ما هي الأقمار الصناعية؟
القمر الصناعي هو أي جسم يتحرك في مسار منحني حول كوكب، والقمر هو القمر الصناعي الطبيعي الأصلي للأرض، وهناك العديد من الأقمار الصناعية التي صنعها الإنسان، وعادة ما تكون أقرب إلى الأرض، والمسار الذي يقوم به القمر الصناعي يتبع هو مدار يأخذ أحيانًا شكلًا دائريًا.
لفهم سبب تحرك الأقمار الصناعية بهذه الطريقة، يجب أن نكرر ما قاله نيوتن، حيث اقترح نيوتن وجود قوة جاذبية بين أي جسمين في الكون، ومع ذلك، فإن مسار القصور الذاتي للقمر الصناعي يتم موازنته من خلال سحب جاذبية قوي موجه نحو مركز الكوكب.
أنواع الأقمار الصناعية
فيما يلي أمثلة لأنواع مختلفة من الأقمار الصناعية:
1. الأقمار الصناعية الفلكية
- على سبيل المثال، تلسكوب هابل الفضائي، وهو تلسكوب يدور حول الأرض، وأقمار علم الفلك تدرس الظواهر النجمية مثل الثقوب السوداء والمجرات البعيدة، ولا ينبغي الخلط بين هذه الأقمار الصناعية لاستكشاف الفضاء.
- أقمار علم الفلك لها العديد من التطبيقات المختلفة، مثل استخدامها لعمل خرائط للنجوم، ويمكن استخدامها لدراسة الظواهر الغامضة مثل الثقوب السوداء، ويمكن استخدامها أيضًا لالتقاط صور للكواكب في النظام الشمسي.
- كما أنه يستخدم لرسم خرائط لأسطح الكواكب المختلفة، ولإجراء دراسات الطقس عبر الأقمار الصناعية، وهو نوع من الأقمار الصناعية العلمية التي تدرس الغلاف الجوي للأرض، وكان من أوائل الأقمار الصناعية التي تم إطلاقها إلى الفضاء.
2. أقمار الاتصالات
- هو نوع من الأقمار الصناعية يستخدم للاتصالات على الأرض من خلال السماح بإرسال إشارات الراديو والتلفزيون والهاتف عبر البث المباشر في أي مكان في العالم.
- قبل الأقمار الصناعية، كانت عمليات الإرسال صعبة أو مستحيلة عبر مسافات طويلة، حيث أن الإشارات التي يتم إرسالها في خطوط مستقيمة، لا يمكن أن تنحني حول الأرض للوصول إلى وجهة بعيدة، وكان يجب أن تنعكس على طبقات في الغلاف الجوي، وسلاسل الجبال، إلخ.
- نظرًا لوجود أقمار صناعية للاتصالات في المدار، يمكن إرسال الإشارات على الفور إلى الفضاء ثم إعادة توجيهها إلى قمر صناعي آخر أو مباشرة إلى وجهتها.
3. أقمار الملاحة
هو نوع من الأقمار الصناعية يعطي السفن والطائرات مواقعها الإحداثية على الأرض، حيث تم تطوير الأقمار الصناعية للملاحة في الخمسينيات من القرن الماضي، وهي تعتمد على تأثير دوبلر لحساب موقع السفن التي تنبعث منها إشارة لاسلكية، وأقمار الملاحة هي تستخدم على نطاق واسع من قبل الجيش.
4. أقمار التجسس
تستخدم أقمار الاستطلاع للتجسس على دول أخرى، حيث توفر معلومات استخباراتية حول الأنشطة العسكرية لدول أجنبية. هناك، على سبيل المثال، كينان وبيج بيرد ولاكروس، ويمكن لهذه الأقمار الصناعية أن تكشف حتى متى يتم إطلاق الصواريخ أو الانفجارات النووية في الفضاء.
يمكن لأقمار الاستطلاع التقاط وتسجيل البث الإذاعي والرادار أثناء مرورها فوق بلد ما، ويمكن استخدامها كسلاح في المدار عن طريق وضع رؤوس حربية على قمر صناعي منخفض المدار لإطلاقه على هدف أرضي.
5. أقمار الاستشعار عن بعد
- يقوم الاستشعار عن بعد بمراقبة بيئتنا وقياسها من بعيد، وعادة ما يتم وضع أقمار الاستشعار عن بعد في الفضاء لمراقبة الموارد المهمة للبشر، على سبيل المثال، قد تتبع أقمار الاستشعار عن بعد هجرة الحيوانات أو تحديد مواقع الرواسب المعدنية أو رؤية المحاصيل الزراعية بحثًا عن الطقس تلف.
- يمكن القيام بكل هذه الأشياء بشكل أفضل من الفضاء لأن القمر الصناعي في المدار يمكنه عادةً التقاط صور لمساحات كبيرة من الأرض حول العالم.
- نظرًا لأن هذه الأقمار الصناعية قادرة على التقاط الصور ومراقبة المناطق حول العالم، فإن القمر الصناعي قادر على مراقبة المناطق التي يكون فيها المناخ شديد القسوة، أو حيث يكاد يكون من المستحيل الوصول إليها عن طريق البر.
6. البحث عن الأقمار الصناعية وإنقاذها
تم تصميم أقمار البحث والإنقاذ لتوفير وسيلة للسفن في البحر والجو للتواصل من المناطق النائية، حيث يمكن لهذه الأقمار الصناعية اكتشاف وتحديد مواقع إشارات الطوارئ التي تحملها السفن أو الطائرات أو الأفراد في الأماكن النائية أو الخطرة.
7. أقمار استكشاف الفضاء
- أقمار استكشاف الفضاء ليست أقمارًا صناعية على الإطلاق ؛ إنها في الواقع كائنات في الفضاء، يتم تعريف القمر الصناعي على أنه شيء يدور حول شيء آخر (عادة ما يكون كوكبًا)، لكن الأقمار الصناعية الفضائية لا تتحرك وتنتقل بدلاً من ذلك إلى أعماق النظام الشمسي، ومع ذلك، فهي تشبه الأقمار الصناعية التي تدور في التصميم. والوظيفة، وهناك مثال على ذلك هو القمر الصناعي جاليليو.
- ترسل المسابير الفضائية في رحلاتها صورًا تفصيلية وبيانات أخرى حول الكواكب البعيدة والظواهر النجمية الأخرى، حيث أن أقمار استكشاف الفضاء مسؤولة عن العديد من الإنجازات الأكثر أهمية في علم الفلك.
- حلقات كوكب المشتري، على سبيل المثال، تم اكتشافها بواسطة قمر صناعي لاستكشاف الفضاء.
- يجب بناء أقمار استكشاف الفضاء لتدوم لأنها تستغرق وقتًا طويلاً حتى تصل الأقمار الصناعية إلى وجهتها، وتختلف أقمار استكشاف الفضاء عن أقمار علم الفلك لأنها لا تعمل من مدار الأرض ولكنها تُرسل بالفعل إلى الفضاء السحيق بمفردها.
8. أقمار الطقس
وهي تلك الأقمار الصناعية التي تتبنى التكنولوجيا الحديثة من أجل التنبؤ بالظروف الجوية، مثل القمر ميتيوسات.
يستخدم القمر الصناعي
- يمكن تصنيف الأقمار الصناعية وفقًا لوظيفتها حيث يتم إطلاقها في الفضاء للقيام بعمل معين، حيث يجب تصميم القمر الصناعي خصيصًا لأداء دوره.
- هناك تسعة أنواع مختلفة من الأقمار الصناعية، حيث أن أقمار الاتصالات هي أقمار صناعية تستمر في استقبال الإشارات من محطة أرضية ثم إعادة إرسال الإشارة إلى محطات أرضية أخرى. عادة ما تتحرك في مدار ثابت بالنسبة للأرض، بينما تقوم أداة الاستشعار عن بعد بجمع معلومات حول جسم ما.
- يتكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من 32 قمرًا أرضيًا متوسط المدار في ستة مواقع مدارية مختلفة، مع اختلاف عدد الأقمار الصناعية مع سحب الأقمار الصناعية القديمة واستبدالها.
- يعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) منذ عام 1978 وهو متاح عالميًا منذ عام 1994، وهو أكثر أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية استخدامًا في العالم.
أول قمر صناعي
- يصادف يوليو 1957 بداية السنة الجيوفيزيائية الدولية، عندما خطط العلماء في جميع أنحاء العالم لمراقبة مختلف الظواهر العلمية.
- خلال هذه الفترة من التعاون العلمي، أذهل الاتحاد السوفيتي العالم بإطلاقه سبوتنيك، أول قمر صناعي على الإطلاق.
- حيث أنه، في 4 أكتوبر 1957، أطلق الاتحاد السوفيتي القمر الصناعي في مدار صغير جدًا باستخدام جهاز الإرسال اللاسلكي الذي شق طريقه إلى التاريخ، حيث فوجئ المجتمع بأن السوفييت يمكن أن يكون لديهم مركبة إطلاق ناجحة وتكنولوجيا إلكترونية لتشغيل الأقمار الصناعية.
سرعة هروب القمر الصناعي
سرعة الهروب هي السرعة التي يجب أن يتحرك بها جسم ما لكسر قوة كوكب أو قوة سحب جاذبية القمر والدخول إلى المدار، على سبيل المثال، يجب أن تسافر المركبة الفضائية التي تغادر سطح الأرض حوالي 11 كيلومترًا (7 أميال) في الثانية، أو أكثر من 40000 كيلومتر في الساعة (25000 ميل في الساعة) لدخول المدار.
السرعة المدارية للأقمار الصناعية
- السرعة المدارية هي السرعة اللازمة لموازنة قوة الجاذبية على القمر الصناعي والقصور الذاتي لحركة القمر الصناعي، والتي تبلغ حوالي 17000 ميل في الساعة (27359 كيلومترًا في الساعة) على ارتفاع 150 ميلاً (242 كيلومترًا).
- وحتى مع الجاذبية، إذا كان القمر الصناعي المقصود سريعًا جدًا، فسوف يطير خارج المدار، ومن ناحية أخرى، إذا سار القمر الصناعي ببطء شديد، فإن الجاذبية ستعيده إلى الأرض.
- تعتمد السرعة المدارية للقمر الصناعي على ارتفاعه فوق الأرض، فكلما اقترب القمر من الأرض، زادت السرعة المدارية المطلوبة.
- على ارتفاع 124 ميلاً (200 كيلومتر)، تزيد السرعة المدارية المطلوبة قليلاً عن 17000 ميل في الساعة (حوالي 27400 كيلومتر في الساعة).
- للحفاظ على مدار 22223 ميلاً (35786 كيلومترًا) فوق الأرض، يجب أن يدور القمر الصناعي بسرعة حوالي 7000 ميل في الساعة (11300 كيلومتر في الساعة)، وتسمح هذه السرعة والمسافة المدارية للقمر الصناعي بإحداث ثورة واحدة في غضون 24 ساعة.
- نظرًا لأن الأرض تدور أيضًا مرة واحدة كل 24 ساعة، فإن القمر الصناعي يظل على ارتفاع 2222 ميلًا في وضع ثابت بالنسبة إلى نقطة على سطح الأرض، وبما أن القمر الصناعي يظل في نفس المكان طوال الوقت، فإن هذا المدار هو يُطلق عليه “المدار الثابت بالنسبة للأرض” “تعتبر المدارات الثابتة بالنسبة للأرض مثالية للأقمار الصناعية الخاصة بالطقس وأقمار الاتصالات.
- بشكل عام، كلما ارتفع المدار كلما طالت مدة بقاء القمر الصناعي في مداره، وعند الارتفاعات المنخفضة يصطدم القمر الصناعي بتأثيرات الغلاف الجوي للأرض، حيث تؤدي السحب إلى تدهور المدار حتى يسقط القمر الصناعي في الجو والحروق.
مكونات القمر الصناعي
يتكون القمر الصناعي من عدة أجزاء، وربما تكون أجزاء القمر الصناعي الرئيسية هي تلك التي تشمل المرسل والمستقبل، والأنظمة الفرعية للهوائي، والخلايا الشمسية، والبطارية الاحتياطية، والكاميرا، والمراوح.
1. الساتل المرسل المستجيب
تساعد هذه الدائرة الإلكترونية الأقمار الصناعية في تحويل إشارة تردد الوصلة الصاعدة 6 جيجاهرتز إلى إشارة تردد الوصلة الهابطة 4 جيجاهرتز، لذا فإن المهمة الرئيسية لجهاز الإرسال والاستقبال هي إجراء تحويل التردد حيث يتم تضخيم هذه الإشارة المقلوبة قبل إرسالها مرة أخرى إلى الأرض باستخدام مضخم الطاقة متوفر على القمر الصناعي.
على نظام كبل القمر الصناعي، يحول مرسل مستجيب 14 جيجاهرتز مرسل مستجيب بسرعة 12 جيجاهرتز، وعادة ما يحتوي القمر الصناعي على 12 جهاز إرسال حيث سيكون لكل جهاز مرسل مستجيب عرض نطاق ترددي 36 ميجاهرتز.
2. أنظمة الهوائيات الفرعية
تساعد الهوائيات في استقبال ونقل الإشارات من الأرض ونحو الأرض على التوالي، وهناك أنواع مختلفة من الهوائيات المثبتة على الأقمار الصناعية اعتمادًا على تطبيق الاستخدام مثل أحادي القطب وثنائي القطب والعاكس والشريط الصغير وما إلى ذلك.
الأكثر شيوعًا هو أنه سيكون هناك هوائي عاكس مع حزمة لتغطية محطة أرضية واحدة على الأرض، لذلك لتغطية أكثر من محطة أرضية واحدة، يلزم وجود أكثر من هوائي عاكس.
3. الخلايا الشمسية والبطارية الاحتياطية
بينما تظل الأقمار الصناعية تعمل في الفضاء، تقوم الخلايا الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية لتشغيل الأقمار الصناعية، وأثناء ظروف ضوء الشمس، فهي مفيدة جدًا، وأثناء عدم وجود بطارية ضوء الشمس، ستهتم بتوفير الطاقة للأقمار الصناعية. الأقمار الصناعية لتشغيلها.
وفي نهاية رحلتنا ببحث كامل عن الأقمار الصناعية، يجب أن نشير إلى أهمية التكنولوجيا الحديثة التي ساهمت في تطوير استخدامات الأقمار الصناعية، حيث سهلت على البشر استخدام الكثير من الاستخدامات دون الشعور.