القمر الاصطناعي للأرض هو مركبة فضائية تدور حول الأرض أثناء وجودها في مدار مركزه الأرض. في البداية، تم استخدام كلمة "سبوتنيك" للإشارة إلى المركبات الفضائية السوفيتية، ولكن في 1968-1969. تم تنفيذ فكرة إنشاء قاموس فضائي دولي متعدد اللغات، حيث بدأ، بالاتفاق المتبادل بين الدول المشاركة، تطبيق مصطلح "القمر الصناعي" على الأقمار الصناعية الأرضية التي يتم إطلاقها في أي دولة في العالم.
وفقا للاتفاق الدولي، تعتبر المركبة الفضائية قمرا صناعيا إذا أكملت دورة واحدة على الأقل حول الأرض. من أجل إطلاق قمر صناعي إلى مداره، من الضروري تزويده بسرعة تساوي أو تزيد عن سرعة الإفلات الأولى. يمكن أن يكون ارتفاع طيران القمر الصناعي مختلفًا ويتراوح من عدة مئات إلى مئات الآلاف من الكيلومترات.

يتم تحديد أدنى ارتفاع من خلال وجود عملية فرملة سريعة فيه الطبقات العلياأَجواء. تعتمد الفترة المدارية للقمر الصناعي أيضًا على الارتفاع الذي يختلف من
عدة ساعات إلى عدة أيام. يتم استخدامها في البحث العلمي وحل المشكلات التطبيقية. وهي مقسمة إلى أقمار صناعية عسكرية، وأقمار للأرصاد الجوية، والملاحة، والاتصالات، وما إلى ذلك. وهناك أيضًا أقمار صناعية لراديو الهواة.

إذا كان القمر الصناعي على متنه يحتوي على أجهزة إرسال لاسلكية، أو أي أدوات قياس، أو مصابيح فلاش تستخدم لإرسال الإشارات، فإنه يعتبر نشطًا. تُستخدم الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية السلبية لتنفيذ عدد من المهام العلمية وكأجسام مراقبة من سطح الأرض.

وتعتمد كتلة القمر الصناعي بشكل مباشر على المهام التي يتعين على جسم الإطلاق تنفيذها في الفضاء القريب من الأرض، ويمكن أن تتراوح من مئات الجرامات إلى مئات الأطنان.

للأقمار الصناعية توجه معين في الفضاء حسب المهام الموكلة إليها. على سبيل المثال، يتم استخدام الاتجاه الرأسي للأقمار الصناعية التي تتمثل مهمتها الرئيسية في مراقبة الأجسام الموجودة على سطح الأرض وفي غلافها الجوي.

بالنسبة للأبحاث الفلكية، يتم توجيه الأقمار الصناعية نحو الأجرام السماوية قيد الدراسة. من الممكن توجيه عناصر الأقمار الصناعية الفردية، مثل الهوائيات، نحو محطات الاستقبال الأرضية، والألواح الشمسية نحو الشمس.

تنقسم أنظمة توجيه الأقمار الصناعية إلى سلبية (مغناطيسية، هوائية، وجاذبية) ونشطة (أنظمة مجهزة بعناصر تحكم).

وتستخدم هذه الأخيرة بشكل رئيسي في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية المعقدة تقنيًا.

أول قمر صناعي في العالم كان سبوتنيك 1. تم إطلاقه في 4 أكتوبر 1957 من قاعدة بايكونور الفضائية.

على إنشاء هذه المركبة الفضائية، عمل كبار العلماء في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في ذلك الوقت، بما في ذلك مؤسس رواد الفضاء العملي S. P. Korolev، M. K. Tikhonravov، M. V. Keldysh وغيرها الكثير. كان القمر الصناعي عبارة عن كرة من الألومنيوم يبلغ قطرها 58 سم وكتلتها 83.6 كجم. في الأعلى كان هناك هوائيان، يتكون كل منهما من دبابيس وأربعة هوائيات. وقد تم تجهيز القمر الصناعي بجهازي إرسال راديو مزودين بإمدادات الطاقة. كان نطاق أجهزة الإرسال كبيرًا بحيث يتمكن هواة الراديو من تتبع تحركاته. أكملت 1440 دورة حول الأرض في 92 يومًا. أثناء الرحلة، أصبح من الممكن لأول مرة تحديد كثافة الغلاف الجوي العلوي عن طريق تغيير مدار القمر الصناعي، بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على البيانات الأولى حول انتشار الإشارات الراديوية في طبقة الأيونوسفير. بالفعل في 3 نوفمبر، تم إطلاق القمر الصناعي البيولوجي الثاني للأرض، والذي قام على متنه، بالإضافة إلى المعدات العلمية المحسنة، بتسليم كائن حي إلى المدار - الكلب لايكا. وكان الوزن الإجمالي للقمر الصناعي 508.3 كجم. وقد تم تجهيز القمر الصناعي بأنظمة التنظيم الحراري والتجديد للحفاظ على الظروف اللازمة لحياة الحيوان.

كان أول قمر صناعي لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لأغراض الاستطلاع هو زينيت -2، الذي تم إطلاقه في مداره في 26 أبريل 1962. وتضمنت مجموعة المعدات كبسولة لإسقاط المواد الفوتوغرافية ومعدات استطلاع الصور والراديو المختلفة.

أصبحت الولايات المتحدة ثاني قوة عالمية تكتشف الفضاء الخارجي بإطلاق قمرها الصناعي إكسبلورر 1 في 1 فبراير 1958 (حسب بعض المصادر 31 يناير 1958). وتم إطلاق القمر الصناعي وتطويره من قبل فريق من المتخصصين تحت قيادة المهندس الألماني السابق فيرنر فون براون، مبتكر "سلاح الانتقام" - الصاروخ المعروف باسم V-2. تم إطلاق القمر الصناعي باستخدام صاروخ ريدستون الباليستي الذي استخدم مزيجًا من الكحول الإيثيليوالهيدرازين (N,H4). كانت كتلة القمر الصناعي 8.3 كجم، وهو أقل بعشر مرات من القمر الصناعي السوفيتي، ومع ذلك، كان لدى Explorer 1 عداد جيجر ومستشعر للجسيمات الجوية على متنه.
أصبحت فرنسا القوة الفضائية الثالثة، حيث أطلقت القمر الصناعي أستريكس-1 في 26 نوفمبر 1965. وكانت أستراليا هي القوة التالية التي حصلت على حق أن يطلق عليها لقب القوة الفضائية، حدث ذلك في 29 نوفمبر 1967، وكان القمر الصناعي يسمى VRESAT-1 . في عام 1970، انضمت قوتان على الفور إلى قائمة الأقمار الصناعية الأرضية - اليابان (القمر الصناعي أوسومي) والصين (القمر الصناعي الصيني -1).

أول قمر صناعي للأرض

قمر صناعي للأرض (AES) - يدور في مدار مركزه الأرض.

حركة قمر صناعي للأرض في مدار ثابت بالنسبة للأرض

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 من خلال ضرورة تجنب عملية الكبح السريع في الغلاف الجوي. يمكن أن تتراوح الفترة المدارية للقمر الصناعي، اعتمادًا على متوسط ​​ارتفاع الرحلة، من ساعة ونصف إلى عدة سنوات. تعتبر الأقمار الصناعية الموجودة في المدار الثابت بالنسبة للأرض ذات أهمية خاصة، والتي تساوي مدتها المدارية يومًا واحدًا تمامًا، وبالتالي فهي "تعلق" بلا حراك في السماء بالنسبة للمراقب الأرضي، مما يجعل من الممكن التخلص من الأجهزة الدوارة في الهوائيات.

مصطلح القمر الصناعي يعني عادة بدون طيار مركبة فضائيةومع ذلك، فإن مركبات الشحن الفضائية المأهولة وغير المأهولة القريبة من الأرض، كذلك محطات مداريةفي الواقع، هم أيضًا أقمار صناعية. يمكن إطلاق محطات الكواكب الأوتوماتيكية والمركبات الفضائية بين الكواكب في الفضاء السحيق من خلال تجاوز مرحلة القمر الصناعي (ما يسمى بالصعود الأيمن) وبعد الإطلاق الأولي في ما يسمى. المدار المرجعي للأقمار الصناعية

في البدايه عصر الفضاءتم إطلاق الأقمار الصناعية فقط 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، فهو ممكن من الناحية النظرية، لكن سفن الفضاء MTKK، والمدافع الفضائية، والمصاعد الفضائية 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. خلال بعض عمليات الإطلاق الخطوات الأخيرةتدخل مركبات الإطلاق أيضًا إلى المدار وتصبح أقمارًا صناعية لبعض الوقت.

تتراوح كتلة الأقمار الصناعية غير المأهولة من عدة كيلوغرامات إلى عشرين طنًا وأبعادها من عدة سنتيمترات إلى (على وجه الخصوص، 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، ومع تطور التصغير الدقيق وتكنولوجيا النانو، أصبح إنشاء أقمار صناعية مكعبات صغيرة جدًا (من واحد إلى عدة كجم ومن عدة إلى عدة عشرات من السنتيمترات) ظاهرة جماهيرية، وأيضًا صيغة جديدة Pocketsat (حرفيًا الجيب) يبلغ وزنه عدة مئات أو عشرات الجرام وعدة سنتيمترات.

تم تصميم الأقمار الصناعية في المقام الأول لتكون غير قابلة للإرجاع، ولكن بعضها (في المقام الأول مأهولة وبعض المركبات الفضائية لنقل البضائع) يمكن استرجاعها جزئيًا (مع وجود مركبة هبوط) أو بشكل كامل (الطائرات الفضائية والأقمار الصناعية العائدة على متنها).

تُستخدم الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية على نطاق واسع بحث علميوالمهام التطبيقية (الأقمار الصناعية العسكرية، الأقمار الصناعية البحثية، أقمار الأرصاد الجوية، أقمار الملاحة، أقمار الاتصالات، الأقمار الصناعية الحيوية، وما إلى ذلك)، وكذلك في التعليم (أصبحت الأقمار الصناعية الجامعية ظاهرة جماهيرية في العالم؛ الأقمار الصناعية التي أنشأها المعلمون وطلاب الدراسات العليا و طلاب جامعة موسكو الحكومية، من المخطط إطلاق قمر صناعي لجامعة موسكو التقنية الحكومية يحمل اسم بومان) وهواية - أقمار راديو الهواة. في بداية عصر الفضاء، تم إطلاق الأقمار الصناعية من قبل الدول (الوطنية المنظمات الحكومية)، ولكن بعد ذلك انتشرت الأقمار الصناعية التابعة للشركات الخاصة على نطاق واسع. ومع ظهور الأقمار الصناعية المكعبة والأقمار الصناعية التي تصل تكاليف إطلاقها إلى عدة آلاف من الدولارات، أصبح من الممكن إطلاق الأقمار الصناعية من قبل الأفراد.

تم إطلاق الأقمار الصناعية من قبل أكثر من 70 دولة مختلفة (بالإضافة إلى الشركات الفردية) باستخدام مركبات الإطلاق الخاصة بها وتلك المقدمة كخدمات إطلاق من قبل بلدان أخرى ومنظمات حكومية دولية وخاصة.

تم إطلاق أول قمر صناعي في العالم في الاتحاد السوفييتي في 4 أكتوبر 1957 (سبوتنيك-1). الدولة الثانية التي أطلقت قمرًا صناعيًا كانت الولايات المتحدة في 1 فبراير 1958 (إكسبلورر 1). أطلقت الدول التالية - بريطانيا العظمى وكندا وإيطاليا - أقمارها الصناعية الأولى في الأعوام 1962، 1962، 1964. على التوالي على مركبات الإطلاق الأمريكية. الدولة الثالثة التي أطلقت أول قمر صناعي على مركبة الإطلاق الخاصة بها كانت فرنسا في 26 نوفمبر 1965 (أستريكس). حصلت أستراليا وألمانيا على أول أقمار صناعية في عامي 1967 و1969. وفقًا لذلك أيضًا بمساعدة مركبة الإطلاق الأمريكية. أطلقت اليابان والصين وإسرائيل أول أقمارها الصناعية على مركبات الإطلاق الخاصة بها في الأعوام 1970 و1970 و1988. أطلق عدد من الدول - بريطانيا العظمى، والهند، وإيران، بالإضافة إلى أوروبا (المنظمة الحكومية الدولية ESRO، الآن وكالة الفضاء الأوروبية) - أول أقمارها الصناعية على حاملات طائرات أجنبية قبل إنشاء مركبات الإطلاق الخاصة بها. تم تطوير وشراء الأقمار الصناعية الأولى للعديد من البلدان في بلدان أخرى (الولايات المتحدة الأمريكية، اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، الصين، إلخ).

تتميز الأنواع التالية من الأقمار الصناعية:

الأقمار الصناعية الفلكية هي أقمار صناعية مصممة لدراسة الكواكب والمجرات والأجسام الفضائية الأخرى.
الأقمار الصناعية الحيوية هي أقمار صناعية مصممة لإجراء تجارب علمية على الكائنات الحية في الفضاء.
الاستشعار عن بعد للأرض
مركبة فضائية - مركبة فضائية مأهولة
محطات الفضاء - مركبات فضائية طويلة الأمد
أقمار الأرصاد الجوية هي أقمار صناعية مصممة لنقل البيانات بغرض التنبؤ بالطقس وأيضاً لمراقبة مناخ الأرض
الأقمار الصناعية الصغيرة هي أقمار صناعية صغيرة الوزن (أقل من 1 أو 0.5 طن) وحجمها. تشمل الأقمار الصناعية الصغيرة (أكثر من 100 كجم)، والسواتل الصغيرة (أكثر من 10 كجم)، والسواتل النانوية (أخف من 10 كجم)، بما في ذلك. CubeSats وPocketSats.
أقمار الاستطلاع
الأقمار الصناعية للملاحة
أقمار الاتصالات
الأقمار الصناعية التجريبية

في 10 فبراير 2009، ولأول مرة في التاريخ، حدث اصطدام بين قمرين صناعيين. اصطدم قمر صناعي عسكري روسي (أُطلق إلى مداره في عام 1994، ولكن تم سحبه من الخدمة بعد ذلك بعامين) وقمر صناعي أمريكي عامل من مشغل الهاتف عبر الأقمار الصناعية إيريديوم. ويزن "كوزموس-2251" حوالي طن واحد، و"إيريديوم 33" 560 كجم.

اصطدم القمران الصناعيان في السماء فوق شمال سيبيريا. ونتيجة الاصطدام تشكلت سحابتان من الحطام والشظايا الصغيرة ( المجموعكان هناك حوالي 600 قطعة).

منذ الطفولة المبكرة، عندما ينظر الإنسان إلى السماء المرصعة بالنجوم والقمر، يتساءل عن كيفية عمل الفضاء والنجوم والكواكب والمجرة والكون. نحن ننجذب إلى كل شيء غير معروف وغير مفهوم. تمكن العلماء السوفييت من رفع الستار عن لغز الفضاء بقيادة مهندس التصميم العبقري سيرجي بافلوفيتش كوروليف، الذي أطلقوا تحت قيادته أول قمر صناعي للأرض (يُختصر بـ AES).

البداية الأولى

كان الاتحاد السوفييتي هو أول من أطلق في 4 أكتوبر 1957 أبسط قمر صناعي أرضي، أو PS-1، إلى الفضاء الخارجي على مركبة إطلاق R-7 من قاعدة بايكونور الفضائية. ترأس الفريق الإبداعي لمبدعي القمر الصناعي سيرجي كوروليف.

سيرجي كوروليف ويوري جاجارين

تعتبر الخصائص التقنية لأول قمر صناعي أرضي بدائي للغاية مقارنة بالأقمار الصناعية التي يتم إطلاقها في عصرنا.

كانت PS-1 عبارة عن كرة يبلغ قطرها حوالي 58 سم، وتم ربط أربعة هوائيات بطول 2.4 و2.9 متر، وكانت ضرورية لاستقبال الاستقبال اللاسلكي. كانت كتلة PS-1 83.6 كجم. داخل القمر الصناعي، كانت هناك أجهزة استشعار للضغط ودرجة الحرارة، يتم تشغيل المراوح بواسطة مرحلات، والتي تبدأ العمل إذا ارتفعت درجة الحرارة فوق +30 درجة مئوية، وتبديل الجهاز الذي ينقل الإشارة من القمر الصناعي إلى الأرض.

انفصل PS-1 عن مركبة الإطلاق بعد 295 ثانية من الإطلاق، وبعد 315 ثانية من الإطلاق، أرسل أول إشارة راديو إلى الأرض يمكن لأي هاوي راديو استقبالها؛ وكانت هذه الإشارات تتكرر لمدة دقيقتين تقريبًا: "صفارة، صفارة. " صدمت هذه الإشارات العالم أجمع، وبدأ عصر الملاحة الفضائية وسباق التسلح بين الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة الأمريكية.

بقي PS-1 في المدار الإهليلجي للأرض لمدة 92 يومًا وأكمل 1440 دورة حول الكوكب، واستمر في إرسال إشارة لاسلكية لمدة 20 يومًا. وبعد ذلك بدأت سرعة دوران PS-1 في الانخفاض، وفي 4 يناير 1957، احترق في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي بسبب الاحتكاك العالي.

تكنولوجيا الفضاء

في الوقت الحاضر، هناك ما يقرب من 13 ألف قمر صناعي للأرض تجوب مساحات الكون، ينتمي معظمها إلى الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا والصين. تتمثل تقنية إطلاق الأقمار الصناعية في منحها أعلى سرعة ممكنة عند الإطلاق. وبمجرد وصوله إلى المدار الإهليلجي للأرض، سيتمكن القمر الصناعي من العمل بنفسه، دون تشغيل المحركات، وذلك بسبب السرعة المتراكمة لفترة طويلةتدوير وإرسال الإشارات.

بالنسبة للعالم الحديث، تعتبر الأقمار الصناعية جزءًا لا يتجزأ من عالمنا؛ أقمار الاتصالات، أقمار الملاحة، أقمار الأرصاد الجوية، أقمار الاستطلاع، الأقمار الصناعية الحيوية والعديد من الأقمار الصناعية الأخرى تساعدنا في الحياة اليومية.

نحن نتنبأ بالطقس ونرسم طرقًا جديدة ونستخدم الاتصالات الخلوية والفضائيات والإنترنت اللاسلكي ونرسم الخرائط ونسجل قطع الأراضي المرتبطة بالقمر الصناعي، وكل هذا بفضل الأقمار الصناعية الأرضية.

استكشاف الفضاء

هناك العديد من الحقائق المثيرة للاهتمام حول الأقمار الصناعية للأرض، لكن المركبات الفضائية غير المأهولة تستكشف أيضًا كواكب أخرى. لذا، بالإضافة إلى الأقمار الصناعية التي تجعل حياتنا اليومية أسهل، فإن البشرية لا تقف ساكنة، ويوجد حاليًا أقمار صناعية للقمر والمريخ والشمس والزهرة.

تم إطلاق القمر الصناعي الاصطناعي للقمر لأول مرة من قبل علماء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، وقد نقل هذا القمر الصناعي صورًا لسطح القمر، وبمساعدة العلماء اقتنعوا بشكله المحدد، وتعرفوا على بنيته وخصائص الجاذبية.
القمر الاصطناعي للمريخ: في الوقت نفسه، بدأت ثلاثة أقمار صناعية في دراسة هذا الكوكب، اثنان سوفييتيان وواحد أمريكي.

كل هذه الأقمار الصناعية كان لها مهام مختلفة، بعضها قام بتصوير سطح الكوكب، والبعض الآخر قام بدراسة درجة الحرارة، والتضاريس، وانسيابية الكوكب، ووجود الماء، ولكن تجدر الإشارة إلى أن أول قمر صناعي قام بهبوط سلس على السطح لهذا الكوكب كان القمر الصناعي السوفيتي مارس-3.

ظهر أول قمر صناعي بالقرب من الشمس عندما لم تكن هناك أي نية لإطلاقه هناك. مر قمر ناسا الصناعي، الذي كان من المفترض أن يستكشف سطح القمر، عبر مدار القمر وتوقف في مدار الشمس. تمتلك روسيا أيضًا قمرًا صناعيًا خاصًا بها للشمس، والذي يدرس نشاط الملح وينقل التوهجات والتقلبات المغناطيسية الأرضية.

استكشاف فوبوس، قمر المريخ

الأقمار الصناعية لكوكب الزهرة. وكان الاتحاد السوفييتي أول من أرسل أقمارًا صناعية في عام 1975، حيث حصلوا بمساعدتها على صور عالية الجودة لسطح هذا الكوكب.

4 أكتوبر 1957 هو تاريخ لا يُنسى للبشرية جمعاء، ففي هذا اليوم تحتفل روسيا الاتحادية بيوم قوات الفضاء الروسية، ويحتفل العالم أجمع بإطلاق أول قمر صناعي للأرض.

في العالم الحديثإن سكان كوكبنا يستخدمون بالفعل إنجازات تكنولوجيا الفضاء بنشاط. الأقمار الصناعية العلمية، مثل التلسكوب الفضائي، يُظهر لنا عظمة وضخامة الفضاء المحيط بنا، والمعجزات التي تحدث في الزوايا البعيدة للكون وفي الفضاء القريب. تلقى الاستخدام النشط أقمار الاتصالات، مثل، على سبيل المثال، "جالاكسي الحادي عشر". بمشاركتهم يتم ضمان ذلك الهاتف الدولي والمحمولوبالطبع، الفضائيات. تلعب أقمار الاتصالات دورًا كبيرًا في التوزيع إنترنت. وبفضلهم تمكنا من الوصول إلى المعلومات بسرعة هائلة، والتي تقع فعليا على الجانب الآخر من العالم، في قارة أخرى. أقمار المراقبة، واحد منهم "بقعة"، نقل المعلومات المهمة لمختلف الصناعات والمنظمات الفردية، مما يساعد، على سبيل المثال، الجيولوجيين في البحث عن الرواسب المعدنية والإدارات مدن أساسيه- خطة تطوير علماء البيئة - تقييم مستوى تلوث الأنهار والبحار. تتنقل الطائرات والسفن والسيارات باستخدام الأقمار الصناعية للنظام العالمي لتحديد المواقع (GPS).، ويتم إدارة الاتصالات البحرية باستخدام الأقمار الصناعية للملاحةوأقمار الاتصالات. لقد اعتدنا بالفعل على رؤية الصور الملتقطة بواسطة الأقمار الصناعية في تنبؤات الطقس مثل "ميتيوسات". وتساعد الأقمار الصناعية الأخرى العلماء على مراقبة البيئة عن طريق نقل معلومات مثل ارتفاع الأمواج ودرجات حرارة مياه البحر. الأقمار الصناعية العسكريةتزويد الجيوش والأجهزة الأمنية بمجموعة واسعة من المعلومات، بما في ذلك البيانات الاستخباراتية الإلكترونية، التي يتم تنفيذها، على سبيل المثال، عن طريق الأقمار الصناعية "ماغنوم"، بالإضافة إلى صور عالية الدقة ذات أداء عالي أقمار الاستطلاع البصرية والرادارية السرية. في هذا القسم من الموقع سوف نتعرف على العديد من أنظمة الأقمار الصناعية ومبادئ عملها وهيكل الأقمار الصناعية.

بادئ ذي بدء، من أجل الحصول على فكرة فورية عن مدى تعقيد أنظمة الأقمار الصناعية والاتصالات، دعونا نفكر في أحد أقمار الاتصالات الأولى، وهو "أقرب إلى الواقع" - القمر الصناعي "كومستار".

قمر الاتصالات كومستار 1

تصميم قمر الاتصالات Comstar-1

كان القمر الصناعي واحدًا من أولى الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض والتي تم استخدامها لتلبية الاحتياجات اليومية للناس "كومستار". الأقمار الصناعية "كومستار 1"تسيطر عليها المشغل "كومسات"ويتم تأجيرها بواسطة AT&T. تم تصميم مدة خدمتهم لمدة سبع سنوات. يقومون بنقل إشارات الهاتف والتلفزيون في جميع أنحاء الولايات المتحدة وكذلك بورتوريكو. ومن خلالها يمكن نقل ما يصل إلى 6000 محادثة هاتفية وما يصل إلى 12 قناة تلفزيونية في وقت واحد. الأبعاد الهندسية للقمر الصناعي "كومستار 1": الارتفاع: 5.2 م (17 قدمًا)، القطر: 2.3 م (7.5 قدم). الوزن الأولي هو 1410 كجم (3109 رطلاً).

يسمح هوائي اتصالات جهاز الإرسال والاستقبال المزود بشبكات الاستقطاب الرأسي والأفقي بالاستقبال والإرسال على نفس التردد، ولكن باستقطاب عمودي. ونتيجة لذلك، تتضاعف سعة قنوات التردد الراديوي للقمر الصناعي. بالنظر إلى المستقبل، يمكننا القول أن استقطاب إشارة الراديو يستخدم الآن في جميع أنظمة الأقمار الصناعية تقريبًا، وهذا أمر مألوف بشكل خاص لأصحاب أنظمة استقبال الأقمار الصناعية التلفزيونية، حيث يتعين عليهم، عند ضبط القنوات التلفزيونية عالية التردد، ضبط إما عموديًا أو الاستقطاب الأفقي.

ميزة أخرى مثيرة للاهتمام في التصميم هي أن الجسم الأسطواني للقمر الصناعي يدور بسرعة حوالي دورة واحدة في الثانية لتوفير تأثير التثبيت الجيروسكوبي للقمر الصناعي في الفضاء. إذا أخذنا في الاعتبار الكتلة الكبيرة للقمر الصناعي - حوالي طن ونصف - فإن التأثير يحدث بالفعل. وفي الوقت نفسه تبقى هوائيات الأقمار الصناعية موجهة إلى نقطة معينة في الفضاء على الأرض لتبعث إشارة راديوية مفيدة هناك.

وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون القمر الصناعي في مدار ثابت بالنسبة للأرض، أي. "يعلق" فوق الأرض "بلا حراك"، وبشكل أكثر دقة، يطير حول الكوكب بسرعة دورانه حول محوره في اتجاه دورانه. الانحراف عن نقطة تحديد الموقع نتيجة لتأثير عوامل مختلفة أهمها جاذبية القمر المتداخلة ومواجهات الغبار الكوني والأجسام الفضائية الأخرى، تتم مراقبته بواسطة نظام التحكم وضبطه بشكل دوري بواسطة محركات المركبة نظام التحكم في الموقف عبر الأقمار الصناعية.

يوجد على الجزء الخارجي من سبوتنيك أربعة هوائيات سوطية تُرسل على ترددات الموجات القصيرة أعلى وأقل من المعيار الحالي (27 ميجاهرتز). التقطت محطات التتبع على الأرض إشارة الراديو وأكدت أن القمر الصناعي الصغير نجا من الإطلاق وكان ناجحًا في مساره حول كوكبنا. بعد شهر الاتحاد السوفياتيإطلاق سبوتنيك 2 إلى مداره. داخل الكبسولة كانت الكلبة لايكا.

في ديسمبر 1957، حاول يائسًا مواكبة خصومه الحرب الباردةحاول العلماء الأمريكيون وضع القمر الصناعي في مداره مع كوكب فانجارد. ولسوء الحظ، تحطم الصاروخ واحترق أثناء الإقلاع. بعد ذلك بوقت قصير، في 31 يناير 1958، كررت الولايات المتحدة النجاح السوفييتي من خلال تبني خطة فيرنر فون براون لإطلاق القمر الصناعي إكسبلورر 1 بصاروخ أمريكي. حجر احمر. حمل المستكشف 1 أدوات للكشف عن الأشعة الكونية واكتشف في تجربة أجراها جيمس فان ألين من جامعة أيوا أن عدد الأشعة الكونية أقل بكثير مما كان متوقعًا. أدى هذا إلى اكتشاف منطقتين حلقيتين (سميتا في النهاية باسم فان ألين) مملوءتين بالجسيمات المشحونة المحاصرة حقل مغناطيسيأرض.

وبتشجيع من هذه النجاحات، بدأت العديد من الشركات في تطوير وإطلاق الأقمار الصناعية في الستينيات. وكان أحدهم شركة هيوز للطائرات، مع المهندس النجم هارولد روزين. قاد روزن الفريق الذي نفذ فكرة كلارك، وهي وضع قمر صناعي للاتصالات في مدار الأرض بطريقة تمكنه من عكس موجات الراديو من مكان إلى آخر. في عام 1961، منحت ناسا عقدًا لشركة هيوز لبناء سلسلة الأقمار الصناعية Syncom (الاتصالات المتزامنة). في يوليو 1963، رأى روزن وزملاؤه انفجار سينكوم-2 في الفضاء ودخوله في مدار متزامن مع الأرض. استخدم الرئيس كينيدي نظام جديدللتحدث مع رئيس وزراء نيجيريا في أفريقيا. وسرعان ما انطلق Syncom-3 أيضًا، والذي يمكنه بالفعل بث إشارة تلفزيونية.

لقد بدأ عصر الأقمار الصناعية.

ما الفرق بين القمر الصناعي والحطام الفضائي؟

من الناحية الفنية، القمر الصناعي هو أي جسم يدور حول كوكب أو أصغر الجرم السماوي. يصنف علماء الفلك الأقمار على أنها أقمار طبيعية، وعلى مر السنين قاموا بتجميع قائمة بمئات من هذه الأجسام التي تدور حول الكواكب والكواكب القزمة على كوكبنا. النظام الشمسي. على سبيل المثال، أحصوا 67 قمرا لكوكب المشتري. ولا يزال.

يمكن أيضًا تصنيف الأجسام التي من صنع الإنسان مثل سبوتنيك وإكسبلورر على أنها أقمار صناعية لأنها، مثل الأقمار، تدور حول كوكب. لسوء الحظ، أدى النشاط البشري إلى حقيقة أن هناك كمية كبيرةقمامة. كل هذه القطع والحطام تتصرف مثل الصواريخ الكبيرة، حيث تدور حول الكوكب بسرعة عالية في مسار دائري أو بيضاوي. وفي تفسير صارم للتعريف، يمكن تعريف كل جسم من هذا القبيل على أنه قمر صناعي. لكن علماء الفلك عمومًا يعتبرون الأقمار الصناعية هي تلك الأجسام التي تؤدي وظيفة مفيدة. تندرج قصاصات المعدن وغيرها من النفايات ضمن فئة الحطام المداري.

يأتي الحطام المداري من مصادر عديدة:

• انفجار صاروخي ينتج عنه معظم النفايات.
• أرخى رائد الفضاء يده - إذا كان رائد الفضاء يقوم بإصلاح شيء ما في الفضاء وأخطأ في مفتاح الربط، فإنه سيضيع إلى الأبد. يذهب المفتاح إلى المدار ويطير بسرعة حوالي 10 كم/ثانية. وإذا اصطدمت بشخص أو قمر صناعي، فقد تكون النتائج كارثية. تعتبر الأجسام الكبيرة مثل محطة الفضاء الدولية هدفًا كبيرًا للحطام الفضائي.
• العناصر المهملة. أجزاء من حاويات الإطلاق وأغطية عدسات الكاميرا وما إلى ذلك.

أطلقت وكالة ناسا قمرًا صناعيًا خاصًا يسمى LDEF لدراسة الآثار طويلة المدى للاصطدامات بالحطام الفضائي. وعلى مدار ست سنوات، سجلت أجهزة القمر الصناعي حوالي 20 ألف ارتطام، بعضها ناجم عن النيازك الدقيقة والبعض الآخر بسبب الحطام المداري. يواصل علماء ناسا تحليل بيانات LDEF. لكن اليابان لديها بالفعل شبكة عملاقة لالتقاط الحطام الفضائي.

ماذا يوجد داخل القمر الصناعي العادي؟

هناك أقمار صناعية أشكال مختلفةوالأحجام وأداء العديد وظائف مختلفةومع ذلك، فهي جميعها متشابهة في الأساس. جميعها لها إطار وجسم معدني أو مركب، وهو ما يسميه المهندسون الناطقون باللغة الإنجليزية بالحافلة، ويطلق عليه الروس اسم المنصة الفضائية. تجمع المنصة الفضائية كل شيء معًا وتوفر التدابير الكافية لضمان بقاء الأدوات على قيد الحياة عند الإطلاق.

جميع الأقمار الصناعية لديها مصدر للطاقة (عادة الألواح الشمسية) والبطاريات. تسمح مصفوفات الألواح الشمسية بشحن البطاريات. أحدث الأقمار الصناعيةتشمل خلايا الوقود. الطاقة الساتلية مكلفة للغاية ومحدودة للغاية. تُستخدم خلايا الطاقة النووية عادة لإرسال مجسات فضائية إلى كواكب أخرى.

تحتوي جميع الأقمار الصناعية على جهاز كمبيوتر على متنها للتحكم والمراقبة أنظمة مختلفة. كل شخص لديه راديو وهوائي. كحد أدنى، تحتوي معظم الأقمار الصناعية على جهاز إرسال لاسلكي وجهاز استقبال لاسلكي حتى يتمكن الطاقم الأرضي من الاستعلام عن حالة القمر الصناعي ومراقبتها. تسمح العديد من الأقمار الصناعية بالكثير من الأشياء المختلفة، بدءًا من تغيير المدار وحتى إعادة برمجة نظام الكمبيوتر.

وكما قد تتوقع، فإن تجميع كل هذه الأنظمة معًا ليس بالمهمة السهلة. يستغرق سنوات. كل شيء يبدأ بتحديد هدف المهمة. يتيح تحديد معلماته للمهندسين تجميع الأدوات اللازمة وتثبيتها بالترتيب الصحيح. بمجرد الموافقة على المواصفات (والميزانية)، يبدأ تجميع القمر الصناعي. يتم ذلك في غرفة نظيفة، في بيئة معقمة، مما يسمح لك بالصيانة درجة الحرارة المطلوبةوالرطوبة وحماية القمر الصناعي أثناء التطوير والتجميع.

عادة ما يتم تصنيع الأقمار الصناعية حسب الطلب. قامت بعض الشركات بتطوير أقمار صناعية معيارية، أي هياكل يسمح تجميعها بتركيب عناصر إضافية وفقًا للمواصفات. على سبيل المثال، تحتوي أقمار بوينج 601 على وحدتين أساسيتين - هيكل لنقل النظام الفرعي للدفع والإلكترونيات والبطاريات؛ ومجموعة من الرفوف على شكل قرص العسل لتخزين المعدات. تسمح هذه النمطية للمهندسين بتجميع الأقمار الصناعية من الفراغات وليس من الصفر.

كيف يتم إطلاق الأقمار الصناعية في المدار؟

اليوم، يتم إطلاق جميع الأقمار الصناعية إلى المدار على صاروخ. يقوم العديد بنقلهم في قسم الشحن.

في معظم عمليات إطلاق الأقمار الصناعية، يتم إطلاق الصاروخ بشكل مستقيم إلى أعلى، مما يسمح له بالتحرك بشكل أسرع عبر الغلاف الجوي السميك وتقليل استهلاك الوقود. بعد إقلاع الصاروخ، تستخدم آلية التحكم في الصاروخ نظام التوجيه بالقصور الذاتي لحساب التعديلات اللازمة على فوهة الصاروخ لتحقيق الدرجة المطلوبة.

وبعد دخول الصاروخ إلى الهواء الرقيق، على ارتفاع حوالي 193 كيلومتراً، يطلق نظام الملاحة صواريخ صغيرة، تكفي لقلب الصاروخ إلى داخله. الوضع الأفقي. بعد ذلك، يتم تحرير القمر الصناعي. ويتم إطلاق الصواريخ الصغيرة مرة أخرى مما يؤدي إلى حدوث فرق في المسافة بين الصاروخ والقمر الصناعي.

السرعة المدارية والارتفاع

ويجب أن تصل سرعة الصاروخ إلى 40320 كيلومترا في الساعة حتى يتمكن من الهروب تماما جاذبية الأرضويطير إلى الفضاء. السرعة الفضائية أكبر بكثير مما يحتاجه القمر الصناعي في مداره. إنهم لا يهربون من جاذبية الأرض، بل هم في حالة توازن. السرعة المدارية هي السرعة المطلوبة للحفاظ على التوازن بين سحب الجاذبية وحركة القصور الذاتي للقمر الصناعي. أي ما يقرب من 27359 كيلومترًا في الساعة على ارتفاع 242 كيلومترًا. وبدون الجاذبية، فإن القصور الذاتي سيحمل القمر الصناعي إلى الفضاء. حتى مع وجود الجاذبية، إذا تحرك القمر الصناعي بسرعة كبيرة، فسيتم حمله إلى الفضاء. إذا تحرك القمر الصناعي ببطء شديد، فإن الجاذبية سوف تسحبه نحو الأرض.

تعتمد السرعة المدارية للقمر الصناعي على ارتفاعه فوق الأرض. كلما اقتربنا من الأرض، سرعة أسرع. وعلى ارتفاع 200 كيلومتر، تبلغ السرعة المدارية 27400 كيلومتر في الساعة. وللحفاظ على مدار على ارتفاع 35786 كيلومترا، يجب أن يتحرك القمر الصناعي بسرعة 11300 كيلومتر في الساعة. تسمح هذه السرعة المدارية للقمر الصناعي بالتحليق مرة واحدة كل 24 ساعة. وبما أن الأرض تدور أيضًا لمدة 24 ساعة، فإن القمر الصناعي على ارتفاع 35,786 كيلومترًا يكون في موقع ثابت بالنسبة إلى سطح الأرض. ويسمى هذا الموقف ثابت بالنسبة للأرض. يعتبر المدار الثابت بالنسبة للأرض مثاليًا للأقمار الصناعية الخاصة بالطقس والاتصالات.

بشكل عام، كلما ارتفع المدار، زادت مدة بقاء القمر الصناعي هناك. على ارتفاع منخفض، يكون القمر الصناعي في الغلاف الجوي للأرض، مما يخلق مقاومة. على ارتفاع عاليولا توجد أي مقاومة تقريبًا، ويمكن للقمر الصناعي، مثل القمر، أن يبقى في مداره لعدة قرون.

أنواع الأقمار الصناعية

على الأرض، تبدو جميع الأقمار الصناعية متشابهة - صناديق أو اسطوانات لامعة مزينة بأجنحة مصنوعة من الألواح الشمسية. لكن في الفضاء، تتصرف هذه الآلات المتثاقلة بشكل مختلف تمامًا اعتمادًا على مسار طيرانها وارتفاعها واتجاهها. ونتيجة لذلك، يصبح تصنيف الأقمار الصناعية مسألة معقدة. أحد الأساليب هو تحديد مدار المركبة بالنسبة لكوكب (عادةً الأرض). تذكر أن هناك مدارين رئيسيين: دائري وإهليلجي. تبدأ بعض الأقمار الصناعية في شكل بيضاوي ثم تدخل في مدار دائري. ويتبع آخرون مسارًا بيضاويًا يُعرف باسم مدار مولنيا. تدور هذه الأجسام عادةً من الشمال إلى الجنوب عبر قطبي الأرض وتكمل تحليقًا كاملاً خلال 12 ساعة.

تمر الأقمار الصناعية ذات المدار القطبي أيضًا بالقطبين مع كل دورة، على الرغم من أن مداراتها أقل إهليلجية. تبقى المدارات القطبية ثابتة في الفضاء أثناء دوران الأرض. ونتيجة لذلك، فإن معظم الأرض تمر تحت القمر الصناعي في مدار قطبي. ولأن المدارات القطبية توفر تغطية ممتازة للكوكب، فإنها تستخدم في رسم الخرائط والتصوير الفوتوغرافي. ويعتمد المتنبئون أيضًا على شبكة عالمية من الأقمار الصناعية القطبية التي تدور حول الكرة الأرضية كل 12 ساعة.

يمكنك أيضًا تصنيف الأقمار الصناعية حسب ارتفاعها فوق سطح الأرض. وبناء على هذا المخطط هناك ثلاث فئات:

• المدار الأرضي المنخفض (LEO) - تشغل الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض منطقة من الفضاء تتراوح بين 180 إلى 2000 كيلومتر فوق الأرض. تعتبر الأقمار الصناعية التي تدور بالقرب من سطح الأرض مثالية للمراقبة والأغراض العسكرية وجمع معلومات الطقس.
• مدار أرضي متوسط ​​(MEO) - تطير هذه الأقمار الصناعية على ارتفاع يتراوح بين 2000 إلى 36000 كيلومتر فوق الأرض. تعمل أقمار الملاحة GPS بشكل جيد على هذا الارتفاع. السرعة المدارية التقريبية هي 13,900 كم/ساعة.
• المدار الثابت بالنسبة للأرض (المتزامن مع الأرض) - تدور الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض حول الأرض على ارتفاع يتجاوز 36000 كيلومتر وبنفس سرعة دوران الكوكب. ولذلك، فإن الأقمار الصناعية الموجودة في هذا المدار تكون دائمًا متوضعة في نفس المكان على الأرض. تطير العديد من الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض على طول خط الاستواء، مما أدى إلى حدوث العديد من الاختناقات المرورية في هذه المنطقة من الفضاء. تستخدم عدة مئات من الأقمار الصناعية للتلفزيون والاتصالات والطقس مدارًا ثابتًا بالنسبة للأرض.

وأخيرا، يمكن للمرء أن يفكر في الأقمار الصناعية بمعنى المكان الذي "تبحث فيه". معظم الأجسام التي تم إرسالها إلى الفضاء خلال العقود القليلة الماضية كانت تنظر إلى الأرض. تحتوي هذه الأقمار الصناعية على كاميرات ومعدات يمكنها رؤية عالمنا بأطوال موجية مختلفة من الضوء، مما يسمح لنا بالاستمتاع بمناظر خلابة للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء لكوكبنا. ويتجه عدد أقل من الأقمار الصناعية نحو الفضاء، حيث تراقب النجوم والكواكب والمجرات، وتبحث عن أجسام مثل الكويكبات والمذنبات التي يمكن أن تصطدم بالأرض.

الأقمار الصناعية المعروفة

حتى وقت قريب، ظلت الأقمار الصناعية أدوات غريبة وسرية للغاية، وتستخدم في المقام الأول للأغراض العسكرية للملاحة والتجسس. الآن أصبحوا جزءًا لا يتجزأ من مجتمعنا الحياة اليومية. بفضلهم، أصبحنا نعرف توقعات الطقس (على الرغم من أن المتنبئين بالطقس غالبًا ما يكونون مخطئين). نحن نشاهد التلفاز ونتصل بالإنترنت أيضًا بفضل الأقمار الصناعية. يساعدنا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في سياراتنا وهواتفنا الذكية في الوصول إلى المكان الذي نريد الذهاب إليه. هل يستحق الحديث عن المساهمة التي لا تقدر بثمن لتلسكوب هابل وعمل رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية؟

ومع ذلك، هناك أبطال حقيقيون للمدار. دعونا نتعرف عليهم.

1. تقوم أقمار لاندسات الصناعية بتصوير الأرض منذ أوائل السبعينيات، وهي تحمل الرقم القياسي لرصد سطح الأرض. تم إطلاق Landsat-1، المعروف سابقًا باسم ERTS (القمر الصناعي لتكنولوجيا موارد الأرض)، في 23 يوليو 1972. كانت تحمل أداتين رئيسيتين: كاميرا وماسح ضوئي متعدد الأطياف، صنعته شركة Hughes Aircraft Company وقادرة على تسجيل البيانات باللون الأخضر والأحمر وطيفين للأشعة تحت الحمراء. أنتج القمر الصناعي مثل هذه الصور الرائعة واعتبر ناجحًا للغاية لدرجة أنه تبعه سلسلة كاملة. أطلقت ناسا آخر قمر صناعي لاندسات-8 في فبراير 2013. حملت هذه المركبة جهازي استشعار لرصد الأرض، وهما جهاز تصوير الأرض التشغيلي، وجهاز الاستشعار الحراري بالأشعة تحت الحمراء، حيث قاما بجمع صور متعددة الأطياف للمناطق الساحلية والجليد القطبي والجزر والقارات.
2. تدور الأقمار الصناعية البيئية التشغيلية المستقرة بالنسبة إلى الأرض (GOES) حول الأرض في مدار ثابت بالنسبة إلى الأرض، وكل منها مسؤول عن جزء ثابت من الكرة الأرضية. وهذا يسمح للأقمار الصناعية بمراقبة الغلاف الجوي عن كثب واكتشاف التغيرات في الظروف الجوية التي يمكن أن تؤدي إلى الأعاصير والأعاصير والفيضانات والعواصف الرعدية. تُستخدم الأقمار الصناعية أيضًا لتقدير هطول الأمطار وتراكم الثلوج، وقياس مدى الغطاء الثلجي، وتتبع حركة الجليد البحري والبحيرات. منذ عام 1974، تم إطلاق 15 قمرًا صناعيًا من نوع GOES إلى المدار، ولكن اثنين فقط من الأقمار الصناعية، GOES West وGOES East، يراقبان الطقس في أي وقت.
3. لعب جايسون-1 وجيسون-2 دورًا رئيسيًا في التحليل طويل المدى لمحيطات الأرض. أطلقت ناسا جيسون-1 في ديسمبر 2001 ليحل محل القمر الصناعي NASA/CNES Topex/Poseidon، الذي كان يعمل فوق الأرض منذ عام 1992. على مدار ما يقرب من ثلاثة عشر عامًا، قام جيسون-1 بقياس مستويات سطح البحر وسرعات الرياح وارتفاع الأمواج في أكثر من 95% من محيطات الأرض الخالية من الجليد. ناسا تقاعدت رسميا جيسون-1 في 3 يوليو 2013. دخل جيسون-2 المدار في عام 2008. وكانت تحمل أدوات عالية الدقة مكنت من قياس المسافة من القمر الصناعي إلى سطح المحيط بدقة تصل إلى عدة سنتيمترات. توفر هذه البيانات، بالإضافة إلى قيمتها بالنسبة لعلماء المحيطات، رؤية واسعة النطاق لسلوك أنماط المناخ العالمية.

كم تكلفة الأقمار الصناعية؟

بعد سبوتنيك وإكسبلورر، أصبحت الأقمار الصناعية أكبر وأكثر تعقيدًا. خذ على سبيل المثال TerreStar-1، وهو قمر صناعي تجاري كان من المفترض أن يوفر نقل البيانات المتنقلة إليه أمريكا الشماليةللهواتف الذكية والأجهزة المماثلة. تم إطلاق TerreStar-1 في عام 2009، وكان وزنه 6910 كجم. وعند نشره بالكامل، كشف عن هوائي بطول 18 مترًا وألواح شمسية ضخمة يبلغ طول جناحيها 32 مترًا.

البناء مثل هذا آلة معقدةيتطلب الكثير من الموارد، لذا تاريخيًا، لا يمكن إلا للدوائر الحكومية والشركات ذات الأموال الكبيرة أن تدخل في مجال الأقمار الصناعية. تكمن معظم تكلفة القمر الصناعي في المعدات - أجهزة الإرسال والاستقبال وأجهزة الكمبيوتر والكاميرات. تبلغ تكلفة القمر الصناعي النموذجي للطقس حوالي 290 مليون دولار. قمر صناعي للتجسس سيكلف 100 مليون دولار إضافية. أضف إلى ذلك تكلفة صيانة وإصلاح الأقمار الصناعية. يجب على الشركات أن تدفع مقابل النطاق الترددي عبر الأقمار الصناعية بنفس الطريقة التي يدفع بها أصحاب الهواتف مقابل الخدمة الخلوية. ويكلف هذا أحيانًا أكثر من 1.5 مليون دولار سنويًا.

الى الاخرين عامل مهمهي تكلفة بدء التشغيل. يمكن أن يتكلف إطلاق قمر صناعي واحد إلى الفضاء ما بين 10 إلى 400 مليون دولار، حسب الجهاز. يمكن لصاروخ Pegasus XL رفع 443 كيلوجرامًا إلى مدار أرضي منخفض مقابل 13.5 مليون دولار. سيتطلب إطلاق قمر صناعي ثقيل المزيد من الرفع. يمكن لصاروخ Ariane 5G إطلاق قمر صناعي وزنه 18 ألف كيلوغرام إلى مدار منخفض مقابل 165 مليون دولار.

على الرغم من التكاليف والمخاطر المرتبطة ببناء وإطلاق وتشغيل الأقمار الصناعية، فقد تمكنت بعض الشركات من بناء أعمال تجارية كاملة حولها. على سبيل المثال، بوينغ. قامت الشركة بتسليم حوالي 10 أقمار صناعية إلى الفضاء في عام 2012، وتلقت طلبات شراء لأكثر من سبع سنوات، وحققت إيرادات بقيمة 32 مليار دولار تقريبًا.

مستقبل الأقمار الصناعية

بعد مرور ما يقرب من خمسين عامًا على إطلاق سبوتنيك، فإن الأقمار الصناعية، مثل الميزانيات، تنمو وتزداد قوة. على سبيل المثال، أنفقت الولايات المتحدة ما يقرب من 200 مليار دولار منذ بداية برنامج الأقمار الصناعية العسكرية، والآن، على الرغم من كل هذا، أصبح لديها أسطول من الأقمار الصناعية القديمة في انتظار استبدالها. ويخشى العديد من الخبراء أن بناء ونشر أقمار صناعية كبيرة لا يمكن تحقيقه ببساطة بأموال دافعي الضرائب. الحل الذي يمكن أن يقلب كل شيء رأسًا على عقب هو الشركات الخاصة مثل SpaceX وغيرها من الشركات التي من الواضح أنها لن تعاني من الركود البيروقراطي، مثل NASA وNRO وNOAA.

الحل الآخر هو تقليل حجم وتعقيد الأقمار الصناعية. يعمل العلماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة ستانفورد منذ عام 1999 على نوع جديد من CubeSat، والذي يعتمد على كتل بناء بحافة 10 سنتيمترات. يحتوي كل مكعب على مكونات جاهزة ويمكن دمجها مع مكعبات أخرى لزيادة الكفاءة وتقليل الضغط. ومن خلال توحيد التصميم وخفض تكلفة بناء كل قمر صناعي من الصفر، يمكن أن تصل تكلفة القمر الصناعي CubeSat الواحد إلى 100 ألف دولار.

في أبريل 2013، قررت وكالة ناسا اختبار هذا المبدأ البسيط باستخدام ثلاثة أقمار CubeSats مدعومة بالهواتف الذكية التجارية. كان الهدف هو وضع الأقمار الصناعية الصغيرة في مدارها وقت قصيروالتقاط بعض الصور بهواتفنا. وتخطط الوكالة الآن لنشر شبكة واسعة من هذه الأقمار الصناعية.

وسواء كانت الأقمار الصناعية المستقبلية كبيرة أم صغيرة، فيجب أن تكون قادرة على التواصل بفعالية مع المحطات الأرضية. تاريخيًا، اعتمدت ناسا على اتصالات الترددات الراديوية، لكن الترددات اللاسلكية وصلت إلى الحد الأقصى مع ظهور الطلب على المزيد من الطاقة. وللتغلب على هذه العقبة، يعمل علماء ناسا على تطوير نظام اتصال ثنائي الاتجاه باستخدام أشعة الليزر بدلاً من موجات الراديو. في 18 أكتوبر 2013، أطلق العلماء للمرة الأولى شعاع الليزرلنقل البيانات من القمر إلى الأرض (على مسافة 384.633 كيلومتراً) وحققت سرعة نقل قياسية بلغت 622 ميغابت في الثانية.