الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية، أجسام يطلقها الإنسان إلى الفضاء، لتدور حول كوكب الأرض، لتؤدي عدة مهام مثل الاتصالات والملاحة والتنبؤ بحالة الطقس، وهي تحصل على السرعة الكافية للدوران باستخدام صواريخ ذات مراحل متعددة. يتم التواصل إلى التصميم الأساسي للقمر الصناعي، بعد إجراء دراسة دقيقة لاستخداماته المطلوبة، ونوع المدار الذي سيدور فيه وعمره المتوقع وأجهزته ومصادره من الطاقة وقدرة صاروخ الإطلاق. ولكن يجب أن يحقق التصميم أقل وزن، ليعطي قوة التحمل المطلوبة. كما يراعى البساطة لتقليل تكاليف التصنيع. عندما ينطلق صاروخ الإطلاق، فإنه يرفع القمر الصناعي إلى مسافة معينة في الفضاء، يطلق عليها المدار. ولا يوجد شيء يثبت القمر الصناعي في مداره، وإنما الذي يحفظه في هدا المدار هو التوازن بين قوة حركته إلى الأمام وقوة الجاذبية، فبدون الجاذبية يشق القمر الصناعي طريقا له في الفضاء في خط مستقيم، لكن الجاذبية هي التي تشده وتجبره على الدوار في مدار منحن حول كوكب الأرض. وتستخدم الخلايا الشمسية إلى جانب البطاريات الكيميائية لتوفير الطاقة للقمر الصناعي كما أن الأجهزة الإلكترونية الدقيقة الخاصة بالإحساس بالشمس وأجهزة مسح الأفق ورصد النجوم وقياسات المجالات المغناطيسية على متن القمر  الصناعي، يمكن أن تقدم البيانات الضرورية عن وضع هذا القمر في وقت محدد

تقوم أقمار الاتصالات بنقل جميع أنواع الرسائل عبر أرجاء العالم، وغالبا بين منطقتين متباعدتين عن بعضهما البعض، لدرجة أن توصيلهما مباشرة بسلك توصيل عادي، يكون صعبا للغاية. والقمر الصناعي للاتصالات يشبه برج بث إذاعي وتلفازي في الفضاء، وهو عبارة عن محطة نقل آلية، ترسل الإشارات وتستقبلها، وقد تقوم بتكبير الإشارات التي تتلقاها، قبل أن ترسلها إلى الأرض مرة أخرى. تدور معظم أقمار الاتصالات في مدار ثابت بالنسبة للأرض، بحيث تظل فوق نفس النقطة من الأرض، ويؤدي ذلك إلى إمكان مشاهدة النقل التلفازي من المحطات الفضائية. كما يتم إجراء العديد من الصفقات التجارية بسرعة هائلة من خلال أقمار الاتصالات، وغالبا ما يتم ذلك في شكل بيانات الكمبيوتر الحاسوب أو عرض صور المستندات مثل العقود، وكذلك تستخدم أقمار الاتصالات في نقل البرامج والمقررات التعليمية إلى أماكن بعيدة كي يستفيد منها أكبر عدد من الطلاب.

تقوم أقمار الاتصالات أيضا بنقل المكالمات الهاتفية بين القارات، وهناك أقمار سلبية وهي التي تنقل الإشارات من محطة أرضية إلى أخرى بدون تقوية، أما الإيجابية فتعمل على تقوية الإشارات المرسلة وهي بالطبع الأكثر تطورا. طوال قرون عديدة مضت، كان البحارة يرصدون مواقعهم ومساراتهم بملاحظة النجوم في الليل. وأقمار الملاحة في الوقت الحاضر، هي نجوم من صنع افنسان، ترسل إلى الأرض إشارات لاسلكية تحدد موضعها في الفضاء، وكذلك الوقت بدقة بالغة. ولدى المراقبين في محطات المتابعة الأرضية، أجهزة تستقبل هذه الإشارات وبالتالي تحدد المواقع إلى أقرب عدة أمتار. وعندما يستخدم ربان السفينة أو قائد الطائرة الإشارات القادمة من أربعة أقمار صناعية للملاحة يمكنه أن يحسب موقعه بدقة، خاصة في حالات الطوارئ. من بين أشهر أقمار الملاحة، تلك المستخدمة في منظومة تحديد المواقع، التي توجد في عدة مدارات دائرية مختلفة على ارتفاع نحو عشرين ألف كيلومتر، والسبب في هذا الارتفاع الكبير في مداراتها، هو منع أي هجوم عليها من الأعداء، بالإضافة إلى حمايتها من أي تشويش إلكتروني متعمد، إذ أن هذه الأقمار الصناعية تستخدم أيضا لتوجيه الجيوش والصواريخ إلى أهدافها. وغالبا يكون قمر الملاحة ضخما جدا، ويحتوي على أكثر من 33 ألف جزء، وكل قمر يحمل على متنه ثلاث ساعات ذرية تقيس الوقت بدقة هائلة.

تعطي أقمار الأرصاد الجوية صورا عن السحب وبيانات عن درجات الحرارة والرطوبة واتجاهات الرياح، مما يساعد العلماء على دراسة الأحوال الجوية والتنبؤ بالطقس. كما تقوم بتجمع ونقل البيانات من محطات الأرصاد الجوية إلى السفن والطائرات في كل أنحاء العالم. تتميز أجهزة الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية الحديثة بميزة إظهار تشكيلات السحب فوق مناطق شاسعة من سطح الأرض عن طريق التقاط صورها بكاميرات رقمية بالغة الدقة ثم إرسالها بأجهزة القياس عن بعد إلى محطات المتابعة الأرضية. يعتمد التنبؤ الناجح للطقس على مدى توفر الأرصاد المستمرة، ويجب جمع بيانات ملاحظات الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة والرياح، وأنواع السحب ومدى الرؤية والطقس الحالي وغير ذلك من العوامل. هذه الأرصاد لازمة عند سطح الأرض، وأيضا عند مستويات مختلفة كثيرة في الغلاف الجوي السفلي والعلوي، ويمكن لآلات التصوير بالضوء المرئي والكاشفات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء وأجهزة الإحساس والاستشعار عن بعد أن تكشف عن أنواع كثيرة من البيانات وتقيسها وترسلها لاسلكيا إلى محطات المتابعة الأرضية. وعلى سبيل المثال يمكن لجهاز الإحساس على متن قمر صناعي للأرصاد الجوية، أن يقيس الأشعة تحت الحمراء التي تشع من قمم السحب، ومنها يمكنه استنساخ درجة الحرارة.  

تقوم أقمار موارد الأرض وهي الخاصة بمتابعة موارد وثروات الأرض بمسح مناطق واسعة من سطح الأرض بسرعة وبشكل متكرر وتعطي صورا توضح الكثير من المعالم الطبيعية المختلفة. يحمل قمر موارد الأرض جهازي كشف: ماسح طيفي وراسم للخرائط. يقوم الجهاز الأول بتحليل صور الإشعاعات الناتجة عن موارد وثروات الأرض، أما الجهاز الثاني فإنه يرصد بشكل مباشر والسبب في استخدام الجهازين، هو تحقيق الدقة البالغة. ويقوم المهندسون بدراسة صور أقمار موارد الأرض، بهدف رسم الخرائط أو تعديلها بما يلزم، بغرض التخطيط لإنشاء مشروعات مثل الطرق والسكك الحديدية، كما يمكن للخبراء تحديد مواقع المعالم الجيولوجية، مثل تلك التي يحمل أن يوجد بها رواسب معدنية أو نفط أو احتياطيات من المياه الجوفية. كما يمكن استخدام أقمار موارد الأرض، في رصد أنواع مختلفة من المحاصيل الزراعية، مما يساعد على تقدير الإنتاج منها لكل دولة، وتسجل أيضا صور النباتات المصابة بأمراض تمهيدا لإيجاد الطرق لمقاومة أي آفات وحشرات مضرة بها مثل الجراد.

كثير من الأقمار الصناعية لها استخدامات عسكرية أيضا. وتهتم الدول بالسرية بشأن أقمارها العسكرية وتتكتم أخبارها، بل أن الأقمار المدنية ذاتها تزود أحيانا. في السر بأجهزة إضافية صغيرة، ولكن غاية في الدقة، للاستخدامات العسكرية. يمكن للأقمار الصناعية العسكرية أن تتجسس على الدول، وذلك باستخدام أجهزة إحساس بالأشعة تحت الحمراء ترسل صورا بشكل رقمي بواسطة كاميرات غاية في الدقة. وهناك أنواع أخرى من أقمار التجسس، تحمل أجهزة استقبال لاسلكية للتنصت على اتصالات العدو وإشاراته الرادارية، كما يمكنها أن تقوم بمراقبة الأجسام والأهداف المتحركة المعادية مثل السفن والطائرات الحربية. وهناك نوع من الأقمار العسكرية يطلق عليها القاتلة لأنها تفجر نفسها بالقرب من أي هدف للأعداء في الفضاء، لتدميره، كما تكون لها القدرة على تدمير أقمار أو صواريخ معادية، بواسطة أشعة الليزر. والأقمار الإنذار المبكر، أجهزة للكشف عن الغازات الساخنة لعادم الصواريخ المعادية، ويمكنها إرسال صور لهدة الصواريخ على الفور، خلال عدة ثوان فقط من إطلاقها. ومعظم الأقمار الصناعية العسكرية تعمل بالطاقة النووية، وتولد من الكهرباء ما يكفي لتشغيل رادار قوي، لضمان أدائها لمهامها بكفاءة عالية.