الاقمار الصناعية.. عيون ترصد الأرض مـن الفضاء | الموسوعة سام نيوز اخبار

القمـر الصناعي جهاز يتم إرساله الي الفضاء ليدور حول الأرض فى مدارات محددة، ويقوم بمهمات متنوعة، تتضمن إرسال واستقبال إشارات راديوية كهرومغناطيسية، مـن محطات أرضية مبنية لهذا الغرض، إضافة الي مهمات أخرى متخصصة.

وهو نظام اتصالات قائم بذاته، يستمد طاقته مـن الألواح الشمسية المزوّد بها، التى تحول بدورها طاقة الضوء الي طاقة كهربية تخزّن فى بطاريات، أو عَنْ طريق مصادر نووية. ويتمتع القمـر بالقدرة على إعادة إرسال وتوزيع تلك الإشارات مرة أخرى الي محطات أرضية أخرى ضوء نطاق عمله.

النشأة والتاريخ

قبل ثورة الاقمار الصناعية كانـت الاتصالات محدودة جدا، فلم تكن الإشارات التلفزيونية تغطي مسافات بعيدة، بينما الحواجز الطبيعية والمحدثة تحجبها وتشوشها. وكذا بالنسبة للمكالمات الهاتفية؛ حيـث كانـت محدودة المسافة أيضا، ومن المكلف للغاية تركيب أسلاك الهاتف لمسافات طويلة سواء فوق الأرض أو تحت المياه. فكان لا بد مـن ثورة تقنية جديدة تذهب بالاتصالات الي مدى أبعد ونطاق أوسع، فجاءت ثورة الاقمار الصناعية.

كانـت الاقمار الصناعية مجرد أفكار نظرية فى خيال العلماء والأدباء، حتـى أطلق السوفيات أول قمر صناعي بحجم كرة الشاطئ فى الرابع مـن أكتوبر/تشرين الاول 1957، بينما مهمته قياس كثافة طبقات الجو المتنوعة، وأطلق عليه السوفيات اسم “سبوتنيك-1″، وكان بداية مجموعه “سبوتنيك” للأقمار الصناعية السوفياتية.

وبعد شهر، وتحديدا فى الثالث مـن نوفمبر/تشرين الثانى 1957، أطلق السوفيات القمـر الصناعي “سبوتنيك-2” الذى كان أكبر حجما ووزنا مـن سابقه، وهو مـن حمل الكلبة الشهيرة “لايكا”، التى تعتـبر أول كائن حي يصل الي الفضاء.

ثم اطلقت وكالة الفضاء الأميركية “ناسا” القمـر الصناعي “إكسبلورر-1” فى يناير/كانون الثانى 1958. وتتابع الاعلان أقمار مجموعه إكسبلورر هذه، حتـى جاءت أول صورة فضائية للأرض مـن مستكشف ناسا إكسبلورر-6 عَامٌ 1959.

وفي مدة زمنية قصيرة نسبيا، تطورت تكنولوجيا الاقمار الصناعية مـن التجريبية، مثل سبوتنيك، الي المتطورة والقوية. ومع التحسينات النوعية فى أنظمة الدفع والطاقة للأقمار الصناعية فقد زاد عمرها الافتراضي الي 20-30 سنة.

وأدّت ابتكارات تقنية أخرى، مثل مركبات الإطلاق منخفضة التكلفة والقابلة لإعادة الاستخدام، واتساع النطاق الترددي الذى زاد مـن عَدَّدَ القنوات وحجم البيانات المنقولة، الي زيادة الطلب على خدمات الاقمار الصناعية فى السنوات القادمة.

ويجري حاليا تطوير مجموعـات كبيرة مـن آلاف الاقمار الصناعية المصممة لتوفير الوصول للإنترنت الي اى مكان على وجه الأرض. وستتمتع أقمار الاتصالات الصناعية المستقبلية بمزيد مـن قدرات المعالجة على متنها، والمزيد مـن الطاقة، وهوائيات ذات فتحة أكبر ستمكن الاقمار الصناعية مـن التعامل مع المزيد مـن عرض النطاق الترددي.

المكونات

يمكن إجمال الأجزاء الرئيسية التى يتكون منها القمـر الصناعي بما يلي:

• نظام الطاقة، قد يكون شمسيا، مع ما يلزم مـن بطاريات لحفظ الطاقة، أو نوويا، ويستطيع إبقاء القمـر الصناعي والأنظمة العاملة فيه قيد التشغيل طيلة مدة حياة القمـر الصناعي فى مداره.
• نظام للتحكم فى موقع القمـر الصناعي، يحافظ على بقائه فى مداره الصحيح.
• نظام اتصالات يتكون مـن مرسلات ومستقبلات للمعلومات، بما فى ذلك الهوائيات اللازمة، وذلك مـن اجل إرسال واستقبال البيانات والمعلومات مـن وإلى المحطة الأرضية.
• أنظمة جمع البيانات، مثل الكاميرا والكواشف المتنوعة، والمجسّات والمتحسّسات ومحلّلات الطيف، وأجهزة قياس مختلفة.
• أنظمة الدفع، التى تشمل الصواريخ وأنواع الوقود اللازمة، مـن اجل إيصال القمـر الي مداره الصحيح، وإجراء التصحيحات اللازمة على الموقـع.

كيفية العمل

يعمل نظام التتبع والقياس والتحكم عَنْ بعد كرابط اتصال ثنائي الاتجاه بين القمـر الصناعي والمحطة الأرضية. ويسمح ذلك للمحطة الأرضية بتتبع موقع القمـر الصناعي والتحكم فى أنظمة الدفع والحرارة وغيرها مـن أنظمة القمـر الصناعي. ويمكنه أيضا مراقبة درجة الحرارة والفولتية الكهربائية والمعلومات الهامة الاخرى للقمر الصناعي.

ويتطلب الاعلان قمر صناعي الي الفضاء صاروخا قويا متعدد المراحل لدفعه الي المدار الصحيح. ويستخدم مقدمو خدمات الاعلان الاقمار الصناعية صواريخ خاصة لإطلاقها مـن مواقع مثل مركز كينيدي للفضاء فى قاعدة كاب كانافيرال للقوات الجوية الأميركية بفلوريدا، وقاعدة بايكونور الفضائيه فى كازاخستان، وكورو فى غيانا الفرنسية، وقاعدة فاندنبرغ الجوية فى كاليفورنيا، وشيتشانغ فى الصين، وجزيرة تانيغاشيما فى اليابان.

الأنواع والاستخدامات

 يمكن ترتيب الاقمار الصناعية وفق موقعها ضوء فئتين:

أولا: الاقمار الاصطناعية المتزامنة مع الأرض، اى تدور حول الأرض متزامنة مع دوران الأرض حول محورها، وهي توضع فى مدار يصل الي صعود 35 ألفا و800 كيلومتر عَنْ سطح الأرض، وتدور فى الاتجاه ذاته يوميا حول الكوكب مـن الشرق الي الغرب، وبسبب هذا النوع مـن الحركة تظهر ثابتة بالنسبة الي مـن يراقبها مـن الأرض، ويستخدم هذا النوع فى الاتصالات ودراسة الطقس.

ثانيا: الاقمار الاصطناعية القطبية التى تدور حول الأرض مـن الشمال الي الجنوب بين القطبين، وتتمتع بأهمية كبيرة فى ما يتعلق بتكوين تصور عَنْ حال كوكب الأرض، إذ تستخدم فى دراسة الطقس والكوارث الطبيعية وتزوّد الأرض بمعلومات عَنْ الحالات الطارئة وبيانات الحرارة والضغط والرطوبة الخاصة بالغلاف الجوي.

وتستعمل هذه الاقمار الاصطناعية القطبية كمحطات فضائية، كَمَا هى الحال فى محطة الفضاء الدولية التى وصلت الي مدارها عَامٌ 1998، ويمكن رصدها مـن سطح الأرض فى الليالي الصافية، كَمَا ان الاقمار الاصطناعية القطبية تظهر فى الموضع ذاته مرتين يوميا، مرة فى النهار ومرة فى الليل.

اما مـن الناحية الوظيفية، فأبرز الاقمار الاصطناعية هى:

• أقمار الاتصالات:

وتعدّ الأكثر انتشارا اليـوم، وتتزايد الحاجة اليها بشكل مستمر، وتتضمن الاتصالات أقمار البث التلفزيوني والمكالمات الهاتفية والاتصال بالإنترنت عبر الاقمار الاصطناعية.

وتستخدم معظم أقمار الاتصالات “المدار الأرضي المنخفض” فهو الأنسب للمكالمات والأجهزة المحمولة، بينما تستعمل أقمار البث التلفزيوني “المدار المتزامن مع الأرض” لتغطية البقعة الجغرافية ذاتها بشكل مستمر.

• المراصد الفلكية:

مع ازدياد التلوث البيئي والضوئي والراديوي على الأرض، ازدادت صعوبة مراقبة الفضاء، لذا تم الاعلان عَدَّدَ مـن الاقمار كتلسكوبات فضائية على المدار الأرضي المنخفض، ولكونها خارج الغلاف الجوي، تستطيع هذه الاقمار رصد الفضاء بشكل افضل مـن المراصد الأرضية، ويعود اليها الفضل فى اكتشافات علمية عدة اثناء العقود الاخيره.

• أقمار مراقبة الأرض:

عادة ما تستخدم هذه الاقمار اقل مدارات ممكنة حول الأرض مع هـدف موحد هو المراقبة لأغراض مدنية، وبالأخص بينما يتعلق بالتغيرات السريعة والكوارث الطبيعية والحد مـن انتشار الأمراض، وتتضمن هذه الفئة الاقمار الصناعية الخاصة بالطقس، وبعضها مصمم لرسم الخرائط الجوية وتحديثها بشكل دورى، وتفيد هذه الاقمار فى التحذير المبكر مـن الأعاصير أو البراكين الثائرة.

ويمكن تفصيل هذه الأغراض المدنية كَمَا يلي:

1. رصد جودة الهواء والمياه، ورسم خرائط لاستخدام الأراضي والتنمية والبنية التحتية، مع تقييم الامتثال لقواعد استخدام الأراضي وحقوق الملكية.
2. تقييم ورصد إمكانية تطوير الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والوقود الحيوي.
3. رسم خرائط للغابات ورصدها، عَنْ طريق تحديد ما يصيبها مـن تدهور، وإعادة التأهيل والتعافي.
4. توفير الإنذار المبكر للأمراض المنقولة بواسطة الحشرات والكوارث الطبيعية.
5. رسم خرائط للتجمعات السكانية الحضرية والإسكان ورصدها.
6. توفير معلومات عَنْ صحة المحاصيل والغلات الزراعية، والقدرة على الوصول الي الأسواق، والآفات الزراعية والأمراض التى تصيب المزروعات.
7. رسم خريطة للبنية التحتية التى يحتمل ان تمثل خطورة، مثل مرافق ادارة النفايات والمنشآت النووية.

• الاقمار الاصطناعية العسكرية:

هنالك شحّ كثير فى البيانات عَنْ هذا النوع مـن الاقمار، لكن أغلبها يركز على مراقبة الأرض، ورصد تحركات الأرتال البرية والقطع البحرية، ورسم الخرائط، والتجسس على الخصوم.

• أقمار التوجيه والملاحة:

حاليا توجد منظومات عالمية عدة للملاحة وتحديد المواقع تتضمن كلا مـن “جي بي إس” الشهيرة و”غلوناس” الروسية و”غاليليو” الأوروبية، عدا عَنْ أنظمة ملاحة محلية لبعض البلدان مثل الصين واليابان، وتتضمن جميع منظومات الملاحة أقمارا اصطناعية عدة تستخدم المدار الأرضي المتوسط بحيث تدور على صعود قرابة 20 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض.

• الاقمار الاصطناعية المصغرة:

تكون هذه الاقمار الاصطناعية أصغر مـن المعتاد عموما، وتستخدم فى الغالب لأغراض بحثية محدودة، ويصنع كثير منها فى الجامعات كمشاريع طلابية، ويتم تجميعها مـن مواد موجودة مسبقا.

وعادة ما تصنف الاقمار الاصطناعية التى تزن أقل مـن ألف كيلوغرام على أنها مصغرة، وهناك تقسيمات أحدث تضع الاقمار بين وزني 500 كيلوغرام وألف كيلوغرام تحت تسمية “ميني ساتلايت” وتلك التى يقل وزنها عَنْ 100 كيلوغرام باسم “مايكرو ساتلايت” وتسمى التى لا يتجاوز وزنها 10 كيلوغرامات “نانو ساتلايت”.

محطات الفضاء المتنوعة

مـن حيـث المبدأ تعد محطات الفضاء أقمارا اصطناعية، لكن الاختلاف هو أنها أكبر مـن الاقمار الاصطناعية المعتادة، كَمَا أنها مصممة بحيث تكون صالحة للسكن البشري، وتستخدم مختبرا ومرصدا ومحطة هبوط للحملات الاستكشافية وملجأ لها.

وتعمل الاقمار الصناعية فى 3 مدارات مختلفة:

• مدار أرضي منخفض.
• مدار أرضي متوسط ويعمل على مسافة تتراوح مـن 10 آلاف الي 20 ألف كيلومتر مـن الأرض.
• ومدار ثابت بالنسبة للأرض أو مدار متزامن مع الأرض. ويعمل على صعود 35 ألفا و786 كيلومترا فوق الأرض.

ويتم وضع الاقمار الصناعية على صعود يتراوح بين 160 كيلومترا و1600 كيلومتر فوق الأرض.

ونحتاج الي 3 أقمار صناعية فقط مـن النوع المتزامن مع الأرض لتوفير تقديم عالمية، بينما يستغرق الامر 20 قمرا صناعيا أو أكثر لتغطية الأرض بأكملها مـن المدار الأرضي المنخفض  و10 أقمار مـن نوع المدار الأرضي المتوسط.

وفي الوقت الذى كان لدى “إيرلي بيرد” جهاز إرسال واستقبال واحد فقط قادر على إرسال قناة تلفزيونية واحده فقط، فإنه يمكن اليـوم ان تحتوي مجموعه أقمار “بوينغ 702” على أكثر مـن 100 جهاز إرسال واستقبال، ومع استخدام تقنية الضغط الرقمي يمكن ان يحتوي كل جهاز إرسال واستقبال على ما يصل الي 16 قناة، وهو ما يوفر أكثر مـن 1600 قناة تلفزيونية مـن اثناء قمر صناعي واحد.

البلدان الرائدة

تحتل الولايات المتحدة الأميركية المرتبة الأولى مـن حيـث الدول التى تصنع أو تطلق أو تشغّل الاقمار الصناعية بأكثر مـن 3500 قمرا، تليها الصين فى المرتبة الثانية بأكثر مـن 550، وتأتي المملكة المتحدة فى المرتبة الثالثة بحوالي 480 قمرا، وتليها روسيا فى المرتبة الرابعة بـ175 قمرا ثم اليابان بحوالي 90 قمرا.

ويسبح فى الفضاء حتـى عَامٌ 2023 أكثر مـن 6500 قمر، ولكنّ الفعالة منها لا تتجاوز 4 آلاف قمرا. وتسيطر الأغراض التجارية، كالاتصالات والملاحة، على ما نسبته 74% مـن الاستخدامات، بينما تستحوذ الأغراض العسكرية على ما نسبته 8% مـن استخدامات الاقمار الصناعية، وتتشارك الأغراض المدنية والحكومية والعلمية على النسبة المتبقية.

العرب والأقمار الاصطناعية

تمتلك البلدان العربية أقمارا اصطناعية عدة، أهمها السعوديه ومصر، ومن يرجي العلم ان أول قمر صناعي عربي تم إطلاقه كان عَامٌ 1976، وشغلته مجموعه عرب سات التابعة لجامعة الدول العربية، وأطلقت مصر أول قمر اصطناعي مـن مجموعه “نايل سات” عَامٌ 1998، لكن هذه المشاريع تتضمن التمويل والتشغيل فقط، دون التصميم والتصنيع والإطلاق.

لكن هنالك مجموعه مـن الاقمار البحثية الصغيرة المصممة عربيا، مثل القمـر الاصطناعي العراقي “تيغريسات” الذى صنعه طلبة عراقيون فى العاصمة الإيطالية روما، والقمر الاصطناعي الأردني “جيه واي 1 سات” مـن تصميم طلبة مـن جامعات أردنية عدة.

وبعد أعوام مـن التدريب فى كوريا الجنوبية استطاع فريق مـن المهندسين الإماراتيين مـن بناء أول قمر اصطناعي عربي حقيقي، وهو قمر “خليفة سات” ويزن 300 كيلوغرام، مصمم لمراقبة الأرض، وتم بناؤه فى “مركز محمد بن راشد للفضاء” بدبي، وتم إطلاقه مـن اليابان عَامٌ 2018، وتمتد مهمته لـ5 اعوام، ويدور فى مدار متزامن مع الشمس، وحول الأرض بشكل رأسي.

وتمكّن صاروخ روسي عَامٌ 2021 مـن حمل أول قمر اصطناعي مصنوع بأياد تونسية بالكامل واسمه “تحدي” الي الفضاء، انطلاقا مـن كازخستان لينفذ مهمات ترتبط بالإنترنت.

وتمتلك السعوديه 17 قمرا، تليها الإمارات بـ14 قمرا، وجامعة الدول العربيّة 14 قمرا، ومصر 7 أقمار، والجزائر 6 أقمار، والمغرب وقطر بقمرين لكل منهما، والعراق وتونس بقمر صناعي واحد لكل دَوْلَةٌ.