الأقمار الصناعية: ما هي، كيف تعمل، وما أنواعها؟

سواء كنت تتابع آخر الأخبار على التلفاز، أو أنك تستخدم الخرائط على هاتفك الذكي فقط، فالأرجح أنك تستخدم الأقمار الصناعية في حياتك بشكل أو بآخر. ومع أن الكثيرين قد لا يتنبهون لهذه الحقيقة، فالأقمار الصناعية أساسية في حياتنا الحديثة اليوم.

على عكس معظم التقنيات الأخرى التي نستخدمها، قلما نفكر بشكل حقيقي بالأقمار الصناعية وطريقة عملها، لذا سنتناول هنا الأقمار الصناعية وكل النواحي المهمة التي يجب معرفتها عنها، بداية من ماهيتها ووصولاً إلى طرق عملها وحتى طرق صنعها وتكاليفها.

ما هي الأقمار الصناعية؟

من حيث المبدأ، أي جسم من صنع البشر ويدور حول الأرض ضمن مدار ثابت هو قمر صناعي من نوع ما. لكن هذا تعريف عام للغاية وقلما يستخدم كونه غير محدد كفاية.

بشكل محدود، الأقمار الصناعية هي أجسام من صنع البشر، تم إرسالها إلى الفضاء لتدور حول الأرض في مدارات محددة، وتقوم بمهام متنوعة عادة ما تتضمن إرسال واستقبال إشارات من محطات أرضية، بالإضافة إلى مهام متخصصة.

تتراوح الأقمار الصناعية من حيث الحجم والمهام بشكل كبير للغاية، فبعضها لا يزن سوى عدة مئات من الجرامات فقط، بينما بعضها الآخر يزن الأطنان. وبينما بعضها لا يفعل سوى مهام بسيطة مثل أقمار الدراسات العلمية، فبعضها يتعامل مع كم هائل من البيانات كأقمار البث التلفزيوني أو أقمار الاتصالات والإنترنت.

عموماً من الصعب وضع تعريف يشمل الأقمار الصناعية دون أن يكون عاماً للغاية، حيث أن تنوعها وكونها تبنى بشكل مخصص لاستخداماتها يجعل اختلافاتها جذرية، وجمعها معاً أشبه بوضع طوف خشبي وسفينة عملاقة ضمن نفس الفئة والتصنيف.

أنواع الأقمار الصناعية

لفهم الأقمار الصناعية بشكل أفضل، من المفيد النظر إلى أنواعها المختلفة وكيف يتم تصنيفها. فهي تصنف وفق أمرين أساسيين عادة: المدار حول الأرض، والمهمة المطلوبة التي أطلقت من أجلها.

مدارات الأقمار الصناعية

يمكن تقسيم مدارات الأقمار الصناعية بطرق عدة حسب مكان دورانها أو السرعة أو سواها، لكن عموماً عادة ما يكون التقسيم الأكثر استخداماً مبنياً على الارتفاع، وحسب الارتفاع تقسم المدارات إلى التالي:

المدار الأرضي المنخفض (Low Earth Orbit – LEO)

عادة ما يمتد هذا المدار من 180 حتى 2000 كيلومتر بعيداً عن الأرض، أي أن الأقمار الصناعية التي تدور ضمنه قريبة نسبياً وتمتلك سرعات دوران كبيرة جداً بحيث أن بعضها يدور حول الأرض أكثر من 12 مرة يومياً.

يستخدم هذا المدار من الأقمار الصناعية المخصصة لمراقبة الأرض وبالأخص القياسات الصغيرة منها، كما أنه مثالي لمراقبة الطقس والمناخ وللاتصالات. ويجدر بالذكر أن أقمار مشروع StarLink الخاص بشركة SpaceX ستكون كلها في هذا المدار.

تدور ضمن المدار الأرضي المنخفض محطة الفضاء الدولية، والتي تعتبر من حيث المبدأ قمراً صناعياً. كما أن المدار يتضمن تلسكوب هابل (Hubble) وعدة تلسكوبات فضائية أخرى.

المدار الأرضي المتوسط (Medium Earth Orbit – MEO)

يمتد هذا المدار بين 2,000 وحتى 35,786 كيلومتراً بعيداً عن الأرض، أي أنه يتضمن مسافات شاسعة وأبعد من المدار الأرضي القريب، لكنه أقل كثافة بكثير وقلما يستخدم في الواقع.

أهم ما يوجد في المدار الأرضي المتوسط هو أقمار التوجيه لأنظمة الملاحة المختلفة، فهو يتضمن أقمار نظام التوجيه العالمي GPS، بالإضافة للأقمار الصناعية الخاصة بأنظمة التوجيه الأخرى مثل Galileo وGLONASS.

المدار المتزامن مع الأرض (Geosynchronous Orbit – GEO)

يبعد هذا المدار عن الأرض 35,786 كيلومتراً تماماً، وما يميزه عن المدارات الأخرى هو أن الأقمار الصناعية التي تدور ضمنه تتزامن مع دوران الأرض تماماً، بالنتيجة تبدو هذه الأقمار الصناعية ثابتة بمكانها تماماً وتتوجه باتجاه نفس النقطة دائماً.

عادة ما تستخدم هذه الأقمار الصناعية لغاية أساسية هي البث التلفزيوني الفضائي. حيث أن مدارها الثابت للأرض وكونها تقابل نقطة وحيدة يجعلها مثالية للبث إلى منطقة محددة من الأرض.

المدار الأرضي المرتفع (High Earth Orbit – HEO)

أي مدار أبعد من المدار المتزامن مع الأرض يعد ضمن المدار الأرضي المرتفع، لكن يجدر بالذكر أن هذا المدار غير مستخدم حقاً ولا يوجد أقمار صناعية تدور ضمنه لانعدام الغاية من استخدامه حالياً.

أنواع الأقمار الصناعية حسب مهامها

من الصعب وضع تصنيف محدد للأقمار الصناعية عموماً، فالخوض في التفاصيل قد يصل لوصف كل قمر صناعي على حدة، والتعميم قد يقود إلى التغاضي عن بعض الأغراض المهمة للأقمار الصناعية. لكن بشكل عام من الممكن تقسيم المهام إلى التالي:

أقمار الاتصالات

هذا النوع من الاستخدامات يعد واحداً من الأكثر انتشاراً اليوم وتتزايد الحاجة له بشكل مستمر، حيث تضمن الاتصالات أموراً تتراوح من البث التلفزيوني، وحتى المكالمات الهاتفية واتصال الإنترنت عبر الأقمار الصناعية.

معظم الأقمار الصناعية المخصصة للاتصالات تستخدم المدار الأرضي المنخفض، فهو أنسب للمكالمات والتعامل مع الأجهزة المحمولة. بالمقابل تستخدم أقمار البث التلفزيوني المدار المتزامن مع الأرض لتغطية نفس البقعة الجغرافية بشكل مستمر.

المراصد الفلكية

مع ازدياد التلوث البيئي وحتى التلوث الضوئي والراديوي على الأرض باتت عملية مراقبة الفضاء أصعب وأصعب، لذا تم إطلاق العديد من الأقمار الصناعية التي تعمل كتلسكوبات فضائية على المدار الأرضي المنخفض.

الميزة الأساسية لهذه الأقمار الصناعية هو كونها خارج الغلاف الجوي، وبالتالي تستطيع رصد الفضاء بشكل أفضل من المراصد الأرضية. ويعود الفضل لهذه التلسكوبات الفضائية في العديد من الاكتشافات العلمية في العقود الأخيرة.

أقمار مراقبة الأرض

عادة ما تستخدم هذه الأقمار الصناعية أدنى مدارات ممكنة حول الأرض، مع هدف موحد هو المراقبة لأغراض مدنية، وبالأخص فيما يتعلق بالتغيرات السريعة والكوارث الطبيعية.

تتضمن هذه الفئة الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس (والتي تتزايد أهميتها باستمرار)، كما أن هناك عد أقمار صناعية مصممة لرسم الخرائط جوية وتحديثها بشكل دوري. وفي الكثير من الحالات تفيد هذه الأقمار الصناعية في التحذير المبكر من الأعاصير أو حركة أدخنة البراكين الثائرة.

الأقمار الصناعية العسكرية

بسبب نوع استخدامها فمن الطبيعي وجود شح كبير في المعلومات عن هذا النوع من الأقمار الصناعية. لكن على الأرجح يتركز معظمها على مراقبة الأرض ورسم الخرائط والتجسس كونها الاستخدامات المنطقية لها.

هناك الكثير من الشائعات المتداولة عن أقمار صناعية تحمل أسلحة دمار شامل، أو أنها قادرة على تدمير الأقمار الصناعية الأخرى. لكن لا دليل على وجود هكذا أقمار صناعية أصلاً، كما أن وجودها كان ليشعل أزمات دبلوماسية كبرى بسبب المعاهدات الدولية التي تمنع وضع الأسلحة في الفضاء.

أقمار التوجيه والملاحة

حالياً توجد عدة منظومات عالمية للملاحة وتحديد المواقع تتضمن كلاً من GPS الشهيرة وGLONASS الروسية وGalileo الأوروبية، عدا عن عدة أنظمة ملاحة محلية لبعض البلدان مثل الصين واليابان.

كل من منظومات الملاحة تتضمن عدة أقمار صناعية (31 ضمن منظومة GPS مثلاً)، وجميعها تستخدم المدار الأرضي المتوسط، حيث تدور على ارتفاع قرابة 20 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض.

الأقمار الصناعية المصغرة

هذه الأقمار الصناعية أصغر من المعتاد عموماً، وعادة ما تكون لأغراض بحثية محدودة وكثير منها صنع في جامعات كمشاريع للطلاب وتم تجميعه من عتاد موجود مسبقاً على عكس الأقمار الصناعية المخصصة.

عادة ما تصنف الأٌقمار الصناعية التي تزن اقل من 1000 كيلوجرام على أنها مصغرة، وهناك تقسيمات أحدث تضع الأقمار بين وزني 500 و1000 كيلوجرام تحت تسمية “ميني-ساتلايت” (Minisatellite)، وتحت 100 كيلوغرام باسم “مايكرو-ساتلايت” (Microsatellite) وتحت 10 كيلوجرام باسم “نانو-ساتلايت” (Nanosatellite).

محطات الفضاء المختلفة

من حيث المبدأ تعد محطات الفضاء أقماراً صناعية في الواقع، لكن الاختلاف هنا هو أنها أكبر من الأقمار الصناعية المعتادة، كما أنها مصممة بحيث يمكن للبشر العيش أو على الأقل النجاة ضمنها لمدة من الزمن.

جميع محطات الفضاء تستخدم المدار الأرضي المنخفض، فهي تدور على بعد عدة مئات من الكيلومترات فقط.

عبر التاريخ تم إطلاق عدة محطات فضاء إلى المدار حول الأرض، حيث كانت بمعظمها أمريكية أو سوفييتية، لكن اليوم لا يوجد في المدار سوى محطة الفضاء الدولية (المأهولة باستمرار منذ عام 2000) ومحطة الفضاء الصينية.

ما هي مكونات الأقمار الصناعية؟

مع كون الأقمار الصناعية معقدة للغاية ومتباينة حسب غاياتها، فمن الصعب تحديد جميع مكوناتها حقاً، بل أن الأمر أشبه بمجموعة المكونات المشتركة التي يتوقع إيجادها في معظم الأقمار الصناعية.

عموماً وفي الغالبية من الأقمار الصناعية من المفترض أن تجد هذه المكونات:

الهيكل المعدني الخارجي

عادة ما تصنع هياكل الأقمار الصناعية من المعدن لحمايتها خلال عملية الإطلاق، وبعدها حمايتها ضمن المدار.

سواء عبر الإطلاق أو خلال العمر التشغيلي للقمر الصناعي، هناك دائماً خطر الإصابة بشيء ما يسير بسرعة كبيرة. حيث هناك الكثير من الحصى التي قد تكون ناتجة عن مذنبات أو نيازك، كما أن هناك الكثير من “القمامة الفضائية” من بقايا الأقمار الصناعية القديمة الخارجة عن الخدمة، وحطام المركبات التي تدمرت في الفضاء.

نظام القياس والتحكم

يتكون هذا النظام من شرائح حاسوبية تتولى قياس أداء أجزاء القمر الصناعي، حيث يتم جمع وتحليل البيانات لاتخاذ القرارات اللازمة وتتبع حالة القمر الصناعي في المدار.

عادة ما يكون هذا النظام هو المسؤول عن إرسال البيانات التشغيلية الأساسية إلى الأرض، كما أنه قادر على استقبال التعليمات الأرضية والتحكم بالعمليات التي يقوم بها القمر الصناعي.

نظام الطاقة

مع كونها تسبح في الفضاء، لا يمكن للأقمار الصناعية الحصول على الطاقة بالطرق التقليدية، بل أنها عادة ما تعتمد على الألواح الشمسية للحصول على طاقتها.

عادة ما تتضمن الأقمار الصناعية ألواحاً شمسية تطوى أثناء الإطلاق، لكن في المدار تفتح وتمتد لأمتار عدة لجمع الطاقة. ومع كون القمر الصناعي سيحتاج للعمل حتى عندما يكون تحت ظل الأرض، دائماً ما يكون هناك بطارية تضمن استمرار العمل بشكل مستقر.

نظام التحكم الحراري

كما يوحي الاسم تماماً مهمة هذا النظام هي تبريد القمر الصناعي إن كان ساخناً زيادة (نتيجة الإشعاع المباشر من الشمس)، أو رفع حرارته إن انخفضت تحت حد التشغيل المسموح به.

نظام التحكم بالارتفاع والمدار حول الأرض

مع كون الأرض غير متجانسة تماماً، وبسبب تأثير قوى الجذب للشمس والقمر والأجرام السماوية الأخرى من الممكن أن يجد القمر الصناعي نفسه خارج مداره المحدد. وهنا لا بد من إعادته إلى مداره.

تتضمن معظم الأقمار الصناعية نظاماً من المحركات النفاثة المصغرة، حيث تقوم بتغيير اتجاه وسرعة القمر الصناعي بشكل ضئيل لتعيده إلى مداره المطلوب. وفي نهاية عمر القمر الصناعي عادة ما تستخدم هذه المحركات لدفعه إلى مدار “مقبرة” أو جعله يسقط إلى الأرض.

وحدة الاتصالات

بغض النظر عن نوع القمر الصناعي، فهو عادة ما يحتاج إلى إرسال واستقبال البيانات من الأرض، وهذه الوحدة هي المسؤولة عن الأمر. وفي حال حصل خلل ما ضمنها يصبح القمر الصناعي خارج التحكم الأرضي عادة.

في أقمار الاتصالات أو البث التلفزيوني تستخدم هذه الوحدة لإعادة توجيه الإشارات التي تم استقبالها. لكن في جميع الأقمار الصناعية هناك حاجة لإرسال البيانات إلى الأرض سواء كانت صوراً من تلسكوب أو مجرد بيانات بسيطة عن كون القمر الصناعي لا زال يعمل بالشكل الصحيح.

كيف تبقى الأقمار الصناعية في مدارها حول الأرض دون أن تسقط؟

واحدة من أكثر المفاهيم المغلوطة انتشاراً هي أن الجاذبية تنعدم في الفضاء، وبمجرد أن تخرج من غلاف الأرض الجوي تصبح حر الحركة تماماً. في الواقع لا يوجد أي مكان معدوم الجاذبية على الإطلاق، لكن باستخدام قوانين الفيزياء من الممكن مقاومة الجاذبية الأرضية والبقاء ضمن الفضاء.

عندما يتم إرسال الأقمار الصناعية إلى الفضاء فهي ترسل بسرعات محددة مسبقاً على ارتفاعات محددة بدقة. حيث أن الحركة بسرعة واتجاه محددين من الممكن أن تجعل القوة النابذة الناتجة عن الدوران مساوية لقوة الجاذبية، وينتج عن ذلك بقاء القمر الصناعي ضمن مداره حول الأرض.

من الممكن مشاهدة هذه العملية بوضوح من تغير سرعات الأقمار الصناعية حسب مداراتها، حيث أن الأقمار القريبة للأرض تحتاج لسرعات هائلة للهروب من الجاذبية (حوالي 7.7 كيلومتر\ثانية عند ارتفاع 400 كيلومتر)، لكن بالابتعاد عنها تنخفض السرعة اللازمة تدريجياً.

من حيث المبدأ أي قمر صناعي في المدار حول الأرض يمر في حالة “سقوط حر” مستمرة، لكن سرعته الأفقية الكبيرة تسمح له بالحفاظ على ارتفاعه دون تغيير.

من الممكن لتغيير السرعة قليلاً للأدنى أن يجعل القمر الصناعي يتحطم على الأرض (ولو بعد مدة)، فيما زيادتها تجعله يبتعد تدريجياً عن الأرض إلى أن يهرب من جاذبيتها تماماً.

قمر الأرض الحقيقي مثلاً يسير بسرعة أكبر من السرعة اللازمة للحفاظ على مداره حول الأرض، لذا فهو يبتعد عن الأرض حوالي 3,8 سنتيمترات إضافية كل عام.

تاريخ مختصر للأقمار الصناعية

• تم إطلاق أول قمر صناعي في التاريخ عام 1957 باسم Sputnik 1 من قبل الاتحاد السوفييتي السابق.
• أطلقت الولايات المتحدة أول قمر صناعي لها باسم Explorer 1 مطلع عام 1958 بعد أشهر فقط من Sputnik 1.
• عام 1960 أطلق القمر الصناعي الأمريكي Tirus-1 ليكون أول قمر صناعي مخصص للأحوال الجوية.
• عام 1962 أطلق القمر الصناعي Telstar-1 ليكون أول قمر صناعي مخصص للاتصالات، وحمل أول إشارة تلفزيونية فضائية في التاريخ.
• عام 1964 تم إطلاق أول قمر صناعي إلى مدار ثابت حول الأرض وهو Syncom-3 المخصص للبث التلفزيوني.
• عام 1970 أطلقت الصين أول قمر صناعي لها، لتكون ثالث دولة في التاريخ تقوم بالأمر.
• عام 1971 أطلقت محطة الفضاء الأولى باسم Salyut-1 من قبل الاتحاد السوفييتي.
• عام 1981 بدأ برنامج Space Shuttle الأمريكي المخصص لنقل رواد الفضاء والمعدات من الأرض إلى المدار حولها بشكل دوري.
• عام 1985 تم إطلاق القمر الصناعي Arabsat-1A كأول قمر صناعي مملوك عربياً (كلن مملوكاً لشركة عربسات السعودية). الملكية فقط كانت عربية، لكن التصنيع والتصميم والإطلاق نفذت بشكل كامل من قبل شركات عالمية عدة دون أي تدخل عربي.
• عام 1990 وصلت التلسكوب الفضائي هابل (Hubble) إلى مداره حول الأرض، حيث كان أول تلسكوب فضائي ولا يزال يعمل حتى الآن.
• عام 1994 بداية عمل أول مجموعة أقمار صناعية مخصصة للتوجيه ضمن نظام الملاحة العالمي GPS. في حينها كان الاستخدام عسكرياً حصراً.
• عام 1998 تم بدأ تشغيل محطة الفضاء الدولية بتعاون بين الولايات المتحدة وروسيا والاتحاد الأوروبي وعدة بلدان أخرى.
• منذ عام 2000 هناك رائد فضاء واحد على الأقل في المحطة الفضائية الدولية في أي لحظة.
• عام 2015 بداية تطوير مشروع StarLink الذي يهدف لصنع شبكة أقمار صناعية تتيح اتصال إنترنت فضائي عالمي. مع نهاية عام 2019 تم إطلاق 122 قمراً صناعياً، والمخطط الوصول إلى 12,000 قمراً صناعياً مع منتصف العقد.
• عام 2017 أطلقت المهمة PSLV-C37 الهندية 104 أقمار صناعية دفعة واحدة، محطمة بذلك الرقم القياسي لأكبر عدد من الإطلاقات معاً.

الأقمار الصناعية في العالم العربي

منذ بداية ظهور الأقمار الصناعية بشكل حقيقي، لم تنجح سوى 12 دولة بإرسال أقمار صناعية إلى الفضاء (في حال احتساب كل من روسيا وأوكرانيا كأجزاء من الاتحاد السوفييتي السابق). ومن بين هذه الدول لا توجد أية دولة عربية حتى اليوم.

مع أن البلدان العربية اليوم تمتلك عدة أقمار الصناعية في المدار (أهمها المملكة العربية السعودية ومصر)، فأي من هذه الأقمار قد تم إطلاقها من بلد أو شركة عربية، والغالبية العظمى منها تم شراؤها عربياً فقط دون الإسهام في تصميمها أو تصنيعها.

على العموم هناك عدة أقمار صناعية مصممة عربياً، حيث هناك القمر الصناعي العراقي Tigrisat الذي صنعه طلبة عراقيون في العاصمة الإيطالية روما، كما هناك القمر الصناعي الأردني JY1-SAT الذي صممه طلبة من عدة جامعات أردنية.

يذكر أن كلاً من القمرين الصناعيين الأردني والعراقي هي أقمار مصغرة للغاية (وزن الأول 1.11 كيلوجرام فقط، والثاني 3 كيلوجرامات)، حيث تنتمي لفئة “CubeSat” أي أنها ركبت من وحدات أساسية ذات شكل مكعب، وصممت من أجزاء متاحة للشراء في السوق وتم تجميعها معاً.

قمر Khalifasat الإماراتي

بعد سنوات من التدريب في كوريا الجنوبية، تمكن فريق من المهندسين الإماراتيين من بناء أول قمر صناعي عربي حقيقي. فقمر “خليفة سات” ليس مصغراً حقاً بل أنه يزن 300 كيلوجرام ومصمم لمراقبة الأرض.

تم بناء قمر خليفة سات في مركز محمد بن راشد للفضاء في مدينة دبي، حيث بنيت “غرفة عقيمة” كبيرة لإنشاء القمر الصناعي وتجربته.

تم إطلاق القمر الصناعي من اليابان خريف عام 2018، حيث يتوقع أن تمتد مهتمه طوال 5 سنوات تالية. وهو الآن في مدار متزامن مع الشمس يدور حول الأرض بشكل رأسي (يمر من فوق القطبين).

كيف تصنع الأقمار الصناعية؟

على الرغم من أن بعض الأقمار الصناعية المصغرة قابلة للتجميع من أجزاء موجودة مسبقاً، وفي بعض الحالات من الممكن لمجموعات من الطلاب بميزانيات صغيرة نسبياً صنعها، فالأمر مختلف جداً عند الحديث عن الأقمار الصناعية ذات الحجم الكامل.

عادة ما تصمم الأقمار الصناعية بشكل منفرد وحسب المتطلبات اللازمة لكل فقمر صناعي على حدة، وعدا عن المنظومات التي تعتمد مخططات أولية موحدة، هناك الكثير من الأقمار الصناعية التي تبنى من الصفر لغايات محددة جداً.

عند بناء القمر الصناعي عادة ما يتم صنع وتجميع المكونات ضمن “غرف عقيمة” معزولة عن كل الأنواع من الملوثات. حيث أن القليل من الغبار أو الأتربة من الممكن أن تتسبب بتعطل الأجزاء الإلكترونية المعقدة أو مشاكل ولو صغيرة في الأداء.

مع كون الأقمار الصناعية غير قابلة للإصلاح حقاً، كما أنها مشاريع مكلفة للغاية ومصممة لتعمل دون مشاكل لسنوات، من المنطقي أن يتم التعامل معها بحذر شديد. فالتصميم والتصنيع من الممكن أن يأخذ سنوات قبل أن يكتمل.

على الرغم من أن العديد من البلدان اليوم تمتلك أقماراً صناعية خاصة بها، فالغالبية العظمى من الأقمار الصناعية تبنى من عدة شركات عالمية رادة. وتتضمن قائمة أكبر الشركات العاملة في المجال شركات مثل:

• شركة Boeing: شركة أمريكية من الأكبر في العالم في مجالات الطيران والفضاء، وتعد من أكبر مصنعي الأقمار الصناعية التجارية والعسكرية والمخصصة للبحث العلمي.
• شركة Airbus: شركة أوروبية مقرها في فرنسا، تعد من أكبر مصنعي الطائرات ونظم الأقمار الصناعية بمختلف أنواعها.
• شركة ISS Rushetnev: شركة روسية حكومية (تأسست في ظل الاتحاد السوفييتي السابق) صممت وصنعت أكثر من 1000 قمر صناعي منذ تأسيسها.
• شركة Lockheed Martin: شركة أمن وبحث علمي وأسلحة أمريكية، وتمتلك واحداً من أكبر أقسام البحث والتصميم لمركبات الفضاء والأقمار الصناعية.
• شركة Thales Alenia Space: شركة فرنسية-إيطالية مع عدة فروع في بلدان أوروبية أخرى.
• شركة SpaceX: شركة خاصة أمريكية، تعد من الأسرع نمواً في مجال الفضاء وتصميم وإطلاق الأقمار الصناعية.

ماذا يحدث للأقمار الصناعية عند انتهاء عمرها التشغيلي

عندما بدأ السباق نحو الفضاء في خمسينيات القرن الماضي، لم يكن أحد مهتماً حقاً بما سيحصل للأقمار الصناعية التي تم إرسالها. بالنتيجة لا يزال هنالك مئات الأقمار الصناعية التي انتهى عمرها التشغيلي منذ زمن، لكنها لا تزال تدور ضمن مداراتها.

بالطبع ومع وجود آلاف الأقمار الصناعية فمن المتوجب وجود طريقة لإنهاء حياة الأقمار الصناعية دون أن تبقى في مداراتها، حيث أنها تشغل مدارات مطلوبة من جهة، كما أنها تشكل خطراً كبيراً باحتمال اصطدامها أو تحطمها وتطاير شظاياها التي من الممكن أن تدمر العديد من الأقمار الصناعية الأخرى.

بالنتيجة عادة ما يكون هناك واحدة من 3 خيارات عند إنهاء خدمة أي قمر صناعي:

النقل إلى مدار “مقبرة”

الفكرة هنا بسيطة نسبياً، حيث يتم استخدام أنظمة توجيه القمر الصناعي لجعله ينتقل إلى مدار أبعد عن الأرض وغير مستخدم تجارياً. وهناك ينخفض احتمال تسببه بأي ضرر إضافي.

التحطم المخطط مسبقاً

بدلاً من إرسال القمر الصناعي إلى مدار مختلف، من الممكن استغلال نظام توجيهه لجعله يقترب من الأرض ومن ثم يسقط بشكل مدروس بدقة ليتحطم على الأرض في مكان معزول بعيداً عن أماكن التجمع البشري.

الإسقاط القسري

هذه الطريقة ليست مستخدمة حقاً اليوم، لكنها قيد الدراسة وقد تمت تجربة صينية عليها بنجاح.

الفكرة هنا هي إطلاق صاروخ صغير ليصيب القمر الصناعي المطلوب في مداره، وبالتالي جعله يهبط متحطماً إلى الأرض.

كم يكلف بناء وإطلاق قمر صناعي إلى الفضاء؟

كما أي مجال آخر، يتفاوت السعر بشكل كبير جداً حسب الأقمار الصناعية التي يراد بناؤها وإطلاقها، كما أن تكاليف الإطلاق مختلفة حسب الحمولة التي سيتم إرسالها، حيث أن الحمولات الأكبر تكلف أقل لكل كيلوجرام من الوزن.

عموماً يمكن تقسيم تكاليف الأقمار الصناعية إلى ثلاثة فئات أساسية: التصميم والبناء، الإطلاق، وأخيراً التشغيل والمراقبة.

التصميم والبناء

بالنسبة للأقمار الصناعية المصغرة التي لا يتعدى وزنها بضعة كيلوجرامات، عادة ما تكون التكاليف منخفضة نسبياً. وعادة ما تتراوح التكاليف بين 10,000 و500,000 دولار أمريكي. حيث أن الأقمار الأصغر تكلف أقل، وكلما ازداد وزن وحجم القمر الصناعي ترتفع تكلفته.

بالنسبة لأقمار البث التلفزيوني يصبح الأمر أعقد، حيث لا توجد معلومات واضحة حقاً عن تكاليف بنائها، بالأخص مع تفاوتها الكبير في المتطلبات والتصميم. لكن عادة ما تشير التقديرات إلى تكاليف بين عدة عشرات حتى بضعة مئات من ملايين الدولارات.

بالانتقال إلى بعض الحالات الخاصة من الممكن أن تكون التكاليف أكبر حتى، حيث أن مرصد هابل الفضائي مثلاً، كلف حوالي 4.7 مليار دولار، بينما كلفت محطة الفضاء الدولية حوالي 150 مليار دولار (بتضمين تكاليف الإطلاق والتشغيل).

الإطلاق

حتى مع بناء أفضل قمر صناعي ممكن على الأرض، فهو غير مفيد إن لم يتم إرساله إلى الفضاء، وإطلاق الأقمار الصناعية عملية مكلفة للغاية، كما أنها تختلف حسب المدار المطلوب للقمر الصناعي.

بالنسبة للمدار الأرضي القريب حيث تدور معظم الأقمار الصناعية، من الممكن أن يكلف كل كيلوجرام من الوزن قرابة 45 ألف دولار أمريكي، لكن من الممكن لهذه التكلفة أن تنخفض إلى الثلث تقريباً في حال تم الإطلاق ضمن حمولة كبيرة كفاية.

بالطبع كلما كان مدار القمر الصناعي أبعد، كلما ازدادت تكلفة إطلاقه. لكن ومع كون معظم الأقمار الصناعية خارج المدار الأرضي القريب تابعة لجهات حكومية لا تكشف حساباتها، فمن الصعب تخمين تكاليف الإطلاق إلى تلك المدارات.

عموماً وفي السنوات الأخيرة أخذت تكاليف إطلاق الأقمار الصناعية في الانخفاض التدريجي، ومع استمرار البحث والتجارب فالأرجح أنها ستصبح أرخص بمرور الوقت.

التشغيل والمراقبة

لا تنتهي التكاليف حقاً بإطلاق الأقمار الصناعية، حيث أن القمر الصناعي غير مفيد حقاً دون التواصل معه وإرسال واستقبال البيانات إليه. لذا عادة ما يكون هناك الكثير من التكلفة المرتبطة بتشغيل القمر الصناعي.

بعض الأقمار الصناعية لا تتطلب سوى جمع بعض البيانات بشكل دوري فقط، لكن العديد منها يحتاج إلى طواقم كاملة لجمع البيانات وتحليلها وتنظيمها، بالإضافة لمراقبة عمل القمر الصناعي وتوجيهه للمهام التالية.

عادة ما تكون أقمار البث التلفزيوني من الأكثر تكلفة في مجال التشغيل، فهي تتطلب مراكز بث أرضية ترسل المعلومات إليها طوال الوقت، كما أن مجال البث الخاص بكل قمر صناعي ليس مجانياً في الواقع، بل أنه مأجور حيث كل MHz من مجال البث يكلف 3500 دولار إضافية شهرياً.