قمر اصطناعي

شبكة مراقبة الفضاء

كذلك، تعمل شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية (وهي إحدى الأقسام التابعة للقيادة الإستراتيجية للولايات المتحدة) على تتبع الأجسام الموجودة في مدار الأرض منذ عام 1957 أي منذ أن افتتح الاتحاد السوفيتي عصر الفضاء بإطلاق القمر سبوتنيك 1. ومنذ ذلك الوقت تتبعت شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية وراقبت أكثر من 26 ألف جرم سماوي، منها 8000 جسم مداري صناعي تراقبهم الشبكة اليوم، أما باقي الأجرام فإما أنها دخلت إلى الغلاف الجوي للأرض وتفككت فيه، أو وصلت إلى سطح الأرض وارتطمت به.

ومن ناحية أخرى، تراقب شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية الأجسام الفضائية التي يبلغ قطرها 10 سم أو أكبر، وهذه الأجسام لا زالت حتى اليوم تدور حول الأرض، وتتراوح أوزانها من أقمار صناعية تزن عدة أطنان إلى قطع من أجسام الصواريخ المستهلكة التي تزن 10 أرطال فقط، منها نحو 7% هي أقمار صناعية عاملة (نحو 560 قمرا صناعيا)، والباقي عبارة عن حطام فضائي. تهتم القيادة الإستراتيجية للولايات المتحدة في المقام الأول بمراقبة وتتبع الأقمار الصناعية النشطة، ولكنها كذلك تتعقب الحطام الفضائي لأنه إذا دخل إلى الغلاف الجوي للأرض فقد يرتطم بالمركبات الفضائية التي تقلع إلى الفضاء ويتسبب بحوادث كارثية ومميتة.

القائمة

علاوةً على ذلك، تُستثنى من هذه القائمة الأقمار الصناعية المأهولة مثل المحطات الفضائية، ومركبات الإطلاق، وكذلك الأقمار التي لم تُصمَّم للبقاء في مدار أرضي طويل الأمد، مثل البعثات الموجهة إلى ما وراء مدار الأرض. وتُدرج في القائمة الأقمار التي تدور حول نقطة لاغرانج الثانية بين الشمس والأرض (Sun–Earth L2).

• مواضيع ذات صلة
• قمر صناعي للبث التلفزيوني
• تمدد الزمن الثقالي
• سطوع الساتل
• طائرة بدون طيار
• مرصد فضائي
• نظام التموضع العالمي
• مدار جبانة
• متلازمة كيسلر
• قمر صناعي ICESat-2

وفي هذا السياق، فيما يلي قائمة مختارة من الأقمار الصناعية الأرضية ذات الكتلة العالية.

وضع على المدار

من جانب آخر، ولكي يتمكن جسم من البقاء على مدار معين حول الأرض، يجب أن تكون سرعته الأفقية بالنسبة لمركز الأرض قرابة 7700 متر/ثانية في مدار دائري على بعد 200 كلم من الأرض، وأقل من هذا الارتفاع يكون تأثير الغلاف الجوي قويا. وأكثر من هذه السرعة يصبح المدار اهليجيا. وبسرعة أكثر من 11 كلم/ثانية يتحرر الجسم من جاذبية الأرض. وسرعة التحرر هذه تفيد في إطلاق المركبات الفضائية التي هدفها كواكب وأجرام أخرى.

علاوةً على ذلك، يرسم الجسم المقذوف من سطح الأرض مساراً إهليجيا ينتهي بعودة الجسم إلى الأرض بفعل جاذبيتها، تزايد السرعة الابتدائية يبعد نقطة السقوط، ابتداءً من سرعة معينة ونظراً لكروية الأرض، يتمكن الجسم من الانفصال التام عن الأرض على الرغم من بقائه في حالة سقوط، وحتى يستمر هذا الانفصال يتوجب وصول الجسم إلى الفضاء خارج الغلاف الجوي ليتفادى تأثير هذا الأخير (كالاحتكاك بالغلاف). في هذه الحالة لا يتطلب تواجد الجسم في هذا المدار جهداً للبقاء.

ومن جهة أخرى، إن السرعة الدنيا لوضع ساتل يجب أن تتناسب مع ثقل الجسم الموضوع (أي كتلته وجاذبية الأرض).

التسمية

وفي هذا الصدد، استعمل العرب كلمة (ساتل) بمعنى التتابع والتعاقب، وأصلها (سَتَلَ) أي لحق وتبع، ويقال: سَتَلَ القومُ سَتْلاً، أي خرجوا متتابعين واحداً إثر واحد. وستل الدمع أي تقاطر وتعني تتابع.

الإطلاق

المبادئ الفيزيائية

وعلى صعيد آخر، يتم إطلاق الساتل عن طريق الإتفاق والتعاقد مع إحدى الشركات الفضائية المتخصصة في ذلك، ولأغراض التأمين يصنع ساتلين متطابقين تمامًا، حتى إذا تاه الساتل في الفضاء لأخطاء فنية ولم يبقى في مداره، يقوموا بإطلاق النسخة الثانية منه، ويستعمل لهذا الغرض مركبات فضائية خاصة تحمل هذه السواتل معها وتطلقها في مدارها الخاص، ثم باستخدام وسائل التحكم عن بعد يقوم فريق من الخبراء في الأرض بضبط هذا الساتل للقيام بمهامهِ.

التتبع

وفي هذا السياق، يمكن مراقبة وتتبع الأقمار الصناعية إما من المحطات الأرضية أو من الأقمار الصناعية الأخرى.

التجهيزات

من جانب آخر، تجهز السواتل قبل إطلاقها بخلايا ضوئية لتوليد الطاقة اللازمة من أشعة الشمس لتشغيلها، وأحيانا تجهز ببطاريات نووية في حالة الاستخدام الكثيف للطاقة (لا تكفي الطاقة المولدة من خلايا ضوئية). كما تجهز باللواقط والمرسلات والكاميرات والرادارات الخاصة تبعا لتخصص هذه السواتل. ويمكن التحكم فيها عن بعد. وحسب نوع الساتل يتحدد ارتفاع مداره وطريقة واتجاه تحركه ومنطقة تغطيته.

الأنواع

• الأقمار الفلكية.
• الأقمار المستعملة للاتصالات والبث التلفزيوني.
• الأقمار مراقبة الأرض ودراسة الأحوال الجوية والطقس.
• الأقمار المستعملة للملاحة.
• الأقمار المستكشفة.
• الأقمار المستعملة في الطاقة الشمسية.
• الأقمار الدقيقة.
• الأقمار العسكرية.

كذلك، تتنوع السواتل بتنوع الأغراض المتطلبة منها. فيتم إنشاء أنواع معينة لكل غرض. من بين هذه الأنواع:

تاريخ

ومن ناحية أخرى، بنيت اللأقمار الصناعية الأولى بتصميمات فريدة من نوعها، ومع التقدم التكنولوجي أصبحت الكثير من الأقمار الصناعية تبنى على منصات نموذجية واحدة تسمى ناقلات الأقمار الصناعية. كان أول تصميم قياسي لناقل الأقمار الصناعية هو ساتل الاتصالات (HS-333) العامل في المدار الأرضي الجغرافي المتزامن والذي أُطلق عام 1972. وابتداءً من عام 1997، أصبح (فري فلاير) تطبيقًا برمجيًا تجاريًا جاهزًا لتحليل مهمة الأقمار الصناعية وتصميمها وعملياتها.

كذلك، تعتبر تجربة (كرة نيوتن المدفعية) أول دراسة رياضية منشورة لإمكانية وجود قمر صناعي، وهي تجربة قام بها إسحاق نيوتن في مخيلته لشرح حركة الأقمار الطبيعية وذكرها في كتابه (الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية) الذي نشر عام 1687م، أما أول تصور خيالي لقمر صناعي يتم إطلاقه في مداره فقد ذُكر في قصة قصيرة كتبها إدوارد إيفريت هيل بعنوان (القمر القرميدي) ونشرت عام 1869م. عادت الفكرة للظهور مرة أخرى في رواية (ثروة البيجوم) للكاتب الفرنسي جول فيرن ونشرت عام 1879.

كذلك، في سنة 1946م، اقترح عالم الفيزياء الفلكية النظري الأمريكي ليمان سبيتزر تلسكوبًا فضائيًا يدور حول الأرض، وفي فبراير عام 1954، نشر(مشروع راند) مقالا بعنوان (الاستخدامات العلمية لمركبة ساتلية)، شرح فيه بشكل موسع الاستخدامات العلمية المحتملة لمركبات الأقمار الصناعية، تبعه في يونيو عام 1955 مقال آخر بعنوان (الاستخدام العلمي للقمر الصناعي) للكاتبين كالمان وكيلوج.

من جانب آخر، وفي 31 يناير عام 1958م أصبح إكسبلورر 1 أول قمر صناعي للولايات المتحدة. وفي يونيو 1961، أي بعد ثلاث سنوات ونصف من إطلاق سبوتنيك 1، قامت شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية بفهرسة 115 قمرًا صناعيًا يدور حول الأرض، أما أكبر قمر صناعي على الإطلاق في الوقت الحالي هو محطة الفضاء الدولية.

من جهة ثانية، في سياق الأنشطة المخطط لها للسنة الجيوفيزيائية الدولية (1957-1958)، أعلن البيت الأبيض في 29 يوليو 1955م أن الولايات المتحدة تعتزم إطلاق أقمار صناعية بحلول ربيع عام 1958م وأصبح هذا المشروع معروفًا باسم (برنامج فانغارد)، وفي 31 يوليو من نفس العام أعلن السوفييت عزمهم عن إطلاق قمر صناعي بحلول خريف عام 1957.

من جهة ثانية، في 3 نوفمبر 1957 أُطلق القمر (سبوتنيك 2) والذي حمل أول راكب على قيد الحياة إلى المدار وهي كلبة فضاء تدعى لايكا. وفي أوائل عام 1955، بعد ضغوط من قبل جمعية الصواريخ الأمريكية ومؤسسة العلوم الوطنية والسنة الجيوفيزيائية الدولية، كان الجيش الأمريكي والبحرية الأمريكية يعملان على (مشروع أوربيتر) مع برنامجين متنافسين. استعمل الجيش الأمريكي صاروخ جوبيتر سي، بينما استعمل البرنامج المدني / البحري صاروخ فانجارد لإطلاق قمر صناعي.

وفي السياق ذاته، في 4 أكتوبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي في إطار برنامج سبوتنيك وهو قمر (سبوتنيك 1)، وكان سيرجي كوروليوف هو كبير المصممين. ساعد القمر (سبوتنيك 1) في تحديد كثافة طبقات الغلاف الجوي العالية من خلال قياس تغيرها المداري وقدم بيانات عن توزيع الإشارات الراديوية في طبقة الأيونوسفير. أدى الإعلان غير المتوقع عن نجاح (سبوتنيك 1) إلى اندلاع (أزمة سبوتنيك) في الولايات المتحدة وإشعال ما يسمى بسباق الفضاء خلال الحرب الباردة.

ومن ناحية أخرى، في عام 1945 نشر كاتب الخيال العلمي الإنجليزي آرثر سي كلارك مقالا في مجلة وصف فيه بالتفصيل امكانية استخدام أقمار الاتصالات للتعامل مع كمية الاتصالات الهائلة، واقترح أن وجود ثلاثة أقمار صناعية فقط في مدارات ثابتة بالنسبة إلى الأرض هو عدد كافي لتغطية لكوكب الأرض بأكمله.

وفي هذا الصدد، في مايو 1946، أعلن سلاح الجو الأمريكي عن (مشروع راند) والذي احتوى على تصميم لأول سفينة فضائية تجريبية حول العالم، وصف المشروع هذه السفينة بأنها مركبة فضائية مزودة بأجهزة مناسبة وستكون واحدة من أكثر الأدوات العلمية فاعلية في القرن العشرين. كانت الولايات المتحدة تدرس إطلاق أقمار صناعية مدارية منذ عام 1945 تحت إشراف مكتب الملاحة الجوية التابع للبحرية الأمريكية. نشر (مشروع راند) التقرير في النهاية، والذي اعتبر القمر الصناعي هو أداة للعلوم والسياسة والدعاية وليس سلاحًا عسكريًا محتملاً.

في هذا الإطار، في سنة 1903، نشر قسطنطين تسيولكوفسكي (1857-1935) كتابه بعنوان (استكشاف الفضاء باستخدام أجهزة الدفع النفاث)، وهو أول مقال أكاديمي حول استخدام الصواريخ لإطلاق المركبات الفضائية. حسب قسطنطين السرعة المدارية المطلوبة للوصول لأدنى مدار، وقال أنه من الممكن تحقيق ذلك باستخدام صاروخ متعدد المراحل يعمل بالوقود السائل (مادة دافعة).

في هذا الإطار، في سنة 1928، نشر هيرمان بوتوشنيك (1892-1929) كتابه الوحيد بعنوان (مشكلة السفر عبر الفضاء - المحرك الصاروخي). وصف هيرمان في كتابه كيفية استخدام المركبات الفضائية التي تدور في مدار لرصد الأرض، ووصف كيف يمكن أن تكون الظروف الخاصة بالفضاء مفيدة للتجارب العلمية.