كيف تقوم الاقمار الصناعية بنقل المعلومات

الأقمار الصناعية هي آلات تدور حول كوكب أو نجم بالكامل مثل القمر أو الكوكب العادي. على سبيل المثال، يمكننا أن ننظر إلى الأرض على أنها قمر صناعي (طبيعي) يدور حول الشمس، لكن الفرق الرئيسي بين القمر الصناعي وكوكب الأرض هو أنه صنع بواسطة الإنسان. وعادة ما تلتقط الأقمار الصناعية صورا لكوكب الأرض تساعد خبراء الأرصاد الجوية في التنبؤ بالطقس وتتبع الأعاصير. وقد تلتقط الأقمار الصناعية أيضا صورا لكواكب أخرى أو الثقوب السوداء أو المجرات البعيدة أو المادة المظلمة. وهناك أيضا أقمار صناعية تستخدم بشكل أساسي للاتصالات مثل إرسال الإشارات التلفزيونية والمكالمات الهاتفية.

يتم استخدام موجات الراديو لإرسال الإشارات من الأقمار الصناعية إلى الهوائيات الموجودة على الأرض، وتقوم الهوائيات بالتقاط ومعالجة المعلومات الواردة من تلك الإشارات. تشمل هذه المعلومات العديد من البيانات المختلفة

• البيانات العلمية تشمل الصور التي التقطها القمر الصناعي وغيرها.
• صحة القمر الصناعي.
• أين يقع القمر الصناعي حاليًا في الفضاء؟.

كيف تقوم الأقمار الصناعية بنقل البيانات

تمت مبادرة فكرة استخدام قمر صناعي كمرآة في الفضاء لإعادة الإشارات من جانب الأرض إلى الجانب الآخر في عام 1945 من قبل الكاتب العلمي آرثر سي كلارك (1917-2008)، الذي كتب مقالتين لهما تأثير كبير ووضع خطته بالتفصيل (إحداهما لم تنشر، والأخرى نشرت بعنوان “البث على مراحل خارج الأرض: هل يمكن للمحطات الصاروخية توفير تغطية راديو عالمية؟.” في مجلة Wireless World، أكتوبر 1945)، واقترح وضع ثلاثة أقمار صناعية في مدار متزامن مع الأرض على ارتفاع 35000 كيلومتر (23000 ميل) فوق الأرض، وتوزيعها بالتساوي لتغطية حوالي ثلث مساحة الكوكب لكل قمر: يغطي الأول إفريقيا وأوروبا، والثاني يغطي الصين وآسيا، والثالث مخصص للأمريكتين، وعلى الرغم من عدم حصول كلارك على براءة اختراع لقمر الاتصال الثابت للأرض، إلا أنه عموما ينسب إليه الفضل في اختراعه، على الرغم من اقتراح رواد الفضاء الآخرين (خاصة الرائد الألماني هيرمان أوبيرث في زمن الحرب) أفكارا مماثلة قبل سنوات من اقتراح أرثر.

استغرقت خطة كلارك الجريئة وقتا طويلا حتى أصبحت حقيقة. أولا، يجب أن تكون الأقمار الصناعية قابلة للحياة؛ حدث هذا عندما تم إطلاق القمر الصناعي الروسي سبوتنيك 1 في أكتوبر 1957، وبعد ثلاث سنوات، عندما تم إطلاق ساتل الاتصالات إيكو، ثبت بنجاح أنه يمكن نقل إشارات الاتصالات اللاسلكية إلى الفضاء وإعادتها، وفقا لتوقعات كلارك.

في يوليو 1962، تم إطلاق أول قمر صناعي للاتصالات Telstar، وحدث ثورة فورية في الاتصالات عبر المحيط الأطلسي. وخلال منتصف الستينيات، التقت 11 دولة لتشكيل INTELSAT (الاتحاد الدولي لسواتل الاتصالات السلكية واللاسلكية)، الذي أطلق أول ساتل اتصالات تجاري في العالم INTELSAT 1 (“إيرلي بيرد”)، في مدار جيولوجي، في أبريل 1965. وكانت هذه الآلة الفضائية الصغيرة المتواضعة معجزة إلكترونية صغيرة، حيث كان وزنها 35 كجم فقط (76 رطلا)، ويمكنها نقل 240 مكالمة هاتفية متزامنة أو قناة تلفزيونية واحدة بالأبيض والأسود.

تركيب الأقمار الصناعية

الأقمار الصنعية تتألف من جزئين رئيسيين مثل أي مركبة أخرى؛ المركبة العامة نفسها، والحمولة المحددة التي تحملها للقيام بعملها الفريد. وتعمل الأقمار الصناعية باستخدام ألواح شمسية لتوليد الطاقة.

يعرف القسم الذي يتكون من الغلاف الخارجي والألواح الشمسية والبطاريات وأجهزة القياس عن بعد في القمر الصناعي بـ `الحافلة`، ويتضمن أيضا الدفاعات الصاروخية التي تحافظ على وضعها، والمواد العاكسة أو الأنظمة الأخرى (مثل أنابيب الحرارة) التي تحميها من الإشعاع الشمسي وتبديد الحرارة.

تتضمن حمولة القمر العديد من الأجهزة وفقًا لوظيفة القمر، مثل أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بأقمار الاتصالات

تستخدم أجهزة الكمبيوتر والساعات الذرية لتوليد إشارات زمنية لأقمار الملاحة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر، ومن ثم تحويل الصور إلى بيانات رقمية خاصة بأقمار التصوير الفوتوغرافي وما إلى ذلك.

الروابط الصاعدة والوصلات الهابطة

تعتبر أقمار الاتصالات “مرايا فضائية عملاقة” التي تساعد في إرسال إشارات الراديو والتلفزيون وبيانات الإنترنت وغيرها من المعلومات من جانب إلى آخر على الأرض، وتتم اتصالات الأقمار الصناعية بواسطة الوصلة الصاعرة والهابطة عبر الأرض.

تحتوي عملية إرسال شيء مثل بث تلفزيوني من جانب واحد من الأرض إلى الجانب الآخر على ثلاث مراحل، وهي:

• أولاً : تتم الإرسال بالوصلة الصاعدة، حيث يتم إرسال البيانات من محطة أرضية على الأرض إلى القمر الصناعي.
• بعد ذلك، يقوم القمر الصناعي بمعالجة البيانات عن طريق استخدام عدد من أجهزة الإرسال والاستقبال المتواجدة على متن الطائرة (أجهزة استقبال الراديو ومكبرات الصوت وأجهزة الإرسال) الموجودة داخله، وتقوم هذه الأجهزة بتعزيز الإشارات الواردة وتغيير ترددها، بحيث لا يحدث اختلاط بين الإشارات الواردة والصادرة، وتستخدم أجهزة إرسال واستقبال متنوعة في نفس القمر الصناعي للتعامل مع محطات تلفزيون متنوعة محمولة على ترددات مختلفة.
• وأخيرًا، هناك الوصلة الهابطة التي يتم فيها إعادة إرسال البيانات إلى محطة أرضية أخرى في مكان آخر على الأرض، وعلى الرغم من وجود رابط واحد فقط، إلا أنه يمكن أن يكون هناك الملايين من الوصلات الهابطة.

على سبيل المثال، إذا كان ملايين الأشخاص يتلقون نفس إشارة التلفزيون من خلال الأقمار الصناعية للاتصالات في نفس الوقت، فسيكون هناك ملايين الوصلات الهابطة. ومع ذلك، إذا كان القمر الصناعي للاتصالات ينقل اتصالا واحدا، فإنه ينقل الإشارة بين مرسل واحد ومستقبل واحد (بإطلاقه في الفضاء واستقباله مرة أخرى، مع وجود رابط واحد ووصلة هابطة واحدة). وعند البث التلفزيوني أو الإذاعي عبر الأقمار الصناعية، عادة ما يتضمن رابطا واحدا أو أكثر للإرسال (لقناة تلفزيونية واحدة أو أكثر)، وعدة وصلات هابطة (للمحطات الأرضية أو المشتركين الفرديين في القنوات الفضائية).

الفرق بين القمر الصناعي والمحطة الفضائية

تعريف القمر الصناعي

كان أحد أول استخدامات الصواريخ في الفضاء هو إطلاق الأقمار الصناعية. القمر الصناعي هو جسم يدور حول جسم أكبر، والمدار هو مسار دائري أو بيضاوي حول جسم. والآن هناك العديد من `الأقمار الصناعية الاصطناعية` التي تدور حول الكوكب. تم وضع آلاف الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض، وأيضا تم وضع الأقمار الصناعية حاليا في مدارات حول القمر والشمس والزهرة والمريخ والمشتري وزح،

هناك أربعة أنواع رئيسية من الأقمار الصناعية تبعًا لاستخداماتها:

• تستخدم الأقمار الصناعية للتصوير في الأغراض العلمية أو العلمية، حيث تلتقط صورًا لسطح الأرض.
• يتم استخدام أقمار تصوير مخصصة لدراسة القمر والكواكب الأخرى.
• تقوم أقمار الاتصالات بتلقي وإرسال الإشارات لأجهزة الهاتف والتلفزيون وغيرها من وسائل الاتصالات.
• يستخدم الأقمار الصناعية الملاحية لنظم الملاحة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
• تعتبرُ محطةُ الفضاءِ الدوليَّةِ أكبرَ قمرٍ صناعيٍّ تمَّ تصميمُهُ خصيصًا، لكي يعيشَ البشرُ في الفضاءِ أثناءَ إجراءِ البحوثِ العلميةِ.

تعريف محطة الفضاء

يتم إنشاء محطات الفضاء الحديثة قطعة قطعة لإنشاء نظام معياري، والغرض الأساسي من محطة الفضاء الدولية هو البحث العلمي، وخاصة في الطب والبيولوجيا والفيزياء، وهي نوع من الأقمار الصناعية كما ذكرنا تم تصميمه ليتواجد البشر بداخله ، وقد اكتمل بناء المحطة في عام 2011 ، ولكن لا تزال هناك قطع وتجارب جديدة يتم إضافتها إليها.