الأقمار الاصطناعية

الأقمار الأصطناعية 

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.

المحطة الفضائية الدولية (م ف د) :

هي محطة فضاء اطلقت لتأخذ محل ومهام المحطة الفضائية الروسية مير، ويتم الإشراف عليها بتعاون دولي. هدفها تحضير الإنسان لتمضية اوقات طويلة في الفضاء. تم بنائها بموجب تعاون دولي بقيادة الولايات المتحدة وروسيا وتمويل من كندا واليابان و 10 دول اوربية، بدأ البناء بها سنة 1998، وبلغت تكلفتها 100 مليار يورو. على متن المحطة الدولية هذه اللحظة أربعة رواد. يوجد هناك على الأقل أربعة مختبرات تحتوي على أجهزة لإجراء بحوث واسعة النطاق في مجالات مختلفة مثل المواد، السائل، علوم الحياة والاحتراق والتقنيات الجديدة.

 

الاتفاقيات

التقى مسؤولون حكوميون من 15 بلدًا في 29 يناير 1998 في واشنطن، ووقعوا اتفاقات وضعت إطار التعاون بين الشركاء في مجالات تصميم المحطة الفضائية وتطويرها وتشغيلها واستخداماتها. تقوم به 5 وكالات فضاء تمثل 16 دولة، ممثلون عن كل من الولايات المتحدة وروسيا واليابان وكندا والدول الأعضاء في وكالة الفضاء الأوروبية، وهي بلجيكا والدنمرك وفرنسا وألمانيا وإيطاليا وهولندا والنرويج وإسبانيا والسويد وسويسرا وبريطانيا. كما وقع مدير وكالة الطيران والفضاء الأميركية ناسا ثلاث مذكرات تفاهم ثنائية مع نظرائه في وكالات الفضاء الروسية والكندية والأوروبية. وفي وقت لاحق من العام 1998 وقعت ناسا وحكومة اليابان مذكرة تفاهم منفصلة.

تاريخ

عرض في مارس 1993 مدير عام الوكالة الفضائية الروسية يوري كوبتيف على مدير وكالة "ناسا" الأمريكية دانئيل غولدين عرضا بإنشاء محطة فضائية دولية. أعلن فيكتور تشيرنوميردن رئيس الوزراء الروسي وألبرت غور نائب الرئيس الأمريكي في 2 سبتمبر عام 1993 البدء في تحقيق المشروع الجديد. ومنذ تلك اللحظة أطلقت على المحطة رسميا تسمية " المحطة الفضائية الدولية".^[1]

في عام 1996 تم إقرار هيكل المحطة الذي كان من المفترض أن يتكون من مقطعين روسي وأمريكي (بمشاركة كندا واليابان وإيطاليا والدول الأعضاء في الوكالة الفضائية الأوروبية والبرازيل).بدأ بناء المحطة في 20 نوفمبر 1998 بإطلاق قطاع الحمولات - الوظيفي زاريا وهي الوحدة الفضائية الأولى للمحطة الفضائية الدولية، وفيما بعد التحمت به الحجرة الانفصالية الأمريكية يونيتي (عام 1998) والحجرة الانفصالية الروسية زفيزدا (عام 2000). في 2 نوفمبر 2000 أوصلت المركبة الفضائية الروسية سويوز تي ام -31 أول طاقم فضائي إلى متن المحطة الفضائية الدولية.تم تقليص عدد أفراد الأطقم الأمريكية طويلة المدى في المحطة الفضائية الدولية من 3 أفراد إلى 2، وذلك بعد كارثة تحطم المكوك الفضائي الأمريكي كولومبيا التي وقعت في 1 فبراير 2003.احتفلت المحطة الفضائية الدولية يوم الخميس 20 نوفمبر 2008 بالذكرى السنوية العاشرة لتأسيسها، حيث تم إطلاق مجموعة من الأجزاء الوظائفية للمحطة بواسطة صاروخ روسي من طراز "بروتون" إلى الموقع المداري المخصص لها.^[2]في 9 سبتمبر 2006 قام المكوك اطلنتس بإيصال عنصرين من تصاميم المحطة الفضائية ولوحين من البطاريات الشمسية، وكذلك مبردات للتحكم في درجة الحرارة بالحجرة الانفصالية الأمريكية. وفي يوم 23 أكتوبر وصلت على متن المكوك ديسكفري الحجرة الانفصالية " جرموني " التي تم تركيبها مؤقتا بالحجرة الانفصالية "يونيتي". ثم اعيد تركيبها بالحجرة الانفصالية دستيني.في 20 مارس 2009 أنهى طاقم المكوك ديسكفري عملية سير في الفضاء استمرت لست ساعات، بمشاركة اثنين من رواد الفضاء الذين قاموا بتثبيت ألواح لخلايا الطاقة الشمسية على محطة الفضاء الدولية، يضم هذا الجزء البالغ وزنه 14060 كيلوجراما والذي بنته شركة بوينج لصالح ناسا زوجا من الألواح الرقيقة مزودة بالخلايا الشمسية لجمع الضوء من الشمس. وبهذه الاجنحة الجديدة سيكون بوسع المحطة توليد 124 كيلووات من الكهرباء ستسمح للمحطة بالحصول على طاقة إضافية لخدمة ضعف عدد روادها حاليا.^[3][4]التحقت م ـ 67 بمحطة الفضاء الدولية يوم 24 يوليو 2009، بعد انفصال مكوك إندفور الأمريكي عن المحطة. وصباح يوم الاثنين 21 سبتمبر انفصلت مركبة الشحن ""م ـ 67 عن وحدة "النجمة" التابعة لمحطة الفضاء الدولية. وتعد "أم ـ 67" آخر مركبة شحن تعمل بنظام التحكم النظيري، حيث قررت روسيا الانتقال إلى استخدام نوع جديد من مركبات "بروغيس"، يعمل بنظام التحكم الرقمي. وبعد الانفصال من المحطة الأرضية، تحولت "أم ـ 67" لمدة اسبوع إلى مشغل فضائي يعمل بنظام الطيران الآلي. ومن ثمّ سيتم إغراقها في المحيط الهادئ.^[5]في 20 سبتمبر تم التحام أول مركبة فضاء يابانية غير مأهولة بمحطة الفضاء الدولية لتسليم 4.5 طن من السلع إلى طاقم المحطة. وهي مركبة اتش تي في اسطوانية الشكل يبلغ طولها عشرة امتار وقطرها4ر4 أمتار، تنقل المركبة في هذه المهمة الأولى إلى رواد المحطة الأغذية ومساحيق العناية وتجهيزات في إطار التجارب لبرنامج ياباني أطلق عليه اسم سمايلز الذي من شأنه أن يسمح بتقييم تأثير التلوث على الطبقة العليا من غلاف الأرض الجوي. من المتوقع إنتاج سبعة نماذج منها فقط لغاية عام 2015 تستخدم لمرة واحدة حيث تحترق معظم أجزاء المركبة لدى عودتها من محطة الفضاء الدولية أثناء دخولها الغلاف الجوي للأرض.^[6][7]في 2 أكتوبر تمت بنجاح عملية التحام المركبة الفضائية الروسية سويوز ت م أ – 16 مع المحطة الفضائية الدولية. وانتقل رائد الفضاء الروسي مكسيم سورايف وزميله الأمريكي جيفري وليامز والسائح الفضائي الكندي الملياردير جي لاليبرتيه إلى المحطة.^[8]

المحطة والطاقم البشري

هي عبارة عن مختبر يشغله فريق دولي في مدار على ارتفاع 390 كيلومترا (240 ميلا) عن سطح كوكب الأرض. وتشكل المحطة المشروع العلمي والتكنولوجي الأكثر تعقيدا على الإطلاق في تاريخ استكشاف الفضاء.ارتفاعها عن سطح الأرض يتراوح من 460-370كم، ويبلغ وزنها نصف مليون كغم، وتبلغ سرعتها 28ألف كم في الساعة، لذا فالمحطة الدولية تكمل دورة واحدة حول الأرض كل 90دقيقة وتكمل حوالي 16دورة حول الأرض يومياً، وحيث أن الشمس تشرق على روادها وتغرب 16مرة خلال اليوم الواحد، لذا ومنعاً للتشويش فقد حددوا الوقت الوسطي (جرينتش) ليكون هو المعتمد على متن المحطة الدولية، وعندما تغرب الشمس في لندن تغلق نوافذ المحطة آليا لإعطاء الرواد شعوراً بالليل ليناموا، ومن ثم يستيقظون الساعة السابعة صباحاً ليعملوا عشر ساعات يومياً، عدا يوم السبت خمس ساعات.^[9] هناك محطتين أرضيتين للتحكم بالمحطة الدولية؛ الأولى بهيوستون بالولايات المتحدة الأمريكية والثانية بموسكو،

تطوير

كان إسهام كندا، عبر وكالة الفضاء الكندية، في المحطة الفضائية نظام الخدمة المتنقل الذي يتألف من جهاز المحطة الفضائية للتحكم عن بعد، الذي أطلق عليه اسم "كندا آرم2" (Canadarm2)، ونظام قاعدة متحرك وجهاز التحكم المتقن للأغراض الخاصة والذي يعرف بـ"ديكستر".أما وكالة الفضاء الأوروبية فقامت بصنع مختبر مكيف الضغط يدعى كولومبوس وحاملة شحن لا يشغلها ملاح تدعى عربة النقل المؤتمتة. وساهمت الوكالة كذلك بذراع آلية هي عبارة عن جهاز أطلق عليه اسم "كيوبولا"، وبعدد من حجيرات الوصل بين أجزاء المركبة المختلفة وبنظام لإدارة البيانات وصندوق علمي للجاذبية المصغرة وصندوق تجميد في المختبر. 
 قدمت اليابان مختبر كيبو، الذي يضم حجيرة أو وحدة مكيفة الضغط وذراعا آلية ووحدة ثالثة هي عبارة عن منصة خارجية مكشوفة للتجارب وعربات الأغراض اللوجستية.^[10]وساهمت روسيا بوحدتي أبحاث وأماكن السكن الأولى للملاحين التي كانت تعرف باسم وحدة الخدمة والمجهزة بأنظمة خاصة للعيش والبقاء على الحياة، وبمنصة طاقة علمية مؤلفة من منظومة لوحات شمسية تنتج 20 كيلوواط من الكهرباء. هذا بالإضافة إلى عربات نقل لوجيستية تعرف بـ"بروغريس" ومركبة سويوز الفضائية لإعادة الملاحين العاملين في المحطة ونقلهم وغير ذلك من المعدات والخبرة.

مشاريع مستقبلية

ستقدم إيطاليا والبرازيل معدات للمحطة الفضائية الدولية من خلال اتفاقات مع الولايات المتحدة.ولدى اكتمال إنشاء المحطة الفضائية الدولية المدارية في 2010 ستضم مساهمات من كل من الولايات المتحدة وكندا واليابان وروسيا والبرازيل وإيطاليا وبلجيكا والدنمرك وفرنسا وألمانيا وهولندا والنرويج وإسبانيا والسويد وسويسرا والمملكة المتحدة.وسيصل وزن المحطة لدى اكتمالها إلى حوالي 450 ألف كيلوغرام وستكون بعرض 110 أمتار وطول 88 مترا، وستكون مجهزة بألواح شمسية تبلغ مساحتها مجتمعة زهاء نصف هكتار (1,2 أكرا) تؤمن الطاقة الكهربائية لست مختبرات. وستؤدي قدرات مختبرات المحطة الفذة إلى اكتشافات تفيد في المهمات التي يتم القيام بها في أمكنة أبعد في الفضاء وتعود بالنفع على الناس في جميع أنحاء المعمورة، حاضرا ومستقبلا.^[10]