه مهارات ملاحية للدوران حول الفضاء بحرية أكثر.
ويتوقع المخططون العسكريون في وزارة الدفاع الأمريكية ورؤساء الاستخبارات أن هناك إمكانية كبيرة في تحويل الأقمار الاصطناعية الصغيرة للعمل الاستخباري. وأن الأقمار الأصلية التي تضم أنواعاً مختلفة من الأقمار الصغيرة لأغراض خاصة يمكن أن توقف في المدى القريب، أو قد يكون من الممكن إطلاق (نانوساتس) في مدار أرضي منخفض من مدفع أو من طائرات نفاثة تحلق عالياً. بأي من الطريقتين سوف يتمكن البنتاجون سريعاً من وضع مجموعة كبيرة من الأقمار الاصطناعية فوق كوسوفو متفادياً العد التنازلي المطلوب لإطلاق صاروخ كبير.
ومن المتوقع أن يكون هناك استخدامات أخرى محتملة لتلك الأقمار، إذ أن أقماراً صغيرة قليلة يمكن أن تلتقط رسائل عند مرورها فوق نقطة ما على الكرة الأرضية، وتخزنها في أجهزة استقبال في مواقع أخرى. أو يمكن أن تكون مقلدة لفكرة (التيليدسيك) الخاصة بمجموعة دائرة حول الكرة الأرضية، مع واحد على الأقل ثابت دائماً فوقنا. إن الأقمار الصناعية الصغيرة (نانوساتس) على عكس الهوائيات الأرضية بقطر 10 أمتار يمكن أن تعالج بيانات بمعدل 1 ميجابيت في الثانية. ويقول بعض الخبراء سنرى يوماً ما مجموعات أقمار اصطناعية صغيرة مستخدمة لتطبيقات الإنترنت في السماء.
* تفاعلات المجال المعناطيسي
أما بالنسبة للتطبيقات العلمية، فإن منظومة من الأقمار الصغيرة يمكن أن تشكل تلسكوب راديو عملاق في الفضاء يقزم هذه الموجودة على الأرض. مع أن ناسوساتس ستكون محدودة لحمل أنظمة بصرية بعدسات قطرها لا يتجاوز 10 سم، وبإمكانها المراقبة المستمرة للموارد الزراعية والمعادن والمياه.
وتخطط (ناسا) من جانبها لاستخدام (نانوساتس) لدراسة تفاعل المجال المغناطيسي للأرض بجزئيات مشحونة من الشمس. إضافة إلى ذلك، فإن مسابر الكواكب المستقبلية قد توجد مرحلاً سريعاً وصغيراً للأرض بإسقاط مجموعة من (نانوساتس) وهي تدخل الفضاء. سيقلل ذلك من الطاقة المحمولة المطلوبة للمسابر البعيدة لإرسال تقارير إلى الأرض، محررة الفضاء الأعلى لأدوات علمية إضافية. يتوقع العلماء أن تنطلق أول أقمار عسكرية وتجارية صغيرة جاهزة عبر الفضاء خلال 8 إلى 10 سنوات. وقد يحدث في وقت أقرب.
لذلك فإن إنشاء محطة فضاء دولية ضخمة سيستمر، ومازالت ترسم الخطط لقواعد بشرية على القمر والمريخ. لكن الجزء الأكبر من المستقبل قد يكون مع الأشياء الخفيفة الوزن كسفن فضاء صغيرة تناسب جيوب رجال الفضاء.
نشر في مجلة ( الاتصالات السعودية ) العدد (17) بتاريخ (صفر 1421هـ )
كم قطعة من الفضاء تريد؟!
--------------------------------------------------------------------------------
بعد أن امتلكت القوى الكبرى في العالم مقدرات الناس على الأرض انطلقت لتبسط يدها على أجواء الفضاء ممتطية صهوة المؤسسات الدولية،فقامت بتقسيم مناطق النفوذ في مدارات الفضاء خاصة فيما يتعلق بالمدار الاستوائي الثابت المخصص لأقمار البث الإعلامي والذي قام الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) بتقسيم مداراته إلى قطع دائرية،خصصت للدول بحسب قدراتها التكنولوجية والاقتصادية.
وعلى سبيل المثال فإن دولة مثل كندا خصصت لها القطعة الدائرية من خط 104,5 درجة غرب وحتى خط 117,5 درجة غرب،وقد قامت كندا بوضع خمسة أقمار في هذه القطعة الدائرية على المدار، ومن أمثلة الأقمار الصناعية التي تم وضعها في هذا المدار القمر الصناعي المصري الأول والثاني. و لمعرفة سبب هذا التقسيم لابد من الإلمام بعض الشيء بالمدارات الفضائية ، ولتوضيح ذلك نتذكر أن المدار هو مسار القمر الصناعي حول الأرض، وهذا المدار قد يأخذ أشكالًا مختلفة، ويتحدد اختيار المدار حسب المهمة المطلوبة من القمر الصناعي، فإذا كانت مهمة القمر إعلامية مثل القمرين المصري والبرازيلي فإن على الدولة المطلقة أن تلتزم بالقطعة الدائرية المخصصة لها، أما إذا كانت المهمة غير ذلك؛ فالفضاء مفتوح لكل من يرغب في استثماره.
وفي هذا المقال نأخذ جولة في مدارات الفضاء لنعرف خصائص كل منها والأقمار التي تدور فيها ولنبدأ بأكثر تلك المدارات استخداما وهو: (1) المدار الدائري الاستوائي الثابت بالنسبة للأرض: (Geostationary orbits)
في هذا النوع من المدارات يكون القمر الصناعي ثابتًا بالنسبة للأرض، وبالتالي فإن القمر الصناعي يظل فوق نقطة معينة فوق سطح الأرض دائمًا؛ ولذلك تستخدم هذه الأقمار في أغراض الاتصالات والبث الإعلامي، ولتوضيح سبب ثبوت القمر بالنسبة للأرض نتذكر أن سرعة القمر الصناعي في المدار الدائري تتناسب عكسيًّا مع ارتفاع المدار عن سطح الأرض فكلما زاد ارتفاع المدار عن سطح الأرض تقل سرعة دورانه حول الأرض حتى نصل إلى ارتفاع 36000كم عن سطح الأرض حيث تكون سرعة دوران القمر الصناعي في المدار مساوية تمامًا لسرعة دوران الأرض حول نفسها، وبالتالي فإن القمر يظل ثابتًا بالنسبة للأرض؛ ويجب ملاحظة أن هذا المدار يقع في المستوى الاستوائي للأرض، وهو المستوى العمودي على محور دوران الأرض.
عند وضع الأقمار الصناعية في هذا المدار يجب مراعاة ألا تقل المسافة عن حد معين حتى لا يحدث تداخل بينها في الموجات المنقولة من وإلى الأقمار الصناعية المتجاورة لذا قامت الهيئة الفيدرالية للاتصالات بالولايات المتحدة الأمريكية(FCC) بتحديد هذه المسافة بأن لا تقل عن درجتين على خطوط الطول وذلك للأقمار التي تستخدم النطاق الترددي C &Ku والتي تتعامل مع محطة أرضية وحيدة أما الأقمار التي تتعامل مع محطات استقبال فتكون المسافة بينها 9 درجات
على خطوط الطول ،وتتم عملية إطلاق القمر الصناعي إلى مداره الدائري الاستوائي الثابت بالنسبة للأرض على عدة مراحل؛ حيث إنه لا يمكن إطلاق صاروخ من على الأرض يمكنه الوصول إلى هذا الارتفاع الشاهق (36000كم).
وتبدأ عملية الإطلاق باستخدام صاروخ إطلاق يقوم بوضع القمر الصناعي في مدار دائري قريب من الأرض، يتراوح ارتفاعه من أقل من 500كم إلى ما يزيد على 1000كم. بعد استقرار القمر الصناعي في هذا المدار القريب من الأرض تقوم أجهزة الدفع الموجودة داخل القمر الصناعي نفسه بإعطاء دفعة قوية للقمر الصناعي، تنقله من هذا المدار الدائري القريب إلى مدار بيضاوي أقل ارتفاع له هو المدار الدائري القريب، وأقصى ارتفاع له هو 36000كم. وبعد استقرار القمر الصناعي في هذا المدار البيضاوي،وعندما يكون القمر الصناعي على ارتفاع 36000كم تقوم أجهزة الدفع مرة أخرى بإعطاء دفعة أخرى للقمر الصناعي تنقله من المدار البيضاوي إلى المدار الدائري الاستوائي.
وقد أطلقت كل من مصر والبرازيل قمرًا صناعيًّا؛ لأغراض البث الإعلامي في السابع عشر من أغسطس الماضي،وقد تم إطلاق القمرين على صاروخ واحد من طراز آريان، ولعل أهم ما يميز هذا النوع من الأقمار هو أنها جميعا تطلق في مدار واحد في الفضاء المحيط بالأرض بخلاف الأنواع الأخرى من الأقمار والتي قد يطلق أي منها في أي مدار حول الأرض. وبالتالي أصبح هذا المدار الوحيد محلا للتسابق عليه
(2) المدارات الدائرية المنخفضة الارتفاع: (Low Earth Orbits)
وخلال هذه المدارات يطير القمر الصناعي في مدار على شكل دائرة يقع مركز الأرض في مركز هذه الدائرة، ويتراوح ارتفاع القمر الصناعي عن سطح الأرض ما بين 200كم وحتى 1000كم. وتستخدم الأقمار الصناعية التي تدور في هذه المدارات في أغراض تصوير الأرض للاستشعار عن بعد أو للتجسس أو للأبحاث العلمية، ويتميز هذا النوع من المدارات بأن سرعة دوران القمر الصناعي أكبر من سرعة دوران الأرض حول نفسها، وبالتالي فإن القمر الصناعي لا يثبت فوق مكان بعينه على سطح الأرض، وإنما يمر فوق هذا المكان كل فترة معينة يتم اختيارها وتحديدها أثناء تصميم مهمة القمر الصناعي، فمثلاً من الممكن اختيار متغيرات التصميم لمهمة القمر الصناعي بحيث يمر القمر الصناعي في مثل هذه المدارات فوق مكان معين كل ثلاثة أيام، وأثناء مرور القمر الصناعي فوق هذا المكان يقوم القمر الصناعي بتصوير هذا المكان أو إرسال واستقبال بيانات من وإلى محطة أرضية في هذا المكان. وبالتالي من الممكن لمثل هذا القمر أن يقوم بالتقاط صورة لمكان معين، ثم إعادة إرسالها لمحطة أرضية في مكان آخر! في هذه الحالة يلتقط القمر الصناعي صورة لنفس المكان كل فترة معينة ولتكن ثلاثة أيام، وللحصول على صور يومية يمكن إطلاق ثلاثة أقمار، يقوم كل منها بالتصوير في يوم مختلف لأيام تصوير القمرين الآخرين، وهو ما يسمى بتشكيلات الأقمار الصناعية، وفي تشكيلات الأقمار الصناعية يتم إطلاق مجموعة من الأقمار الصناعية لتقوم مجتمعة بأداء مهمة معينة، كالتصوير من أجل التجسس أو للأبحاث العلمية أو للاستشعار عن بعد.
وحديثًا بدأ الاتجاه نحو استخدام تشكيلات الأقمار الصناعية لأغراض الاتصالات.
ومن أمثلة الأقمار الصناعية الصغيرة التي تدور في مدارات دائرية منخفضة الارتفاع: القمر UOSAT1 والقمرUOSAT5 اللذان أنتجتهما جامعة Surry الإنجليزية؛ وكذلك القمر الكوري Kitsat1؛ والأقمار الثلاثة السابقة تستخدم لأغراض تصوير الأرض.
(3) المدارات البيضاوية: (Elliptic Orbits)
وخلال هذه المدارات يطير القمر الصناعي في مدار بيضاوي الشكل، يقع مركز الأرض في إحدى بؤرتي هذا الشكل البيضاوي؛وبالتالي فإن القمر الصناعي يكون قريبًا جدًّا من سطح الأرض على ارتفاع حتى 200كم في أقرب نقطة على المدار من سطح الأرض، ثم يأخذ القمر الصناعي في الارتفاع عن سطح الأرض أثناء سيره في المدار؛ حتى يصل إلى أقصى ارتفاع له والذي قد يصل إلى عشرات الألوف من الكيلو مترات، ثم يأخذ في الانخفاض حتى يصل إلى أقل ارتفاع له وهكذا.
وتستخدم مثل هذه المدارات لأغراض مختلفة؛ فيمكن إطلاق أقمار في مدارات بيضاوية لأغراض الاتصالات، ويمكن استخدام هذا المدار كمدار انتقالي ينتقل خلاله القمر الصناعي من مدار ذي ارتفاع منخفض إلى مدار ذي ارتفاع أعلى.
المقدمة:
من منا لم يشاهد ليلا نجما ( جرما ) يتحرك في السماء بين النجوم ؟ لقد لاحظتم أن لمعان هذه الأجرام يختلف ... ومساراتها تختلف ... وسرعتها تختلف ... ما هذه الأجرام ؟ هل هي نجوم تائهة تبحث لها عن مكان لتستقر فيه ؟ أم هي أطباق ( صحون ) طائرة تخترق الغلاف الجوي لتنقض على الأرض ؟ ما هي هذه الأجرام وما أهدافها ؟ هل هي خيرة أم شريرة ؟
أعرفتم هذه الأجرام ؟
نعم إنها لا هذه ولا تلك إنها ... أقمار صناعية .
الأجرام التي تبدو كالنجوم وتتحرك بينها ببطيء ونشاهدها في الليل هي أقمار صناعية . وهذه الأقمار تختلف في مهامها وأحجامها والغرض الذي أطلقت لأجله . فهناك الأقمار العلمية وأقمار الرصد الجوي والاستشعار عن بعد والاتصالات وغيرها ... ولكن ليس كل الأقمار خيرة ... وإنما هناك أقمار شريرة كأقمار التجسس ... وبالطبع موضوع الأقمار الصناعية ممتع لغاية ... وهذه الصفحة مخصصة لهواة رصد الاقمار الصناعية ولن نذكر تفاصيل الأقمار الصناعية وكيفية إطلاقها والمدارات التي تتخذها ومدة دورانها حول الأرض ... إنما ما يهمني هو رصدها ... ومعرفة مواعيد مرورها من فوقنا ... ومعرفة القمر الذي نشاهده الآن .
ورصد الأقمار الصناعية هو جزء من هواية الفلك ... وهو ممتع للغاية لان لمعان الأقمار يختلف من قمر إلى آخر ... وسرعتها واتجاهها و... تختلف أيضا ... والاهم انك أثناء مشاهدة هذا القمر تكون تعرف ماهيته وأهدافه .
أرجو من الجميع الاستفادة من هذا الموضوع ... لأنهم عندها يكونوا يعرفون مسبقا موعد مرور القمر الصناعي ... وسيتباهون أمام أصدقائهم إذ أنهم سيقولون لهم مثلا بعد ثلاث دقائق سيمر قمر صناعي من هنا وسيكون يتجه إلى الجهة التالية ... الخ .
الموضوع:
نبذة عن الاقمار الصناعية:
اعتمدت الاتصالات الالكترونية البعيدة المدى حتى الستينات من هذا القرن ، اما على الكابلات او على انعكاسات الاشارة الراديوية من على الغلاف الجوي، ومن المعروف ان هذه الكابلات تحوى على عدد محدود من الاسلاك، اما الاشارات المنعكسة فكانت تتخامد بسرعة مما يجعل الاتصال ذو نوعية سيئة.
في عام 1945 اقترح العلماء فكرة استخدام الاقمار الصناعية التي تطير فوق الكرة الارضية ، لزيادة فعالية الاتصالات الالكترونية، حيث يمكن رؤية القمر الصناعي من منطقة شاسعة من الارض.
ونظرا لارتفاعه العالي ، يستطيع ان يحقق الاتصال ما بين عدة محطات بطرق متعددة خلافا للكابل الذي يستطيع ان يصل بين محطتين فقط.
انواع الاقمار الصناعية:
اول قمر صناعي للاصالات كان القمر Echo 1 الذي اطلق عام 1960، وكان هذا القمر من النوع غير الفعال Passive اي لم يكن يحوي اي دوائر الكترونية، وانما كان عبارة عن عاكس للاشارات الالكترونية.
قام هذا القمر والقمر Echo 2 الذي اطلق في عام 1964 عبارة عن بالون كبير بقطر 32 متر، مغطى برقائق الالمنيوم ، وكان يدور حول الارض بارتفاع 1610 كم. ومثل اي كرة زجاجية او فولاذية التي تعطي زاوية انعكاس واسعة للمناظر حولها، فان هذه الاقمار كانت تعيد عكس الاشارة الموجهة اليها ، ولكن بقوة اخفض.
ونظرا لمساوئها ومشاكلها الكثيرة ، لم تعد تستخدم الاقمار غير الفعالة في ايامنا هذه.
الاقمار الصناعية الفعالة: Active Satellites
وهذه القمار عبارة عن محطات تقوية ، تقوم باستقبال اشارة من محطات ارضية معينة وتكبرها ثم تعيد ارسالها باتجاه محطات أرضية اخري وفي هذه الايام تستخدم هذه الاقمار لنقل الاشارات التلفزيونية بين دول العالم.
مدارات الاقمار الصناعية:
تخضع حركة القمار الصناعية حول الكرة الارضية الى قوانين كيبلر التي تحدد حركة الكواكب. وهذه القوانين تنص انه كلما كان القمر واقعا في مدار أعلى ، كلما تحرك بسرعة أبطأ.
وهكذا فان القمر Echo 1 الذي كان في مدار منخفض نوعا ما ، فقد كان يسير بسرعة عالية حيث كان يدور حول الكرة الارضية خلال مدة ساعتين وهكذا كان على هوائيات المحطات الارضية ان تتابع حركة القمر الصناعي بسرعة والا فانها تفقد أثره.
مام القمار التي تطير على ارتفاع 36000 كم فانها تدور حول الكرة الارضية خلال 23 ساعة و 56 دقيقة.
واذا كان القمر الصناعي فوق خط الاستواء فانه يتم دورة كاملة خلال فترة 24 ساعة ولهذا فهو يبدو الى المراقب على سطح الارض وكانه ثابتا في الفضاء لانه يدور متوامنا بنفس سرعة دوران الارض حول نفسها.
ان معظم الاقمار الصناعية المخصصة للاتصالات تطير فوق خط الاستواء لانها تعطي ميزة جيدة، حيث يمكن توجيه هوائيات المحطات الارضية باستمرار الى نفس النقطة في السماء.
وهذه الاقمار تغطي اكثر مناطق العالم ازدحاما بالسكان والتي تقع بين خط الاستواء وخط عرض 60.
ولتغذية الاجهزة الالكترونية لهذه الاقمار بالتيار الكهربائي ، فانه تستخدم الخلايا الشمسية التي تقوم بتحويل ضوء الشمس الي تيار كهربائي.
مساوئ الاقمار الصناعية التي تطير على ارتفاعات عالية فوق خط الاستواء، تتمثل بالمسافة الكبيرة التي يجب تقطعها الاشارة ، وهذا يتطلب اشارة ذات طاقة عالية. بالاضافة الى ذلك هناك التاخير الزمني الحاصل بين ارسال الاشارة واعادة استقبالها مرة ثانية.
فالاشارة كما هو معلوم تسير بسرعة 300000 كم في الثانية، وهناك تأخير قدره 120 ميلي ثانية وهو الزمن اللازم لقطع المسافة بين المحطة الارضية والقمر الصناعي، وفي بعض الحالات يصل هذا الزمن حتى 1 ثانية اذا كانت المسافة المقطوعة كبيرة جدا. مثلا عند اجراء مكالمة هاتفية بين دولة لدولة اخري بعيدة عبر الاقمار الصناعية فاننا نشعر بهذا التاخير الزمني.
من ناحية اخري قام التحاد السوفياتي باطلاق سلسلة اقمار صناعية للاتصالات تحت اسم Molniya وهي تدور في مدارات اهليجية عالية حول الارض كل 12 ساعة .
وعوضا على ان يكون القمر في مسار استوائي ، فان مساره يميل بشكل زاوية الاوج فوق اراضي التحاد السوفياتي وبذلك يقضي القمر الصناعي حوالي 8 ساعات فوق الاتحاد السوفياتي.
تقنية الاقمار الصناعية:
يمكن توجيه هوائيات الاقمر الصناعي بدقة نحو سطح الارض وذلك بجعل القمر الصناعي متوازيا في مداره. ويتم ذلك بجعل جسم القمر الصناعي يدور حول نفسه مرة كل ثانية ، وهذا يمكن من توجيهه دائما باتجاه نقطة محددة (بشكل متوازي مع محور الارض).
من ناحية اخرى تدور هوائيات القمر الصناعي بنفس السرعة ولكن باتجاه معاكس وهذا يجعل الهوائيات باتجاه نقطة معينة ثابتة من سطح الارض . اما الواح الخلايا الشمسية فيجب ان تتوجه باستمرار نحو الشمس.
ان داخل القمر الصناعي يجب ان يكون ذو حرارة ثابتة ، وذلك بسبب حساسية الاجهزة الالكترونية .
ولهذا تستخدم اجهزة خاصة للتبريد والتسخين ، كما يدهن الجسم الخارجي للقمر بمواد ماصة لحرارة الشمس.
في العادة تحوى الاقمار الصناعية على هوائيات ارسال واستقبال منفصلة. وتكون هوائيات الارسال بشكل صحون لتقوم بتوجيه الاشارات الى منطقة محددة من سطح الارض حيث تقوم المحطات الارضية باستقبالها.
ويستطيع المهندسون توجيه هوائيات القمر الصناعي الي اي نقطة وذلك بواسطة ارسال اشارات تحكم خاصة.
كذلك يحوي القمر على اجهزة تضخيم الاشارة الملتقطة الى بضعة عشرات الالف مليون من المرات من اجل اعادة ارسالها مرة ثانية الى المحطات الارضية ورغم ان القمر الصناعي يلتقط عدد كبير من الترددات المختلفة فانه لا يحدث تداخل في ما بينها ، بسبب استخدام الموجات الميكروية Microwave ، والتى لا تتأثر بالطبقات المتأنية في الغلاف الجوي التي تعكس الاشارات الاخري.
في معظم الاقمار الصناعية يبلغ تردد الاشارة الملتقطة 6 ميجاهرتز وتردد الاشارة المرسلة 4 جيجاهيرتز وفي بعض الانواع تبلغ 7 و8 جيجاهيرتز او 11 و 14 جيجاهيرتز على التوالي.
يتم تغذية الاجهزة الالكترونية في هذه الاقمار بواسطة الطاقة الشمسية حيث تقوم خلايا شمسية بتحويلها الى تيار كهربائي.
المحطات الارضية:
يزداد عدد المحطات الارضية بسرعة ومعظم هذه المحطات مزودة بهوائي على شكل صحن يصل قطره الى 30 متر .
وهذا الهوائي يمكن تحريكه في كافة الاتجاهات
تعمل معظم المحطات الارضية على ارسال واستقبال الاشارات اللاسلكية التي تحمل المكالمات الهاتفية والاقنية التلفزيونية.
الاستخدامات:
برغم ان معطم الناس يعتقدون ان الاقمار الصناعية تستخدم فقط لنقل الصور التلفزيونية عن الاحتفالات العالمية ومباريات كرة القدم فانها في الواقع تستخدم ايضا لنقل المكالمات الهاتفية واشارات التلكس و الكمبيتر......الخ.
تتميز الاتصالات عبر الاقمار الصناعية بانها تتم بسرعة وبامان ودون الحاجة الى مد كابلات عبر المحيطات والصحاري.
وكثير من المدن الافريقية والهندية الموجودة عبر الصحاري والبراري ، تصل مع العالم الخارجي بواسطة القمار الصناعية .
والان تم استخدام البث المباشر من القمار الصناعية الى هوائيات خاصة في المنازل حيث يمكننا إلتقاط اي اشارة من القمر الصناعي دون الحاجة الى المحطة الارضية.
الخاتمة:
1 - نظام الحمولة الفضائية، وهو النظام المسئول عن تنفيذ الجزء الخاص بطبيعة المهمة الفضائية، فقد يكون هذا النظام عبارة عن آلة تصوير لالتقاط صور للأرض أو يكون عبارة عن نظام للاتصالات يقوم باستقبال الاتصالات من الأرض وإعادة إرسالها إلى؛ حيث يراد إرسالها.
2 - نظام للطاقة وهو النظام المسئول عن إمداد القمر الصناعي بالطاقة والتحكم في توزيع هذه الطاقة على الأنظمة المختلفة، يعتمد القمر الصناعي في مداره على الطاقة الشمسية؛ حيث يستخدم خلايا شمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية يستخدم بعضها مباشرة ويخزن بعضها في بطاريات لاستخدامها في أوقات لا تتوافر فيها الطاقة الشمسية؛ حيث يقع القمر الصناعي في ظل الأرض ولا يرى الشمس.
3 - نظام للتحكم في وجهة القمر الصناعي؛ حيث يتعرض القمر الصناعي لمؤثرات خارجية تؤدي إلى تغيير وجهة القمر الصناعي، وبالطبع فإن الحفاظ على وجهة القمر ـ بحيث يظل دائمًا مطلاًّ بوجهه تجاه الأرض ـ ضروري لإتمام عملية الاتصال ونقل المعلومات للأرض بشكل صحيح، ونظام التحكم في وجهة القمر هو المسئول عن هذا الدور.
4 - نظام للاتصالات مسئول عن إتمام عملية الاتصال بالمحطة الأرضية اللازمة لعمل القمر الصناعي؛ حيث يتم إرسال أوامر من المحطة الأرضية للقمر الصناعي، يتم استقبالها عن طريق نظام الاتصالات، وكذلك يرسل القمر الصناعي معلومات للأرض خاصة بوضع القمر الصناعي ومستوى أداء أنظمته المختلفة.
5 - نظام للدفع وهذا النظام قد لا يوجد في بعض الأقمار الصناعية الصغيرة؛ حيث لا تكون له حاجة ضرورية، وفي الأقمار التي تحتوي نظامًا للدفع يستخدم هذا النظام لنقل القمر الصناعي من مدار إلى مدار آخر أو لتصحيح مكان القمر الصناعي في مداره.
أما عن المحطة الأرضية فهي نوعان: نوع يستخدم للاتصال بالقمر الصناعي لتبادل الأوامر والمعلومات الخاصة بعمل القمر الصناعي نفسه، والنوع الآخر يستقبل المعلومات أو الاتصالات المطلوبة لإتمام إنجاز المهمة الفضائية.
تختلف الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض فيما بينها اختلافًا كبيرًا في الحجم، يصل وزنها إلى ثلاثة أطنان في أقمار الاتصالات، وقد يكون وزنها 250 كجم في أقمار الاستشعار عن بُعْد ، وقد يصل وزنها إلى بضع عشرات من الكيلوجرامات في الأقمار التجريبية الصغيرة، ويقوم بتصنيع الأقمار إما شركات متخصصة أو مؤسسات بحثية أو جامعات.
المصادر والمراجع:......................................... .......................
www.google.com
http://www.islamonline.ne
نبذة عن الاقمار الصناعية