المدار الاستوائي. المدار الثابت بالنسبة للأرض

مثلما توفر المقاعد في المسرح وجهات نظر مختلفة حول العرض، فإن مدارات الأقمار الصناعية المختلفة توفر وجهات نظر مختلفة، ولكل منها غرض مختلف. ويبدو أن بعضها يحوم فوق نقطة على السطح، مما يوفر رؤية ثابتة لجانب واحد من الأرض، بينما يدور البعض الآخر حول كوكبنا، ويمرون فوق العديد من الأماكن في اليوم الواحد.

أنواع المدارات

على أي ارتفاع تطير الأقمار الصناعية؟ هناك 3 أنواع من المدارات القريبة من الأرض: عالية ومتوسطة ومنخفضة. على أعلى مستوى، بعيدًا عن السطح، كقاعدة عامة، توجد العديد من أقمار الطقس وبعض أقمار الاتصالات. تشمل الأقمار الصناعية التي تدور في مدار أرضي متوسط ​​الملاحة وأخرى خاصة مصممة لمراقبة منطقة معينة. معظم المركبات الفضائية العلمية، بما في ذلك أسطول نظام مراقبة الأرض التابع لناسا، موجودة في مدار منخفض.

وتعتمد سرعة حركتها على الارتفاع الذي تطير به الأقمار الصناعية. ومع اقترابك من الأرض، تصبح الجاذبية أقوى وتتسارع الحركة. على سبيل المثال، يستغرق القمر الصناعي "أكوا" التابع لناسا حوالي 99 دقيقة للدوران حول كوكبنا على ارتفاع حوالي 705 كيلومترات، في حين يستغرق جهاز الأرصاد الجوية الواقع على بعد 35786 كيلومترا من السطح 23 ساعة و56 دقيقة و4 ثوان. على مسافة 384,403 كيلومترًا من مركز الأرض، يقوم القمر بدورة واحدة خلال 28 يومًا.

المفارقة الديناميكية الهوائية

يؤدي تغيير ارتفاع القمر الصناعي أيضًا إلى تغيير سرعته المدارية. ثمة مفارقة هنا. إذا أراد مشغل القمر الصناعي زيادة سرعته، فلا يمكنه تشغيل المحركات لتسريعها. سيؤدي هذا إلى زيادة المدار (والارتفاع)، مما يؤدي إلى انخفاض في السرعة. وبدلاً من ذلك، يجب عليك تشغيل المحركات في الاتجاه المعاكس لاتجاه حركة القمر الصناعي، أي القيام بإجراء من شأنه أن يبطئ الحركة على الأرض عربة. سيؤدي هذا الإجراء إلى تحريكه إلى مستوى أقل، مما يسمح بزيادة السرعة.

خصائص المدار

بالإضافة إلى الارتفاع، يتميز مسار القمر الصناعي بالانحراف والميل. الأول يتعلق بشكل المدار. يتحرك القمر الصناعي ذو الانحراف المنخفض على طول مسار قريب من الدائري. المدار اللامركزي له شكل القطع الناقص. المسافة من المركبة الفضائية إلى الأرض تعتمد على موقعها.

الميل هو زاوية المدار بالنسبة إلى خط الاستواء. القمر الصناعي الذي يدور مباشرة فوق خط الاستواء لديه ميل صفر. إذا مرت مركبة فضائية فوق الشمال و القطبين الجنوبيين(جغرافي وليس مغناطيسي) وميله 90 درجة.

كل ذلك معًا - الارتفاع والانحراف المركزي والميل - يحدد حركة القمر الصناعي وكيف ستبدو الأرض من وجهة نظره.

عالية بالقرب من الأرض

وعندما يصل القمر الصناعي إلى مسافة 42.164 كيلومترًا بالضبط من مركز الأرض (حوالي 36 ألف كيلومتر من السطح)، فإنه يدخل في منطقة يتوافق مداره فيها مع دوران كوكبنا. وبما أن المركبة تتحرك بنفس سرعة الأرض، أي أن دورتها المدارية هي 24 ساعة، فإنها تبدو ثابتة على خط طول واحد، على الرغم من أنها قد تنجرف من الشمال إلى الجنوب. ويسمى هذا المدار العالي الخاص بالتزامن مع الأرض.

يتحرك القمر الصناعي في مدار دائري فوق خط الاستواء مباشرة (الانحراف المركزي والميل صفر) ويظل ثابتًا بالنسبة للأرض. يقع دائمًا فوق نفس النقطة على سطحه.

يُستخدم مدار مولنيا (ميله 63.4 درجة) للمراقبة عند خطوط العرض العليا. ترتبط الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض بخط الاستواء، لذا فهي غير مناسبة للمناطق الشمالية أو الجنوبية البعيدة. هذا المدار غريب الأطوار تمامًا: تتحرك المركبة الفضائية في شكل بيضاوي ممدود حيث تقع الأرض بالقرب من إحدى حوافه. ونظرًا لأن القمر الصناعي يتسارع بفعل الجاذبية، فإنه يتحرك بسرعة كبيرة عندما يكون قريبًا من كوكبنا. وكلما ابتعد، تتباطأ سرعته، لذا يقضي وقتا أطول في أعلى مداره عند الحافة الأبعد عن الأرض، والتي يمكن أن تصل المسافة إليها إلى 40 ألف كيلومتر. وتبلغ الفترة المدارية 12 ساعة، لكن القمر الصناعي يقضي حوالي ثلثي هذه المدة في نصف الكرة الأرضية. مثل المدار شبه المتزامن، يتبع القمر الصناعي نفس المسار كل 24 ساعة، ويستخدم للاتصالات في أقصى الشمال أو الجنوب.

منخفض بالقرب من الأرض

تقع معظم الأقمار الصناعية العلمية والعديد من أقمار الأرصاد الجوية والمحطة الفضائية في مدار أرضي منخفض دائري تقريبًا. يعتمد ميلهم على ما يراقبونه. تم إطلاق TRMM لرصد هطول الأمطار في المناطق الاستوائية، لذا فهو يتمتع بميل منخفض نسبيًا (35 درجة)، ويظل قريبًا من خط الاستواء.

العديد من أقمار نظام المراقبة التابعة لناسا لها مدار قريب من القطبية وعالي الميل. تدور المركبة الفضائية حول الأرض من القطب إلى القطب في مدة 99 دقيقة. في نصف الوقت يمر فوق الجانب النهاري من كوكبنا، وعند القطب يتحول إلى الجانب الليلي.

ومع تحرك القمر الصناعي، تدور الأرض تحته. وبحلول الوقت الذي تتحرك فيه المركبة إلى المنطقة المضيئة، تكون فوق المنطقة المجاورة لمنطقة مدارها الأخير. وفي فترة 24 ساعة، تغطي الأقمار الصناعية القطبية معظم الأرض مرتين: مرة أثناء النهار ومرة ​​أثناء الليل.

مدار متزامن مع الشمس

وكما يجب أن تكون الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض موجودة فوق خط الاستواء، مما يسمح لها بالبقاء فوق نقطة واحدة، فإن الأقمار الصناعية التي تدور في مدار قطبي لديها القدرة على البقاء في نفس الوقت. مدارهم متزامن مع الشمس - عندما تعبر المركبة الفضائية خط الاستواء، يكون مدارًا محليًا الوقت الشمسيدائما نفس الشيء. على سبيل المثال، يعبر القمر الصناعي Terra دائمًا فوق البرازيل في الساعة 10:30 صباحًا. ويتم العبور التالي بعد 99 دقيقة عبر الإكوادور أو كولومبيا أيضًا في الساعة 10:30 بالتوقيت المحلي.

يعد المدار المتزامن مع الشمس ضروريًا للعلم لأنه يسمح بذلك ضوء الشمسإلى سطح الأرض، على الرغم من أنها ستختلف باختلاف الموسم. ويعني هذا الاتساق أن العلماء يمكنهم مقارنة صور كوكبنا من نفس الموسم على مدار عدة سنوات دون القلق بشأن القفزات الكبيرة جدًا في الضوء، والتي قد تخلق وهم التغيير. وبدون مدار متزامن مع الشمس، سيكون من الصعب تتبعها بمرور الوقت وجمع المعلومات اللازمة لدراسة تغير المناخ.

مسار القمر الصناعي هنا محدود للغاية. وإذا كان على ارتفاع 100 كيلومتر، فيجب أن يكون ميل المدار 96 درجة. وأي انحراف سيكون غير مقبول. ونظرًا لأن مقاومة الغلاف الجوي وقوة جاذبية الشمس والقمر تغيران مدار المركبة الفضائية، فيجب تعديلها بانتظام.

الحقن في المدار: الإطلاق

يتطلب إطلاق القمر الصناعي طاقة، يعتمد مقدارها على موقع موقع الإطلاق، وارتفاع وميل المسار المستقبلي لحركته. يتطلب الوصول إلى مدار بعيد المزيد من الطاقة. فالأقمار الصناعية ذات الميل الكبير (على سبيل المثال، القطبية) أكثر استهلاكًا للطاقة من تلك التي تدور حول خط الاستواء. إن الإدخال في مدار منخفض الميل يساعده دوران الأرض. يتحرك بزاوية 51.6397 درجة. يعد ذلك ضروريًا حتى تتمكن المكوكات الفضائية و الصواريخ الروسيةكان من الأسهل الوصول إليها. ارتفاع محطة الفضاء الدولية هو 337-430 كم. ومن ناحية أخرى، لا تتلقى الأقمار الصناعية القطبية أي مساعدة من زخم الأرض، لذا فهي تحتاج إلى المزيد من الطاقة لترتفع نفس المسافة.

تعديل

بمجرد إطلاق القمر الصناعي، يجب بذل الجهود لإبقائه في مدار معين. ولأن الأرض ليست كرة مثالية، فإن جاذبيتها تكون أقوى في بعض الأماكن. هذا التفاوت، بالإضافة إلى جاذبية الشمس والقمر والمشتري (الكوكب الأكثر ضخامة) النظام الشمسي)، يغير ميل المدار. طوال حياتها، تم تعديل أقمار GOES ثلاث أو أربع مرات. يجب على مركبات ناسا ذات المدار المنخفض أن تقوم بتعديل ميلها سنويًا.

وبالإضافة إلى ذلك، تتأثر الأقمار الصناعية القريبة من الأرض بالغلاف الجوي. الطبقات العليا، على الرغم من أنها نادرة جدًا، إلا أنها تمارس مقاومة قوية بما يكفي لجذبها بالقرب من الأرض. يؤدي عمل الجاذبية إلى تسارع الأقمار الصناعية. وبمرور الوقت، تحترق، وتنتقل إلى مستوى أدنى وأسرع في الغلاف الجوي، أو تسقط على الأرض.

يكون السحب الجوي أقوى عندما تكون الشمس نشطة. تماما مثل الهواء في منطاديتوسع ويرتفع عند تسخينه، ويرتفع الغلاف الجوي ويتوسع عندما تمنحه الشمس طاقة إضافية. ترتفع طبقات الغلاف الجوي الرقيقة، وتحل محلها طبقات أكثر كثافة. ولذلك، يجب على الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض أن تغير موقعها أربع مرات تقريبًا في السنة للتعويض عن السحب الجوي. عندما يصل النشاط الشمسي إلى الحد الأقصى، يجب تعديل موضع الجهاز كل 2-3 أسابيع.

حطام فضائي

السبب الثالث الذي يدفع إلى تغيير المدار هو الحطام الفضائي. اصطدم أحد أقمار الاتصالات التابعة لشركة إيريديوم بمركبة فضائية روسية معطلة. لقد تحطمت، مما أدى إلى خلق سحابة من الحطام تتكون من أكثر من 2500 قطعة. تمت إضافة كل عنصر إلى قاعدة البيانات، التي تضم اليوم أكثر من 18000 قطعة من صنع الإنسان.

تراقب ناسا بعناية كل ما قد يكون في طريق الأقمار الصناعية، حيث كان لا بد من تغيير المدارات عدة مرات بسبب الحطام الفضائي.

يراقب المهندسون موقع الحطام الفضائي والأقمار الصناعية التي يمكن أن تتداخل مع الحركة ويخططون بعناية لمناورات المراوغة حسب الضرورة. ويخطط نفس الفريق وينفذ مناورات لضبط ميل القمر الصناعي وارتفاعه.

القمر الصناعي الأرضي هو أي جسم يتحرك على طول مسار منحني حول الكوكب. القمر اصلي الأقمار الصناعية الطبيعيةالأرض، وهناك العديد من الأقمار الصناعية التي تكون عادة في مدار قريب من الأرض. والمسار الذي يتبعه القمر الصناعي هو مدار، والذي يأخذ في بعض الأحيان شكل دائرة.

محتوى:

لكي نفهم لماذا تتحرك الأقمار الصناعية بهذه الطريقة، علينا أن نعود إلى صديقنا نيوتن. موجود بين أي جسمين في الكون. لولا هذه القوة، لاستمر القمر الصناعي الذي يتحرك بالقرب من الكوكب في التحرك بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه - في خط مستقيم. ومع ذلك، فإن هذا المسار المستقيم بالقصور الذاتي للقمر الصناعي يتوازن من خلال جاذبية قوية موجهة نحو مركز الكوكب.

مدارات الأقمار الصناعية الأرضية

في بعض الأحيان، يبدو مدار القمر الصناعي على شكل قطع ناقص، وهو عبارة عن دائرة مضغوطة تتحرك حول نقطتين تعرفان بالبؤرتين. تنطبق نفس القوانين الأساسية للحركة، باستثناء أن الكوكب يقع في إحدى البؤرتين. ونتيجة لذلك، فإن القوة الصافية المطبقة على القمر الصناعي ليست موحدة في جميع أنحاء المدار، وتتغير سرعة القمر الصناعي باستمرار. ويتحرك بشكل أسرع عندما يكون أقرب إلى الأرض - وهي نقطة تعرف باسم الحضيض - ويتحرك بشكل أبطأ عندما يكون أبعد عن الأرض - وهي نقطة تعرف باسم الأوج.

هناك العديد من مدارات الأقمار الصناعية المختلفة للأرض. والمدارات التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام هي المدارات الثابتة بالنسبة للأرض لأنها ثابتة فوق نقطة معينة على الأرض.

يعتمد المدار المختار للقمر الصناعي على تطبيقه. على سبيل المثال، يستخدم البث التلفزيوني المباشر المدار الثابت بالنسبة للأرض. تستخدم العديد من أقمار الاتصالات أيضًا المدار الثابت بالنسبة للأرض. قد تستخدم أنظمة الأقمار الصناعية الأخرى، مثل الهواتف الساتلية، مدارات أرضية منخفضة.

وبالمثل، فإن أنظمة الأقمار الصناعية المستخدمة للملاحة، مثل نافستار أو تحديد المواقع العالمية (GPS)، تحتل مدارًا أرضيًا منخفضًا نسبيًا. هناك أيضًا العديد من الأنواع الأخرى من الأقمار الصناعية. من أقمار الطقس إلى أقمار الأبحاث. سيكون لكل منها نوع المدار الخاص بها اعتمادًا على تطبيقها.

سيعتمد مدار القمر الصناعي الأرضي الفعلي الذي تم اختياره على عوامل تشمل وظيفته والمنطقة التي سيخدم فيها. في بعض الحالات، يمكن أن يصل مدار القمر الصناعي الأرضي إلى 100 ميل (160 كم) بالنسبة للمدار الأرضي المنخفض في المدار الأرضي المنخفض، بينما يمكن أن يصل في حالات أخرى إلى أكثر من 22000 ميل (36000 كم) كما في حالة المدار الأرضي المنخفض بالنسبة إلى المدار الأرضي المنخفض.

أول قمر صناعي للأرض

تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في 4 أكتوبر 1957 الاتحاد السوفياتيوكان أول قمر صناعي في التاريخ.

كان سبوتنيك 1 هو الأول من عدة أقمار صناعية أطلقها الاتحاد السوفيتي ضمن برنامج سبوتنيك، والتي كان معظمها ناجحًا. تبع القمر الصناعي 2 القمر الصناعي الثاني في المدار وأيضًا أول قمر صناعي يحمل على متنه حيوانًا، وهي أنثى كلبة تدعى لايكا. عانى سبوتنيك 3 من الفشل الأول.

كان أول قمر صناعي أرضي يتمتع بكتلة تقريبية تبلغ 83 كجم، وكان به جهازي إرسال راديو (20.007 و40.002 ميجاهرتز) ويدور حول الأرض على مسافة 938 كم من أوجها و214 كم من نقطة الحضيض. تم استخدام تحليل الإشارات الراديوية للحصول على معلومات حول تركيز الإلكترونات في الغلاف الأيوني. تم تشفير درجة الحرارة والضغط على مدار مدة الإشارات اللاسلكية المنبعثة، مما يشير إلى أن القمر الصناعي لم يكن مثقوبًا بنيزك.

كان أول قمر صناعي للأرض عبارة عن كرة من الألومنيوم يبلغ قطرها 58 سم، ولها أربعة هوائيات طويلة ورفيعة يتراوح طولها بين 2.4 إلى 2.9 متر، وكانت الهوائيات تشبه الشوارب الطويلة. تلقت المركبة الفضائية معلومات حول الكثافة الطبقات العلياالغلاف الجوي وانتشار الموجات الراديوية في طبقة الأيونوسفير. الأدوات والمصادر طاقة كهربائيةتم وضعها في كبسولة تتضمن أيضًا أجهزة إرسال راديو تعمل بتردد 20.007 و40.002 ميجا هرتز (حوالي 15 و7.5 مترًا من الطول الموجي)، وتم إجراء البث في مجموعات بديلة مدتها 0.3 ثانية. يتضمن القياس الأرضي بيانات درجة الحرارة داخل الكرة وعلى سطحها.

نظرًا لأن الكرة كانت مليئة بالنيتروجين المضغوط، فقد حظي سبوتنيك 1 بفرصته الأولى لاكتشاف النيازك، على الرغم من أنه لم يفعل ذلك. وقد انعكس فقدان الضغط في الداخل بسبب اختراق السطح الخارجي في بيانات درجة الحرارة.

أنواع الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعيةهناك أنواع مختلفةوالأشكال والأحجام ولعب أدوار مختلفة.

• الأقمار الصناعية الطقسمساعدة خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس أو معرفة ما يحدث فيه هذه اللحظة. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك القمر الصناعي البيئي التشغيلي المستقر بالنسبة إلى الأرض (GOES). تحتوي هذه الأقمار الصناعية الأرضية عادة على كاميرات يمكنها إرجاع الصور طقس الأرضسواء من المواقع الثابتة بالنسبة للأرض أو من المدارات القطبية.
• أقمار الاتصالاتالسماح بنقل المحادثات الهاتفية والمعلوماتية عبر الأقمار الصناعية. تشمل أقمار الاتصالات النموذجية Telstar وIntelsat. الميزة الأكثر أهمية لقمر الاتصالات هي جهاز الإرسال والاستقبال، وهو جهاز استقبال لاسلكي يلتقط محادثة على تردد واحد ثم يضخمها ويعيد إرسالها مرة أخرى إلى الأرض على تردد مختلف. يحتوي القمر الصناعي عادةً على مئات أو آلاف أجهزة الإرسال والاستقبال. عادة ما تكون أقمار الاتصالات متزامنة مع الأرض.
• بث الأقمار الصناعيةنقل الإشارات التلفزيونية من نقطة إلى أخرى (على غرار أقمار الاتصالات).
• الأقمار الصناعية العلمية، مثل الكونية تلسكوب هابل، تنفيذ جميع أنواع المهام العلمية. إنهم ينظرون إلى كل شيء من البقع الشمسية إلى أشعة جاما.
• الأقمار الصناعية للملاحةمساعدة السفن والطائرات على التنقل. وأشهرها الأقمار الصناعية GPS NAVSTAR.
• أقمار الإنقاذالاستجابة لإشارات التدخل الراديوي.
• الأقمار الصناعية لرصد الأرضفحص الكوكب لمعرفة التغيرات في كل شيء بدءًا من درجة الحرارة والغطاء الحرجي وحتى الغطاء الجليدي. الأكثر شهرة هي سلسلة لاندسات.
• الأقمار الصناعية العسكريةالأرض في مدارها، ولكن معظمالمعلومات الفعلية حول الوضع تظل سرية. يمكن أن تشمل الأقمار الصناعية ترحيل الاتصالات المشفرة، والرصد النووي، ومراقبة تحركات العدو، والإنذار المبكر لإطلاق الصواريخ، والتنصت على وصلات الراديو الأرضية، والتصوير الراداري، والتصوير الفوتوغرافي (باستخدام تلسكوبات كبيرة تلتقط صورًا للمناطق المثيرة للاهتمام عسكريًا).

الأرض من قمر صناعي في الوقت الحقيقي

صور للأرض من قمر صناعي، تبثها وكالة ناسا في الوقت الحقيقي من محطة الفضاء الدولية. يتم التقاط الصور بواسطة أربع كاميرات دقة عالية، معزول عن درجات الحرارة المنخفضةمما يسمح لنا بأن نشعر بأننا أقرب إلى الفضاء من أي وقت مضى.

تم تفعيل تجربة (HDEV) على متن محطة الفضاء الدولية في 30 أبريل 2014. ويتم تركيبه على آلية الشحن الخارجية لوحدة كولومبوس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. تتضمن هذه التجربة العديد من كاميرات الفيديو عالية الدقة الموجودة في غلاف.

نصيحة؛ وضع اللاعب في HD وشاشة كاملة. هناك أوقات تكون فيها الشاشة سوداء، يمكن أن يكون ذلك لسببين: مرور المحطة بمنطقة مدارية حيث تكون في الليل، ويستمر المدار حوالي 90 دقيقة. أو تصبح الشاشة مظلمة عند تغيير الكاميرات.

كم عدد الأقمار الصناعية الموجودة في مدار الأرض 2018؟

وفقًا لمؤشر الأجسام المطلقة في الفضاء الخارجي الصادر عن مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي، يوجد حاليًا حوالي 4256 قمرًا صناعيًا في مدار الأرض، بزيادة 4.39% عن العام الماضي.

تم إطلاق 221 قمرًا صناعيًا في عام 2015، وهو ثاني أكبر عدد من الأقمار الصناعية في عام واحد، على الرغم من أنه أقل من العدد القياسي البالغ 240 قمرًا صناعيًا الذي تم إطلاقه في عام 2014. إن الزيادة في عدد الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض أقل من العدد الذي تم إطلاقه العام الماضي لأن عمر الأقمار الصناعية محدود. تدوم أقمار الاتصالات الكبيرة 15 عامًا أو أكثر، بينما يمكن للأقمار الصناعية الصغيرة مثل CubeSats أن تتوقع عمر خدمة يتراوح من 3 إلى 6 أشهر فقط.

كم عدد هذه الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض والتي تعمل؟

يوضح اتحاد العلماء (UCS) أيًا من هذه الأقمار الصناعية المدارية يعمل، والأمر ليس بالقدر الذي تعتقده! لا يوجد حاليًا سوى 1419 قمرًا صناعيًا أرضيًا عاملاً، أي حوالي ثلث إجمالي العدد الموجود في المدار. وهذا يعني أن هناك الكثير من المعادن عديمة الفائدة في جميع أنحاء الكوكب! ولهذا السبب، هناك اهتمام كبير من جانب الشركات التي تبحث في كيفية التقاط الحطام الفضائي وإعادته، باستخدام تقنيات مثل الشبكات الفضائية أو المقاليع أو الأشرعة الشمسية.

ماذا تفعل كل هذه الأقمار الصناعية؟

وفقًا لـ UCS، فإن الأهداف الرئيسية للأقمار الصناعية التشغيلية هي:

• الاتصالات - 713 قمرا صناعيا
• مراقبة الأرض/العلوم - 374 قمرًا صناعيًا
• عرض/تطوير التكنولوجيا باستخدام 160 قمرًا صناعيًا
• الملاحة ونظام تحديد المواقع - 105 قمرا صناعيا
• علوم الفضاء - 67 قمرا صناعيا

وتجدر الإشارة إلى أن بعض الأقمار الصناعية لها أغراض متعددة.

من يملك الأقمار الصناعية للأرض؟

ومن المثير للاهتمام ملاحظة أن هناك أربعة أنواع رئيسية من المستخدمين في قاعدة بيانات UCS، على الرغم من أن 17% من الأقمار الصناعية مملوكة لمستخدمين متعددين.

• 94 قمراً صناعياً مسجلين من قبل المدنيين: وهم عموماً المؤسسات التعليميةعلى الرغم من وجود منظمات وطنية أخرى. 46% من هذه الأقمار الصناعية تهدف إلى تطوير تقنيات مثل علوم الأرض والفضاء. تمثل الملاحظات 43٪ أخرى.
• 579 تنتمي إلى المستخدمين التجاريين: المنظمات التجارية و منظمات الدولةالذين يريدون بيع البيانات التي يجمعونها. وتركز 84% من هذه الأقمار الصناعية على خدمات الاتصالات وتحديد المواقع العالمية؛ أما الـ 12% المتبقية فهي أقمار صناعية لرصد الأرض.
• 401 قمرًا صناعيًا مملوكة لمستخدمين حكوميين: بشكل رئيسي منظمات الفضاء الوطنية، ولكن أيضًا شركات وطنية ودولية أخرى الهيئات الدولية. 40% منها عبارة عن أقمار صناعية للاتصالات وتحديد المواقع العالمية؛ 38% أخرى تركز على مراقبة الأرض. ومن بين الباقي، يمثل تطوير علوم وتكنولوجيا الفضاء 12% و10% على التوالي.
• 345 قمرًا صناعيًا تابعة للجيش: مرة أخرى يتم التركيز هنا على الاتصالات ومراقبة الأرض وأنظمة تحديد المواقع العالمية، حيث أن 89% من الأقمار الصناعية لها أحد هذه الأغراض الثلاثة.

كم عدد الأقمار الصناعية التي تمتلكها الدول؟

وفقًا لمكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA)، أطلقت حوالي 65 دولة أقمارًا صناعية، على الرغم من أن قاعدة بيانات UCS تحتوي على 57 دولة فقط مسجلة باستخدام الأقمار الصناعية، وبعض الأقمار الصناعية مدرجة مع مشغلين مشتركين/متعددي الجنسيات. الأكبر:

• الولايات المتحدة الأمريكية مع 576 قمرا صناعيا
• الصين بـ 181 قمراً صناعياً
• روسيا تمتلك 140 قمرا صناعيا
• تم إدراج المملكة المتحدة على أنها تمتلك 41 قمرًا صناعيًا، بالإضافة إلى مشاركتها في 36 قمرًا صناعيًا إضافيًا تديرها وكالة الفضاء الأوروبية.

تذكر عندما تنظر!
في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى السماء ليلاً، تذكر أن بينك وبين النجوم حوالي مليوني كيلوغرام من المعادن المحيطة بالأرض!

نقطة الوقوف

,

حيث كتلة القمر الصناعي، هي كتلة الأرض بالكيلوجرام، هي ثابت الجاذبية، وهي المسافة بالأمتار من القمر الصناعي إلى مركز الأرض أو، في هذه الحالة، نصف قطر المدار.

حجم قوة الطرد المركزي يساوي:

,

أين هو تسارع الجذب المركزي الذي يحدث أثناء الحركة الدائرية في المدار.

كما ترون فإن كتلة القمر الصناعي موجودة كعامل في تعبيرات قوة الطرد المركزي وقوة الجاذبية، أي أن ارتفاع المدار لا يعتمد على كتلة القمر الصناعي، وهذا صحيح بالنسبة أي مدارات وهو نتيجة لتساوي كتلة الجاذبية والقصور الذاتي. وبالتالي، يتم تحديد المدار الثابت بالنسبة للأرض فقط من خلال الارتفاع الذي ستكون فيه قوة الطرد المركزي مساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه لقوة الجاذبية الناتجة عن جاذبية الأرض على ارتفاع معين.

التسارع المركزي يساوي:

,

أين هي السرعة الزاوية لدوران القمر الصناعي، بوحدة الراديان في الثانية.

دعونا نقدم توضيحًا مهمًا. في الواقع، تسارع الجذب المركزي له معنى فيزيائي فقط في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي، في حين أن قوة الطرد المركزي هي ما يسمى بالقوة التخيلية وتحدث حصريًا في الإطارات المرجعية (الإحداثيات) المرتبطة بالأجسام الدوارة. قوة الجذب المركزي (في هذه الحالة، قوة الجاذبية) تسبب تسارع الجاذبية. بالقيمة المطلقة، فإن تسارع الجاذبية في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي يساوي تسارع الطرد المركزي في الإطار المرجعي المرتبط في حالتنا بالقمر الصناعي. لذلك، ومع الأخذ في الاعتبار الملاحظة التي تم تقديمها، يمكننا استخدام مصطلح "التسارع الجاذب المركزي" مع مصطلح "قوة الطرد المركزي".

وبمساواة تعبيرات قوى الجاذبية والطرد المركزي مع استبدال تسارع الجذب المركزي، نحصل على:

.

بالتصغير والتحويل إلى اليسار واليمين نحصل على:

.

يمكن كتابة هذا التعبير بشكل مختلف، واستبداله بثابت الجاذبية الأرضية:

يتم حساب السرعة الزاوية بقسمة الزاوية المقطوعة لكل دورة (راديان) على فترة الثورة (الوقت المستغرق لإكمال ثورة واحدة). بدوره الكاملالمدار: يوم فلكي واحد، أو 86,164 ثانية). نحن نحصل:

راد / ث

ويبلغ نصف القطر المداري الناتج 42164 كم. بطرح نصف القطر الاستوائي للأرض، وهو 6378 كيلومترًا، نحصل على ارتفاع قدره 35786 كيلومترًا.

يمكنك إجراء الحسابات بطريقة أخرى. ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرض هو المسافة من مركز الأرض حيث السرعة الزاوية للقمر الصناعي، التي تتزامن مع السرعة الزاوية لدوران الأرض، تولد سرعة مدارية (خطية) تساوي سرعة الإفلات الأولى (لضمان مدار دائري) على ارتفاع معين.

السرعة الخطية لقمر صناعي يتحرك بسرعة زاوية على مسافة من مركز الدوران تساوي

سرعة الإفلات الأولى على مسافة من جسم ذي كتلة تساوي

بمساواة الأطراف اليمنى للمعادلات ببعضها البعض، نصل إلى التعبير الذي تم الحصول عليه مسبقًا نصف القطرهيئة التقييس الخليجية:

السرعة المدارية

يتم حساب سرعة الحركة في المدار الثابت بالنسبة للأرض عن طريق ضرب السرعة الزاوية في نصف قطر المدار:

كم / ثانية

وهذا أقل بحوالي 2.5 مرة من سرعة الإفلات الأولى البالغة 8 كم/ثانية في مدار أرضي منخفض (بنصف قطر 6400 كم). بما أن مربع سرعة المدار الدائري يتناسب عكسيا مع نصف قطره،

ومن ثم يتم تحقيق انخفاض السرعة بالنسبة للسرعة الكونية الأولى عن طريق زيادة نصف القطر المداري بأكثر من 6 مرات.

طول المدار

طول المدار الثابت بالنسبة للأرض: . وبنصف قطر مداري يبلغ 42,164 كم، نحصل على طول مداري يبلغ 264,924 كم.

يعد طول المدار مهمًا للغاية لحساب "نقاط الوقوف" للأقمار الصناعية.

إبقاء القمر الصناعي في وضعه المداري في المدار الثابت بالنسبة للأرض

يقع القمر الصناعي الذي يدور في مدار ثابت بالنسبة للأرض تحت تأثير عدد من القوى (الاضطرابات) التي تغير معالم هذا المدار. على وجه الخصوص، تشمل هذه الاضطرابات اضطرابات الجاذبية القمرية الشمسية، وتأثير عدم تجانس مجال الجاذبية الأرضية، والإهليلجية لخط الاستواء، وما إلى ذلك. ويتم التعبير عن التدهور المداري في ظاهرتين رئيسيتين:

1) يتحرك القمر الصناعي على طول المدار من موقعه المداري الأصلي باتجاه إحدى نقاط التوازن الأربع المستقرة، والتي تسمى. "ثقوب المدار الثابت بالنسبة للأرض المحتملة" (خطوط طولها هي 75.3 درجة شرقًا، و104.7 درجة غربًا، و165.3 درجة شرقًا، و14.7 درجة غربًا) فوق خط استواء الأرض؛

2) يزداد ميل المدار إلى خط الاستواء (من الصفر الأولي) بمعدل حوالي 0.85 درجة سنوياً ويصل إلى قيمة قصوى تبلغ 15 درجة خلال 26.5 سنة.

وللتعويض عن هذه الاضطرابات وإبقاء القمر الصناعي في نقطة الثبات المحددة، تم تجهيز القمر الصناعي بنظام دفع (صاروخ كيميائي أو كهربائي). من خلال التشغيل الدوري للمحركات ذات الدفع المنخفض (التصحيح "شمال جنوب" للتعويض عن الزيادة في الميل المداري و"غرب شرق" للتعويض عن الانحراف على طول المدار)، يتم الاحتفاظ بالقمر الصناعي في نقطة ثابتة محددة. يتم إجراء هذه التضمينات عدة مرات كل بضعة (10-15) يومًا. ومن المهم أن التصحيح من الشمال إلى الجنوب يتطلب زيادة أكبر بكثير في السرعة المميزة (حوالي 45-50 م/ث في السنة) مقارنة بالتصحيح الطولي (حوالي 2 م/ث في السنة). لضمان تصحيح مدار القمر الصناعي طوال فترة خدمته بالكامل (12-15 سنة للأقمار الصناعية التلفزيونية الحديثة)، يلزم توفر كمية كبيرة من الوقود على متن الطائرة (مئات الكيلوجرامات، في حالة استخدام محرك كيميائي). المواد الكيميائية محرك الصاروخيحتوي القمر الصناعي على مصدر وقود الإزاحة (غاز الهيليوم المشحون) ويعمل على مكونات عالية الغليان طويلة الأمد (عادةً ثنائي ميثيل هيدرازين غير متماثل ورباعي أكسيد الدينتروجين). تم تجهيز عدد من الأقمار الصناعية بمحركات البلازما. إن قوة دفعها أقل بكثير من تلك الكيميائية، لكن كفاءتها الأكبر تسمح (بسبب التشغيل طويل الأمد، الذي يتم قياسه بعشرات الدقائق لمناورة واحدة) بتقليل كتلة الوقود المطلوبة على متن الطائرة بشكل جذري. يتم تحديد اختيار نوع نظام الدفع حسب نوع معين ميزات تقنيةجهاز.

ويستخدم نفس نظام الدفع، إذا لزم الأمر، لتحريك القمر الصناعي إلى موقع مداري آخر. في بعض الحالات - عادة في نهاية عمر القمر الصناعي، لتقليل استهلاك الوقود، يتم إيقاف تصحيح المدار بين الشمال والجنوب، ويستخدم الوقود المتبقي فقط للتصحيح بين الغرب والشرق.

احتياطي الوقود هو العامل المحدد الرئيسي في عمر خدمة القمر الصناعي في المدار الثابت بالنسبة للأرض.

مساوئ المدار الثابت بالنسبة للأرض

تأخير الإشارة

تتميز الاتصالات عبر الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض بتأخير كبير في انتشار الإشارة. مع ارتفاع مداري يبلغ 35,786 كم وسرعة ضوء تبلغ حوالي 300,000 كم/ثانية، يتطلب انتقال الحزمة من الأرض إلى القمر الصناعي حوالي 0.12 ثانية. مسار الشعاع "الأرض (المرسل) → القمر الصناعي → الأرض (المستقبل)" ≈0.24 ثانية. ستكون استجابة ping (الاستجابة) نصف ثانية (بشكل أكثر دقة 0.48 ثانية). مع الأخذ في الاعتبار تأخير الإشارة في معدات الأقمار الصناعية ومعدات الخدمات الأرضية، يمكن أن يصل إجمالي تأخير الإشارة على المسار "الأرض → القمر الصناعي → الأرض" إلى 2-4 ثوانٍ. وهذا التأخير يجعل من المستحيل استخدام الاتصالات الساتلية باستخدام GSO في مختلف الخدمات في الوقت الحقيقي (على سبيل المثال، في الألعاب عبر الإنترنت).

عدم رؤية GSO من خطوط العرض العالية

نظرًا لأن المدار الثابت بالنسبة للأرض غير مرئي من خطوط العرض العالية (من حوالي 81 درجة إلى القطبين)، وعند خطوط العرض التي تزيد عن 75 درجة، فإنه يُلاحظ منخفضًا جدًا فوق الأفق (في الظروف الحقيقية، تكون الأقمار الصناعية مخفية ببساطة عن طريق الأجسام والتضاريس البارزة) و لا يمكن رؤية سوى جزء صغير من المدار ( انظر الجدول)، فإن الاتصالات والبث التلفزيوني باستخدام GSO مستحيل في مناطق خطوط العرض العليا في أقصى الشمال (القطب الشمالي) والقارة القطبية الجنوبية. على سبيل المثال، المستكشفون القطبيون الأمريكيون في محطة أموندسن-سكوت للتواصل معهم العالم الخارجي(الهاتف، الإنترنت) استخدم كابل ألياف بصرية بطول 1670 كيلومترًا إلى موقع يقع عند 75 درجة جنوبًا. محطة كونكورديا الفرنسية، والتي يمكن رؤية العديد من الأقمار الصناعية الأمريكية المستقرة بالنسبة للأرض منها بالفعل.

جدول القطاع المرصود من المدار الثابت بالنسبة للأرض حسب خط عرض المكان
يتم إعطاء جميع البيانات بالدرجات وكسورها.

خط العرض تضاريس	قطاع مداري مرئي
	نظري قطاع	حقيقي (بما في ذلك الإغاثة) قطاع
90	--	--
82	--	--
81	29,7	--
80	58,9	--
79	75,2	--
78	86,7	26,2
75	108,5	77
60	144,8	132,2
50	152,8	143,3
40	157,2	149,3
20	161,5	155,1
0	162,6	156,6

من الجدول أعلاه يمكن أن نرى، على سبيل المثال، أنه إذا كان القطاع المرئي من المدار (وبالتالي عدد الأقمار الصناعية المستقبلة) عند خط عرض سانت بطرسبرغ (~ 60 درجة) يساوي 84٪ من أقصى قدر ممكن (عند خط الاستواء)، ثم عند خط عرض تيمير (~75 درجة) يكون القطاع المرئي 49%، وعند خط عرض سبيتسبيرجين وكيب تشيليوسكين (~78 درجة) يكون 16% فقط من ذلك المرصود عند خط الاستواء. خط الاستواء. يحتوي هذا القطاع من المدار في منطقة سيبيريا على قمرين صناعيين (وليس دائمًا من الدولة المطلوبة).

التدخل الشمسي

أحد أكثر العيوب غير السارة في المدار الثابت بالنسبة للأرض هو انخفاض الإشارة وغيابها التام في حالة تكون فيها الشمس والقمر الصناعي المرسل متماشيا مع هوائي الاستقبال (موضع "الشمس خلف القمر الصناعي"). هذه الظاهرة متأصلة أيضًا في مدارات أخرى، ولكنها في المدارات الثابتة بالنسبة للأرض، عندما يكون القمر الصناعي "ثابتًا" في السماء، تتجلى بشكل خاص بشكل واضح. وفي خطوط العرض الوسطى من نصف الكرة الشمالي، يحدث التداخل الشمسي خلال الفترات من 22 فبراير إلى 11 مارس ومن 3 إلى 21 أكتوبر، وبمدة قصوى تصل إلى عشر دقائق. في الطقس الصافي، يتم تركيز الهوائيات بطبقة خفيفة أشعة الشمسقد يؤدي إلى تلف (ذوبان) معدات الإرسال والاستقبال الخاصة بهوائي القمر الصناعي.

أنظر أيضا

• المدار شبه المستقر بالنسبة إلى الأرض

ملحوظات

1. نوردونج هيرمانمشكلة السفر إلى الفضاء. - دار نشر ديان، 1995. - ص 72. - ISBN 978-0788118494
2. المرحلات خارج الأرض – هل تستطيع محطات الصواريخ توفير تغطية إذاعية عالمية؟ (الإنجليزية) (بي دي إف). آرثر سي كلارك (أكتوبر 1945). مؤرشف
3. شرط أن تظل الأقمار الصناعية ثابتة بالنسبة للأرض في مواقعها المدارية في المدار الثابت بالنسبة للأرض، وكذلك عدد كبير منالأقمار الصناعية في هذا المدار في نقاط مختلفة، تؤدي إلى تأثير مثير للاهتمام عند مراقبة وتصوير النجوم بالتلسكوب باستخدام التوجيه - الحفاظ على اتجاه التلسكوب عند نقطة معينة في السماء المرصعة بالنجوم للتعويض عن الدوران اليومي للأرض (مهمة عكس الاتصالات الراديوية المستقرة بالنسبة إلى الأرض). إذا لاحظت من خلال هذا التلسكوب السماء المرصعة بالنجومبالقرب من خط الاستواء السماوي، حيث يمر المدار الثابت بالنسبة للأرض، ثم في ظروف معينة يمكنك رؤية الأقمار الصناعية تمر الواحدة تلو الأخرى على خلفية نجوم ثابتة داخل ممر ضيق، مثل السيارات على طريق سريع مزدحم. وهذا ملحوظ بشكل خاص في صور النجوم ذات التعريضات الضوئية الطويلة، انظر على سبيل المثال: باباك تافريشي.الطريق السريع الجغرافي الثابت. (إنجليزي) . العالم في الليل (TWAN). مؤرشفة من الأصلي في 23 آب (أغسطس) 2011. تم الاسترجاع 25 فبراير، 2010.مصدر: باباك تفريشي (عالم الليل).الطريق السريع الثابت بالنسبة للأرض. (الروسية). Astronet.ru. مؤرشفة من الأصلي في 23 آب (أغسطس) 2011. تم الاسترجاع 25 فبراير، 2010.
4. لمدارات الأقمار الصناعية التي لا تذكر كتلتها مقارنة بكتلة الجسم الفلكي الذي يجذبها
5. مدارات الأقمار الصناعية الأرضية. وضع الأقمار الصناعية في المدار
6. شبكة Teledesic: استخدام الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض لتوفير الوصول إلى الإنترنت عريض النطاق ولاسلكي وفي الوقت الفعلي في جميع أنحاء العالم
7. مجلة "حول العالم" العدد 9 سبتمبر 2009. المدارات التي نختارها
8. فسيفساء. الجزء الثاني
9. القمر الصناعي يتجاوز الأفق بمقدار 3 درجات
10. انتباه! فترة التدخل الشمسي النشط قادمة!
11. التدخل الشمسي

روابط

مدارات

في الوقت الحاضر، تستخدم البشرية عدة مدارات مختلفة لوضع الأقمار الصناعية. لقد تم تركيز الاهتمام الأكبر على المدار الثابت بالنسبة للأرض، والذي يمكن استخدامه لوضع قمر صناعي "ثابت" فوق نقطة معينة على الأرض. يعتمد المدار المختار لتشغيل القمر الصناعي على الغرض منه. على سبيل المثال، يتم وضع الأقمار الصناعية المستخدمة لبث البرامج التلفزيونية الحية في مدار ثابت بالنسبة للأرض. توجد العديد من أقمار الاتصالات أيضًا في مدار ثابت بالنسبة للأرض. وتدور أنظمة الأقمار الصناعية الأخرى، خاصة تلك المستخدمة للاتصال بين هواتف الأقمار الصناعية، في مدار أرضي منخفض. وبالمثل، فإن أنظمة الأقمار الصناعية المستخدمة لأنظمة الملاحة مثل Navstar أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) موجودة أيضًا في مدارات أرضية منخفضة نسبيًا. هناك عدد لا يحصى من الأقمار الصناعية الأخرى - الأرصاد الجوية والأبحاث وما إلى ذلك. وكل واحد منهم، بحسب غرضه، يحصل على «تسجيل» في مدار معين.

إقرأ أيضاً:

ويعتمد المدار المحدد الذي تم اختياره لتشغيل القمر الصناعي على عوامل كثيرة، بما في ذلك وظائف القمر الصناعي، بالإضافة إلى المنطقة التي يخدمها. في بعض الحالات، قد يكون ذلك في مدار أرضي منخفض للغاية (LEO)، يقع على ارتفاع 160 كيلومترًا فقط فوق الأرض، وفي حالات أخرى، يكون القمر الصناعي على ارتفاع يزيد عن 36000 كيلومتر فوق الأرض - أي، في المدار الثابت بالنسبة للأرض GEO. علاوة على ذلك، فإن عددًا من الأقمار الصناعية لا تستخدم مدارًا دائريًا، بل مدارًا بيضاويًا.

الجاذبية الأرضية ومدارات الأقمار الصناعية

أثناء دوران الأقمار الصناعية حول الأرض، فإنها تبتعد عنها تدريجيًا بسبب قوة الجاذبية الأرضية. إذا لم تدور الأقمار الصناعية في مدارها، فإنها ستبدأ تدريجياً في السقوط على الأرض وتحترق في الغلاف الجوي العلوي. ومع ذلك، فإن دوران الأقمار الصناعية حول الأرض يخلق قوة تدفعها بعيدًا عن كوكبنا. لكل من المدارات سرعة تصميمية خاصة به، مما يسمح لك بموازنة قوة جاذبية الأرض وقوة الطرد المركزي، والحفاظ على الجهاز في مدار ثابت ومنعه من اكتساب الارتفاع أو فقدانه.

ومن الواضح تمامًا أنه كلما انخفض مدار القمر الصناعي، كلما زاد تأثره بالجاذبية الأرضية وزادت السرعة المطلوبة للتغلب على هذه القوة. كلما زادت المسافة من سطح الأرض إلى القمر الصناعي، قلت السرعة المقابلة لإبقائه في مدار ثابت. ويتطلب القمر الصناعي الذي يدور على ارتفاع حوالي 160 كيلومترًا فوق سطح الأرض سرعة تبلغ حوالي 28,164 كيلومترًا في الساعة، مما يعني أن مثل هذا القمر الصناعي سيدور حول الأرض في حوالي 90 دقيقة. على مسافة 36000 كم فوق سطح الأرض، يحتاج القمر الصناعي إلى سرعة تقل قليلاً عن 11266 كم/ساعة ليظل في مدار ثابت، مما يسمح لهذا القمر الصناعي بالدوران حول الأرض خلال 24 ساعة تقريبًا.

تعريفات المدارات الدائرية والإهليلجية

تدور جميع الأقمار الصناعية حول الأرض باستخدام أحد النوعين الأساسيين من المدارات.

• مدار القمر الصناعي الدائري: عندما تدور مركبة فضائية حول الأرض في مدار دائري، تظل المسافة التي تفصلها عن سطح الأرض كما هي دائمًا.
• مدار القمر الصناعي الإهليلجي: دوران القمر الصناعي في مدار بيضاوي الشكل يعني أن المسافة إلى سطح الأرض تتغير بمقدار وقت مختلفخلال دورة واحدة.

إقرأ أيضاً:

مدارات الأقمار الصناعية

هناك العديد من التعريفات المختلفة المرتبطة أنواع مختلفةمدارات الأقمار الصناعية:

• مركز الأرض: عندما يدور قمر صناعي حول الأرض - في مدار دائري أو إهليلجي - يشكل مدار القمر الصناعي مستوى يمر عبر مركز الجاذبية، أو مركز الأرض.
• اتجاه الحركة حول الأرض: يمكن تقسيم الطرق التي يدور بها القمر الصناعي حول كوكبنا إلى فئتين حسب اتجاه هذا المدار:

1. مدار التسارع: وتسمى ثورة القمر الصناعي حول الأرض بالتسارع إذا كان القمر الصناعي يدور في نفس الاتجاه الذي تدور فيه الأرض؛
2. المدار الرجعي: يسمى مدار القمر الصناعي حول الأرض بالتراجع إذا كان القمر الصناعي يدور في الاتجاه المعاكس لاتجاه دوران الأرض.

• المسار المداري:المسار المداري للقمر الصناعي هو نقطة سطح الأرض، عند التحليق فوقها يكون القمر الصناعي في سماء المنطقة مباشرة أثناء تحركه في مدار حول الأرض. يشكل المسار دائرة، في وسطها مركز الأرض. وتجدر الإشارة إلى أن الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض هي حالة خاصة لأنها تبقى باستمرار فوق نفس النقطة فوق سطح الأرض. وهذا يعني أن مسارهم المداري يتكون من نقطة واحدة تقع عند خط استواء الأرض. يمكننا أيضًا أن نضيف أن المسار المداري للأقمار الصناعية التي تدور بشكل صارم فوق خط الاستواء يمتد على طول خط الاستواء نفسه.

وتتميز هذه المدارات، كقاعدة عامة، بتحول في المسار المداري لكل قمر صناعي غربالأن الأرض تحت القمر الصناعي تدور في اتجاه الشرق.

• العقد المدارية: هذه هي النقاط التي يمر فيها المسار المداري من نصف الكرة الأرضية إلى آخر. بالنسبة للمدارات غير الاستوائية هناك نوعان من هذه العقد:

1. العقدة الصاعدة: هذه هي العقدة التي ينتقل عندها المسار المداري من نصف الكرة الجنوبي إلى الشمال.
2. العقدة التنازلية: هذه هي العقدة التي ينتقل عندها المسار المداري من نصف الكرة الشمالي إلى نصف الكرة الجنوبي.

• ارتفاع القمر الصناعي: عند حساب العديد من المدارات، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار ارتفاع القمر الصناعي فوق مركز الأرض. يتضمن هذا المؤشر المسافة من القمر الصناعي إلى سطح الأرض بالإضافة إلى نصف قطر كوكبنا. وكقاعدة عامة، يعتبر أنه يساوي 6370 كيلومترا.
• السرعة المدارية: بالنسبة للمدارات الدائرية، فالأمر هو نفسه دائمًا. ومع ذلك، في حالة المدارات الإهليلجية، كل شيء مختلف: تتغير سرعة مدار القمر الصناعي اعتمادًا على موقعه في نفس المدار. وتصل إلى حدها الأقصى عندما يكون الأقرب إلى الأرض، حيث يواجه القمر الصناعي أقصى مقاومة لقوة جاذبية الكوكب، وتنخفض إلى الحد الأدنى عندما يصل إلى نقطة أبعد مسافة عن الأرض.
• زاوية الرفع: زاوية ارتفاع القمر الصناعي هي الزاوية التي يقع فيها القمر الصناعي فوق الأفق. إذا كانت الزاوية صغيرة جدًا، فقد يتم حجب الإشارة بواسطة الأجسام القريبة إذا لم يتم رفع هوائي الاستقبال عاليًا بدرجة كافية. ومع ذلك، بالنسبة للهوائيات المرفوعة فوق عائق، توجد أيضًا مشكلة عند استقبال الإشارات من الأقمار الصناعية ذات زاوية الارتفاع المنخفضة. والسبب هنا هو أن إشارة القمر الصناعي يجب أن تنتقل لمسافة أكبر الغلاف الجوي للأرضونتيجة لذلك فإنه يتعرض لضعف أكبر. وتعتبر زاوية الارتفاع الدنيا المقبولة لاستقبال مرضٍ إلى حدٍ ما هي زاوية قدرها خمس درجات.
• زاوية الميل: لا تتبع جميع مدارات الأقمار الصناعية خط الاستواء - في الواقع، لا تتبع معظم المدارات الأرضية المنخفضة هذا الخط. ولذلك فمن الضروري تحديد زاوية ميل مدار القمر الصناعي. ويوضح الرسم البياني أدناه هذه العملية.

زاوية ميل مدار القمر الصناعي

مؤشرات أخرى تتعلق بمدار القمر الصناعي

ولكي يتم استخدام القمر الصناعي في تقديم خدمات الاتصالات، يجب أن تكون المحطات الأرضية قادرة على "متابعته" حتى تتمكن من استقبال إشارة منه وإرسال إشارة إليه. ومن الواضح أن الاتصال بالقمر الصناعي لا يكون ممكنا إلا عندما يكون في مدى رؤية المحطات الأرضية، واعتمادا على نوع المدار، لا يمكن أن يكون في مدى الرؤية إلا لفترات زمنية قصيرة. للتأكد من إمكانية الاتصال بالقمر الصناعي لأقصى قدر من الوقت، هناك عدة خيارات يمكن استخدامها:

• الخيار الأوليتكون من استخدام مدار بيضاوي الشكل، تقع نقطة الأوج فيه بالضبط فوق الموقع المخطط للمحطة الأرضية، مما يسمح للقمر الصناعي بالبقاء في مجال رؤية هذه المحطة لأقصى فترة زمنية.
• الخيار الثانيتتمثل في إطلاق عدة أقمار صناعية في مدار واحد، وبالتالي، في الوقت الذي يختفي فيه أحد هذه الأقمار الصناعية عن الأنظار وينقطع الاتصال به، يحل محله آخر. كقاعدة عامة، يتطلب تنظيم اتصالات متواصلة إلى حد ما إطلاق ثلاثة أقمار صناعية في المدار. ومع ذلك، فإن عملية استبدال أحد سواتل "الخدمة" بآخر تؤدي إلى تعقيد إضافي في النظام، فضلاً عن عدد من المتطلبات لثلاثة سواتل على الأقل.

تعريفات المدارات الدائرية

يمكن تصنيف المدارات الدائرية وفقا لعدة معايير. تشير المصطلحات مثل المدار الأرضي المنخفض والمدار الثابت بالنسبة للأرض (وما شابه ذلك). سمة مميزةمدار محدد. مراجعة قصيرةوترد تعريفات المدارات الدائرية في الجدول أدناه.

لا يتم تنفيذ معظم الرحلات الفضائية في مدارات دائرية، بل في مدارات إهليلجية، ويختلف ارتفاعها حسب الموقع فوق الأرض. ارتفاع ما يسمى بالمدار "المرجعي المنخفض"، والذي "يندفع" منه معظم الناس سفن الفضاء، أي ما يعادل حوالي 200 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر. وعلى وجه الدقة، يبلغ الحضيض لهذا المدار 193 كيلومترًا، والأوج 220 كيلومترًا. ومع ذلك، يوجد في المدار المرجعي كمية كبيرة من الحطام الذي خلفه نصف قرن من استكشاف الفضاء، لذلك تنتقل المركبات الفضائية الحديثة، التي تقوم بتشغيل محركاتها، إلى مدار أعلى. على سبيل المثال، الدولية محطة فضاء (محطة الفضاء الدولية) في عام 2017 استدارت على ارتفاع حوالي 417 كيلومتراأي ضعف ارتفاع المدار المرجعي.

يعتمد الارتفاع المداري لمعظم المركبات الفضائية على كتلة السفينة وموقع إطلاقها وقوة محركاتها. بالنسبة لرواد الفضاء يتراوح من 150 إلى 500 كيلومتر. على سبيل المثال، يوري غاغارينطار في المدار عند الحضيض 175 كموالأوج عند 320 كم. طار رائد الفضاء السوفييتي الثاني جيرمان تيتوف في مدار بلغ نقطة الحضيض فيه 183 كم وأوجه 244 كم. حلقت المكوكات الأمريكية في المدار الارتفاع من 400 إلى 500 كيلومتر. الجميع على نفس الارتفاع تقريبًا السفن الحديثةوتسليم الأشخاص والبضائع إلى محطة الفضاء الدولية.

على عكس المركبات الفضائية المأهولة، التي تحتاج إلى إعادة رواد الفضاء إلى الأرض، تطير الأقمار الصناعية في مدارات أعلى بكثير. يمكن حساب الارتفاع المداري لقمر صناعي يدور في مدار ثابت بالنسبة للأرض بناءً على بيانات حول كتلة الأرض وقطرها. ونتيجة للحسابات الفيزيائية البسيطة، يمكننا معرفة ذلك ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرضأي أن القمر الصناعي "يعلق" فوق نقطة واحدة على سطح الأرض يساوي 35.786 كيلومترا. هذه مسافة كبيرة جدًا من الأرض، وبالتالي فإن وقت تبادل الإشارة مع مثل هذا القمر الصناعي يمكن أن يصل إلى 0.5 ثانية، مما يجعله غير مناسب، على سبيل المثال، لخدمة الألعاب عبر الإنترنت.

اليوم هو 19 أغسطس 2019. هل تعرف ما هي العطلة اليوم؟

أخبرني ما هو ارتفاع مدار رحلة رواد الفضاء والأقمار الصناعيةالأصدقاء على الشبكات الاجتماعية: