تعريف الأقمار الصناعية
يُعرف القمر الصناعي بأنه أحد الأجسام التي يصنعها الإنسان وتدور في الفضاء أو تدور حول جسم أكبر منها. ولم تكن الأقمار الصناعية حقيقةً واقعةً حتى منتصف القرن العشرين عندما قام الاتحاد السوفييتي بإطلاق مسبار سبوتنيك، الذي كان بحجم كرة الشاطئ، وكان ذلك صادمًا بالنسبة إلى العالم الغربي الذي لم يتوقع أن بمقدور الاتحاد السوفييتي ذلك. وفي العادة تتم برمجة الأقمار الاصطناعية للقيام بعدة وظائف مُحددة؛ مثل إرسال إشارات التلفاز، أو جمع المعلومات حول منطقة جغرافية، أو عدة وظائف أخرى.
حركة الأقمار الصناعية حول الأرض
يتم الاعتماد على الصواريخ لإطلاق الأقمار الصناعية في الفضاء، وبعد ذلك تتحرك هذه الأقمار حركة دورانية نتيجةً لسرعتها المتوازنة مع جاذبية الأرض، وإذا فُقد التوازن؛ فإن ذلك يؤدي إلى سقوطها فوق الأرض أو ابتعادها في الفضاء الخارجي، وتدور هذه الأقمار على ارتفاعات مختلفة حول الأرض، كما أن حركة الأقمار الصناعية تتفاوت في سرعتها أيضًا.
أهمية الأقمار الصناعية
تكمن أهمية الأقمار الصناعية في إجراء مسح لمناطق جغرافية واسعة من كوكب الأرض دفعةً واحدةً؛ ممّا يُمكّن المختصين من جمع معلومات كبيرة خلال وقت قصير، كما أن هذه الأقمار تساعد في اكتشاف الفضاء بشكل أفضل مقارنةً بالتلسكوبات؛ ذلك لأنها تطير على ارتفاعات كبيرة، وهذا يعني أنها تتجاوز السُحب وذرّات الغبار التي تؤثر على كفاءة النظر بالتلسكوب.
ربما ازدادت أهمية الأقمار الصناعية بشكلٍ كبيرٍ في الوقت الراهن؛ فإنها تساعد في مراقبة التغيرات المناخية، وهي كذلك الأدوات التي يتم الاعتماد عليها في إرسال إشارات التلفاز وإشارات الهاتف؛ إذ إن الإشارات تصعد إلى الأقمار الصناعية في الفضاء لتقوم هذه الأقمار بإرسالها مرةً أُخرى إلى مواقع مختلفة من الأرض بسرعة كبيرة.
فوائد الأقمار الصناعية وأهميتها في التغير المناخي
فيما يتعلق بالتغير المناخي تقوم الأقمار الصناعية البيئية بكثيرٍ من الوظائف المُهمة التي تساعد في المحافظة على مناخ الأرض، ويرى بعض المختصين بأن الأقمار الصناعية ضرورية لمكافحة التغير في المناخ أيضًا؛ فإنها تتضمن كثيرًا من المستشعرات التي تهدف إلى المساهمة في دراسة التغيرات المناخية على كوكب الأرض، وفيما يأتي بعضًا من فوائد الأقمار الصناعية التي تتعلق بالتغير المناخي:
- مراقبة غازات الدفيئة: تُعرف غازات الدفيئة كذلك باسم غازات الاحتباس الحراري، وتعد هذه الغازات من عوامل تغير المناخ، ومنها أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، ويُمكن للأقمار الصناعية مراقبة هذه الغازات.
- تتبّع الآثار الرئيسية المُحتملة لتغير المناخ: تستطيع بعض الأقمار الصناعية تتبع الآثار الرئيسية المحتملة للتغيرات المناخية؛ مثل الفيضانات والجفاف وارتفاع مستوى مياه سطح البحر، بالإضافة إلى ذوبان الجليد وغير ذلك.
- رصد الغطاء النباتي: تلعب النباتات دورًا مُهمًا في التعامل مع غازات الدفيئة؛ لذلك فإن مراقبتها مُهمة للحد من التغيرات المناخية، ويُمكن للعديد من الأقمار الصناعية مراقبة الغطاء النباتي والتعرّف على التغيرات التي يتعرض إليها.
استخدامات الأقمار الصناعية
لا يقتصر استخدام الأقمار الصناعية على مراقبة الطقس والتغيرات المناخية فحسب، وإنما هُناك الكثير من الاستخدام الأُخرى لهذه الأقمار في الوقت الراهن، ومن استخدامات الأقمار الصناعية ما يأتي:
- مراقبة لون المحيط: تساعد بيانات الألوان التي تقدمها الأقمار الصناعية في التعرّف على آثار الفيضانات، بالإضافة إلى تقديم عدة مؤشرات أُخرى؛ منها تحديد موقع تكون الطحالب الضارّة التي تتسبب بقتل كثيرٍ من الأسماك.
- معرفة تغيرات سطح البحر: يُعد ارتفاع منسوب سطح البحر من المشاكل التي تُهدّد الأنظمة البيئية المهمة على الشواطئ أو بالقُرب منها؛ بما في ذلك نظام الأراضي الرطبة، وتستطيع الأقمار الصناعية مراقبة هذه التغيرات بدقة شديدة غير مسبوقة.
- رسم الخرائط للمسطحات المائية: بالاعتماد على الأقمار الصناعية يُمكن رسم الخرائط للكثير من العناصر في المياه؛ مثل الشعب المرجانية، كما أن الأقمار تساعد في التعرّف على قاع المحيطات واكتشاف تضاريسه المختلفة لرسم الخرائط.
- متابعة الطقس: يتم استخدام الأقمار الصناعية للتعرّف على تنبؤات الطقس في الفترات القادمة، ويُعد هذا الاستخدام واحدًا من أشهر الاستخدامات التكنولوجية للأقمار المذكورة.
- تتبع بعض الحيوانات: في بعض الأحيان يتم الاعتماد على القمر الصناعية لمتابعة بعض الحيوانات في المسطحات المائية، كما أن هُناك تقنيات شبيهة تُستخدم في عمليات البحث عن البشر وإنقاذهم أيضًا.
- الاتصال: تعمل الأقمار المخصصة للاتصال بمثابة ناقل للإشارة من نقطة إلى نقطة أُخرى على سطح الأرض، وعادةً ما تكون هذه الأقمار متزامنةً مع الأرض، وهذا يعني أنه توضع في نقطة مدارية بشكلٍ يجعلها ثابتة فوق البقعة ذاتها من الأرض عند الدوران.
أنواع الأقمار الصناعية الرئيسية حسب المدار
هُناك نوعان أساسيان من الأقمار الصناعية حسب مدارها حول كوكب الأرض، وهُما النوعان الآتيان:
- الأقمار ذات المدار الثابت بالنسبة للأرض: تطير هذه الأقمار على ارتفاعات تصل إلى 36,000 كيلومتر من سطح الأرض، وتتحرك بنفس سرعة دوران الأرض ممّا يجعلها ثابتة فوق ذات النقطة من الأرض، وتسمح بمراقبة هذه النقطة على نحوٍ مستمر.
- الأقمار ذات المدار القطبي: تدور هذه الأقمار على ارتفاعات منخفضة، وتنتهي من دورة كاملة حول كوكب الأرض كل 100 دقيقة، وهذا يعني أنها سريعة جدًا، وبما أنها تتحرك دائمًا فلا يمكن استخدامها لمراقبة نقطة معينة باستمرار.
الأجزاء الرئيسية للأقمار الصناعية
تتضمن الأقمار الصناعية العديد من الأجزاء الرئيسية المختلفة التي تتكامل مع بعضها البعض لتحقيق الفائدة المرجوة، وفيما يأتي قائمة بالأجزاء الرئيسية منها:
- الهوائيات: تعتمد الأقمار الصناعية على الهوائيات حتى تتمكّن من استقبال الإشارات التي تأتي من الأرض، بالإضافة إلى إرسال الإشارات منها إلى المحطات الأرضية.
- وحدة القيادة ومعالجة البيانات: تعتني هذه الوحدة بمراقبة كل واحدٍ من جوانب القمر الصناعي، وتتلقّى الأوامر من المحطات الأرضية للتشغيل، وتُعد القلب التشغيلي للقمر الصناعي.
- أنظمة التوجيه والاستقرار: يحتوي القمر الصناعي على العديد من المُستشعرات للتحقّق من المدار، ويتم الاعتماد على بعض العناصر الأُخرى لتوجيه القمر في حالة ابتعد عن مساره؛ لضمان عمله على النحو المطلوب.
- الهيكل: يتضمن الهيكل جميع العناصر الأُخرى للقمر الصناعي الذي يدور حول كوكب الأرض، ويتم إنتاجه من مواد قوية تستطيع تحمل الظروف القاسية في الفضاء.
- وحدة الطاقة: تحتاج الأقمار الصناعية إلى الطاقة للقيام بوظائفها المختلفة، وعادةً ما يتم الاعتماد على مجموعة شمسية لتحويل أشعة الشمس إلى طاقة تساعد على استمرار التشغيل للقمر الصناعي.
- وحدة التحكّم الحراري: تعد هذه الوحدة من الأجزاء الرئيسية للأقمار الصناعية، وتهدف إلى الحماية من التغيرات الشديدة في درجات الحرارة حتى يتجنّب القمر الصناعي تأثيراتها السلبية.
- أجهزة الإرسال والاستقبال: تقوم هذه الأجهزة بتحويل الإشارات التي يتم استقبالها من المحطات الأرضية بتردداتها المختلفة، وهذا يعني أن القمر الصناعي لا يستطيع إرسال الإشارات بدونها أو بدون الهوائيات.
أمثلة على الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض
هُناك عددٌ كبيرٌ من الأمثلة على الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض؛ منها: ثمر هاينود المعروف باسم سولار بي، وهو قمر صناعي ياباني أمريكي بريطاني يتم تشغيله منذ عام 2006 وحتى الآن، وكذلك قمر تشاينا 1 الذي أطلقته جمهورية الصين الشعبية عام 1970، بالإضافة إلى قمر إنتغرال الذي أطلقته روسيا عام 2002 من قاعدة بايكونور الفضائية في كازاخستان.
