كيف تعمل الأقمار الاصطناعية؟

منذ زمن ليس ببعيد كانت الأقمار الاصطناعية تعتبر من الإنجازات العلمية التي تحيطها هالة كبيرة من السرية والغموض حيث انحصر استخدامها في بادئ الأمر على الأغراض العسكرية فقط مثل أعمال الملاحة البحرية والمراقبة الجوية وعمليات التجسس، أما الآن فقد أصبحت تمثل جزءا ضروريا من حياتنا اليومية وتعددت استخداماتها لتشمل مجالات عديدة مثل الإستعانة بها للتنبؤ بالأحوال الجوية والاستقبال التلفزيوني الفضائي فضلا عن الاتصالات الهاتفية التي تتم بين الملايين من الناس بمختلف دول العالم.
وسوف نستعرض معكم وبإيجاز النظرية التي تعتمد عليها الأقمار الاصطناعية والأغراض المستخدمة فيها بالإضافة إلى الإبحار في أعماقها والتعرف على مكوناتها الرئيسية والمدارات المختلفة التي تدور حولها.
القمر الاصطناعي ببساطة شديدة هو جسم يدور حول كوكب فضائي في مسار دائري أو بيضاوي، فالقمر في حقيقة الأمر ما هو إلا قمر طبيعي من خلق الله وهناك أقمار اصطناعية أخرى قريبة من الكرة الأرضية هي من صنع الإنسان، ولقد جرى العرف على أن يتم إطلاق مسمى القمر الاصطناعي على أي شيء يدور حول الأرض ومن هذا المنطلق فإن هناك أقماراً اصطناعية للأرصاد الجوية وأخرى للاتصالات اللاسلكية وبعضها للاستخدام في الأغراض العلمية المختلفة.
إلى المدار الفضائي
يتم تحميل القمر الاصطناعي على صاروخ معد خصيصا لهذه الأغراض حيث يقوم الصاروخ باختراق الغلاف الجوي للكرة الأرضية بسرعة خارقة متجها نحو المدار الفضائي المحدد له بواسطة أجهزة تحكم تقوم بتوجيه الصاروخ يمينا أو شمالا، شرقا أو غربا، وعندما تصل سرعة الصاروخ إلى ۱۲۰ ميل/ساعة «أي ما يعادل ۱۹۳ كيلومتر/ساعة» تقوم الأجهزة الملاحية بالصاروخ بتعديل الوضع ليصبح رأسيا وعندها يتم تثبيت القمر الاصطناعي في المدار المحدد له.
أنواع الأقمار
تختلف الأقمار الاصطناعية من ناحية الشكل والحجم طبقا للأغراض المستخدمة فيها وهي على النحو التالي:
- أقمار الأرصاد الجوية : يتم إطلاق هذه الأقمار للتنبؤ بالأرصاد الجوية ومن أشهر الأقمار التي تم إطلاقها «تايروس وكوزموس وجويس»، وتحتوي هذه الأقمارعلى كاميرات متخصصة في التقاط الصور وإرسالها للمحطات الأرضية تمهيدا لبثها عبر الأقمار الفضائية إلى مختلف دول العالم.
- أقمار الاتصالات: وتتيح إمكانية الاتصال بين الناس عبر الأقمار الاصطناعية المعروفة مثل «تلستار وإنتلسات»، وتحتوي هذه الأقمار على المئات بل الآلاف من الترددات اللاسلكية المستخدمة في استقبال الترددات وتضخيمها وتحميلها على ترددات أخرى ومن ثم إعادة إرسالها مرة ثانية للمحطات الأرضية التي تبثها عبر الأثير ليستقبلها الملايين من الناس.
- أقمار البث التلفزيوني الفضائي: وتعتمد على نفس نظرية أقمار الاتصالات التي تقوم باستقبال وإرسال الإشارات التلفزيونية من مكان لآخر.
- الأقمار العلمية: وتقوم بالعديد من المهام العلمية المتخصصة مثل تتبع المتغيرات الكونية ومن أشهر تلك الأقمار «التلسكوب الفلكي».
- الأقمار الملاحية: وتستخدم في أغراض الإرشاد الملاحي للطائرات والسفن البحرية ومن بينها أقمار «جي بي إس نافستار».
- أقمار الإنقاذ: تستخدم لاستقبال وإرسال إشارات الإنقاذ في حالات الطوارئ والكوارث البيئية والطبيعية.
- أقمار المراقبة الأرضية: تقوم هذه الأقمار بمراقبة كوكب الأرض والتغيرات المناخية والتضاريس الطبيعية التي تطرأ عليه كل فترة زمنية ومن بينها سلسلة أقمار «لاندسات».
- الأقمار العسكرية: تعمل هذه الأقمار دائما تحت مظلة من السرية والغموض حيث تستخدم في أغراض عسكرية مختلفة ومن بينها:
فك شفرة الإشارات اللاسلكية المرسلة بين القوات العسكرية.
مراقبة الاستخدامات والاختراقات النووية.
مراقبة التحركات العسكرية للأعداء.
الإنذار المبكر لقاذفات الصواريخ.
التنصت على الإشارات اللاسلكية.
متابعة الرادارات الأرضية.
التقاط صور للأهداف الحيوية.
وعلى الرغم من اختلاف الاستخدامات والتطبيقات للأقمار الاصطناعية إلا أنها تشترك جميعها في نفس المكونات الفنية والتصميمات الهندسية الأساسية ومنها على سبيل المثال وليس الحصر ما يلي:
- إطار وجسم معدني.
- مصدر للطاقة ويستمد عادة من الطاقة الشمسية بالإضافة إلى بطاريات لتخزين الطاقة.
- حاسب آلي مدمج للتحكم في الأجهزة الإلكترونية.
- جهاز للإرسال والاستقبال اللاسلكي.
- أجهزة إلكترونية للتحكم في الموقع المداري