توضع أقمار الاتصالات عادة في المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO). وهو مدار دائري يبلغ ارتفاعه 35786 كيلومتراً فوق خط استواء الأرض ويتبع اتجاه دوران الأرض. يتمتع الجسم في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض بفترة مدارية تساوي فترة دورانه، لذلك يبدو للمراقبين على الأرض ثابتًا ويحتل موقعًا ثابتًا في السماء.

تسمح الأقمار الصناعية في GEO بالاتصال المستمر، إرسال إشارات الترددات الراديوية من هوائيات ثابتة. لا تختلف هذه الإشارات كثيرًا عن تلك المستخدمة في البث التلفزيوني للأرض وعادة ما يكون ترددها أعلى من 3 إلى 50 مرة. يتم تضخيم الإشارة التي يستقبلها القمر الصناعي وإرسالها مرة أخرى إلى الأرض، مما يسمح بالاتصال بين النقاط التي تقع على بعد آلاف الكيلومترات.

الخاصية الخاصة التي تجعل الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض جذابة للغاية هي القدرة على نقل المعلومات. يمكن استقبال الإشارة المُرحَّلة بواسطة هوائيات في أي مكان داخل منطقة تغطية القمر الصناعي، بما يعادل حجم دولة أو منطقة أو قارة أو حتى نصف الكرة الأرضية بأكمله. يمكن لأي شخص لديه هوائي صغير بقطر 40-50 سم أن يصبح مستخدمًا مباشرًا للقمر الصناعي.

لا يحتاج القمر الصناعي الذي يعمل في المدار الثابت بالنسبة للأرض إلى أي محرك ويمكن أن تستمر بقائه في مدار الأرض لسنوات عديدة. سيؤدي الاحتكاك الناتج عن الغلاف الجوي العلوي الرقيق إلى إبطائه في النهاية ويؤدي إلى غرقه في الأسفل ثم احتراقه في النهاية في الغلاف الجوي السفلي.

إذا تم إطلاق القمر الصناعي من كمية كبيرةالوقود، فهو يتحرك بشكل أسرع ويكون نصف قطر مداره أكبر. ويعني المدار الكبير أن الحركة الزاوية للقمر الصناعي حول الأرض أبطأ. على سبيل المثال، القمر، الذي يقع على بعد 380 ألف كيلومتر من الأرض، لديه فترة مدارية مدتها 28 يومًا.

تعمل الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO)، مثل العديد من أقمار العلوم والمراقبة، على ارتفاعات أقل بكثير: فهي تدور حول الأرض في حوالي 90 دقيقة على ارتفاعات عدة مئات من الكيلومترات.

يمكن أيضًا أن تكون أقمار الاتصالات على المدار الأرضي المنخفض، بحيث تكون مرئية من أي مكان لمدة تتراوح بين 10 و20 دقيقة. ولضمان استمرارية نقل المعلومات في هذه الحالة، سيكون من الضروري نشر عشرات الأقمار الصناعية.

قد تتطلب أنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية LEO 48 أو 66 أو 77 أو 80 أو حتى 288 قمرًا صناعيًا لتقديم الخدمات المطلوبة. تم نشر العديد من هذه الأنظمة لتوفير الاتصالات للمحطات المتنقلة. وهي تستخدم ترددات منخفضة نسبيًا (1.5-2.5 جيجا هرتز)، وهي في نفس نطاق الترددات المستخدمة في شبكات الهاتف المحمول GSM. إن حقيقة أن هذا النوع من الأقمار الصناعية لا يتطلب أي أجهزة إرسال واستقبال باهظة الثمن تعد ميزة إضافية بالنسبة لهم: ليس هناك حاجة إلى تتبع دقيق للقمر الصناعي في هذه الحالة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الارتفاع المنخفض يقلل من تأخير وقت انتقال الإشارة ويتطلب طاقة إرسال أقل لإنشاء الاتصالات.

لماذا، من أجل إرسال إشارة تلفزيونية، على سبيل المثال، من نيويورك إلى موسكو، هل من الضروري إطلاق نوع من الأجهزة بعيدًا في الفضاء؟ الجواب على هذا السؤال بسيط للغاية: الأرض كروية. تنتقل موجات الراديو، التي تحمل الصوت والصور وحتى بيانات الكمبيوتر كموجات كهرومغناطيسية، في خط مستقيم. لا يمكنهم الالتفاف حول الأرض ولا يمكنهم المرور عبر سمكها. بغض النظر عن المكان الذي نرسل فيه موجات الراديو على الأرض، فإنها ستختفي حتماً من كوكبنا إلى الفضاء. صحيح أن جزءًا من موجات الراديو ينعكس من طبقة الأيونوسفير - وهي طبقة خاصة تحيط بالأرض، كما لو كانت من مرآة. ينعكس ويسقط مرة أخرى على سطح الكوكب، على بعد مئات وآلاف الكيلومترات من جهاز الإرسال. يعتمد الاتصال اللاسلكي لمسافات طويلة على هذه الظاهرة. ولهذا السبب، بمساعدة جهاز استقبال عادي، يمكننا سماع البث الإذاعي من أمريكا أو الصين.

لكن المشكلة هي أنه بمساعدة مثل هذه الموجات (وتسمى قصيرة ومتوسطة وطويلة)، لا يمكن نقل صورة تلفزيونية ولا صوت عالي الجودة ولا كمية كبيرة من البيانات. لنقل إشارة تلفزيونية أو موسيقى عالية الجودة، هناك حاجة إلى موجات راديو خاصة ذات تردد تذبذب عالي. يطلق عليهم القصر الفائق. لا تنعكس الموجات الفائقة القصر من طبقة الأيونوسفير وتنتقل بحرية إلى الفضاء الخارجي. كيف يمكننا التأكد من إمكانية نقل الصور التلفزيونية على موجات فائقة القصر لمسافات طويلة؟ يمين! نحن بحاجة إلى التقاط الموجات في الفضاء وإعادة توجيهها إلى الأرض. إلى حيث يقع المتلقي. هذا هو الغرض من أقمار الاتصالات. وببساطة، فإن قمر الاتصالات هو مرآة لموجات الراديو المعلقة في الفضاء. القمر الصناعي معلق عاليًا لدرجة أن المدن الواقعة بعيدًا عن بعضها البعض، على سبيل المثال، لندن واسطنبول، تكون "مرئية" في لمحة. ويمكن لموجات الراديو أن تنتقل بحرية من القمر الصناعي إلى المدينتين دون مواجهة أي عوائق. وتنتقل الموجات أيضًا بحرية إلى القمر الصناعي من هذه العواصم (ومن أماكن أخرى كثيرة على الأرض). يساعد القمر الصناعي إشارة الراديو على "القفز" عبر انحناء الكرة الأرضية.

في بعض النواحي، يشبه القمر الصناعي للاتصالات أبراج التلفزيون العالية. بعد كل شيء، كلما ارتفع البرج، كلما أمكن نقل إشارة الراديو. إذا كان الجزء العلوي من برج التلفزيون ضمن خط الرؤية، فيمكنك استقبال البرامج التلفزيونية منه على جهاز التلفزيون الخاص بك. ولكن بمجرد القيادة أبعد من ذلك، سيختفي البرج خلف الأفق (أي خلف منحنى الأرض). والآن لن تصل موجات الراديو إلى جهاز التلفزيون الخاص بك. القمر الصناعي أعلى بعشرات الآلاف من الكيلومترات من أطول برج. ولذلك، يمكنها أن تنقل موجاتها في وقت واحد إلى جزء كبير من الكرة الأرضية.

ومع ذلك، هناك فرق كبير بين القمر الصناعي والبرج. إذا كان برج التلفزيون يقف في مكان واحد، فيجب أن يطير القمر الصناعي بسرعة هائلة (أكثر من 8 كيلومترات في الثانية!) حول الأرض. وإلا فإنه سوف يسقط فقط. هذه هي قوانين الفيزياء. كيف يمكننا التأكد من أنه، مثل قمة برج التلفزيون، يكون دائمًا في نفس النقطة؟ لا تطير الأقمار الصناعية التي تراقب سطح الأرض أو المركبات الفضائية التي تدور حولها على ارتفاعات عالية جدًا - على ارتفاع يتراوح بين 200 و 300 كيلومتر تقريبًا. وفي ليلة صافية جيدة يمكن رؤيتها من الأرض. ظهرت نقطة مضيئة فوق الأفق، وحلقت عبر السماء وبعد بضع دقائق اختفت مرة أخرى خلف الأفق. وعلى الرغم من أن النقطة على الأرض التي يقف فيها الراصد، وكذلك القمر الصناعي، تدور حول محور الأرض، إلا أن المركبة الفضائية تتخطى سطح الأرض. إنه يطير أسرع من دوران الأرض.

ولكي يكون القمر الصناعي دائمًا في نفس النقطة في السماء، يجب إطلاقه على ارتفاع عالٍ جدًا. ثم سيكون المدار - المسار الذي سيصفه حول كوكبنا - طويلاً جدًا. سيصبح الوقت المداري للقمر الصناعي والوقت المداري لأي نقطة على سطح الأرض حول محور الكوكب هو نفسه. من الناحية العلمية، فإن السرعة الزاوية للقمر الصناعي وسطح الكوكب ستكون متساوية.

ويمكن فهم ذلك بمثال بسيط للغاية. إذا قمت، على سبيل المثال، بربط كرتين من البلاستيسين بعجلة دوارة - واحدة خارج العجلة، والأخرى بالداخل، أقرب إلى المحور، فستلاحظ أن الكرة بالقرب من الحافة تتحرك بسرعة عالية، و الذي في المركز بالكاد يتحرك. ومع ذلك، بالنسبة لبعضهم البعض، فإنهم بلا حراك وهم على نفس الخط. لديهم نفس السرعة الزاوية. الكرة عند المحور هي سطح الأرض. الكرة الموجودة على الجزء الخارجي من العجلة عبارة عن قمر صناعي للاتصالات يدور في مداره.

يسمى المدار الذي يسمح للقمر الصناعي بالتعليق بلا حراك فوق سطح الأرض بالمدار الثابت بالنسبة للأرض. وهو على شكل دائرة ويمر تقريباً فوق خط استواء الأرض - وهو الخط الذي يفصل بين نصف الكرة الشمالي والجنوبي. من هذا القمر الصناعي، الذي يقع على بعد 35 - 40 ألف كيلومتر، نستقبل برامج تلفزيونية على "الهوائيات" التي بدأت تنمو شيئًا فشيئًا في المنازل في بلدنا.

القمر الصناعي الأرضي هو أي جسم يتحرك على طول مسار منحني حول الكوكب. القمر هو القمر الطبيعي الأصلي للأرض، وهناك العديد من الأقمار الصناعية، عادة ما تكون في مدار قريب من الأرض. والمسار الذي يتبعه القمر الصناعي هو مدار، والذي يأخذ في بعض الأحيان شكل دائرة.

محتوى:

لكي نفهم لماذا تتحرك الأقمار الصناعية بهذه الطريقة، علينا أن نعود إلى صديقنا نيوتن. موجود بين أي جسمين في الكون. لولا هذه القوة، لاستمر القمر الصناعي الذي يتحرك بالقرب من الكوكب في التحرك بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه - في خط مستقيم. ومع ذلك، فإن هذا المسار المستقيم بالقصور الذاتي للقمر الصناعي يتوازن من خلال جاذبية قوية موجهة نحو مركز الكوكب.

مدارات الأقمار الصناعية الأرضية

في بعض الأحيان يبدو مدار القمر الاصطناعي للأرض مثل القطع الناقص، وهو عبارة عن دائرة مضغوطة تتحرك حول نقطتين تعرفان بالبؤرتين. تنطبق نفس القوانين الأساسية للحركة، باستثناء أن الكوكب يقع في إحدى البؤرتين. ونتيجة لذلك، فإن القوة الصافية المطبقة على القمر الصناعي ليست موحدة في جميع أنحاء المدار، وتتغير سرعة القمر الصناعي باستمرار. ويتحرك بشكل أسرع عندما يكون أقرب إلى الأرض - وهي نقطة تعرف باسم الحضيض - ويتحرك بشكل أبطأ عندما يكون أبعد عن الأرض - وهي نقطة تعرف باسم الأوج.

هناك العديد من مدارات الأقمار الصناعية المختلفة للأرض. والمدارات التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام هي المدارات الثابتة بالنسبة للأرض لأنها ثابتة فوق نقطة معينة على الأرض.

يعتمد المدار المختار للقمر الاصطناعي على تطبيقه. على سبيل المثال، يستخدم البث التلفزيوني المباشر المدار الثابت بالنسبة للأرض. تستخدم العديد من أقمار الاتصالات أيضًا المدار الثابت بالنسبة للأرض. قد تستخدم أنظمة الأقمار الصناعية الأخرى، مثل الهواتف الساتلية، مدارات أرضية منخفضة.

وبالمثل، فإن أنظمة الأقمار الصناعية المستخدمة للملاحة، مثل نافستار أو تحديد المواقع العالمية (GPS)، تحتل مدارًا أرضيًا منخفضًا نسبيًا. هناك أيضًا العديد من الأنواع الأخرى من الأقمار الصناعية. من أقمار الطقس إلى أقمار الأبحاث. سيكون لكل منها نوع المدار الخاص بها اعتمادًا على تطبيقها.

سيعتمد المدار الفعلي للقمر الصناعي للأرض الذي تم اختياره على عوامل تشمل وظيفته والمنطقة التي سيخدم فيها. في بعض الحالات، يمكن أن يصل مدار القمر الصناعي الأرضي إلى 100 ميل (160 كم) بالنسبة للمدار الأرضي المنخفض في المدار الأرضي المنخفض، بينما يمكن أن يصل في حالات أخرى إلى أكثر من 22000 ميل (36000 كم) كما في حالة المدار الأرضي المنخفض بالنسبة إلى المدار الأرضي المنخفض.

أول قمر صناعي للأرض

تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في 4 أكتوبر 1957 من قبل الاتحاد السوفيتي وكان أول قمر صناعي في التاريخ.

كان سبوتنيك 1 هو الأول من عدة أقمار صناعية أطلقها الاتحاد السوفيتي ضمن برنامج سبوتنيك، والتي كان معظمها ناجحًا. تبع القمر الصناعي 2 القمر الصناعي الثاني في المدار وأيضًا أول قمر صناعي يحمل على متنه حيوانًا، وهي أنثى كلبة تدعى لايكا. عانى سبوتنيك 3 من الفشل الأول.

كان أول قمر صناعي أرضي يتمتع بكتلة تقريبية تبلغ 83 كجم، وكان به جهازي إرسال راديو (20.007 و40.002 ميجاهرتز) ويدور حول الأرض على مسافة 938 كم من أوجها و214 كم من نقطة الحضيض. تم استخدام تحليل الإشارات الراديوية للحصول على معلومات حول تركيز الإلكترونات في الغلاف الأيوني. تم تشفير درجة الحرارة والضغط على مدار مدة الإشارات اللاسلكية المنبعثة، مما يشير إلى أن القمر الصناعي لم يكن مثقوبًا بنيزك.

كان أول قمر صناعي للأرض عبارة عن كرة من الألومنيوم يبلغ قطرها 58 سم، ولها أربعة هوائيات طويلة ورفيعة يتراوح طولها من 2.4 إلى 2.9 متر، وكانت الهوائيات تشبه الشوارب الطويلة. تلقت المركبة الفضائية معلومات حول كثافة الغلاف الجوي العلوي وانتشار موجات الراديو في طبقة الأيونوسفير. تم وضع أدوات ومصادر الطاقة الكهربائية في كبسولة تضمنت أيضًا أجهزة إرسال راديو تعمل بتردد 20.007 و40.002 ميجاهرتز (حوالي 15 و7.5 متر من الطول الموجي)، وتم إصدار البث في مجموعات بديلة مدتها 0.3 ثانية. يتضمن القياس الأرضي بيانات درجة الحرارة داخل الكرة وعلى سطحها.

نظرًا لأن الكرة كانت مليئة بالنيتروجين المضغوط، فقد حظي سبوتنيك 1 بفرصته الأولى لاكتشاف النيازك، على الرغم من أنه لم يفعل ذلك. وقد انعكس فقدان الضغط في الداخل بسبب اختراق السطح الخارجي في بيانات درجة الحرارة.

أنواع الأقمار الصناعية

تأتي الأقمار الصناعية بأنواع وأشكال وأحجام مختلفة وتلعب أدوارًا مختلفة.

• الأقمار الصناعية الطقسمساعدة خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس أو معرفة ما يحدث حاليًا. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك القمر الصناعي البيئي التشغيلي المستقر بالنسبة إلى الأرض (GOES). تحتوي هذه الأقمار الصناعية الأرضية عادةً على كاميرات يمكنها إرجاع صور لطقس الأرض، إما من المواقع الثابتة بالنسبة للأرض أو من المدارات القطبية.
• أقمار الاتصالاتالسماح بنقل المحادثات الهاتفية والمعلوماتية عبر الأقمار الصناعية. تشمل أقمار الاتصالات النموذجية Telstar وIntelsat. الميزة الأكثر أهمية لقمر الاتصالات هي جهاز الإرسال والاستقبال، وهو جهاز استقبال لاسلكي يلتقط محادثة على تردد واحد ثم يضخمها ويعيد إرسالها مرة أخرى إلى الأرض على تردد مختلف. يحتوي القمر الصناعي عادةً على مئات أو آلاف أجهزة الإرسال والاستقبال. عادة ما تكون أقمار الاتصالات متزامنة مع الأرض.
• بث الأقمار الصناعيةنقل الإشارات التلفزيونية من نقطة إلى أخرى (على غرار أقمار الاتصالات).
• الأقمار الصناعية العلميةمثل تلسكوب هابل الفضائي، حيث تقوم بجميع أنواع المهام العلمية. إنهم ينظرون إلى كل شيء من البقع الشمسية إلى أشعة جاما.
• الأقمار الصناعية للملاحةمساعدة السفن والطائرات على التنقل. وأشهرها الأقمار الصناعية GPS NAVSTAR.
• أقمار الإنقاذالاستجابة لإشارات التدخل الراديوي.
• الأقمار الصناعية لرصد الأرضفحص الكوكب لمعرفة التغيرات في كل شيء بدءًا من درجة الحرارة والغطاء الحرجي وحتى الغطاء الجليدي. الأكثر شهرة هي سلسلة لاندسات.
• الأقمار الصناعية العسكريةتدور الأرض في مدارها، لكن الكثير من معلومات الموقع الفعلي تظل سرية. يمكن أن تشمل الأقمار الصناعية ترحيل الاتصالات المشفرة، والرصد النووي، ومراقبة تحركات العدو، والإنذار المبكر لإطلاق الصواريخ، والتنصت على وصلات الراديو الأرضية، والتصوير الراداري، والتصوير الفوتوغرافي (باستخدام تلسكوبات كبيرة تلتقط صورًا للمناطق المثيرة للاهتمام عسكريًا).

الأرض من قمر صناعي في الوقت الحقيقي

صور للأرض من قمر صناعي، تبثها وكالة ناسا في الوقت الحقيقي من محطة الفضاء الدولية. يتم التقاط الصور بواسطة أربع كاميرات عالية الدقة معزولة عن درجات الحرارة المتجمدة، مما يسمح لنا بالشعور بالقرب من الفضاء أكثر من أي وقت مضى.

تم تفعيل تجربة (HDEV) على متن محطة الفضاء الدولية في 30 أبريل 2014. ويتم تركيبه على آلية الشحن الخارجية لوحدة كولومبوس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. تتضمن هذه التجربة العديد من كاميرات الفيديو عالية الدقة الموجودة في غلاف.

نصيحة؛ وضع اللاعب في HD وشاشة كاملة. هناك أوقات تكون فيها الشاشة سوداء، يمكن أن يكون ذلك لسببين: مرور المحطة بمنطقة مدارية حيث تكون في الليل، ويستمر المدار حوالي 90 دقيقة. أو تصبح الشاشة مظلمة عند تغيير الكاميرات.

كم عدد الأقمار الصناعية الموجودة في مدار الأرض 2018؟

وفقًا لمؤشر الأجسام المطلقة في الفضاء الخارجي الصادر عن مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي، يوجد حاليًا حوالي 4256 قمرًا صناعيًا في مدار الأرض، بزيادة 4.39% عن العام الماضي.

تم إطلاق 221 قمرًا صناعيًا في عام 2015، وهو ثاني أكبر عدد من الأقمار الصناعية في عام واحد، على الرغم من أنه أقل من العدد القياسي البالغ 240 قمرًا صناعيًا الذي تم إطلاقه في عام 2014. إن الزيادة في عدد الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض أقل من العدد الذي تم إطلاقه العام الماضي لأن عمر الأقمار الصناعية محدود. تدوم أقمار الاتصالات الكبيرة 15 عامًا أو أكثر، بينما يمكن للأقمار الصناعية الصغيرة مثل CubeSats أن تتوقع عمر خدمة يتراوح من 3 إلى 6 أشهر فقط.

كم عدد هذه الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض والتي تعمل؟

يوضح اتحاد العلماء (UCS) أيًا من هذه الأقمار الصناعية المدارية يعمل، والأمر ليس بالقدر الذي تعتقده! لا يوجد حاليًا سوى 1419 قمرًا صناعيًا أرضيًا عاملاً، أي حوالي ثلث إجمالي العدد الموجود في المدار. وهذا يعني أن هناك الكثير من المعادن عديمة الفائدة في جميع أنحاء الكوكب! ولهذا السبب، هناك اهتمام كبير من جانب الشركات التي تبحث في كيفية التقاط الحطام الفضائي وإعادته، باستخدام تقنيات مثل الشبكات الفضائية أو المقاليع أو الأشرعة الشمسية.

ماذا تفعل كل هذه الأقمار الصناعية؟

وفقًا لـ UCS، فإن الأهداف الرئيسية للأقمار الصناعية التشغيلية هي:

• الاتصالات - 713 قمرا صناعيا
• مراقبة الأرض/العلوم - 374 قمرًا صناعيًا
• عرض/تطوير التكنولوجيا باستخدام 160 قمرًا صناعيًا
• الملاحة ونظام تحديد المواقع - 105 قمرا صناعيا
• علوم الفضاء - 67 قمرا صناعيا

وتجدر الإشارة إلى أن بعض الأقمار الصناعية لها أغراض متعددة.

من يملك الأقمار الصناعية للأرض؟

ومن المثير للاهتمام ملاحظة أن هناك أربعة أنواع رئيسية من المستخدمين في قاعدة بيانات UCS، على الرغم من أن 17% من الأقمار الصناعية مملوكة لمستخدمين متعددين.

• 94 قمراً صناعياً مسجلين من قبل مدنيين: وهي عموماً مؤسسات تعليمية، مع وجود منظمات وطنية أخرى. 46% من هذه الأقمار الصناعية تهدف إلى تطوير تقنيات مثل علوم الأرض والفضاء. تمثل الملاحظات 43٪ أخرى.
• 579 منها مملوكة لمستخدمين تجاريين: مؤسسات تجارية ومنظمات حكومية ترغب في بيع البيانات التي تجمعها. وتركز 84% من هذه الأقمار الصناعية على خدمات الاتصالات وتحديد المواقع العالمية؛ أما الـ 12% المتبقية فهي أقمار صناعية لرصد الأرض.
• 401 قمرًا صناعيًا مملوكة لمستخدمين حكوميين: بشكل رئيسي منظمات الفضاء الوطنية، ولكن أيضًا هيئات وطنية ودولية أخرى. 40% منها عبارة عن أقمار صناعية للاتصالات وتحديد المواقع العالمية؛ 38% أخرى تركز على مراقبة الأرض. ومن بين الباقي، يمثل تطوير علوم وتكنولوجيا الفضاء 12% و10% على التوالي.
• 345 قمرًا صناعيًا تابعة للجيش: مرة أخرى يتم التركيز هنا على الاتصالات ومراقبة الأرض وأنظمة تحديد المواقع العالمية، حيث أن 89% من الأقمار الصناعية لها أحد هذه الأغراض الثلاثة.

كم عدد الأقمار الصناعية التي تمتلكها الدول؟

وفقًا لمكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA)، أطلقت حوالي 65 دولة أقمارًا صناعية، على الرغم من أن قاعدة بيانات UCS تحتوي على 57 دولة فقط مسجلة باستخدام الأقمار الصناعية، وبعض الأقمار الصناعية مدرجة مع مشغلين مشتركين/متعددي الجنسيات. الأكبر:

• الولايات المتحدة الأمريكية مع 576 قمرا صناعيا
• الصين بـ 181 قمراً صناعياً
• روسيا تمتلك 140 قمرا صناعيا
• تم إدراج المملكة المتحدة على أنها تمتلك 41 قمرًا صناعيًا، بالإضافة إلى مشاركتها في 36 قمرًا صناعيًا إضافيًا تديرها وكالة الفضاء الأوروبية.

تذكر عندما تنظر!
في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى السماء ليلاً، تذكر أن بينك وبين النجوم حوالي مليوني كيلوغرام من المعدن المحيط بالأرض!

ما هي الأقمار الصناعية ل؟

من منا لم يصرخ بفرح وهو ينظر إلى السماء العميقة المرصعة بالنجوم: - انظر، انظر، القمر الصناعي يطير! ولم يكن هذا القمر الصناعي مرتبطًا على الإطلاق بأي شيء آخر غير الفضاء.
لكن الآن أصبحت القصة مختلفة تمامًا! توفر الأقمار الصناعية الاتصالات والتلفزيون وتحديد التنسيق والأمن والإنترنت. وسوف يتوصل الناس إلى العديد من الأشياء لجعل تكنولوجيات الفضاء تخدم مصلحة الناس.
وسنخبرك لماذا وما هي طرق استخدام أنظمة الأقمار الصناعية الأكثر شيوعًا اليوم.

لماذا في بعض الأحيان تكون تقنيات الأقمار الصناعية فقط هي خيار التطوير الوحيد؟
عند تركيب الخطوط الأرضية يتم استخدام الأسلاك - الألياف الضوئية أو النحاسية، أو مع التكنولوجيا اللاسلكية - الشبكات الخلوية أو الإنترنت الراديوي. كل هذه الأعمال الباهظة الثمن لها دائمًا عيوب كبيرة:

• تغطية محدودة للإقليم. يحتوي أي جهاز إرسال أو استقبال للإشارة على منطقة تشغيل معينة، والتي تعتمد على قوة المنطقة ومناظرها الطبيعية؛
• تتعلق قضايا تحديث الشبكة دائمًا بالقدرات التقنية وجدوى إنفاق الموارد المالية؛
• غالبًا ما يكون من المستحيل تفكيك المعدات بسرعة وإنشاء محطة في موقع جديد.

وفي بعض الحالات، يكون استخدام أنظمة الأقمار الصناعية هو الأكثر تبريرًا من الناحية الفنية والمالية لضمان اتصالات موثوقة وعالية الجودة.

سوف تجدنا الأقمار الصناعية دائمًا

بدون تكنولوجيا الأقمار الصناعية، لن تتاح لنا الفرصة أبدًا للعثور على بعضنا البعض على كوكبنا الكبير.
يتيح لك نظام الإحداثيات العالمي تحديد موقع الكائنات بدقة (خط الطول وخط العرض وحتى الارتفاع فوق مستوى سطح البحر)، وكذلك اتجاه حركة وسرعة هذا الكائن.
يشتمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي المعروف على 24 قمرًا صناعيًا، وشبكة واسعة من المحطات الأرضية التي تتمتع بقدرة غير محدودة لربط محطات المستخدمين.
نظام تحديد المواقع يعمل بشكل مستمر. يمكن لأي شخص على هذا الكوكب استخدامه، ما عليك سوى شراء جهاز ملاح GPS. تقدم الشركات المصنعة نماذج محمولة، وسيارات، وطيران، وبحرية. لا تكتمل عمليات البحث والإنقاذ في أي بلد في العالم دون مساعدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

ومنذ وقت ليس ببعيد، نشرت روسيا نظام الملاحة GLONASS الخاص بها، على غرار النظام الأمريكي، وبنفس المستوى من الدقة في تحديد الإحداثيات.
كلا النظامين متاحان ومجانيان تمامًا.

الأقمار الصناعية تحمينا

وهذا ينطبق بشكل خاص على صناعة السيارات. تم دمج نظام الأمان الرئيسي بنجاح مع قنوات الاتصال عبر الأقمار الصناعية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وطرق الرادار التقليدية.
كيف تعمل أنظمة الأمن عبر الأقمار الصناعية؟
تم تركيب الوحدة المركزية المزودة بأجهزة استشعار أمنية بشكل خفي على السيارة. في حالة الطوارئ، يتم إرسال إشارة من الوحدة المركزية عبر قنوات الاتصال إلى المالك أو المرسل. يساعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على تتبع المسار والموقع ووضع القيادة في الوقت الفعلي.

الأقمار الصناعية تسلينا

الموضوع الأحدث والأكثر شهرة هو القنوات الفضائية. لكننا اعتدنا بالفعل على اللوحات الموجودة في منازلنا لدرجة أننا لا نلاحظها عمليًا. لكن ثلاثة أجهزة فقط: الهوائي وجهاز الاستقبال والمحول تمنحنا متعة غير عادية من مشاهدة برامجنا التلفزيونية المفضلة.
الفرق عن هوائي التلفزيون التقليدي هو أنه بدلاً من البرج، يعمل القمر الصناعي ويرسل إشارة رقمية. وينتج عن ذلك مجموعة كبيرة من القنوات وجودة الصورة.

الأقمار الصناعية تربطنا بالأصدقاء

أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية العالمية الأكثر شيوعًا والمعروفة (GCSS): Globalstar، Inmarsat، Iridium، Thuraya. في بداية إنشائها، كان من المفترض أن تقوم هذه الأنظمة بتنظيم الاتصالات الهاتفية المتنقلة والأرضية حيث لا توجد خطوط اتصال. مع مزيد من التطوير، ظهرت فرص جديدة: الوصول إلى الإنترنت، ونقل المعلومات في أشكال مختلفة. وأصبح GSSS متعدد الخدمات.
إذا وصفنا عمل هذه الأنظمة باختصار، فسوف يبدو الأمر هكذا.
يستقبل القمر الصناعي إشارة المشترك ويرسلها إلى أقرب محطة على الأرض. تقوم المحطة بتحديد الإشارة واختيار المسار وإرسالها عبر الشبكات الأرضية أو قناة فضائية إلى نقطة الاستقبال.
يكمن الفرق بين أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية العالمية في تكلفة الحركة، وحجم وتكلفة محطات المستخدم، ومناطق التغطية، وكذلك في الميزات التقنية لمفهوم النظام نفسه.

تساعدنا الأقمار الصناعية على العيش بشكل مريح

يجري تطوير نظام الأقمار الصناعية ذو الفتحة الصغيرة جدًا (VSAT) بشكل نشط. يشبه هذا النظام أساسًا للمصمم: يمكنك إضافة معدات والوصول إلى الإنترنت والمعدات الأخرى - والشبكات المحلية للمستخدمين في مناطق مختلفة متحدة بالفعل. يمكنك أيضًا جمع البيانات وحجز قنوات الاتصال وإدارة عمليات الإنتاج المختلفة وتنظيم مؤتمرات الفيديو والصوت عن بعد.
مثل هذا النظام سهل النشر وبدء العمل. لقد تم بالفعل تقدير جودة الاتصال وسهولة الصيانة والاستخدام من قبل المؤسسات المالية وسلاسل البيع بالتجزئة والمؤسسات الصناعية الكبيرة.

تتكون الشبكة المعتمدة على VSAT من محطة تحكم مركزية (CCS) ومحطات مستخدم وقمر صناعي للترحيل.
ومع المزيد من التطوير، ستصبح جميع الأنظمة حتماً أكثر سهولة وأرخص وأكثر ملاءمة وأسهل لإدارة وفهم العمليات الجارية لاستيعاب حياتنا اليومية باستخدام تقنيات الأقمار الصناعية.

الآن، عندما تنظر حالمًا إلى سماء الليل وترى نجمًا متحركًا، ستعتقد أنهم، الأقمار الصناعية، يسهلون الحياة وينوعونها إلى حد كبير. وهذا عظيم.

بالمعنى الواسع، الرفيق هو زميل مسافر أو رفيق، شخص يرافق شخصًا ما في رحلة. ولكن ليس الناس فقط لديهم أقمار صناعية. الكواكب لديها أيضًا "رفاقها المسافرين". ما هم؟ متى ظهر القمر الاصطناعي لأول مرة؟

ظهور الأقمار الصناعية

وفي علم الفلك، ظهر مفهوم “القمر الصناعي” لأول مرة بفضل العالم يوهانس كيبلر. لقد استخدمها مرة أخرى في عام 1611 في عمله Narratio de Iovis Satellitibus. بالمعنى المعتاد، الأقمار الكوكبية هي أجسام كونية تدور حول الكواكب. إنهم يدورون في مدارهم الخاص تحت تأثير قوى الجاذبية لـ "رفيقهم الأكبر".

الأقمار الطبيعية هي أجسام ظهرت بشكل طبيعي دون تدخل بشري. يمكن أن تتشكل من الغاز والغبار أو من جزء من جرم سماوي تم التقاطه بواسطة قوى الجاذبية للكوكب. عندما تقع تحت تأثير قوى الجاذبية، فإنها تتحول، على سبيل المثال، تنضغط وتصبح أكثر كثافة، وتكتسب شكلًا كرويًا (ليس دائمًا)، وما إلى ذلك.

من المفترض أن معظم الأقمار الصناعية الحديثة للكواكب هي شظاياها التي انقطعت نتيجة الاصطدام أو الكويكبات السابقة. وكقاعدة عامة، فهي تتكون من الجليد والمعادن، على عكس الكواكب، ليس لها نواة معدنية، وتنتشر فيها الحفر والصدوع.

عند فتح قمر صناعي، يتم تخصيص رقم له. ثم يحق للمكتشف تسميتها حسب تقديره الخاص. تقليديا، ترتبط أسمائهم بالأساطير. فقط أورانوس هو الذي أطلق عليها أسماء شخصيات أدبية.

الأقمار الصناعية للكواكب

يمكن أن يكون للكواكب مجموعة واسعة من "الرفاق". الأرض لديها واحد فقط - القمر، ولكن كوكب المشتري لديه 69 منهم فينوس وعطارد ليس لديهم أقمار صناعية. وتظهر الادعاءات حول اكتشافها من وقت لآخر، ولكن سرعان ما يتم دحضها جميعًا.

يعتبر قمر المشتري جانيميد الأكبر في النظام الشمسي. ويتكون من السيليكات والجليد، ويصل قطره إلى 5268 كيلومترا. يستغرق الأمر 7 أيام و3 ساعات لإكمال ثورة حول كوكب المشتري.

لدى المريخ "رفيقان مسافران" يحملان الأسماء المثيرة للإعجاب Deimos وPhobos، والتي تُترجم من اليونانية على أنها "رعب" و"خوف". لديهم شكل قريب من الشكل الإهليلجي ثلاثي المحاور (طول أنصاف المحاور ليس هو نفسه). ويقول العلماء إن سرعة فوبوس تتناقص تدريجيا، وهو يقترب من الكوكب. وفي يوم من الأيام، سوف يسقط ببساطة على المريخ أو ينهار، ليشكل حلقة كوكبية.

قمر

القمر الطبيعي الوحيد للأرض هو القمر. هذا هو الأجرام السماوية الأقرب والأكثر دراسة من قبلنا خارج كوكب الأرض. لها قلب وطبقة سفلية ووسطى وعلوية وقشرة. القمر لديه أيضا الغلاف الجوي.

تتكون قشرة القمر الصناعي من الثرى - تربة متبقية مصنوعة من الغبار والشظايا الصخرية للنيازك. سطح القمر مغطى بالجبال والأخاديد والتلال وكذلك البحار (الأراضي المنخفضة الكبيرة المغطاة بالحمم البركانية الصلبة). غلافه الجوي مخلخل جدًا، ولهذا السبب تكون السماء فوقه دائمًا سوداء ومليئة بالنجوم.

حركة القمر حول الأرض معقدة. فهو لا يتأثر بجاذبية كوكبنا فحسب، بل أيضًا بشكله المفلطح، بالإضافة إلى جاذبية الشمس، التي تجذب القمر بقوة أكبر. يستغرق تداوله الكامل 27.3 يومًا. مداره يقع في مستوى دائرة البروج، في حين أن معظم الأقمار الصناعية الأخرى تقع في خط الاستواء.

ويدور القمر أيضًا حول محوره. ومع ذلك، فإن هذه الحركة متزامنة بحيث تواجه دائمًا نفس الجانب تجاه الأرض. وقد لوحظت نفس الظاهرة في بلوتو وقمره شارون.

الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية هي أجهزة يصنعها الإنسان ويتم إرسالها إلى مدار قريب من الكوكب. بداخلها تحتوي على الأدوات المختلفة اللازمة للبحث.

كقاعدة عامة، فهي غير مأهولة ويتم التحكم فيها من المحطات الفضائية الأرضية. ولإطلاقها إلى الفضاء، يتم استخدام مركبات مأهولة خاصة. الأقمار الصناعية هي:

• البحث - لدراسة الفضاء والأجرام السماوية.
• الملاحة - لتحديد موقع الأجسام الأرضية، وتحديد سرعة واتجاه مستقبل الإشارة (GPS، Glonas)؛
• أقمار الاتصالات - تنقل الإشارات اللاسلكية بين نقاط بعيدة على الأرض؛
• الأرصاد الجوية - يتلقى بيانات عن حالة الغلاف الجوي للتنبؤ بالطقس.

تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض خلال الحرب الباردة في عام 1957. تم إرساله من الاتحاد السوفييتي وكان يسمى سبوتنيك 1. وبعد ذلك بعام، أصدرت الولايات المتحدة إكسبلورر 1. وبعد سنوات قليلة فقط تبعتهم بريطانيا العظمى وكندا وإيطاليا وفرنسا وأستراليا والعديد من البلدان الأخرى.