طلب :: بحث عن الاقمار الصناعية :: { تمـ }

لو سامحتوا عايزة تقرير عن الاقمار الاصطناعية

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 و حركة الكواكب:

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.

لقد 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.

برمجيات ونظم كومبيوترية جديدة ذكية تسيِر اليوم السفن الفضائية والروبوتات والطائرات من دون طيار

يبدو أن الروبوتات الخاصة باكتشاف الفضاء باتت تزداد ذكاء يوما بعد يوم. ويعود السبب في ذلك الى أن البرمجيات الكومبيوترية التي يكتبها الانسان أخذت تعزز من قدراتها الميكانيكية وتجعلها تعمل أحيانا من تلقاء ذاتها بمعزل عن الانسان.

وهذه البرمجيات الذكية ظهرت أيضا في أحلى حلتها أيضا في معرض فانبرة الاخير الذي يقفل أبوابه اليوم الاحد. فقد زودت الطائرات الحربية من دون طيار التي عرضت في المعرض من طراز «إكس ـ 45» و«إكس ـ 47 بي» و«غلوبال هوك» بمثل هذه البرمجيات، التي من شأنها أن تجعلها مستقلة تماما عن الاشخاص المسؤولين عن إدارتها عن بعد المتمركزين في غرف المراقبة الارضية بحيث تتصرف ذاتيا في مواجهة المستجدات لدى قيامها بمهمتها.

ففي المريخ مثلا تلقت العربتان الجوالتان «سبيرت» وأوبرشنوتي» تعزيزا لمهارتهما الذاتية في القيادة خلال تجوالهما على سطح الكوكب الاحمر عن طريق تحديث البرمجيات الخاصة بهما من قبل مركز السيطرة على الارض.

لكن فريقا من باحثي «ناسا» ومن جامعة ولاية أريزونا شرعوا في دفع نظام السيطرة الذاتي في المركبتين أكثر فأكثر مما يعطي المركبتين الروبوتين القوة على إجراء تقصياتهما العلمية بانفسهما مستخدمين نوعا من البرمجيات التي تقوم أوتوماتيكيا بمسح الاهداف التي لها أهمية خاصة. وباتت هذه التقنية الجديدة السلاح الاميركي رقم واحد في تشغيل الاسلحة الجديدة التي لا تتطلب تدخلا من الجنود، أو تدخلا في الحدود الادنى إذا ما دعت الضرورة ذلك.
من جهة ثانية فإن القمر الصناعي الذي يراقب الارض الذي يدعى «إيرث أوبسيرفينغ ـ 1» يستخدم برمجيات طورتها «ناسا» للقيام بدراساته الخاصة حول بركان في القطب الجنوبي مع القدرة على تتبع الفيضانات حول العالم قبل أن تنتبه الى ذلك مراكز المراقبة الارضية كما يقول الباحثون. وأضاف هؤلاء أنه نظرا لكون البركان القطبي هذا «ماونت إيربص» هو بركان نشيط فقد شكل هدفا رئيسيا للبرمجيات الذكية.

ويوضح اشلي ديفيس العالم الرئيسي لهذه التجربة في مختبرات الدفع النفاث في باسادينا في ولاية كاليفولانيا الاميركية ان هذه البرمجيات لاتقوم فقط بتحري النشاطات البركانية، أو الفيضانات فحسب، بل تقوم أيضا بإجراء قياساتها أيضا قبل أن يتسنى للباحثين النظر الى البيانات والمعلومات. فهي تقوم بما يقوم به البشر على الارض.

إن الدراسة هذه هي جزء من التجارب العلمية الذاتية في العربات الجوية والفضائية الحديثة، وهو برنامج من شأنه تعزيز قدرة المركبات الفضائية على إجراء التقصيات العلمية من دون إتجاه محدد من قبل المشرفين البشريين. وعلاوة على البرمجيات التي تستهدف البراكين في مختبرات الدفع النفاث، فإن المشروع هذا ينطوي ايضا على برمجيات كشف الفيضانات وتعقب العواصف الثلجية التي طورتها جامعة ولاية أريزونا. إن المشروع هذا من شأنه إختصار التأخير الزمني بعد تسجيل ملاحظة أو مشهد ما على سطح كوكب بعيد، تم بثه لاسلكيا الى الارض بغية دراسته، وبالتالي إتخاذ القرارات من قبل العلماء لتوجيه القمر الصناعي، أو المركبة الفضائية للقيام بقياسات إضافية.

ولا بد من الاشارة هنا الى أن البرمجيات الخاصة بالتجارب العلمية الذاتية في العربات الفضائية والمركبة حاليا على متن القمر «أي أو - 1» تتألف من ثلاثة أجزاء تعمل سوية لتحديد الاهداف العلمية تلقائيا، فالبرنامج الاول هو عبارة عن مجموعة من الخوارزميات العلمية المحتوية على تعليمات محددة حول ما تبحث عنه في اي قراءات أو بيانات واردة. ففي القمر «إي أو ـ 1» تشمل هذه توجيهات البحث عن إشارات حرارية للبراكين ونشاطات فيضانية في الصور التي يلتقطها مقياس الطيف في العربة الفضائية وتسجيلها والتعامل معها على هذا الاساس.

لكن العملية هذه يمكن تعديلها لتناسب أي رحلة لأن العلماء الباحثين عن معادن معينة على سطح القمر مثلا لا يحتاجون سوى الى الخوارزميات التي تبحث عن البيانات والمعلومات المرسلة من سطح القمر حتى تجد إشارة المعدن المطلوب أو علامته الخاصة به، على حد قول ديفيس.
والبرمجيات الخاصة هذه تستخدم ايضا في برنامج لتنظيم العمليات الكومبيوترية في القمر الصناعي (أو العربة الفضائية غذا إقتضى الامر) «إي أو-1» لترتيب سلم الأولويات في ما يتعلق بعمليات الاستقصاء العلمية والتحكم بإدارة القمر وبلغة توجيه الاوامر والايعازات والارشادات الى الاجهزة العلمية داخله والاتصال بها والتفاعل معها. وهي ذات فائدة كبيرة في التغلب على تأخر إرسال الاشارات اللاسلكية، ومعها الارشادات والتوجيهات الى العربات الفضائية التي تكون عادة على مسافات بعيدة بين الكواكب أو على مدارها او على سطحها.

إن الاشارات المرسلة الى عربة غاليليو أو منها خلال دورانها حول زحل الذي يبعد نحو 934 مليون كيلومتر عن الارض كانت تستغرق نحو 50 دقيقة مما يعني انه إذا ما حدث أي طارئ خلال هذه الفترة فإن المراقبين الارضيين يكونون عاجزين عن التدخل فورا. وأكثر من ذلك فإن المسبار كاسيني الذي توجه الى زحل كانت إشاراته ورسائله الى الارض ومنها تقطع نحو1.6 مليار كيلومتر، أي انها تستغرق نحو 84 دقيقة.

وكانت هذه البرمجيات الذكية تتعامل تلقائيا مع أهدافها المحددة، أي الاجسام الفضائية المطلوب فحصها بإنتظار وصول الرسائل والاشارات والارشادات من الارض. وهي خلال فترة الانتظار هذه كانت تعلم ماذا تفعل بحيث يعود الفضل في ذلك الى سلسة الارشادات المنطقية التي زودت بها هذه البرمجيات الجديدة التي ينتظر أن تهيمن قريبا على الكثير من مناحي حياتنا اليومية المعقدة


منقووووووووووووووووووووووووووووووووول ...

شكرررررررررررررررررا كتيييييييرر

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
لو سامحتوا ممكن تيوبولي تقرير عن الاقمار الاصطناعية
الأحد 7 ذو القعدة 1430[