عام

كيف تعمل الأقمار الصناعية؟

"يجب على الشخص أن يرتفع فوق الأرض - في الجو وما وراءه - لأنه بهذه الطريقة فقط سوف يفهم العالم الذي يعيش فيه".

جعل سقراط هذه الملاحظة قبل قرونوضع الناس بنجاح الكائن في مدار الأرض. ومع ذلك ، يبدو أن الفيلسوف اليوناني القديم قد أدرك كيف يمكن أن تكون وجهة نظر قيمة من الفضاء الخارجي ، على الرغم من أنه لم يكن يعلم على الإطلاق كيفية تحقيق ذلك.

هذا المفهوم يدور حول كيفية إحضار كائن "إلىالأجواء وما بعدها "- اضطر إلى الانتظار حتى ينشر إسحاق نيوتن تجربته الفكرية الشهيرة بقذيفة في 1729. يبدو شيء مثل هذا:

تخيل أنك وضعت بندقية في الأعلىالجبال واطلاق النار منه أفقيا. سوف تسير المدفعية موازية لسطح الأرض لبعض الوقت ، ولكنها ستخضع في النهاية للجاذبية وتسقط على الأرض. الآن تخيل أنك تواصل إضافة البارود إلى البندقية. مع انفجارات إضافية ، سوف يسافر النواة أبعد وأبعد حتى يسقط. أضف الكمية المناسبة من البارود وأعطي النواة التسارع الصحيح ، وسوف تطير باستمرار حول الكوكب ، وتسقط دائمًا في مجال الجاذبية ، ولكن لن تصل أبدًا إلى الأرض. "

في أكتوبر 1957 ، الاتحاد السوفياتي أخيراأكد تخمين نيوتن من خلال إطلاق Sputnik-1 ، أول قمر صناعي في مدار الأرض. بدأ هذا سباقًا فضائيًا وإطلاق العديد من الأجسام التي كانت تهدف إلى التحليق حول الأرض والكواكب الأخرى للنظام الشمسي. منذ إطلاق Sputnik ، أطلقت بعض الدول ، معظم الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا والصين ، أكثر من 3000 قمر صناعي في الفضاء. بعض هذه الأشياء من صنع الإنسان ، مثل محطة الفضاء الدولية ، كبيرة. آخرون تناسب تماما في صندوق صغير. بفضل الأقمار الصناعية ، نتلقى تنبؤات بالطقس ونشاهد التلفزيون ونتصفح الإنترنت ونجري مكالمات هاتفية. حتى تلك الأقمار الصناعية ، التي لا نشعر بعملنا ولا نرى ، هي في صالح الجيش.

بالطبع ، أدى إطلاق وتشغيل الأقمار الصناعيةللمشاكل. اليوم ، بالنظر إلى أكثر من 1000 من الأقمار الصناعية العاملة في مدار الأرض ، أصبحت أقرب منطقة فضاء لدينا أكثر حيوية من مدينة كبيرة في ساعة الذروة. أضف إلى هذه المعدات غير العاملة ، والأقمار الصناعية المهجورة ، وقطع من الأجهزة وشظايا من الانفجارات أو التصادمات التي تملأ السماء بمعدات مفيدة. لقد تراكمت هذه الحطام المداري ، الذي كتبنا عنه بالتفصيل ، على مر السنين ويشكل تهديدًا خطيرًا للأقمار الصناعية التي تدور حاليًا حول الأرض ، وكذلك على الإطلاقات المستقبلية المأهولة وغير المأهولة.

في هذه المقالة ، ندخل في أمعاء عاديةالأقمار الصناعية والنظر في عينيه لمعرفة آراء كوكبنا ، والتي لم يستطع سقراط ونيوتن حتى يحلم. لكن أولاً ، دعنا نلقي نظرة فاحصة على كيف ، في الواقع ، يختلف القمر الصناعي عن الأجرام السماوية الأخرى.

المحتوى

  • 1 ما هو القمر الصناعي؟
  • 2 متى اخترعت الأقمار الصناعية؟
  • 3 ما هو الفرق بين الحطام الفضائي والفضائي؟
  • 4 ما هو داخل القمر الصناعي العادي؟
  • 5 كيف يتم إطلاق الأقمار الصناعية في المدار؟
  • 6 السرعة المدارية والارتفاع
  • 7 أنواع الأقمار الصناعية
  • 8 الأقمار الصناعية الشهيرة
  • 9 كم هي الأقمار الصناعية؟
  • 10 مستقبل الأقمار الصناعية

ما هو القمر الصناعي؟


قمر هو أي كائن يتحرك على طول المنحنىحول الكوكب. القمر هو قمر صناعي طبيعي للأرض ، وبجانب الأرض ، هناك العديد من الأقمار الصناعية التي صنعتها الأيدي البشرية ، إذا جاز التعبير. المسار الذي يتبعه القمر الصناعي هو مدار ، وأحيانًا يتخذ شكل دائرة.

لفهم لماذا تتحرك الأقمار الصناعية مثل هذاالطريقة ، لدينا لزيارة صديقنا نيوتن. اقترح أن الجاذبية موجودة بين أي كائنين في الكون. إذا لم تكن هذه القوة موجودة ، فإن الأقمار الصناعية التي تطير بالقرب من الكوكب ستواصل حركتها بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه - في خط مستقيم. هذا الخط هو المسار بالقصور الذاتي للقمر الصناعي ، والذي ، مع ذلك ، يتم موازنته بواسطة جاذبية قوية موجهة نحو مركز الكوكب.

في بعض الأحيان يبدو مدار القمر الصناعي وكأنه قطع ناقص ،دائرة بالارض تدور حول نقطتين تعرفان باسم الحيل السحرية. في هذه الحالة ، تعمل جميع قوانين الحركة ، باستثناء أن الكواكب موجودة في واحدة من الحيل. نتيجة لذلك ، لا تمر قوة الشبكة المطبقة على القمر الصناعي بالتساوي على طول مسارها بالكامل ، وتتغير سرعة القمر الصناعي باستمرار. يتحرك بسرعة عندما يكون الأقرب إلى الكوكب - عند نقطة الحضيض (يجب عدم الخلط بينه وبين الحضيض) ، وأبطأ عندما يكون بعيدًا عن الكوكب - عند نقطة الأوج.

تأتي الأقمار الصناعية في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام وتؤدي مجموعة متنوعة من المهام.

  • تساعد أقمار الأرصاد الجوية خبراء الأرصاد الجويةالتنبؤ بالطقس أو رؤية ما يحدث لها في الوقت الحالي. يقدم القمر الصناعي التشغيلي المستقر بالنسبة إلى الأرض (GOES) مثالاً جيدًا. تشتمل هذه الأقمار الصناعية عادة على كاميرات تُظهر طقس الأرض.
  • أقمار الاتصالات تسمح بالمكالمات الهاتفيةترحيل عبر الأقمار الصناعية. أهم ميزة لقمر الاتصالات هي جهاز الإرسال والاستقبال - راديو يستقبل محادثة على تردد واحد ، ثم يضخّمه ويعيده إلى الأرض بتردد مختلف. عادة ما يحتوي القمر الصناعي على مئات أو الآلاف من أجهزة الإرسال والاستقبال. عادة ما تكون أقمار الاتصالات متزامنة مع الأرض (أكثر في هذا لاحقًا).
  • تنقل أقمار التلفزيون الإشارات التلفزيونية من نقطة إلى أخرى (على غرار أقمار الاتصالات).
  • الأقمار الصناعية العلمية ، مثل تلسكوب هابل الفضائي ، تؤدي جميع أنواع البعثات العلمية. يشاهدون كل شيء من البقع الشمسية إلى أشعة جاما.
  • الأقمار الصناعية للملاحة تساعد على الطيران بالطائرات والسفن الشراعية. يمثل نظاما GPS NAVSTAR و GLONASS ممثلين بارزين.
  • تستجيب أقمار الإنقاذ لإشارات الاستغاثة.
  • تلاحظ أقمار مراقبة الأرض التغيرات - من درجة الحرارة إلى أغطية الجليد. الأكثر شهرة هي سلسلة لاندسات.

الأقمار الصناعية العسكرية هي أيضا في المدار ، ولكنمعظم عملهم لا يزال لغزا. يمكنهم نقل الرسائل المشفرة ، ومراقبة الأسلحة النووية ، وحركات العدو ، والتحذير من إطلاق الصواريخ ، والاستماع إلى الراديو الأرضي ، وإجراء مسح الرادار ورسم الخرائط.

متى تم اختراع الأقمار الصناعية؟


ربما بدأ نيوتن في تخيلاتهالأقمار الصناعية ، ولكن قبل أن ننجز فعلا هذا العمل الفذ ، مر الكثير من الوقت. كان من أوائل الحالمين كاتب الخيال العلمي آرثر كلارك. في عام 1945 ، اقترح كلارك أن القمر الصناعي يمكن أن يوضع في المدار بحيث يتحرك في نفس الاتجاه وبسرعة الأرض نفسها. ما يسمى السواتل المستقرة بالنسبة إلى الأرض يمكن استخدامها للاتصالات.

لم يفهم العلماء كلارك - حتى 4 أكتوبر 1957العام. ثم أطلق الاتحاد السوفيتي Sputnik-1 ، أول قمر صناعي ، في مدار الأرض. يبلغ قطر سبوتنيك 58 سم ، ويزن 83 كيلوغراماً وصُمم على شكل كرة. على الرغم من أن هذا كان إنجازًا رائعًا ، إلا أن محتوى سبوتنيك كان ضئيلًا وفقًا لمعايير اليوم:

  • ميزان الحرارة
  • بطارية
  • الارسال اللاسلكي
  • غاز النيتروجين الذي كان تحت الضغط داخل القمر الصناعي

على الجزء الخارجي من "سبوتنيك" أربعة دبوسالهوائيات المرسلة على تردد الموجة القصيرة أعلى وتحت المعيار الحالي (27 ميغاهيرتز). التقطت محطات التتبع على الأرض إشارة الراديو وأكدت أن القمر الصناعي الصغير نجا من الإطلاق وانطلق بنجاح على مسار حول كوكبنا. وبعد شهر ، أطلق الاتحاد السوفيتي Sputnik-2 في المدار. داخل الكبسولة كان الكلب لايكا.

في ديسمبر 1957 ، يائسة لمواكبةمع خصومهم في الحرب الباردة ، حاول العلماء الأمريكيون إطلاق قمر صناعي في المدار مع كوكب الطليعة. لسوء الحظ ، تحطمت الصواريخ وأحرقت في مرحلة الإقلاع. بعد ذلك بوقت قصير ، في 31 يناير 1958 ، كررت الولايات المتحدة نجاح الاتحاد السوفيتي من خلال تبني خطة فيرنر فون براون ، والتي كانت تهدف إلى إطلاق القمر الصناعي Explorer-1 مع الولايات المتحدة. ريدستون. قام مستكشف 1 بحمل أدوات للكشف عن الأشعة الكونية واكتشف أثناء تجربة قام بها جيمس فان ألين من جامعة أيوا أن الأشعة الكونية أصغر بكثير مما كان متوقعًا. أدى ذلك إلى اكتشاف منطقتين حلقيين (سميت في النهاية باسم Van Allen) مليئة بالجسيمات المشحونة التي تم التقاطها بواسطة المجال المغناطيسي للأرض.

بتشجيع من هذه النجاحات ، بعض الشركاتبدأت لتطوير وإطلاق الأقمار الصناعية في 60s. كان أحدهم هيوز إيركرافت مع المهندس النجم هارولد روزن. قاد روزن الفريق الذي جسد فكرة كلارك - قمر صناعي للاتصالات وضعت في مدار الأرض بطريقة بحيث يمكن أن تعكس موجات الراديو من مكان إلى آخر. في عام 1961 ، وقعت ناسا عقدًا مع هيوز لبناء سلسلة من أقمار Syncom (اتصالات متزامنة). في يوليو 1963 ، رأى روزن وزملاؤه كيف انطلق Syncom-2 إلى الفضاء ودخل في مدار متزامن مع الأرض. استخدم الرئيس كينيدي النظام الجديد للتحدث مع رئيس وزراء نيجيريا في إفريقيا. بعد فترة وجيزة ، أقلعت Syncom-3 أيضًا ، والتي في الواقع يمكن أن تبث إشارة تلفزيونية.

لقد بدأ عصر الأقمار الصناعية.

ما هو الفرق بين الحطام الفضائي والفضائي؟


من الناحية الفنية ، القمر الصناعي هو أي كائنتدور حول كوكب أو جسم سماوي أصغر. يصنف علماء الفلك الأقمار على أنها أقمار صناعية طبيعية ، وعلى مر السنين قاموا بتجميع قائمة بمئات من هذه الكائنات تدور حول الكواكب والكواكب القزمة في نظامنا الشمسي. على سبيل المثال ، أحصوا 67 أقمار كوكب المشتري. وما زالت تواصل العثور على أقمار جديدة.

كائنات من صنع الإنسان ، مثل Sputnik و Explorer ،يمكن تصنيفها أيضًا كأقمار صناعية ، لأنها ، مثل الأقمار ، تدور حول الكوكب. لسوء الحظ ، أدى النشاط البشري إلى وجود كمية هائلة من القمامة في مدار الأرض. كل هذه القطع والحطام تتصرف مثل الصواريخ الكبيرة - فهي تدور حول الكوكب بسرعة عالية في مسار دائري أو بيضاوي. في تفسير دقيق للتعريف ، يمكن تعريف كل كائن كقمر صناعي. لكن الفلكيين ، كقاعدة عامة ، يعتبرون كأقمار صناعية تلك الأشياء التي تؤدي وظيفة مفيدة. تقع الحطام والقمامة الأخرى في فئة الحطام المداري.

الحطام المداري يأتي من العديد من المصادر:

  • انفجار الصاروخ الذي ينتج معظم القمامة.
  • خفف رائد الفضاء يده - إذا كان رائد الفضاءيصلح شيئًا ما في الفضاء ويفقد مفتاحًا ، يتم فقده إلى الأبد. يذهب المفتاح إلى المدار ويطير بسرعة حوالي 10 كم / ثانية. إذا أصاب شخصًا أو قمرًا صناعيًا ، فقد تكون النتائج كارثية. الأجسام الكبيرة ، مثل المحطة الفضائية الدولية ، هي هدف كبير للحطام الفضائي.
  • العناصر المهملة. أجزاء من حاويات الإطلاق وأغطية عدسات الكاميرا وما إلى ذلك.

أطلقت ناسا قمرا صناعيا خاصا يسمىLDEF لدراسة الآثار الطويلة الأجل للتصادم مع الحطام الفضائي. على مدى ست سنوات ، سجلت أجهزة الأقمار الصناعية حوالي 20000 تصادم ، بعضها بسبب الميكروميتوريت ، والبعض الآخر بسبب الحطام المداري. يواصل علماء ناسا تحليل بيانات LDEF. لكن في اليابان يخططون بالفعل لنشر شبكة عملاقة للقبض على الحطام الفضائي.

ما هو داخل الأقمار الصناعية العادية؟


الأقمار الصناعية تأتي في مختلف الأشكال والأحجام وأداء العديد من الوظائف المختلفة ، ولكن جميعها ، من حيث المبدأ ، متشابهة. كل منهم لديهم إطار معدني أو مركب وجسم ، ويسميه المهندسون الناطقون باللغة الإنجليزية الحافلة ، والروس - منصة الفضاء. تجمع منصة الفضاء كل شيء مع بعضها وتوفر تدابير كافية للأدوات اللازمة للبقاء على قيد الحياة.

جميع الأقمار الصناعية لديها مصدر طاقة (عادةالألواح الشمسية) والبطاريات. تسمح لك صفائف الألواح الشمسية بشحن البطاريات. الأقمار الصناعية الحديثة تشمل خلايا الوقود. الطاقة الساتلية مكلفة للغاية ومحدودة للغاية. تستخدم البطاريات النووية عادة لإرسال مسبار الفضاء إلى كواكب أخرى.

جميع الأقمار الصناعية لديها جهاز كمبيوتر على متن لمراقبة ومراقبة النظم المختلفة. كل شخص لديه الراديو والهوائي. على الأقل ، لدى معظم الأقمار الصناعية جهاز إرسال لاسلكي وجهاز استقبال راديو ، لذلك يمكن لطاقم الطاقم الأرضي طلب معلومات حول حالة القمر الصناعي ومراقبته. تسمح العديد من الأقمار الصناعية بالكثير من الأشياء المختلفة: من تغيير المدار إلى إعادة برمجة نظام الكمبيوتر.

كما هو متوقع ، قم بتجميع كل هذه الأنظمةوضعه معًا ليس بالمهمة السهلة. يستغرق سنوات. كل شيء يبدأ بتحديد الغرض من المهمة. يسمح تحديد المعلمات للمهندسين بتجميع الأدوات اللازمة وتثبيتها بالترتيب الصحيح. بمجرد الموافقة على المواصفات (والميزانية) ، يبدأ تجميع الأقمار الصناعية. يتم ذلك في غرفة نظيفة ، في بيئة معقمة ، والتي تتيح لك الحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة المرغوبة وحماية القمر الصناعي أثناء التطوير والتجميع.

وعادة ما يتم إنتاج الأقمار الصناعيةأن تأمر. طورت بعض الشركات أقمار صناعية معيارية ، أي التصميمات ، التي يسمح تركيبها بتركيب عناصر إضافية وفقًا للمواصفات. على سبيل المثال ، كان لدى سواتل Boeing 601 وحدتين أساسيتين - هيكل لنقل نظام المحرك الفرعي والالكترونيات والبطاريات ؛ ومجموعة من أرفف الخلايا لتخزين المعدات. تسمح هذه الطريقة للمهندسين بتجميع الأقمار الصناعية ليس من نقطة الصفر ، ولكن من الشغل.

كيف يتم إطلاق الأقمار الصناعية في المدار؟


اليوم ، يتم إطلاق جميع الأقمار الصناعية في المدار على صاروخ. نقل الكثير منهم في قسم الشحن.

في معظم عمليات إطلاق الأقمار الصناعية ، تطلق الصواريخيتيح لك التمرير السريع للأعلى المرور عبر طبقة سميكة من الغلاف الجوي وتقليل استهلاك الوقود. بعد إقلاع الصاروخ ، تستخدم آلية التحكم في الصاروخ نظام توجيه بالقصور الذاتي لحساب التعديلات اللازمة على فوهة الصاروخ لتوفير الإمالة المطلوبة.

بعد صاروخ يذهب متفرقالهواء ، على ارتفاع حوالي 193 كيلومتر ، ينتج نظام الملاحة مضارب صغيرة ، وهو ما يكفي لقلب الصاروخ إلى وضع أفقي. بعد ذلك ، يتم إطلاق القمر الصناعي. يتم إطلاق الصواريخ الصغيرة مرة أخرى وتوفر فرقًا في المسافة بين الصاروخ والقمر الصناعي.

السرعة المدارية والارتفاع

يجب أن يصل الصاروخ إلى 40.320كيلومتر في الساعة للهروب تماما من خطورة الأرض وتطير في الفضاء. سرعة الفضاء أكبر بكثير مما يحتاجه القمر الصناعي في المدار. إنهم لا يتجنبون جاذبية الأرض ، لكنهم في حالة توازن. السرعة المدارية هي السرعة اللازمة للحفاظ على التوازن بين جاذبية الجاذبية والحركة بالقصور الذاتي للقمر الصناعي. هذا هو ما يقرب من 27 359 كيلومترا في الساعة على ارتفاع 242 كيلومترا. وبدون الجاذبية ، كان الجمود قد حمل القمر الصناعي إلى الفضاء. حتى مع الجاذبية ، إذا تحرك القمر الصناعي بسرعة كبيرة ، فسيتم نقله بعيدًا إلى الفضاء. إذا تحرك القمر الصناعي ببطء شديد ، فإن الجاذبية ستسحبه إلى الأرض.

السرعة المدارية للقمر الصناعي تعتمد علىالمرتفعات فوق الأرض. كلما اقتربنا من الأرض ، زادت السرعة. على ارتفاع 200 كيلومتر ، تبلغ السرعة المدارية 27400 كيلومتر في الساعة. للحفاظ على المدار على ارتفاع 3586 كيلومتر ، يجب أن يدور القمر الصناعي بسرعة 11300 كيلومتر في الساعة. تتيح هذه السرعة المدارية للقمر الصناعي القيام برحلة واحدة خلال 24 ساعة. وبما أن الأرض تدور أيضًا 24 ساعة ، فإن القمر الصناعي على ارتفاع 35786 كيلومترًا في موقع ثابت بالنسبة لسطح الأرض. ويسمى هذا الموقف الثابت بالنسبة للأرض. المدار الثابت بالنسبة للأرض مثالي لسواتل الأرصاد الجوية والاتصالات.

بشكل عام ، كلما زاد المدار ، زاد طول القمر الصناعييمكن البقاء على ذلك. على ارتفاع منخفض ، يكون القمر الصناعي في الغلاف الجوي للأرض ، مما يخلق مقاومة. في المناطق المرتفعة ، لا يوجد عملياً أي مقاومة ، ويمكن أن يكون القمر الصناعي ، مثل القمر ، في مدار لعدة قرون.

أنواع الأقمار الصناعية


على الأرض ، تبدو جميع الأقمار الصناعية - لامعةصناديق أو اسطوانات مزينة بأجنحة من الألواح الشمسية. ولكن في الفضاء ، تتصرف هذه الآلات الخرقاء بشكل مختلف جدًا اعتمادًا على مسار الرحلة والارتفاع والاتجاه. نتيجة لذلك ، يتحول تصنيف الأقمار الصناعية إلى مسألة معقدة. تتمثل إحدى الطرق في تحديد مدار جهاز نسبة إلى كوكب ما (عادةً كوكب الأرض). أذكر أن هناك اثنين من المدارات الرئيسية: دائرية وبيضاوية. تبدأ بعض الأقمار الصناعية في القطع الناقص ، ثم تدخل في مدار دائري. يتحرك آخرون على طول مسار بيضاوي يعرف باسم مدار البرق. هذه الأشياء ، كقاعدة عامة ، تدور من الشمال إلى الجنوب عبر أعمدة الأرض وتستكمل رحلة كاملة في 12 ساعة.

تمر الأقمار الصناعية المدارية القطبيةأقطاب مع كل ثورة ، على الرغم من أن مداراتها أقل بيضاويًا. تبقى المدارات القطبية ثابتة في الفضاء بينما تدور الأرض. نتيجة لذلك ، تمر معظم الأرض تحت قمر صناعي في مدار قطبي. بما أن المدارات القطبية توفر تغطية ممتازة للكوكب ، فهي تستخدم لرسم الخرائط والتصوير الفوتوغرافي. يعتمد خبراء الأرصاد الجوية أيضًا على شبكة عالمية من الأقمار الصناعية القطبية التي تطير حول العالم خلال 12 ساعة.

يمكنك أيضًا تصنيف الأقمار الصناعية حسب ارتفاعها فوق سطح الأرض. بناءً على هذا المخطط ، هناك ثلاث فئات:

  • مدار أرضي منخفض (DOE) - أقمار صناعية تابعة لوزارة الطاقةتحتل مساحة من 180 إلى 2000 كيلومتر فوق سطح الأرض. تعتبر الأقمار الصناعية التي تتحرك بالقرب من سطح الأرض مثالية للمراقبة وللأغراض العسكرية وجمع معلومات الطقس.
  • مدار الأرض الأوسط (COO) - تطير هذه الأقمار الصناعية من 2000 إلى 36،000 كيلومتر فوق الأرض. تعمل أقمار الملاحة GPS بشكل جيد على هذا الارتفاع. السرعة المدارية التقريبية - 13 900 كم / ساعة.
  • المدار الثابت بالنسبة للأرض (المدار الأرضي الثابت)تتحرك الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض حول الأرض على ارتفاع يتجاوز 36000 كم وبنفس سرعة دوران الكوكب. لذلك ، يتم وضع الأقمار الصناعية في هذا المدار دائمًا في نفس المكان على الأرض. تطير العديد من الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض حول خط الاستواء ، الأمر الذي أوجد العديد من "الاختناقات المرورية" في منطقة الفضاء هذه. تستخدم عدة مئات من الأقمار الصناعية للتلفزيون والاتصالات والطقس المدار الثابت بالنسبة للأرض.

وأخيرا ، يمكنك التفكير في الأقمار الصناعية في ذلكبمعنى حيث "يبحث". معظم الكائنات المرسلة إلى الفضاء خلال العقود القليلة الماضية ، تنظر إلى الأرض. تحتوي هذه الأقمار الصناعية على كاميرات ومعدات يمكنها رؤية عالمنا بأطوال موجية مختلفة من الضوء ، مما يتيح لك الاستمتاع بالمناظر الخلابة في ألوان الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء لكوكبنا. أقل الأقمار الصناعية تحول عيونها إلى الفضاء حيث يراقبون النجوم والكواكب والمجرات ، وكذلك مسح الكائنات مثل الكويكبات والمذنبات التي يمكن أن تصطدم مع الأرض.

الأقمار الصناعية الشهيرة


حتى وقت قريب ، ظلت الأقمار الصناعيةالأجهزة الغريبة والسرية التي كانت تستخدم أساسا لأغراض عسكرية للملاحة والتجسس. الآن أصبحوا جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية. شكرا لهم ، وسوف نكتشف توقعات الطقس (على الرغم من أن خبراء الأرصاد الجوية يا كم مرة خطأ). نشاهد التلفزيون ونعمل مع الإنترنت أيضًا بفضل الأقمار الصناعية. يتيح لك نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في سياراتنا وهواتفنا الذكية الوصول إلى المكان الصحيح. هل يستحق الحديث عن المساهمة القيمة لتلسكوب هابل وعمل رواد الفضاء على محطة الفضاء الدولية؟

ومع ذلك ، هناك أبطال حقيقيون في المدار. دعونا نتعرف عليهم.

  • تلتقط أقمار لاندسات صوراً للأرض منذ البدايةسبعينيات القرن الماضي ، وفيما يتعلق برصدات سطح الأرض ، فهي أبطال. تم إطلاق Landsat-1 ، المعروف في وقت واحد باسم ERTS (القمر الصناعي لتكنولوجيا موارد الأرض) في 23 يوليو 1972. كان يحمل أداتين رئيسيتين: كاميرا وماسح ضوئي متعدد الأطياف ، أنشأته شركة هيوز للطائرات وقادرة على تسجيل البيانات بالأطياف الخضراء والأحمر واثنين من أشعة تحت الحمراء. صور القمر الصناعي مثل هذه الصور الرائعة واعتبرها ناجحة لدرجة أن سلسلة كاملة تبعتها. أطلقت ناسا آخر لاندسات - 8 في فبراير 2013. طار على هذا الجهاز مستشعران يراقبان الأرض ، وجهاز تصوير الأراضي التشغيلية وجهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء الحرارية ، حيث قاما بجمع صور متعددة الأطياف للمناطق الساحلية والجليد القطبي والجزر والقارات.
  • البيئة التشغيلية المستقرة بالنسبة إلى الأرضالأقمار الصناعية (GOES) تحلق فوق الأرض في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، كل منها مسؤول عن جزء ثابت من الكرة الأرضية. يسمح هذا للأقمار الصناعية بمراقبة الغلاف الجوي عن كثب والكشف عن التغيرات في الظروف الجوية التي يمكن أن تؤدي إلى الأعاصير والأعاصير والفيضانات والعواصف الرعدية. كما تستخدم الأقمار الصناعية لتقدير كمية هطول الأمطار وتراكم الثلوج ، وقياس مدى الغطاء الثلجي وتتبع تحركات الجليد وبحيرة الجليد. منذ عام 1974 ، تم وضع 15 من أقمار GOES في المدار ، لكن اثنين فقط من أقمار GOES "West" و GOES "East" يراقبان الطقس.
  • لعب جايسون -1 وجايسون -2 دورًا رئيسيًا فيهتحليل طويل الأجل لمحيطات الأرض. أطلقت ناسا جيسون -1 في ديسمبر 2001 لتحل محل القمر الصناعي ناسا / CNES توبكس / بوسيدون ، الذي يعمل على الأرض منذ عام 1992. منذ ما يقرب من ثلاثة عشر عامًا ، قام جيسون -1 بقياس مستوى سطح البحر وسرعة الرياح وارتفاع الأمواج لأكثر من 95٪ من محيطات الأرض الخالية من الجليد. ناسا تقاعد رسميا جيسون -1 في 3 يوليو 2013. في عام 2008 ، دخل جيسون -2 المدار. حمل أدوات عالية الدقة لقياس المسافة من قمر صناعي إلى سطح المحيط بدقة عدة سنتيمترات. توفر هذه البيانات ، بالإضافة إلى القيمة لعلماء المحيطات ، نظرة شاملة على سلوك أنماط المناخ العالمي.
  • كم هي الأقمار الصناعية؟


    بعد الأقمار الصناعية والمستكشف ، أصبحت الأقمار الصناعيةأكبر وأصعب. خذ TerreStar-1 ، على سبيل المثال ، قمر صناعي تجاري كان من المفترض أن يوفر نقل البيانات المتنقلة في أمريكا الشمالية للهواتف الذكية والأجهزة المماثلة. تم إطلاق TerreStar-1 في عام 2009 ، وبلغ وزنه 6910 كجم. وبعد نشره بالكامل ، كشف عن هوائي طوله 18 مترًا وألواح شمسية ضخمة يبلغ طولها 32 مترًا.

    بناء مثل هذه الآلة المعقدة يتطلب كتلةالموارد ، لذلك تاريخيا فقط الإدارات الحكومية والشركات مع جيوب عميقة يمكن أن تدخل الأعمال الفضائية. تكمن معظم تكلفة القمر الصناعي في المعدات - أجهزة الإرسال والاستقبال وأجهزة الكمبيوتر والكاميرات. يكلف قمر الأرصاد الجوية العادي حوالي 290 مليون دولار. سوف جاسوس الأقمار الصناعية تكلف 100 مليون دولار أكثر. أضف إلى ذلك تكلفة صيانة وإصلاح الأقمار الصناعية. يجب أن تدفع الشركات مقابل النطاق الترددي للأقمار الصناعية بنفس الطريقة التي يدفع بها مالكو الهواتف مقابل الاتصالات الخلوية. في بعض الأحيان يكلف أكثر من 1.5 مليون دولار في السنة.

    عامل مهم آخر هو تكلفة الاطلاق. قد يتكلف إطلاق قمر صناعي واحد إلى الفضاء ما بين 10 إلى 400 مليون دولار ، اعتمادًا على الجهاز. يمكن لصاروخ Pegasus XL رفع 443 كجم إلى مدار أرضي منخفض مقابل 13.5 مليون دولار. يتطلب إطلاق قمر صناعي ثقيل المزيد من الرفع. يمكن لصاروخ أريان 5 جي إطلاق قمر صناعي منخفض المدار بواقع 18000 كيلوغرام مقابل 165 مليون دولار.

    على الرغم من التكاليف والمخاطر المرتبطةمن خلال بناء وإطلاق وتشغيل الأقمار الصناعية ، تمكنت بعض الشركات من بناء أعمال كاملة في هذا المجال. على سبيل المثال ، بوينغ. في عام 2012 ، سلمت الشركة حوالي 10 أقمار صناعية إلى الفضاء وتسلمت الطلبات لأكثر من سبع سنوات ، مما جلب لها ما يقرب من 32 مليار دولار من العائدات.

    مستقبل الأقمار الصناعية


    ما يقرب من خمسين سنة بعد الاطلاقSputnik ، الأقمار الصناعية ، مثل الميزانيات ، تنمو وتكتسب أرضية. على سبيل المثال ، أنفقت الولايات المتحدة ما يقرب من 200 مليار دولار منذ بدء برنامج الأقمار الصناعية العسكرية ، والآن ، على الرغم من كل هذا ، لديها أسطول من المركبات القديمة في انتظار استبداله. يخشى العديد من الخبراء أن بناء ونشر أقمار صناعية كبيرة لا يمكن أن يوجد ببساطة بأموال دافعي الضرائب. تظل الشركات الخاصة مثل SpaceX و Virgin Galactic وشركات أخرى من الواضح أنها لن تعاني من الركود البيروقراطي ، مثل NASA و NRO و NOAA ، هي الحل الذي يمكنه قلب كل شيء رأسًا على عقب.

    حل آخر هو تقليل الحجم والتعقيد.الأقمار الصناعية. منذ عام 1999 ، يعمل علماء من Caltech وجامعة ستانفورد على نوع جديد من الأقمار الصناعية CubeSat ، والذي يعتمد على لبنات بناء ذات وجه يبلغ 10 سنتيمترات. يحتوي كل مكعب على مكونات مسبقة الصنع ويمكن أن يتحد مع مكعبات أخرى لزيادة الكفاءة وتقليل الحمل. من خلال توحيد التصميم وخفض تكلفة إنشاء كل قمر صناعي من نقطة الصفر ، يمكن أن تكلف CubeSat أقل من 100000 دولار.

    في أبريل 2013 ، قررت ناسا لاختبار هذامبدأ بسيط وأطلقت ثلاثة هواتف ذكية تجارية مقرها CubeSat. كان الهدف هو جلب الأقمار الصناعية الصغيرة إلى المدار لفترة قصيرة والتقاط بعض الطلقات على الهواتف. تخطط الوكالة الآن لنشر شبكة واسعة من هذه الأقمار الصناعية.

    أن تكون كبيرًا أو صغيرًا ، أصحاب المستقبليجب أن تكون قادرة على التواصل بشكل فعال مع المحطات الأرضية. تاريخياً ، اعتمدت ناسا على اتصالات التردد اللاسلكي ، لكن التردد اللاسلكي وصل إلى الحد الأقصى نظرًا لزيادة الطلب على الطاقة. للتغلب على هذه العقبة ، يقوم علماء ناسا بتطوير نظام اتصال ثنائي الاتجاه قائم على الليزر بدلاً من الموجات اللاسلكية. في 18 أكتوبر 2013 ، أطلق العلماء لأول مرة حزمة ليزر لنقل البيانات من القمر إلى الأرض (على مسافة 38433 كيلومترًا) وتلقى معدل نقل قياسي قدره 622 ميغابت في الثانية.