الأقمار الصناعية .. التركيب .. فكرة العمل .. أنواعها .. أهميتها

علم الفضاء هو ذلك العلم الذي يهتم بدراسة المركبات التي تنتقل إلى من الأرض إلى الغلاف الجوي الذي يُحيط بها وما يوجد خارجه ، وهو علم شامل وواسع ، حيث يحتوي على العديد من التخصصات مثل علم القمر وعلم الكواكب وعلم الأرصاد الجوية، والطلاقة الشمسية والجيولوجيا وعلم الحياه وعلم الفيزياء الفلكية بالإضافة إلى ذلك يدرس كل ما يتعلق بالأقمار الصناعية والمركبات المدارية ، والمجسمات الفضائية

ويفسر استكشاف الفضاء أنه استخدام تقنيات علوم الفضاء وعلم الفلك لاستكشاف الفضاء الخارجي وتتم عملية الاستكشاف عن طريق كلا من الرحلات المأهولة أو الرحلات الآلية. واستكشاف الفضاء يعد حالة جديدة لم يعهدها الإنسان قبل عصر الفضاء حيث كانت دراسة السماء تتم على الأرض ومن خلال هذا توافرت مصطلحات متجددة عن الفضاء ومنها ملاحة الفضاء و غزو الفضاء، والسفر في الفضاء و ريادة الفضاء .

استكشاف الفضاء يتم للبحث عن الظروف المادية للفضاء، والأجرام السماوية المختلفة والنجوم والكواكب، من خلال الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكب الأرض، بالإضافة إلى المسابير الفضائية التي تمر في المجموعة الشمسية  وكذلك المركبات الفضائية التي تحتوي على طواقم بشرية مختصة بعمليات البحث الفضائي

مفهوم علم الفضاء يرتبط بمجموعة مصطلحات أخرى ، ومن هذه المصطلحات الفضائية ما يأتي:

• الكواكب: عرَّف الاتحاد الدولي الفلكي عام 2006م الكواكب، وأشار إلى أنها مجموعة من الأجسام الصغيرة التي تدور في مدارات محددة حول الشمس، وبموجب هذا التعريف تمَّ استبعاد بلوتو من المجموعة الشمسية.
• الأقمار: تحتوي الكواكب والكويكبات في المجموعة الشمسية على مجموعة أقمار، لما هو أكثر من 181 قمر مرتبط بالكواكب، علما بأن أن كوكبي عطارد و الزهرة لا يحتويان على أي أقمار.
• الشمس: وهي النجم المسئول عن مناخ الكرة الأرضية والطقس

محاور البحث

فيما يلي سوف نعرض لكم محاور البحث:-

• المحور الأول : الأقمار الصناعية
• المحور الثاني : من ابتكر الأقمار الصناعية ؟
• المحور الثالث : أهمية الأقمار الصناعية
• المحور الرابع : أنواع الأقمار الصناعية

عرض البحث

المحور الأول : الأقمار الصناعية

يُطلق اسم الأقمار الصناعية أو الساتل ( بالإنجليزية : Satellites ) على الآلة التي تدور في الفضاء حول كوكب أو نجم ، وهي عادة تُعرف بأنها آلة من صناعة الإنسان يتم إرسالها للفضاء، لتدور حول الأرض أو أجرام أخرى غيرها من الأجرام الفضائية لتقوم بمهام عدة ؛ مثل التقاط الصور الجوية للأرض بما يساعد خبراء الأرصاد على التنبؤ بالطقس، وكذلك التقاط الصور للظواهر مثل الثقوب السوداء والمجرات البعيدة، كما يساعد العلماء على فهم نظام الكون بشكل أدق ، وتُستخدم الأقمار الصناعية بشكل أساسي كذلك للاتصالات بجميع أنحاء العالم، و يتم استخدام أكثر من 20 قمر صناعي لتكوين نظام GPS

والجدير بالذكر أنه تم إطلاق أول قمر صناعي إلى الفضاء عام 1957م من الاتحاد السوفيتي، وقد أُطلق عليه حينذاك اسم سبوتنك1

تَختلف الأقمار الصناعية في الأحجام وفي الأشكال والوظائف وتتكون أغلب الأقمار من:

• وعاء معدني أو من مجموعة من العناصر في الخارج يُعرف باسم “BUS”.
• مصدر للطاقة وكذلك بطاريات للتخزين.
• حاسب لوحي من أجل مراقبة والسيطرة على النظم المختلفة.
• نظام هوائي ، راديو.
• نظام للتوجيه (ACS) الذي يكون دوره توجيه القمر الصناعي للمسار الصحيح.

المحور الثاني : من ابتكر الأقمار الصناعية

تعد فكرة استخدام المرايا في الأقمار الصناعية في الفضاء لعكس الإشارات من إحدى الجوانب في الأرض إلى الجانب الآخر الفكرة لذلك والتي أطلقها كاتب الخيال العلمي آرثر سي كلارك والذي قام بكتابة مقالين ملهمين بشكلٍ واضح واضعًا تصوره عن هذا بكل تفصيل.

وقد تم نشر إحدى هذه المقالات سنة 1945 و تضمن اقتراحه وضع 3 أقمار صناعية في مدار متزامن مع كوكب الأرض على ارتفاع يبلغ 35  ألف كيلو متر فوق الأرض وتكون مهمتها تغطية ما يقارب ثلث  كوكب الأرض حيث يغطي أحدهما قارتي أفريقيا وأوروبا، والثاني يغطي الصين وآسيا، بينما يغطي القمر الثالث الأمريكيتين.

لكن اقتراح  كلارك استغرق 10 اعوام ليصبح واقعًا عندما تم إطلاق القمر سبوتنك 1 و بعدها بثلاث سنوات أظهر المهندسون نجاح عملية ارتداد الموجات اللاسلكية من الفضاء عندما أطلقوا القمر إيكو، المخصص للاتصالات مثبتين بذلك ما توقَّع به كلارك

وخلال أواسط الستينات اجتمعت 11 دولة لتشكيل الاتحاد الدولي لقمر الاتصالات انتل سات، حيث أطلقوا القمر انتل سات والذي يعد  أول قمر اتصالات تجاري في العالم في نيسان 1965 والذي كان لا يزيد عن خمسة وثلاثون كجم وكان قادرًا على نقل 240 مكالمة في الوقت نفسه أو إشارة تلفزيونية.

المحور الثالث : أهمية الأقمار الصناعية

مرايا الفضاء التي تعكس المكالمات حول الأرض ، عيونٌ السماء ،  وبوصلاتٍ ضخمة تمكننا من العودة إلى المنزل، هذه فقط 3 من الأشياء التي تقدّمها لنا الأقمار الصناعية ، ويكون عدم رؤيتنا لها بسبب عدم تقديرنا لها جيدًا، لكن لا ريب بأهمية الأقمار الصناعية في عالمنا اليوم.

الأقمار الصناعية تلعب دورًا حاسمًا في كل شيءٍ حاليا من البثِّ التلفزيونيّ والمكالمات العابرة للقارات وحتى توقعات الأحوال الجوية والإنترنت، فما هو القمر الصناعي ، وكيف يعمل؟ دعونا نأخذ فكرة عن قرب!

الأقمار الصناعية توضع في الفضاء للتغلب على الحدود الجغرافية للأرض، حيث تمكننا بالبحث خارج الأرض التي نعيش عليها، ولو أردنا أن نتواصل مع القطب الشمالي مثلا ليس علينا سوى إطلاق إشارةٍ نحو الفضاء لتعود نحو الوجهة المطلوبة بدقة باستخدام قمرٍ صناعيٍّ مخصصٍ لذلك الغرض يعمل كمرآة تعكس الإشارة نحو الأرض.

وإن أردنا إجراء فحص للمحاصيل أو لدرجات حرارة منطقة ما فيمكننا استخدامُ طائرةٍ لهذا الهدف، ويتميز القمر الصناعي أنه سيلتقط بياناتٍ أكثر وبدقة وبسرعةٍ أكبر؛ لأنه أعلى وأكثر بعدا بكثير، بالمختصر الأقمار الصناعية تقدم لنا بشكل عام معلوماتٍ دقيقة عن كل شئ على الأرض لأنها ببساطةٍ توجد خارج هذه الحدود.

وتصنف مجموعات الأقمار الصناعية  عادة إما وفقًا لوظيفتها أو وفقا للمدارات التي تسلكها، فعلى الرغم من كون الأمرين مرتبطين حيث ترتبط الوظيفة المنوطة بالقمر الصناعي مع بعده عن الأرض وسرعته والمدار الذي يسلكه.

وسنشرح في السطور التالية الاستخدامات الأساسية الثلاثة للأقمار الصناعية هي.

• الاتصالات

أقمار الاتصالات تستخدم بشكلٍ أساسيٍّ في إعادة بثِّ الموجات اللاسلكية من مكانٍ على الأرض إلى مكانٍ آخر، حيث يتم التقاط الإشارة الواردة إليها من محطةٍ أرضية، فتقوم المحطة بتضخيمها لكي تمتلك الطاقة اللازمة للمتابعة.

ومن ثم تعكس الإشارة نحو الأرض إلى محطةٍ أرضيةٍ من جديد ولكن في مكانٍ آخر ما على الأرض، حيث يمكن لتلك الإشارة أن تنقل أي شيء يمكن للموجات الراديوية نقله على الأرض، مثل المكالمات الهاتفية وبيانات الإنترنت وكذلك بث الراديو والتلفزيون.

كما أن أقمار الاتصالات تتغلب بشكلٍ أساسيٍّ على مشاكل إرسال الموجات اللاسلكية والتي يتم إرسالها بشكلٍ مستقيم حول كوكبنا الأرض كما أنَّها مفيدة في التواصل ضمن المناطق النائية والتي لا يمكن للاتصالات السلكية أو اللاسلكية الوصول.

فإذا ما أردنا مكالمةٍ عبر الخطوط الأرضية العادية، فإننا نحتاجُ لشبكةٍ معقدةٍ من الأسلاك لإتمام التواصل بين المرسل و المستقبل، وعند استخدامنا الهواتف المحمولة أصبح باستطاعتنا التواصل حاليا في أي مكانٍ نلتقط فيه الإشارة.

اما  بالنسبة لاستخدام هاتف الأقمار الصناعية فإننا يساعدنا في التحرر تمامًا من أيِّ بنيةٍ تحتيةٍ، يحث يمكننا من الحريةً جغرافية التراسل الفوري دون شروط.

وختاما نؤكد أن أقمار الاتصالات هي “ مرايا فضائية ” تمكننا من عكس الإشارة وأنواع أخرى من المعلومات من أحد جوانب الأرض نحو الجانب الآخر.

• التصوير الفوتوغرافي، التصوير، والمسح العلمي

في يومنا هذا يمكننا الدخول إلى قمر تصوير مربوط إلى محرك بحث مثل جوجل وبنج ونشاهد بشكل مباشر أشياء تحدث بشكل مباشر في نفس الوقت مثل ظواهر الكسوف وآثار دمار تسونامي، حيث تعمل الأقمار العلمية بشكل مشابه لكن بدل أن تقدم صورةً بصريةً مبسطة ، فإنها تجمع أنواعًا معقدة وتفصيلية من البيانات بشكلٍ منظم على مساحات واسعة من العالم.

هناك العديد من مهمات الأقمار الصناعية العلمية المثيرة خلال العقود القليلة الماضية وأدرجت ناسا العديد من المهام  والأقمر الصناعية.

• الملاحة باستخدام الأقمار الصناعية

أخيرًا، فإن معظمنا تعود على أجهزة الملاحة أو من خلال هواتفنا المحمولة في السيارات كاستخدامٍ لعمل القمر الصناعي كبوصلة من السماء

ويستخدم نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية تلك الأقمار لإيجاد الموقع الجغرافي لجسم ما. وتوجد تلك الأقمار الصناعية في مدارات ثابتة حول الأرض، وتحدد أماكن تواجد المستقبِلات (المستخدِمين).

وحتى نصل إلى أي جهة جديدة نريدها، نستخدم تطبيق Google Maps الموجود على هواتف الأندرويد ، ونتتبع المسارات التي يرسمها بدقة حتى نصل إلى وجهتنا.

والسؤال هنا : هل فكرت يومًا كيف تعمل هذه المميزات لتأمين الاتجاهات بدقة نحو الوجهة المقصودة؟

تتطلب الإجابة عن هذا الأطروحة معرفة بعض المعلومات عن الملاحة عبر القمر الصناعي.

يستخدم الأقمار الصناعية نظام التتبع لتحديد الموقع الجغرافي  لمكان ما geospatial position لجسم ما ، بالاعتماد على الرسائل الملاحية navigation message المشفرة

 وهي تلك المعلومات التي يرسلها الأقمار الصناعية (الجزء الفضائي space segment) إلى جهاز المستخدِم user segment بعد حصول الأقمار الصناعية على البيانات الملاحية من المحطات الأرضية فيما يعرف بـ (جزء التحكم control segment).

المحور الرابع : أنواع الأقمار الصناعية

تُصنَّف الأقمار الصناعية طبقا لوظيفتها إلى أنواع رئيسية هي:

• البحث:

يتم تخصيص هذه الأقمار الصناعية لقياس الخصائص الرئيسية للفضاء الخارجي؛ مثل الحقول المغناطيسية وكذلك تدفق الأشعة الكونية، وبيانات حول خصائص الأجرام السماوية، التي يصعب رصدها من الأرض أو تستحيل مراقبتها من الأرض.

• الاتصالات :

وهي أقمار يتم تخصيصها لنقل وتضخيم الإشارات الصوتية اللاسلكية من خلال أجهزة الأرسال والاستقبال جميعها، حيث تستخدمه كل من مؤسسات الإذاعة والتلفزيون، وكذلك تستخدمه المحطات العسكرية، بالإضافة إلى استخدامه في التطبيقات الهاتفية ويرتبط هذا النوع عادة من الأقمار الصناعية بالهواتف، والتليفزيون ، حيث تَستقبل تلك المعدات الإلكترونية الموجودة في القمر الصناعي الإشارة من الأرض وتُضخِمها ثم تقوم بنقلها إلى نقطة أخرى على الأرض.

• الطقس :

يتم تخصيص هذا النوع من الأقمار الصناعية لتوفير معلومات مستمرة ومتجددة عن الظروف الجوية ودرجات الحرارة المتوقعة وتعرف تلك الأقمار باسم أقمار الأرصاد الجوية، والتي تستخدم عادة لمراقبة وتسجيل الظروف الجوية وتغيرات الحرارة والمناخ على سطح الأرض، كما تساعد في التنبؤ بالنشاطات البركانية ، وكذلك تساعد في جميع الأمور المتعلقة بحالة المد والبحر وكذلك الغطاء النباتي.

• الملاحة :

يَتم استخدام تلك الأقمار الصناعية بشكل أساسي في الغواصات النووية؛ حيث يتم الاستفادة منها في تحديث نظام الملاحة  من خلال القصور الذاتي الخاص بها . ويشير نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية عالميا إلى مجموعة الأقمار الصناعية التي تستخدم لبث الإشارات من الفضاء، لإرسال البيانات الملاحية وتحديد المواقع إلى المستقبِلات الأرضية.

يوفر نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية تغطيةً شاملة، من أجل تحديد المواقع الجغرافية. وقد أصبح نظام تحديد الموقع العالمى GPS شائعًا جدًا لدرجة أن ظن الناس أن كل نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية يعمل بتقنية GPS

• الأغراض العسكرية الاستطلاعية :

تستخدم تلك الأقمار للأغراض العسكرية، وتتألف من أجهزت استشعار تعمل ب نظام الأشعة تحت الحمراء، وبواسطتها تقوم بتعقب الصواريخ، كما تساعد في عمليات التنصت على المحادثات السرية، وغيرها العديد من الأمور التي تتعلق بمجال المراقبة العسكرية.

• التطبيقات:

تُستخدم الأقمار الصناعية التطبيقية للتأكد من طرق تحسين تكنولوجيا الأقمار الصناعية نفسها، ومن أمثلتها الاهتمام بأجهزة التحكم وإمدادات الطاقة.

الخاتمة

 يمكن تعريف الأقمار الصناعية على أنها آلات من صنع الإنسان يتم إطلاقها في الفضاء للدوران في مدارات ثابتة حول الأرض، أو أي جسم آخر موجود فيه، وذلك من أجل القيام بمهام عديدة؛  ومن لتك المهام التقاط الصور للأرض والتي بدورها تساعد خبراء الأرصاد على التنبؤ بالطقس والظواهر الجوية وتعقب الأعاصير، بالإضافة إلى التقاط صور للكواكب الأخرى، أو للشمس، أو للثقوب السوداء وكذلك والمجرات البعيدة، حيث تساعد هذه الصور العلماء على تفسير النظام الشمسي والكون بشكل أفضل.

تجهز الأقمار الصناعية قبل إطلاقها بخلايا ضوئية لتوليد الطاقة اللازمة من أشعة الشمس لتشغيلها، وأحيانا يتم تجهيزها ببطاريات نووية في حالة الاستخدام الكثيف للطاقة (لا تكفيها الطاقة المولدة من خلايا ضوئية). كما تجهز فيما يعرف باللواقط والمرسلات والكاميرات والرادارات الخاصة تبعا لتخصص هذه القمر الصناعي. ويمكن التحكم فيها عن بعد. وحسب نوع القمر الصناعي يتحدد ارتفاع مداره وطريقة واتجاه حركته ومنطقة تغطيته.

 يتم استخدام العديد من الأقمار الصناعية في مجالات الاتصالات؛ وذلك لبث الإشارات لتشغيل التليفزيون، وإجراء المكالمات الهاتفية ، كما تُستخدم في نظام التموضع العالمي GPS حيث إن هناك مجموعة مكوّنة من أكثر من 20  قمر صناعي للقيام بهذه المهمة.

إوللأقمار الصناعية دور مهم في مجالات مختلفة كالاقتصاد (الاتصالات وتنبؤات الجو وتحديد الأماكن..) والأمن (المجالات العسكرية) والبحث العلمي (دراسة الفضاء وكذلك مراقبة الأرض وتحولاتها…).

يتكون القمر الصناعي من جزأين وهما الجزء الوظيفي والجزء الحاضن . فالجزء الوظيفي يعد الجزء القائم بالأعمال المنتظرة من القمر الصناعي حسب تخصصه والمهمة التي تم إرساله من أجلها. والجزء الحاضن هو الجزء المسئول عن توفير المحيط المناسب لعمل الجزء الوظيفي، من حيث توفير الطاقة اللازمة والحماية والدفع والتوجيه. ويتم التحكم في القمر الصناعي من محطة أرضية في الغالب بغية تأدية المهام أو إجراء التغييرات للموقع.

و الأقمار الصناعية تتنوع بتنوع الأغراض المطلوبة منها. فيتم إنشاء أنواع محددة لكل غرض .و من بين هذه الأنواع :

• الفلكية.
• المستخدمة للاتصالات والبث التلفزيوني.
• مراقبة الأرض ودراسة الأرصاد والأحوال الجوية والطقس.
• المستخدمة للملاحة.
• المستكشفة.
• المستخدمة في الطاقة الشمسية.
• الدقيقة.
• العسكرية.

المصادر

• https://scholar.google.com.eg/scholar?hl=ar&as_sdt=0%2C5&q=%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%82%D9%85%D8%A7%D8%B1+%D8%A7%D9%84%D8%B5%D9%86%D8%A7%D8%B9%D9%8A%D8%A9&btnG=
• https://www.ibelieveinsci.com/?p=40615
• https://mawdoo3.com/%D9%85%D8%B9%D9%84%D9%88%D9%85%D8%A7%D8%AA_%D8%B9%D8%A7%D9%85%D8%A9_%D8%B9%D9%86_%D8%A7%D9%84%D9%81%D8%B6%D8%A7%D8%A1
• https://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%83%D8%B4%D8%A7%D9%81_%D8%A7%D9%84%D9%81%D8%B6%D8%A7%D8%A1
• https://sotor.com/%D9%85%D8%B9%D9%84%D9%88%D9%85%D8%A7%D8%AA-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%82%D9%85%D8%A7%D8%B1-%D8%A7%D9%84%D8%B5%D9%86%D8%A7%D8%B9%D9%8A%D8%A9/
• https://www.marefa.org/%D8%B3%D8%A7%D8%AA%D9%84
• https://www.arageek.com/l/%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%85%D8%B1-%D8%A7%D9%84%D8%B5%D9%86%D8%A7%D8%B9%D9%8A