الأقمار الاصطناعية

القمر الصناعي (بالإنجليزية: Satellite) هو جهاز يُطلق إلى الفضاء الخارجي، حيث يبدأ بعد وصوله بالتناوب حول الأرض أو أي كوكب آخر. تساهم الأقمار الاصطناعية في استكشاف الكون والفضاء، وبعضها قادر على النقل لأشخاص متعددة، كما تعتبر وسيلة رئيسية للتواصل بين الأفراد.

تاريخ الأقمار الاصطناعية

في 4 أكتوبر/تشرين الأول من عام 1957، حقق الاتحاد السوفيتي إنجازًا تاريخيًا من خلال إطلاق القمر الصناعي سبوتنك 1، الذي يُعتبر أول قمر صناعي في العالم. كان وزنه 83 كغم وحجمه يُقارب حجم كرة السلة، واستغرق الأمر 98 دقيقة تقريبًا لإكمال مداره الإهليلجي حول الأرض.

أدى هذا الإنجاز إلى زيادة المنافسة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي في مجال الفضاء، مما أسهم في تطورات كبيرة في المجالات العسكرية، السياسية، والتكنولوجية.

استخدامات الأقمار الاصطناعية

تتمتع الأقمار الاصطناعية بالعديد من الفوائد والاستخدامات، أهمها:

• استكشاف النظام الشمسي: تم إرسال مركبات فضائية من الأرض لاستكشاف كواكب النظام الشمسي بوضعها في مدارات لتدور حول الكواكب، كما تم إرسال عدة أقمار لاستكشاف قمر الأرض. ومن بين الأقمار البارزة:
  • غاليليو: يدور حول كوكب المشتري.
  • كاسيني: يدور حول كوكب زحل.
  • ماجلان: يدور حول كوكب الزهرة.
  • الأقمار في بعثة الفايكنغ لكوكب المريخ، ولاحقًا الماسح الشامل للمريخ.
• تحديد المواقع الجغرافية: يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) القدرة على تحديد المواقع بدقة في أي مكان على الكرة الأرضية، وذلك بفضل الشبكة المتصلة من الأقمار الصناعية.
• دراسة الأرصاد الجوية: يجمع القمر الصناعي معلومات الطقس ويقوم بتحديثها باستمرار لمراقبة الأحوال الجوية والتغيرات المحتملة، رغم أن البيانات المقدمة دقيقة ومواتية فقط لمدة 48 ساعة.
• دراسة الكون: قدمت الأقمار المعلومات والصور الكونية، وكانت الصور التي قدمتها سلسلة أقمار فوياجر من أولى الصور الملتقطة من خارج الأرض. كما وفرت تليسكوب هابل صورًا كونيةً واضحة ودقيقة.

أسباب عدم سقوط الأقمار الاصطناعية على الأرض

تتعدد الأسباب التي تمنع سقوط الأقمار الاصطناعية، ومن أبرزها:

• سرعة الدوران: يمكن تصور القمر الصناعي كجسم لا تؤثر فيه سوى قوة الجاذبية. خط كارمان الذي يرتفع 100 كم هو الحد الذي تبدأ فيه الأقمار بالسير في الفضاء. لكن عدم سقوط القمر مرتبط بسرعته العالية التي تتجاوز 8 كم في الثانية.
• الدوران في مدارات بعيدة: تتعرض الأجسام القريبة من الغلاف الجوي لخطر السقوط بسبب جذب جزيئات الغلاف الجوي، لذلك تُرسل الأقمار إلى مدارات بعيدة حيث تقل الجزيئات المثبطة عن سرعتها.
• الدوران في نطاقات محددة: تختلف المدارات الفضائية حول الأرض، حيث يوجد مدار أرضي منخفض بين 160 و2000 كم، وهو الموقع الذي تعمل فيه معظم الأقمار والمحطة الفضائية الدولية.

أنواع الأقمار الاصطناعية

يمكن تصنيف الأقمار الصناعية حسب وظائفها إلى عدة أنواع، وهي كالتالي:

• أقمار الاتصالات: تدعم الاتصالات السلكية واللاسلكية، البث التلفزيوني، المكالمات الهاتفية، والاتصالات عبر الإنترنت.
• أقمار الملاحة: مسؤولة عن تحديد موقع العناصر بدقة.
• الأقمار لدراسة الطقس: ترسم خرائط الطقس وتقوم بتوقعاته.
• الأقمار الأرضية: تُعنى بدراسة البيئة ورصد التغيرات المناخية لأغراض غير عسكرية.
• الأقمار الفلكية: مسؤولة عن مراقبة النجوم والكواكب بما في ذلك التلسكوبات الكبيرة.

الدول التي أطلقت أقمار اصطناعية

تمتلك العديد من الدول عددًا من الأقمار الاصطناعية، وبلغ عدد الأقمار التي أُطلقت 48 قمرًا. إليكم قائمة ببعض الدول التي أطلقت أقمارًا صناعية:

• الولايات المتحدة الأمريكية: أطلقت 29 قمرًا صناعيًا مثل: aim، ariel، echo وغيرها.
• كندا: أطلقت 3 أقمار صناعية، وهي James Webb Space Telescope، MOST، Odin.
• الصين: أطلقت قمرًا صناعيًا واحدًا وهو china 1.
• فرنسا: أطلقت قمر odin.
• اليابان: أطلقت الأقمار: Akari، Hinode، Ōsumi، Shinsei، Suzaku، Yohkoh.
• كوريا الجنوبية: أطلقت قمرًا صناعيًا واحدًا وهو Science and Technology Satellite.
• هولندا: أطلقت قمر Infrared Astronomical Satellite.
• ألمانيا: أطلقت قمر rosat.
• الهند: أطلقت قمر Aryabhata.
• كوريا الشمالية: أطلقت قمر Kwangmyŏngsŏ.
• روسيا: أطلقت قمري Cosmos وInternational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory.
• السويد: أطلقت قمر odin.
• إيران: أطلقت قمرًا باسم omid.

كيف يعمل القمر الاصطناعي

تختلف آلية عمل الأقمار الاصطناعية حسب وظيفتها.

وبشكل خاص، يعمل القمر الصناعي المخصص للاتصالات على استقبال الإشارات من محطة أرضية بتردد معين، ثم يقوم بمعالجة البيانات باستخدام مجموعة من أجهزة الإرسال والاستقبال على متنه، مثل أجهزة استقبال الجهاز اللاسلكي، ومكبرات الصوت، التي تعزز الإشارات الواردة وتغير ترددها.

مكونات الأقمار الاصطناعية

معرفة مكونات القمر الصناعي وكيفية عمله أمر مثير للاهتمام، وتفصيل مكوناته الرئيسية كما يلي:

• الهوائيات: تستخدم لاستقبال ونقل الإشارات من وإلى الأرض.
• نظام القيادة ومعالجة البيانات: يقوم بإدارة القمر وتلقي الأوامر من الأرض.
• نظام التوجيه والاستقرار: يراقب موقع القمر لضمان بقائه في مداره المحدد.
• الهيكل: يغطي القمر الصناعي ويتميز بكونه مصنوعًا من مواد قوية تناسب بيئة الفضاء.
• نظام تحويل الطاقة: يقوم بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة.
• نظام التحكم الحراري: يحمي الأجهزة من التغيرات الشديدة في درجات الحرارة في الفضاء.
• أجهزة الإرسال والاستقبال: تقوم بتحويل الترددات العالية إلى ترددات منخفضة ومن ثم إرسالها إلى الأرض.

مخاطر خروج القمر الاصطناعي عن مساره

يسبح القمر الصناعي في مساره المحدد بهدوء وثبات عندما تتوازن قوة الجاذبية مع قوة الطرد المركزي.

لكن لأسباب عدة، قد يخرج القمر الصناعي عن مساره نتيجة جاذبية الأرض أو مقاومة الهواء، مما يمكن أن يؤدي إلى احتراقه عند دخوله الغلاف الجوي للأرض وبالتالي سقوطه.