الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية

في اللغة العربية يسمى القمر الصناعي "الساتل " أو " الساتل الفضائي " وهو عبارة عن مركبة تدور في فلك في الفضاء الخارجي حول الأرض أو حول كوكب آخر كتابع له، ويقوم بأعمال عديدة مثل الاتصالات والفحص والكشف.

كان العرب أول من استخدم كلمة " الساتل " في علم الفلك دلالة على الأجسام الفضائية التي تتبع أخرى وتدور في فلكها، فالقمر ساتل للأرض، وجمعها سواتل (من سَتَلَ القومُ سَتْلاً وانْسَتَلُوا، أي خرجوا متتابعين واحداً بعد واحد). وكلمة ساتل العربية دخلت اللغة الإنجليزية لتصبح (بالإنجليزية: Satellite) وأصبحت تستخدم دلالة على «القمر الصناعي».

وحين تقرر دولة معينة أو جهة ما إطلاق قمر صناعي "ساتل" لها فإنها تقوم بالاتفاق والتعاقد مع إحدى الشركات الفضائية المتخصصة في ذلك، ولأغراض التأمين يصنع قمرين متطابقين تماما، حتى إذا تاه الأول في الفضاء لأخطاء فنية ولم يبقى في مداره، أطلقت النسخة الثانية، ويستخدم لهذا الغرض مركبات فضائية خاصة تحمل هذه الأقمار معها وتطلقها في مدارها الخاص، ثم باستخدام وسائل التحكم عن بعد يقوم فريق أرضي بضبط هذا القمر للقيام بمهامه المنوطة به.

وتجهز الأقمار قبل إطلاقها بخلايا ضوئية لتوليد الطاقة اللازمة من أشعة الشمس لتشغيلها، كما تجهز باللواقط والمرسلات والكاميرات والرادارات الخاصة حسب تخصص هذه الأقمار، ويمكن التحكم فيها عن بعد وحسب نوع القمر يتحدد ارتفاع مداره وطريقة واتجاه تحركه ومنطقة تغطيته.

ولم تعد الأقمار الصناعية تؤدي دور الناقل للصوت والصورة وحسب بقدر ما أصبحت بمثابة الرقيب على كل ما يجري في المعمورة من أحداث ووقائع وتحركات، إضافة لكونها أضحت رقيباً على جزء غير قليل من الفضاء الخارجي، لا بل وأمسى للأقمار الصناعية (عبر أشعة الليزر) الإمكانية لمعرفة ما هو تحت سطح الأرض بأمتار عديدة للوقوف على ما تضمه من كنوز ومواد معدنية وموارد طبيعية.

والأقمار الصناعية تتميز في عملها بسرعة إعطاء المعلومات الموثوقة وبالدقة العالية في الإنجاز وبالإمكانات اللامحدودة في كافة المجالات، وتتميز الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بأنها تتم بسرعة وبأمان ودون الحاجة إلى مد كابلات عبر المحيطات والصحاري.

ومع كل ما تقدمه الأقمار الصناعية من خدمات إعلامية وعلمية ومسحية أحياناً لما هو معروف وغير معروف من ظواهر كونية وطبيعية وغيرها أدى ذلك إلى زيادة نسبة الاهتمام بعالم الأقمار الصناعية الذي ظل مجهولا للكثير من الناس ولسنوات طويلة.

ما هو القمر الصناعي ؟

القمر الصناعي عبارة عن مركبة تسبح في الفضاء وتدور حول كوكب الأرض في فلك معين لأداء مهمة معينة، وتختلف مهامها بحسب الغرض الذي أطلقت من أجله، ومنها ما يكمل دورة كاملة حول كوكب الأرض خلال تسعون دقيقة ومنها ما يحتاج 24 ساعة للدورة الواحدة، فمنها ما يستخدم لخدمة الاتصالات مثل قمر Nile Sat، ومنها ما يستخدم للاستشعار عن بعد مثل Kit Sat، ومنها ما يستخدم لخدمة الأبحاث العلمية مثل Goes وغيرها.

والقمر الصناعي هو جزء من مهمة فضائية متكاملة، والتي هي عبارة عن منظومة من الأجهزة والمعلومات والأفراد تعمل ضمن مهمة محددة وفق نظام علمي دقيق ومتجانس في كافة أرجائه، وتنقسم المهمة الفضائية بشكل عام إلى ثلاثة أركان رئيسية هي: القمر الصناعي، وصاروخ الإطلاق، والمحطة الأرضية لاستقبال المعلومات أو الاتصالات من القمر الصناعي.

وهنالك أنواعًا معينة من الصواريخ مخصصة لحمل القمر الصناعي داخلها والانطلاق به من الأرض إلى مدار القمر الصناعي حول الكوكب، ثم الانفصال عنه وتتركه ليدور هناك وحيدا حول الأرض، وعادة تنطلق هذه الصواريخ من محطات إطلاق معينة موجودة حول العالم في مواقع محددة يبلغ عددها حاليا 19 محطة إطلاق، ومن أشهر الصواريخ التي تستخدم لإطلاق الأقمار الصناعية صاروخ أريان الفرنسي وصاروخ كوزموس الروسي.

أما القمر الصناعي نفسه فإنه يدور حول الأرض بفعل قوى الجاذبية بينه وبين الأرض دون أن يسقط عليها ودون أن يغادر مساره المحدد وذلك إذا تمَّ انفصاله عن صاروخ الإطلاق بالسرعة المناسبة، ويتناسب مربع هذه السرعة عكسيًّا مع بُعد القمر الصناعي عن مركز الأرض " قانون كيبلر"، أي كلما كان القمر قريبا من سطح الأرض كلما كانت سرعته أكبر وبالعكس، فمثلاً إذا أردنا إطلاق قمر صناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 500 كم، فإننا نحتاج إلى سرعة للقمر الصناعي مقدارها 7.6 كم/ ثانية، أما إذا أردنا إطلاق القمر الصناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 1000كم، فإننا نحتاج لإطلاق القمر سرعة مقدارها 7.35 كم/ ثانية ، وتفوق هذه السرعة سرعة دوران الأرض حول نفسها، هذا إذا كان المدار أقل من ارتفاع 36000كم، أما عند ارتفاع 36000كم تقريبًا فإن القمر الصناعي سيسير بنفس سرعة دوران الأرض حول نفسها، وبالتالي يظل ثابتًا فوق نقطة معينة من سطح الأرض، وعادة ما توضع الأقمار الصناعية المستخدمة في أغراض الاتصالات عند هذا الارتفاع بالضبط، وبهذا المعنى فإن أي شخص يستطيع أن يجعل من حجر ما قمرا صناعيا على نفس المبدأ، بمعنى إذا تمكن من قذف حجر وإيصاله إلى ارتفاع معين ثم أطلقه بسرعة ابتدائية معينة مثلا بنفس سرعة دوران الأرض 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، وعادة يعتمد القمر الصناعي في مداره على الطاقة الشمسية؛ حيث يستخدم خلايا شمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية يستخدم بعضها مباشرة ويخزن بعضها في بطاريات لاستخدامها في أوقات لا تتوافر فيها الطاقة الشمسية؛ أي حين 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 ويكون مسئولاً عن إتمام عملية الاتصال بالمحطة الأرضية اللازمة لعمل القمر الصناعي؛ حيث يتم إرسال أوامر من المحطة الأرضية للقمر الصناعي، ويتم 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.
أنواع الأقمار الصناعية
1. الأقمار الصناعية الفلكية .
2. الأقمار الصناعية المستخدمة للاتصالات .
3. الأقمار الصناعية المراقبة للأرض .
4. الأقمار الصناعية المستخدمة للملاحة .
5. الأقمار الصناعية المستكشفة أو ذات المهمات العلمية .
6. الأقمار الصناعية المستخدمة في الطاقة الشمسية .
7. الأقمار الصناعية المستخدمة لمعرفة حرارة الجو .
8. الأقمار الصناعية الدقيقة .
9. أقمار التجسس المخابراتي.
الأقمار الصناعية

في اللغة العربية يسمى القمر الصناعي "الساتل " أو " الساتل الفضائي " وهو عبارة عن مركبة تدور في فلك في الفضاء الخارجي حول الأرض أو حول كوكب آخر كتابع له، ويقوم بأعمال عديدة مثل الاتصالات والفحص والكشف.

كان العرب أول من استخدم كلمة " الساتل " في علم الفلك دلالة على الأجسام الفضائية التي تتبع أخرى وتدور في فلكها، فالقمر ساتل للأرض، وجمعها سواتل (من سَتَلَ القومُ سَتْلاً وانْسَتَلُوا، أي خرجوا متتابعين واحداً بعد واحد). وكلمة ساتل العربية دخلت اللغة الإنجليزية لتصبح (بالإنجليزية: Satellite) وأصبحت تستخدم دلالة على «القمر الصناعي».

وحين تقرر دولة معينة أو جهة ما إطلاق قمر صناعي "ساتل" لها فإنها تقوم بالاتفاق والتعاقد مع إحدى الشركات الفضائية المتخصصة في ذلك، ولأغراض التأمين يصنع قمرين متطابقين تماما، حتى إذا تاه الأول في الفضاء لأخطاء فنية ولم يبقى في مداره، أطلقت النسخة الثانية، ويستخدم لهذا الغرض مركبات فضائية خاصة تحمل هذه الأقمار معها وتطلقها في مدارها الخاص، ثم باستخدام وسائل التحكم عن بعد يقوم فريق أرضي بضبط هذا القمر للقيام بمهامه المنوطة به.

وتجهز الأقمار قبل إطلاقها بخلايا ضوئية لتوليد الطاقة اللازمة من أشعة الشمس لتشغيلها، كما تجهز باللواقط والمرسلات والكاميرات والرادارات الخاصة حسب تخصص هذه الأقمار، ويمكن التحكم فيها عن بعد وحسب نوع القمر يتحدد ارتفاع مداره وطريقة واتجاه تحركه ومنطقة تغطيته.

ولم تعد الأقمار الصناعية تؤدي دور الناقل للصوت والصورة وحسب بقدر ما أصبحت بمثابة الرقيب على كل ما يجري في المعمورة من أحداث ووقائع وتحركات، إضافة لكونها أضحت رقيباً على جزء غير قليل من الفضاء الخارجي، لا بل وأمسى للأقمار الصناعية (عبر أشعة الليزر) الإمكانية لمعرفة ما هو تحت سطح الأرض بأمتار عديدة للوقوف على ما تضمه من كنوز ومواد معدنية وموارد طبيعية.

والأقمار الصناعية تتميز في عملها بسرعة إعطاء المعلومات الموثوقة وبالدقة العالية في الإنجاز وبالإمكانات اللامحدودة في كافة المجالات، وتتميز الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بأنها تتم بسرعة وبأمان ودون الحاجة إلى مد كابلات عبر المحيطات والصحاري.

ومع كل ما تقدمه الأقمار الصناعية من خدمات إعلامية وعلمية ومسحية أحياناً لما هو معروف وغير معروف من ظواهر كونية وطبيعية وغيرها أدى ذلك إلى زيادة نسبة الاهتمام بعالم الأقمار الصناعية الذي ظل مجهولا للكثير من الناس ولسنوات طويلة.

ما هو القمر الصناعي ؟

القمر الصناعي عبارة عن مركبة تسبح في الفضاء وتدور حول كوكب الأرض في فلك معين لأداء مهمة معينة، وتختلف مهامها بحسب الغرض الذي أطلقت من أجله، ومنها ما يكمل دورة كاملة حول كوكب الأرض خلال تسعون دقيقة ومنها ما يحتاج 24 ساعة للدورة الواحدة، فمنها ما يستخدم لخدمة الاتصالات مثل قمر Nile Sat، ومنها ما يستخدم للاستشعار عن بعد مثل Kit Sat، ومنها ما يستخدم لخدمة الأبحاث العلمية مثل Goes وغيرها.

والقمر الصناعي هو جزء من مهمة فضائية متكاملة، والتي هي عبارة عن منظومة من الأجهزة والمعلومات والأفراد تعمل ضمن مهمة محددة وفق نظام علمي دقيق ومتجانس في كافة أرجائه، وتنقسم المهمة الفضائية بشكل عام إلى ثلاثة أركان رئيسية هي: القمر الصناعي، وصاروخ الإطلاق، والمحطة الأرضية لاستقبال المعلومات أو الاتصالات من القمر الصناعي.

وهنالك أنواعًا معينة من الصواريخ مخصصة لحمل القمر الصناعي داخلها والانطلاق به من الأرض إلى مدار القمر الصناعي حول الكوكب، ثم الانفصال عنه وتتركه ليدور هناك وحيدا حول الأرض، وعادة تنطلق هذه الصواريخ من محطات إطلاق معينة موجودة حول العالم في مواقع محددة يبلغ عددها حاليا 19 محطة إطلاق، ومن أشهر الصواريخ التي تستخدم لإطلاق الأقمار الصناعية صاروخ أريان الفرنسي وصاروخ كوزموس الروسي.

أما القمر الصناعي نفسه فإنه يدور حول الأرض بفعل قوى الجاذبية بينه وبين الأرض دون أن يسقط عليها ودون أن يغادر مساره المحدد وذلك إذا تمَّ انفصاله عن صاروخ الإطلاق بالسرعة المناسبة، ويتناسب مربع هذه السرعة عكسيًّا مع بُعد القمر الصناعي عن مركز الأرض " قانون كيبلر"، أي كلما كان القمر قريبا من سطح الأرض كلما كانت سرعته أكبر وبالعكس، فمثلاً إذا أردنا إطلاق قمر صناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 500 كم، فإننا نحتاج إلى سرعة للقمر الصناعي مقدارها 7.6 كم/ ثانية، أما إذا أردنا إطلاق القمر الصناعي في مدار يرتفع عن سطح الأرض مسافة 1000كم، فإننا نحتاج لإطلاق القمر سرعة مقدارها 7.35 كم/ ثانية ، وتفوق هذه السرعة سرعة دوران الأرض حول نفسها، هذا إذا كان المدار أقل من ارتفاع 36000كم، أما عند ارتفاع 36000كم تقريبًا فإن القمر الصناعي سيسير بنفس سرعة دوران الأرض حول نفسها، وبالتالي يظل ثابتًا فوق نقطة معينة من سطح الأرض، وعادة ما توضع الأقمار الصناعية المستخدمة في أغراض الاتصالات عند هذا الارتفاع بالضبط، وبهذا المعنى فإن أي شخص يستطيع أن يجعل من حجر ما قمرا صناعيا على نفس المبدأ، بمعنى إذا تمكن من قذف حجر وإيصاله إلى ارتفاع معين ثم أطلقه بسرعة ابتدائية معينة مثلا بنفس سرعة دوران الأرض 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، وعادة يعتمد القمر الصناعي في مداره على الطاقة الشمسية؛ حيث يستخدم خلايا شمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية يستخدم بعضها مباشرة ويخزن بعضها في بطاريات لاستخدامها في أوقات لا تتوافر فيها الطاقة الشمسية؛ أي حين 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 ويكون مسئولاً عن إتمام عملية الاتصال بالمحطة الأرضية اللازمة لعمل القمر الصناعي؛ حيث يتم إرسال أوامر من المحطة الأرضية للقمر الصناعي، ويتم 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.
أنواع الأقمار الصناعية
1. الأقمار الصناعية الفلكية .
2. الأقمار الصناعية المستخدمة للاتصالات .
3. الأقمار الصناعية المراقبة للأرض .
4. الأقمار الصناعية المستخدمة للملاحة .
5. الأقمار الصناعية المستكشفة أو ذات المهمات العلمية .
6. الأقمار الصناعية المستخدمة في الطاقة الشمسية .
7. الأقمار الصناعية المستخدمة لمعرفة حرارة الجو .
8. الأقمار الصناعية الدقيقة .
9. أقمار التجسس المخابراتي.