كيف يعمل القمر الصناعي

تعريف القمر الصناعي

الجسم الذي يدور حول جسم آخر يعرف باسم القمر الصناعي، وقمر الأرض هو عبارة عن قمر صناعي والأرض نفسها تعتبر قمر صناعي للشمس. وهناك العديد من الأقمار الصناعية التي وضعت في مدار حول الأرض وتقارير تقديرية تشير إلى وجود أكثر من 3600 قمر صناعي في المدار، وحوالي 1000 منها تعمل. وتساعد الأقمار الصناعية في تسهيل الاتصالات، مثل الإرسال الإذاعي والتلفزيوني والهاتف، عن طريق الانعكاس أو التضخيم وإعادة إرسال الإشارات بين المحطات على الأرض أو في الفضاء، حيث تأتي الإشارات على شكل موجات كهرومغناطيسية، والعديد من الدول أولت اهتماما لإطلاق الأقمار الصناعية، مثل الأقمار الصناعية السعودية وأهميتها الكبيرة للمملكة

طريقة عمل الأقمار الصناعية

تعد أقمار الاتصالات مرايا فضائية يمكن استخدامها لبث الراديو والتلفزيون والإنترنت وغيرها من المعلومات من جانب إلى آخر من الأرض. يتم إرسال الإشارات من الأقمار الصناعية باستخدام مواقعها الخاصة ويتكون ذلك من ثلاث مراحل

• أولاً: تتم الإرسال بالوصلة الصاعدة، حيث يتم إرسال البيانات من محطة أرضية على الأرض إلى القمر الصناعي.
• ثانيا: يقوم القمر الصناعي بمعالجة البيانات باستخدام عدد من أجهزة الإرسال والاستقبال الموجودة على متن الطائرة أجهزة استقبال الراديو ومكبرات الصوت وأجهزة الإرسال ، تعمل هذه على تعزيز الإشارات الواردة وتغيير ترددها ، بحيث لا يتم الخلط بين الإشارات الواردة والإشارات الصادرة ، تُستخدم أجهزة إرسال واستقبال مختلفة في نفس القمر الصناعي للتعامل مع محطات تلفزيون مختلفة محمولة على ترددات مختلفة.
• أخيرًا هناك الوصلة الهابطة، حيث يتم إرسال البيانات مرة أخرى إلى محطة أرضية أخرى في مكان آخر على الأرض ، وعلى الرغم من وجود رابط واحد فقط ، فقد يكون هناك الملايين من الوصلات الهابطة ، على سبيل المثال ، إذا كان العديد من الأشخاص يتلقون نفس إشارة التليفزيون الفضائي في وقت واحد ، بينما قد يقوم قمر صناعي للاتصالات بنقل إشارة بين مرسل ومستقبل واحد يتم إطلاقه في الفضاء والعكس مرة أخرى ، مع ارتباط واحد ووصلة هابطة واحدة ، فإن البث عبر الأقمار الصناعية يشتمل عادةً على رابط واحد أو أكثر لقناة تلفزيونية واحدة أو أكثر ووصلات هابطة متعددة للمحطات الأرضية أو لمشتركي القنوات الفضائية الفردية.

الأقمار الاصطناعية تتشابه مع المركبات الأخرى في أنها تتألف من جزئين رئيسيين: المركبة نفسها والحمولة التي تحملها لأداء مهمتها الفريدة. يطلق على جزء المركبة في القمر الاصطناعي اسم “الحافلة”، ويشمل الغلاف الخارجي والألواح الشمسية والبطاريات التي توفر الطاقة، ونظام التحكم عن بعد الذي يرسل بيانات المراقبة من القمر الاصطناعي إلى الأرض والأوامر التشغيلية في الاتجاه المعاكس، ومحركات الصواريخ للحفاظ على ثباتها في مكانها، والمواد العاكسة وغيرها مثل الأنابيب الحرارية لحمايتها من الإشعاع الشمسي وتبديد الحرارة. قد تتضمن الحمولة النافعة أجهزة إرسال واستقبال للاتصالات الاصطناعية وأجهزة كمبيوتر وساعات ذرية لتوليد إشارات زمنية للتوقيت الاصطناعي.

استخدامات القمر الصناعي

عند البحث عن الأقمار الصناعية، نجد أن لها العديد من الاستخدامات الهامة، ومن أهمها:

مجال الاتصالات 

تستخدم أقمار الاتصالات بشكل أساسي لنقل موجات الراديو من مكان على الأرض إلى مكان آخر، والتقاط الإشارات التي تنطلق إليها من محطة أرضية عن طريق قمر صناعي، مما يؤدي إلى تضخيمها بحيث تحصل على قوة كافية للاستمرار وتعديلها بطرق أخرى، ثم إعادتها إلى محطة أرضية ثانية في مكان آخر، ويمكن لتلك الإشارات حمل أي شيء يمكن حمله على الأرض، من المكالمات الهاتفية والإنترنت والبيانات إلى البث الإذاعي والتلفزيوني، وتتغلب أقمار الاتصالات بشكل أساسي على مشكلة إرسال موجات الراديو التي تنطلق في خطوط مستقيمة حول الكوكب المنحني، بحيث تمر الإشارات عبر القارات. كما أنها مفيدة للاتصال من وإلى المناطق النائية حيث لا يمكن الوصول إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية العادية. وعند الاتصال بخط أرضي تقليدي هاتف سلكي، يتطلب ذلك شبكة معقدة من الأسلاك والمبادلات لإنشاء دائرة فعلية كاملة على طول الطريق من المرسل إلى المستقبل. أما باستخدام هاتف يعمل بالأقمار الصناعية، فيمكنك التواصل في أي مكان تحصل فيه على إشارة، حيث يمكنك أن تكون في قمة جبل إيفرست أو في أعماق غابات الأمازون. وهذا يعد أحد أهم فوائد القمر الصناعي

التصوير الفوتوغرافي والتصوير والمسح العلمي

قبل فترة قليلة، كانت المجلات تنشر قصصا مخيفة عن الأقمار الصناعية في الفضاء التي يمكنك قراءة الصحف من خلالها على كتفك. في هذه الأيام، يمكن للجميع الوصول إلى صور الأقمار الصناعية، على الرغم من أنها قد لا تكون مفصلة تماما، إلا أنها مدمجة في محركات البحث مثل Google و Bing، وتعرض بانتظام في الأخبار، مما يمنحنا انطباعا بصريا فوريا عن أشياء مثل اختفاء الغابات المطيرة أو تسونامي الدمار والتوقعات الجوية. تعمل الأقمار الصناعية العلمية بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي، ولكن بدلا من التقاط الصور المرئية البسيطة، تجمع بشكل منهجي أنواعا أخرى من البيانات عبر مناطق واسعة من الكرة الأرضية.

شهدت العقود القليلة الماضية العديد من المهام العلمية المثيرة للاهتمام للأقمار الصناعية. على سبيل المثال، تابعت أقمار صناعية مثل TOPEX/Poseidon وJason برنامج ناسا قياس مستويات سطح البحر بشكل منتظم منذ أوائل التسعينات. وقد قام القمر الصناعي SeaWiFS بمسح لون المحيط لقياس العوالق والنشاط الغذائي في البحر، وكما يوحي اسمه، قام قمر صناعي آخر يسمى TRMM برصد الأمطار بالقرب من خط الاستواء منذ عام 1997 حتى عام 2015. واعتبارا من عام 2016، أدرجت وكالة ناسا 25 مهمة فضائية حالية على موقعها على الويب، بما في ذلك CALIPSO التي تدرس تفاعل السحب والهباء الجوي.

التنقل

يعرف معظم الأشخاص الذين يمتلكون هواتف محمولة مزودة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأجهزة الملاحة الخاصة بالسيارات كيفية عمل الأقمار الصناعية مثل GPS و Glonass وغيرها، كما يمكن دراسة عيوبها ومميزاتها

مراحل إطلاق القمر الصناعي 

هناك العديد من الدول التي اهتمت بتصنيع وإطلاق الأقمار الصناعية، مثل السعودية التي تعتبر واحدة من أشهر الدول العربية التي تمتلك أقمارا صناعية، وتعرف عملية وضع القمر الصناعي في مدار مناسب بعملية الإطلاق، حيث يمكننا التحكم في تشغيل القمر الصناعي من خلال المحطات الأرضية بشكل أساسي، وتتكون عملية إطلاق القمر الصناعي من أربع مراحل

• المرحلة الأولى: تتضمن المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق صواريخ ووقودًا لرفع القمرالصناعي بالتزامن مع مركبة الإطلاق من الأرض.

• المرحلة الثانية: تحتوي المرحلة الثانية من مركبة الإطلاق على صواريخ أصغر، يتم إشعالها بعد انتهاء المرحلة الأولى، وتمتلك خزانات الوقود الخاصة بها لإرسال القمر الصناعي إلى الفضاء.
• المرحلة الثالثة: تشمل المرحلة العلوية (الثالثة) للصاروخ المحمل بالقمر الصناعي فتحة القمر الصناعي، وهي عبارة عن درع معدني يحتوي على القمر الصناعي ويحميه.
• المرحلة الرابعة: يتم فصل القمر الصناعي عن المرحلة العليا لمركبة الإطلاق عند وصوله إلى الغلاف الجوي للأرض، ثم ينتقل القمر الصناعي إلى مدار النقل الذي يرسله إلى الفضاء، وهذا يحدث أيضا في الأقمار الصناعية العسكرية