كيف تتنوع مدارات الأقمار الصناعية
المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO)
تدور جميع الأقمار الصناعية بالكامل في المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO) ويكون ذلك فوق خط الاستواء من ناحية الغرب إلى الشرق بعد أن تدور الأرض، ويستغرق ذلك 23 ساعة و 56 دقيقة و 4 ثوان، وذلك من خلال السفر بنفس معدل سرعة الأرض تماما. ويتساءل الكثيرون لماذا لا يسقط القمر الصناعي، والسر في ذلك هو الجاذبية.
السرعة المطلقة هي ما يجعل جميع الأقمار الصناعية الموجودة في المدار الجيوستاشيري (GEO) تبدو `ثابتة` من منظور مكان ثابت. يتم هذا لتوافق دوران الأرض تماما، ويجب أن تكون سرعة الأقمار الصناعية في المدار الجيوستاشيري تقريبا 3 كيلومترات في الثانية، ويجب أن يكون ذلك عند ارتفاع يبلغ 35786 كيلومتر. وهذا يعني أنها تكون بعيدة جدا عن سطح الأرض بالمقارنة مع العديد من الأقمار الصناعية الأخرى.
يتم استخدام المدار الأرضي الثابت (GEO) بواسطة الأقمار الصناعية وهي أقمار تحتاج إلى البقاء دائمًا فوق نقطة ثابتة معينة فوق الأرض، ومن أمثلة هذه الأقمار هي أقمار الاتصالات.
وبهذا الشكل من الممكن أن نقوم بعمل تثبيت هوائي على سطح الأرض حتى يظل دائمًا موجه إلى هذا القمر الصناعي بدون أن يتحرك. ومن الممكن استخدامه أيضًا من خلال الأقمار الصناعية من أجل ملاحظة حالة الطقس، لأنها تستطيع مراقبة مناطق معينة باستمرار للتعرف على طريقة ظهور اتجاهات المناخ.
تمتلك بعض الدول العربية أقمار صناعية من النوع الثابت في المدار الأرضي، وتغطي هذه الأقمار نطاقا واسعا من الأرض، لذلك يمكن لثلاثة أقمار صناعية ذات تباعد متساو توفير تغطية شاملة وقريبة من الأرض.
في حالةوجود القمر الصناعي بعيدًا جدًا عن الأرض، فإنه يمكنه تغطية العديد من المناطق في نفس الوقت، مما يجعله قادرًا على رؤية جزء أكبر من الخريطة مقارنة بالقمر الصناعي الذي يكون قريبًا جدًا من الأرض، وذلك على بعد متر واحد تقريبًا.
لكي نتمكن من رؤية الأرض كاملة في وقت واحد من القمر الأرضي الثابت، يجب أن يكون عدد الأقمار الصناعية أقل عند المقارنة بالارتفاع المنخفض.
المدار الأرضي المنخفض (LEO)
يوحي اسم هذا المدار بأنه يتواجد في مكان قريب نسبيًا من الأرض، وفي العادة يكون هذا القمر الصناعي على ارتفاع أقل تقريبًا من 1000 كم ولكن من الممكن أن يصل ارتفاع هذا القمر إلى حوالي 160 كيلو متر فوق سطح الأرض، ويكون منخفض عند مقارنته بالمدارات الأخرى، ولكنه لا يزال بعيد بشكل كبير عن سطح الأرض.
عند مقارنة الطائرات التجارية، نجد أن معظمها لا تتحلق على ارتفاعات تزيد بشكل كبير عن 14 كيلومترًا تقريبًا، وبالتالي، يكون الحد الأدنى للمدار الجوي المنخفض بمكان أعلى بعشرة أضعاف ذلك.
تعمل الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض بشكل مختلف عن تلك الأقمار الصناعية التي تدور في المدار الأرضي الثابت والتي يجب أن تدور بشكل دائم على طول خط الاستواء للأرض، ولا يجب على الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض أن تتبع مسارا محددا حول الأرض بشكل دائم وبنفس الطريقة، بل يمكن إمالتها.
هذا يعني أن هناك الكثير من المسارات المتاحة للأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض، وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل المدار الأرضي المنخفض شائع الاستخدام.
يعد اقتراب الأقمار الصناعية المنخفضة LEO من الأرض من الأمور المفيدة لعدة أسباب، فهو المدار الأكثر استخداما وانتشارا في تصوير الأقمار الصناعية نظرا لاقترابه من سطح الأرض الذي يزيد من دقة التقاط الصور، ولذلك فإن أي باحث يرغب في إجراء بحث حول الأقمار الصناعية لا يمكنه تجاهل هذه الأقمار وأهميتها.
يستخدم المدار الأرضي المنخفض نفس المدار المستخدم في محطة الفضاء الدولية (ISS)، مما يجعل من السهل على رواد الفضاء السفر إلى ومن هذا المدار على مسافة أقصر، وتتحرك الأقمار الصناعية في هذا المدار بسرعة تصل إلى 7.8 كم في الثانية الواحدة.
تمتد هذه القمر الصناعي بسرعة كبيرة، ويستغرق حوالي 90 دقيقة لإكمال دورته حول الأرض، مما يعني أن محطة الفضاء الدولية تدور حول الأرض حوالي 16 مرة في اليوم، وهذا يساعد في فهم أهمية الأقمار الصناعية السعودية
هناك عدة فوائد للقمر الصناعي وفقا لنوع كل قمر. وعلى الرغم من ذلك، فإن أقمار المدار الأرضي المنخفض الفردية تكون الأقل فائدة في بعض المهام مثل الاتصالات. يحدث ذلك بسبب حركتها السريعة جدا في السماء، وبالتالي تحتاج إلى جهود كبيرة لتتبعها من المحطات الأرضية.
بدلاً من ذلك، في الغالب، نجد أن أقمار الاتصالات التي توجد في المدار المنخفض هي جزء من كوكبة أو مجموعة كبيرة من الأقمار الصناعية التي توفر تغطية مستمرة.
في بعض الأحيان، يتم إطلاق مجموعات متنوعة من الأقمار الصناعية، وتتكون هذه المجموعات من أقمار متشابهة مع بعضها البعض، وتعمل هذه المجموعة معًا لإنشاء شبكة تدور حول الأرض وتغطي مساحات كبيرة من سطح الأرض في نفس الوقت، وذلك لتحسين التغطية.
وجدت المركبة المسماة آريان نفسها قادرة على حمل أكثر من 5 أضعاف حمولتها الأصلية التي تبلغ حوالي 20 طنًا، وقد وصلت إلى محطة الفضاء الدولية الموجودة في المدار الأرضي المنخفض.
المدار الأرضي المتوسط (Medium Earth Orbit)
يتكون المدار الأرضي المتوسط من مجموعة كبيرة من المدارات في أي مكان وذلك بين المدار الأرضي المنخفض والمدار الأرضي الثابت، وهو يشبه المدار الأرضي المنخفض في كونه لا يحتاج أيضًا إلى أخذ مسارات محددة حول سطح الأرض، ويتم استخدامه عن طريق مجموعة متنوعة من الأقمار الصناعية مع عدد من التطبيقات المختلفة.
يتم استخدام المدار الأرضي المتوسط بشكل شائع من خلال الأقمار الصناعية المرتبطة بأنظمة الملاحة، مثل نظام جاليليو الأوروبي الذي يوفر خدمات الملاحة في جميع أنحاء أوروبا، ويتم استخدامه في العديد من أنواع الملاحة، وهناك أيضا العديد من الأقمار الصناعية العسكرية من هذا النوع.
يمكن تعقب مسار الطائرات الكبيرة الضخمة للحصول على الاتجاهات في الهاتف الذكي، ويستخدم جاليليو مجموعة كبيرة من الأقمار الصناعية المتعددة لتوفير التغطية في أجزاء كبيرة من العالم في وقت واحد.
مدار قطبي ومدار متزامن مع الشمس (SSO)
تتحرك الأقمار الصناعية عادة عبر المدارات القطبية، مسافرة من الشمال إلى الجنوب بدلا من الغرب إلى الشرق، وتعبر عادة فوق قطبي الأرض، وتختلف مواقع الأقمار الصناعية بشكل عام بناء على نوعها وطريقة عملها.
لا يجب على الأقمار الصناعية الموجودة في مدار قطبي أن تقوم بعبور القطبين الشمالي والجنوبي بشكل دقيق، حتى تنحرف في حدود 20 إلى 30 درجة لا يزال يتم تصنيفها على أنها مدار قطبي، والمدارات القطبية هي نوع من أنواع المدارات الأرضية المنخفضة، لأنها تقع على ارتفاعات منخفضة تتراوح ما بين 200 إلى 1000 كيلومتر.
يعد المدار المتزامن مع الشمس (SSO) نوعًا خاصًا من المدارات القطبية، حيث تسافر الأقمار الصناعية في هذا المدار فوق المناطق القطبية بشكل عام، وتتزامن مع حركة الشمس.
ذلك يعني أنه يتزامن مع الشمس ليبقى دائما في نفس الموضع، ويعني أيضا أن القمر الصناعي يزور نفس الموقع في نفس الوقت، على سبيل المثال، يمر فوق مدينة باريس بانتظام في نفس الوقت كل يوم عند الظهر، ولكن ما هو السبب في ثبات مدار القمر الصناعي
هذا يعني أن القمر الصناعي يراقب نقطة على الأرض بشكل دائم ومستمر في نفس الوقت من اليوم، ويخدم هذا الأمر تطبيقات عديدة. على سبيل المثال، يتيح للعلماء والأشخاص الذين يستخدمون صور الأقمار الصناعية مقارنة تغير مكان معين مع مرور الوقت. بشكل عام، تختلف مزايا وعيوب الأقمار الصناعية حسب نوعها