حرب الأقمار الصناعية: كيف يجمع آلاف الروبوتات معلومات عن كل شيء في الفضاء

ما هي الأقمار الصناعية؟

القمر الاصطناعي للأرض (AES) هو مركبة فضائية

تدور حول الأرض في مدار مركزه الأرض.

للتحرك في مدار حول الأرض، يجب أن تكون سرعة الجهاز الأولية مساوية أو أكبر من سرعة الإفلات الأولى. يتم تنفيذ رحلات AES على ارتفاعات تصل إلى عدة مئات الآلاف من الكيلومترات.

يتم تحديد الحد الأدنى لارتفاع رحلة القمر الصناعي بواسطةضرورة تجنب عملية الكبح السريع في الجو. يمكن أن تتراوح الفترة المدارية للقمر الصناعي، اعتمادًا على متوسط ​​ارتفاع الرحلة، من ساعة ونصف إلى عدة سنوات.

الأقمار الصناعية على مدار الأرض ذات أهمية خاصةالمدار ، الذي تكون مدته المدارية مساوية تمامًا للأيام ، وبالتالي ، بالنسبة للمراقب الأرضي ، "يعلق" في السماء بلا حراك ، مما يجعل من الممكن التخلص من الأجهزة الدوارة في الهوائيات.

محطات الكواكب الآلية (AMS) ويمكن إطلاق سفن الفضاء بين الكواكب في الفضاء السحيق عبر تجاوز مرحلة القمر الصناعي (أي الصعود الأيمن) ، وبعد الإطلاق الأولي إلى المدار المرجعي المزعوم للقمر الصناعي.

في بداية عصر الفضاء، تم إطلاق الأقمار الصناعيةفقط من خلال مركبات الإطلاق، وبحلول نهاية القرن العشرين، انتشر أيضًا إطلاق الأقمار الصناعية من أقمار صناعية أخرى - المحطات المدارية والمركبات الفضائية (بشكل أساسي من مكوك الفضاء MTKK).

كوسيلة لإطلاق الأقمار الصناعية من الناحية النظريةمن الممكن أيضًا استخدام سفن الفضاء MTKK، والمدافع الفضائية، والمصاعد الفضائية، ولكن لم يتم تنفيذها بعد. وبعد وقت قصير فقط من بداية عصر الفضاء، أصبح من الشائع إطلاق أكثر من قمر صناعي على مركبة إطلاق واحدة، وبحلول نهاية عام 2013، تجاوز عدد الأقمار الصناعية التي يتم إطلاقها في وقت واحد في بعض مركبات الإطلاق الثلاثين.

في بعض عمليات الإطلاق ، تذهب المراحل الأخيرة من مركبات الإطلاق أيضًا إلى المدار ، ولفترة من الوقت ، تتحول في الواقع إلى أقمار صناعية.

الأقمار الصناعية غير المأهولة لها كتلة عدةكيلوغرامات إلى عشرين طنًا وأحجامًا تتراوح من عدة سنتيمترات إلى (خاصة عند استخدام الألواح الشمسية والهوائيات القابلة للسحب) عدة عشرات من الأمتار.

ويصل وزن السفن الفضائية والطائرات الفضائية التي هي عبارة عن أقمار صناعية إلى عدة عشرات من الأطنان والأمتار، كما يصل وزن المحطات المدارية الجاهزة إلى مئات الأطنان والأمتار.

في القرن الحادي والعشرين، مع تطور التصغير الدقيق وتكنولوجيا النانو، أصبح إنشاء أقمار صناعية صغيرة جدًا على شكل مكعبات (من واحد إلى عدة كيلوغرامات ومن عدة إلى عدة عشرات من السنتيمترات) ظاهرة جماهيرية، وظهر أيضًا تنسيق جديد: Pocketcube (حرفيًامكعب الجيب) في عدة مئات أو عشرات الجرامات وبضعة سنتيمترات.

يتم إنشاء الأقمار الصناعية في الغالب مثلغير قابلة للإرجاع ، بعضها (أولاً وقبل كل شيء ، سفن الفضاء المأهولة وبعض سفن الشحن) يمكن استردادها جزئيًا (وجود مركبة هبوط) أو بالكامل (عودة الطائرات والأقمار الصناعية على متنها)

تستخدم الأقمار الصناعية الأرضية على نطاق واسعللبحث العلمي والمشكلات التطبيقية وكذلك في التعليم (أصبحت أقمار "الجامعة" ظاهرة جماهيرية في العالم) وهواية - راديو هواة الأقمار الصناعية.

كم عدد الأقمار الصناعية الموجودة في مدار الأرض الآن؟

ذلك يعتمد على كيفية العد. منذ إطلاق سبوتنيك في 4 أكتوبر 1957، تم إطلاق أكثر من 9000 مركبة إلى الفضاء، لكن حوالي 2000 منها فقط تعمل حاليًا.

البقية تحترق في الجو أو تنكسر وأصبح "حطامًا فضائيًا" في المدار. لذلك ، بالمناسبة ، يتم تنفيذ معظم المناورات للتهرب من الأجسام غير الخاضعة للرقابة ، وليس الأقمار الصناعية العاملة.

أنواع الأقمار الصناعية

تتميز الأنواع التالية من الأقمار الصناعية:

• الأقمار الصناعية الفلكية هي أقمار صناعية مصممة لاستكشاف الكواكب والمجرات والأجسام الفضائية الأخرى.
• الأقمار الصناعية الحيوية هي أقمار صناعية مصممة لإجراء تجارب علمية على الكائنات الحية في الفضاء الخارجي.
• أقمار استشعار الأرض عن بعد.
• أقمار الأرصاد الجوية هي أقمار صناعية مصممة لنقل البيانات بغرض التنبؤ بالطقس ، وكذلك لمراقبة مناخ الأرض.
• الأقمار الصناعية الصغيرة - الأقمار الصناعية ذات الوزن الخفيف (أقل من 1أو 0.5 طن) والحجم. تشمل الأقمار الصناعية الصغيرة (أكثر من 100 كجم) والأقمار الصناعية الدقيقة (أكثر من 10 كجم) والأقمار الصناعية النانوية (أخف من 10 كجم) ، بما في ذلك مكعبات ومكعبات الجيب.
• الأقمار الصناعية العسكرية.
• أقمار الاتصالات.
• أقمار الملاحة.
• سفن الفضاء هي مركبات فضائية مأهولة.
• المحطات المدارية هي سفن فضائية طويلة المدى.
• Golosatellites هي أحدث الأقمار الصناعية المصممة لاستكشاف الكواكب الأخرى.

كيف يتم تنظيم حركة الأقمار الصناعية في الفضاء؟

لا يوجد تنظيم موحد لهذا الغرض. الفضاء هو مساحة حرة. لذلك، لا يسترشد المشاركون في الأنشطة الفضائية إلا بقوانينهم الوطنية، والتي، مع ذلك، يجب أن تمتثل للاتفاقيات المعتمدة في إطار عمل لجنة الأمم المتحدة لاستخدام الفضاء الخارجي في الأغراض السلمية (COPUOS).

• من الناحية القانونية

بعد اعتماد في عام 1974 لاتفاقية بشأنتسجيل الأجسام الفضائية المطلقة في الفضاء الخارجي ، يحتفظ مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي بسجل للأجسام المطلقة في الفضاء الخارجي. ومع ذلك ، فإن التسجيل فيه إعلاني ، ولا تملك الأمم المتحدة القدرة التقنية للتحكم في المدارات والأهداف الحقيقية للمركبات الفضائية.

• الأقمار الصناعية العسكرية

العقبة الرئيسية التي تقف في طريق الخلققاعدة بيانات أقمار صناعية شاملة والقدرة على المراقبة التلقائية للفضاء القريب من الأرض - هذه أقمار صناعية عسكرية. لا ينشر النظام الأمريكي NORAD بيانات عن أقمار الاستخبارات الأمريكية ، بينما ينشر بيانات عن مدارات المركبات العسكرية الروسية والصينية. لا تنشر القوات الفضائية الروسية أي شيء على الإطلاق ، رغم أنها تراقب الأقمار الصناعية العسكرية الأمريكية بالرادار والوسائل البصرية.

مشغلي الأقمار الصناعية التجارية الآنعلى المرء أن يتصرف في الواقع بشكل أعمى ، على أمل أن الجيش نفسه لن يسمح بحدوث صدام. علاوة على ذلك ، فإن المركبات العسكرية هي التي تناور في الغالب في المدار ، وتغير الارتفاع. حتى أن هناك فئة تقليدية من "أقمار المفتشين" التي تقترب عن قصد من مركبات الآخرين لتصويرها.

• مخاطر الاصطدام

في أوائل أبريل ، أقمار OneWeb و SpaceXتجنبوا نهجًا خطيرًا مع بعضهم البعض في المدار ، كما قال ممثلو قوة الفضاء الأمريكية و OneWeb. هذا هو الموقف المحفوف بالمخاطر الأول لشركتين متنافستين تعملان على توسيع شبكات النطاق العريض الخاصة بهما في الفضاء.

قام الباحثون بتقييم احتمالية الاصطدام1.3٪ ، بينما اقترب قمرا صناعيا من 57 مترا - هذا هو القرب الخطير للأقمار الصناعية في المدار. إذا اصطدمت الأقمار الصناعية في المدار ، فقد يتسبب ذلك في كارثة من شأنها أن تؤدي إلى تكوين مئات القطع من الحطام ، وسيتغير مسارها ، مما يعرض الأجهزة الأخرى للخطر.

لاحظ الخبراء أيضا أنه لا يوجد الآنلا توجد منظمة فضاء وطنية أو عالمية تنظم مشغلي الأقمار الصناعية للاستجابة للتصادم المحتمل. الشركات لديها فقط تنبيهات عاجلة من Space Force للشركات التي تتطلب أجهزة للحفاظ على مسافة آمنة من بعضها البعض.

كيف تغير الأقمار الصناعية السماء؟

أبراج الأقمار الصناعية وقطع الحطام الفضائييدور حول الأرض ويعكس ضوء الشمس ، مما يجعل سماء الليل أكثر سطوعًا بنسبة 10٪. جاء ذلك في دراسة مشتركة قام بها فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية.

"توقعنا زيادة سطوع السماءقال ميروسلاف كوسيفاي ، كبير الباحثين في الأكاديمية السلوفاكية للعلوم والمؤلف الرئيسي للدراسة حول التلوث الضوئي: "كانت تقييماتنا النظرية الأولى مفاجئة ، وبالتالي دفعتنا إلى الإبلاغ عن النتائج على الفور".

يعتقد العلماء أن المشكلة ستكون فقطتفاقمت مع إرسال المزيد من الأقمار الصناعية إلى السماء. من الأسباب الأخرى للتغيير أيضًا مكونات الصواريخ المستهلكة وغيرها من الحطام الذي يعكس وينثر الضوء من الشمس.

أين وماذا تعمل الأقمار الصناعية الآن؟

المدار الأكثر كثافة سكانية هو المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO). يوجد الآن حوالي 400 قمر صناعي عليها ، أي تقريبًا كل خامس مركبة فضائية عاملة.

بشكل عام ، تنقسم مدارات الأقمار الصناعية إلى مدارات منخفضة (تصل إلى 2000 كيلومتر من الأرض) ، متوسطة وعالية ، وثابتة بالنسبة للأرض تنتمي إلى المجموعة الأخيرة. أقمار استشعار الأرض عن بعد تطير في مدار منخفض ، أقمار الاتصالات ، على سبيل المثال ، مثل Iridium و Globalstar و Orbcomm والنظام الروسي "Gonets". يوجد في الوسط أنظمة ملاحة - GLONASS (روسيا) و GPS (الولايات المتحدة الأمريكية) و Galileo (أوروبا) و Beidou (الصين).

ونتيجة لذلك ، فإن شعبية المدار الثابت بالنسبة للأرضحقيقة أن القمر الصناعي فقط لا يغير موقعه في السماء ، كما لو كان يحوم فوق النقطة المحددة لخط الاستواء على ارتفاع 35786 كيلومترًا. يتيح لك ذلك التواصل معه باستخدام هوائيات أرضية ثابتة ، مرة واحدة وإلى الأبد موجهة إلى نقطة واحدة.

• ستارلينك

وفي مارس 2021، أجرت شركة SpaceX سلسلة من عمليات الإطلاق الناجحة لأقمار Starlink الصناعية، ليصل عددها في المدار إلى 1300 - حوالي 8% من الخطة لعام 2027.

تطلق SpaceX أقمارًا صناعية في المدار على دفعات60 وحدة منذ مايو 2019 ، وفي مارس 2021 ، كانت هناك أربع عمليات إطلاق من هذا القبيل. يزن كل قمر صناعي 260 كجم ، وتم تصميم مرحلة إطلاقه لـ 100 مهمة: في كل مرة يعود إلى المنصة العائمة Of Course I Still Love You ("بالطبع ، ما زلت أحبك") في المحيط الأطلسي ، 630 كم من كيب كانافيرال ...

الفكرة هي أن تغلف في شبكة منأقمار اتصالات صغيرة لكوكب الأرض بأكمله في مدار أرضي منخفض - 500-2000 كم من السطح. يغطي أحد الأقمار الصناعية مساحة صغيرة ، على سبيل المثال ، حجم ألاسكا. لذلك ، يتم إطلاقها في مجموعات لتغطية منطقة معينة. سيؤدي نجاح أي مشروع LEO إلى تغيير كامل في البنية التحتية للاتصالات حول العالم.

• مارس اكسبريس

بفضل المراقبة المستمرة لـ Mars Expressقام العلماء بتحليل آخر عاصفة ترابية عالمية ، في عامي 2007 و 2018. قارنوا أداء تلك السنوات بالسنوات الخالية من العواصف لفهم كيفية تأثير العواصف على تسرب المياه من المريخ.

مع تغير الفصول تتجمد الرطوبة في الغلاف الجويالمريخ. ومع ذلك ، بدلاً من العودة إلى سطح الكوكب في شكل هطول ، يحدث شيء آخر. العواصف الترابية تتداخل مع العملية. إنهم يسخنون الغلاف الجوي للمريخ ويدمرونه ، وأيضًا توصيل المياه إلى ارتفاعات أعلى.

استخدمت كلتا الدراستين مجموعات بيانات شاملة متعددة السنوات من أداة SPICAM الخاصة بمارس إكسبرس.

• انفجار القمر الصناعي NOAA 17

القمر الصناعي الأمريكي NOAA 17 ، وهو ليس كذلكشارك في العمل ، انفجرت في الفضاء إلى 16 حطامًا. يراقب العلماء الآن 16 حطامًا مرتبطًا بالانفجار حتى لا يعطلوا تشغيل الأجسام الأخرى. لم يتم تحديد ما إذا كان الحطام يشكل تهديدًا للأقمار الصناعية العاملة.

وأفاد السرب:ولا يوجد ما يشير حتى الآن إلى أن الحادث نتج عن اصطدامه بجسم آخر. ووفقا للقوات الجوية الأمريكية، قبل الانفجار، كان القمر الصناعي في مدار بارتفاع لا يقل عن 800 كيلومتر وحد أقصى لارتفاع 817 كيلومترا.

تم إطلاق القمر الصناعي NOAA 17 إلى الفضاء في يونيو 2002 وتم إيقاف تشغيله في عام 2013. وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذه الأقمار الصناعية قد دمرت بالفعل في الفضاء بسبب انفجار البطاريات الموجودة على متنها.

• ICESat-2

قام العلماء بفحص البيانات عالية الدقة التي جمعها القمر الصناعي ICESat-2 فوق الجرف الجليدي Amery بين أكتوبر 2018 ونوفمبر 2019.

نبضات الليزر من القمر الصناعي موجهة إلىسطح الأرض واستخدام الفوتونات المنعكسة لتحديد ارتفاع السطح. على عكس الأقمار الصناعية الأخرى ، تسمح دقة ICESat-2 لها برؤية الكسور الدقيقة وتشكلها.

قام العلماء بمعالجة بيانات الأقمار الصناعية باستخدامخوارزمية. وهو يحدد المنخفضات الجليدية السطحية لتحديد وتوصيف الشقوق. ولنتذكر أن انخفاض خط الثلج هو انخفاضه بسبب التغيرات المناخية الملائمة للحفاظ على توازن الكتلة الجليدية.

نظرًا لأن توازن الكتلة هو وظيفة مباشرة للتراكم والاستئصال ، فإن التغيرات في ارتفاع خط الثلج تعكس الآثار التراكمية للتغيرات في درجة الحرارة وهطول الأمطار.

• OneWeb

في عام 2012 ، American Technicalأسس رجل الأعمال والمهندس والمخترع جريج ويلر شركة WorldVu Satellites ، وهي شركة اتصالات تهدف إلى تزويد مئات الملايين من الأشخاص بإمكانية الوصول إلى الإنترنت. في وقت لاحق ، تم تغيير اسم المنظمة إلى OneWeb - تكريما للمشروع الذي يحمل نفس الاسم لنشر الشبكة في الأماكن التي يصعب الوصول إليها.

روسيا هي التي تزود المشروع بأكبر قدرمقاومة. في عام 2018 ، عارض FSB و Roskomnadzor تخصيص الترددات التي طلبها OneWeb للأقمار الصناعية. قالت وكالات المخابرات أن هناك خطر تجسس - يقولون إن الشركة البريطانية ستراقب الروس. في عام 2019 ، قام OneWeb بسحب التطبيق ووعد بمراجعته لتلبية متطلبات الأمن القومي الروسي.

قراءة المزيد

طائرة هليكوبتر بارعة تقلع بنجاح على المريخ

تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟

أخبرت ناسا كيف سيتم تسليم عينات من المريخ إلى الأرض