قمر البحث العلمي


قمر الاتصالات


Communications satellite




كيف يعمل قمر الاتصالات


نقل الإشارات


التوجيه المداري


تداخل إشارات الراديو


نبذة تاريخية


________________________________________


قمر اتصالات يمكنه استقبال رسائل الهاتف والبرق وبرامج الإذاعة والتلفاز وإرسالها. وقمر الاتصالات المبين أعلاه جزء من نظام إنتلسات الذي يصل إلى أكثر من 140 بلدًا في جميع أرجاء العالم.
قمر الاتصالات مركبة فضائية تدور حول الكُرَة الأرضيَّة، لها أجهزة لنقل إشارات الراديو، والبَرْق والهاتف والتلفاز. وتُرْسِلُ محطاتٌ على سطح الأرض، تُدْعَى المحطات الأرضية الإشارات إلى القمر الصناعي الذي يَبُثُّ الإشارات بعد ذلك إلى محطات أرضيةٍ أخرى.
وتسمح أقمار الاتصالات للمحادثات الهاتفية ورسائل البرق وبرامج الإذاعة والتلفاز أن تطوف من جزء من بلد إلى جزء آخر، وحتى عَبْر المحيطات، وتستطيع أيضًا التعامُلَ مع كمية ضخمة من البيانات. فمثلاً، يمكن عَبْرَ القمر الصناعي إرسال جميع مصنَّفات حاسوب في الولايات المتحدة وسجلاته إلى حاسوب في أوروبا. كما تستطيع أقمار الاتصالات فوق المحيط الأطلسي تداول 30,000 مكالمة هاتفية في وقت واحد، وبغير تلك الأقمار يتطلب الأمر شبكاتٍ واسعة من الأسلاك والكبلات لإجراء تلك الاتصالات الدولية الواسعة. وإضافة إلى ذلك، يستطيع إرسال قمر الاتصالات الوصول إلى جَمْعٍ كبير من الناس في وقت واحد.
تقيم الشركات الكبيرة أو الوكالات الحكومية معظم أقمار الاتصالات، وهي التي تُطْلقها وتُشغِّلها. وقد يَسْتَخْدمُ بعض الأقمار بلدٌ واحدٌ فقط للإرسال من مناطق إلى مناطق أخرى ضمن حدود ذلك البلد. وللولايات المتحدة أكثر من 20 قمراً محليًّا كهذه. والآن، يستخدم أكثر من 50 بلدًا نظم الأقمار الصناعية، كما يجمع نظام أُوسات في أستراليا الاتصالات مع نُظُم البث التلفازي المباشر. واستطاعت كلٌّ من الهند والصين إنشاء نُظُم اتصالات وطنية باستخدام أقمار الاتصالات.
وقد تكون بعض الأقمار الصناعية مشتركةً بين عدة أقطار. وتؤدي الكثير من تلك الأقمار وظيفتها بوصفها شبكة، كما أن هذه الأقمار تُصَمَّمِ بحيث تنقل الإشارات فيما بينها، وكذلك إلى سطح الأرض. ويمكن بهذه الطريقة نقل الإشارات حول العالم. وتستخدم أكثر من 140 بلدًا، على سبيل المثال، خدمات نظام إنتلسات، وهو شبكة من الأقمار الصناعية تصل إلى أكثر من 600 محطة أرضية في جميع أنحاء العالم. كما توجد نظم أقمار اتصالات أخرى منها نظام إيوتلسات الذي يخدم عددًا من الدول الأوروبية، ونظام عربسات الذي تستخدمه الدول العربية.
كيف يعمل قمر الاتصالات
كانت أول أقمار الاتصالات غير فعّالة، أي أنهاكانت ببساطة كُرَات معدنية مَدَاريّة تعكس الإشارات، كمرآة تعكس الخيال، على حين أن جميع أقمار الاتصالات التي تَلَت، أصبحت فعّالة، حيث تُضَخّم (تقوِّي) هذه الأقمار الإشارات وتُرسلُها. ويناقش هذا الجزء عمل أقمار الاتصالات الفعَّالة.


نظام ترحيل قمري. يستطيع حَمْل إشارات عبر مسافات شاسعة، حين تبثُّ محطة أرضية إشارات على موجات الراديو إلى القمر، فتوجه حزمة هوائي القمر الإشارات إلى محطة أرضية أخرى. وتتوافق سرعة القمر مع سرعة دوران الأرض بحيث يظهر ثابتاً فوق بقعة على الأرض.
نقل الإشارات. يُرَحِّل قمر الاتصالات الفعَّال الإشارات ترحيلاً رئيسيًّا باستخدام جهاز إلكتروني يُسمَّى المُرْسِل المُستَجيب. يَسْتَلِم المُرْسِل في المحطة الأرضية الإشارات من الهاتف أو البرق أو محطة الإذاعة أو التلفاز فتُرْسل المحطَّة الأرضية الإشارات بموجات الراديو إلى مُرْسِل مُستَجِيب القمر الصناعي الذي يُضَخِّم الموجات ويعيد إرسالها. ويُوَجِّه هوائيُّ إرسالٍ في قمر الاتصالات حزمة موجات الراديو من المُرْسِل المستجيب باتجاه محطة استقبال أرضية أو قمر اتصالات آخَر. ولمعظم أقمار الاتصالات أكثر من مُرْسِل مستجيب وأكثر من هوائيّ، وذلك حتى يمكنها ترحيل عدة مجموعات من موجات الراديو في وقت واحد.
ويتزوَّد المُرسِل المستجيب والتجهيزات الإلكترونية الموجودة على قمر الاتصالات بالقدرة من لوحات شمسية وبطاريات تخزين. فتجمع اللوحات الشمسيَّة الطاقة من الشمس وتحوِّلها إلى قدرة كهربائية. وتزود البطاريات قمر الاتصالات بالكهرباء عندما لايستقبل القمر أشعة الشمس. وتعمل التجهيزات الكهربائية على معظم أقمار الاتصالات بسهولة لمدة من 7 إلى 10 سنوات قبل أن تبدأ بالتوقُّف.


المَحطَّات الأَرضية. مثل هذه المحطات في بنسلفانيا في الولايات المتحدة الأمريكية تستخدم هوائياتٍ ضخمة لاستقبال الإرسال من أقمار الاتصالات والإرسال إليها.
التوجيه المداري. يتمُّ إطلاق معظم أقمار الاتصالات بالصواريخ، أو يُحمل القمر إلى الفضاء بوساطة المكوك الفضائي، وتوجِّه محركات مساعدة صغيرة هذه الأقمار إلى مداراتها وتساعدها على البقاء هناك.
وتوضع معظم أقمار الاتصالات في مدارات تزامنية (ثابتة بالنسبة للأرض) بحيث تكون فوق سطح الأرض بنحو 35,900كم. ويمكن لمحطة أرضية أن تتصل مع قمر الاتصالات بشرط أن يكون هذا القمر فوق الأرض دائرًا بسرعة دوران الأرض نفسها، ويظهر نتيجة لذلك مستقرًا (لايتحرك) بالنسبة للأرض، وواقعًا في مجال بعض المحطَّات طيلة الوقت. أمَّا إذا لم يكن قمر الاتصالات في مدار تزامني فإنه سيمر فوق محطة أرضية معينة لمدة قصيرة أثناء كل مدار.
ويمكن أن يغطِّي البث من قمر الاتصالات، في مدارٍ يسير فيه القمر بسرعة تساوي سرعة دوران الأرض، نحو ثلث سطح الكرة الأرضية. ولذلك فإن ثلاثة أقمار اتصالات أو أكثر، موضوعة وَضْعًا ملائمًا حول الكرة الأرضية، تستطيع إرسال إشارات تغطي العالم.

تداخل إشارات الراديو. تداخل إشارات الراديو هو المُشْكِلة الرئيسيَّة المرافقة لأقمار الاتصالات، إذ يمكن لموجات راديوية من قمر اتصالات أن تتداخل مع موجات أخرى من قمر اتصالات آخر إذا كان أحدُ القمرين قريبًا من الآخَر. وأصبحت هذه التداخلات مشكلة معقَّدة باطراد حيث يوضع مزيد من الأقمار في مدارات تزامنية. ويمكن لإرسال الأقمار أن يتداخل مع نظم الاتصالات على الأرض، وللمساعدة في حل هذه المشكلة، تأسَّست منظماتٌ محليَّة ودوليَّة لتنظيم الإرسال ومواضع مدارات الأقمار.
نبذة تاريخية
في خمسينيات القرن العشرين، بدأ تطوير أقمار الاتصالات استجابةً لتزايد الطلب على اتصالات أفضل من تلك النُّظم الأرضية الاعتيادية. وقد نجمت هذه الطلبات بسبب التطوُّرات والتوسع السريع في النظم الهاتفية وزيادة محطات التلفاز والإذاعة. وقد أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية عام 1960م، قمر الصَّدى، وهو بالون معدني كان يعكس الإشارة. وبعدئذٍ، كانت أقمار الاتصالات تحوي مرسلات مستجيبة مثل تلستار وريلاي. وفي عام 1963م، أُطْلق قمر سينكوم 2 وهو أوَّل قمر يُوضَع في مدار تزامني بالنسبة للأرض. وكان انتلسات 1 أول قمر عالمي لغرض الاتصالات وكان يسمى أيضًا الطائر المبكَّر. وقد أطلقت الولايات المتحدة الانتلسات 1 ثم وضعته فوق المحيط الأطلسي عام 1965م لنقل الإشارات الهاتفية والتلفازية بين أمريكا الشمالية وأوروبا.
وفي ثمانينيات القرن العشرين الميلادي أصبحت أقمار الاتصالات جزءًا أساسيًا من الاتصالات العالمية؛ إذ تطورت أقمار كبيرة وتحسنت النظم الكهربائية وصمم المهندسون محطات أرضية أصغر ذات هوائيات يمكن وضعها على أسطح البنايات لاستقبال البث المباشر.
ووضعت كل الأقمار التجارية التي أطلقت عقب الطائر المبكر في مدارات تزامنية بالنسبة للأرض. وساعد التقدم الكبير في أجهزة الحواسيب والهواتف النقالة والاتصالات الرقمية في إحياء الرغبة التجارية للعمل بأنظمة أقمار الاتصالات ذات المرسلات المستجيبة.
انظر أيضًا: الاتصالات؛ رحلات الفضاء.