مكونات ومنظومات ومهام الأقمار الصناعية

######################
مكونات ومنظومات ومهام الأقمار الصناعية:
######################

اقتبس الإنسان وعلماؤه القوانين الفيزيائية من الطبيعة، وكان اكتشاف قوانين الحركة من قبل العالم الكبير إسحاق نيوتن الأثر الأكبر في بناء وتشييد الأقمار المصنوعة من قبل الإنسان والتي بدأ الإنسان من خلالها بأول مراحل مراقبة نفسه عن بعد ووضع القواعد الأساسية لغزو الفضاء.
يقوم القمر الصناعي اليوم وبعد زمن من تطويره بمهام فريدة ودقيقة جداً لايمكن لمسيرة الحضارة البشرية أن تتجاوز أهميتها، ويمكن حتى أن نصنفها ضمن علوم، أو يمكن أن نقول أنها أنشأت علوما بحد ذاتها. ومهما كانت مهمة القمر ومهما بلغ تصميمه من التعقيد فإنه يتألف عموماً من كتلتين رئيسيتين يطلق عليهما الحمولة والحافلة:

- الحمولة Payload:
وهي جميع المعدات التي يحتاجها القمر لإتمام مهمته، وذلك يتضمن الهوائيات والكاميرات وأجهزة الرادار والدارات الإلكترونية المختلفة التي تؤمن عمليات التحكم والإرسال والاستقبال، وكمثال على ذلك الحمولة:

1- أقمار الطقس تتضمن الكاميرات التي تعطي صوراً تتضمن معلومات عن بنية الغيوم.
2- أقمار الاتصالات تحتاج إلى عواكس هوائية ضخمة لإرسال الإشارات الهاتفية أو التلفزيونية.
3- أقمار الاستشعار عن بعد تحتاج إلى كاميرات رقمية دقيقة وحساسات تصوير دقيقة للحصول على صور واضحة عن سطح الأرض ومكوناتها المختلفة.
4- أقمار البحث العلمي تحتاج إلى تلسكوب وحساسات الصورة لتسجيل المشاهد للنجوم والكواكب التي تتم دراستها.

- الحافلة أو الباص Bus:
جزء مخصص من القمر لاستيعاب الحمولة ونقلها إلى المدار المطلوب.
يقوم هذا الجزء بحفظ أجزاء القمر مع بعضها البعض ويؤمن القدرة الكهربائية، وحسابات العمل والدفع والتسيير إلى الفضاء، بالإضافة إلى ذلك تمتلك الحافلة معدات الاتصال مع المحطة الأرضية الخاصة بها.

######################
المنظومات:
######################

1- منظومة توليد الطاقة Power Systems:
تحتاج جميع أنظمة وأجهزة القمر الصناعي إلى الطاقة كي تعمل وتنجز مهامها، وتؤمن الشمس الطاقة اللازمة لأغلب الأقمار الصناعية الموجودة في مداراتنا الأرضية.
تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الأشعة الشمسية للحصول على الطاقة الكهربائية اللازمة باستخدام آلاف الخلايا الشمسية، وتقوم بتوزيع الطاقة الكهربائية بين البطاريات الكهربائية من أجل التخزين، ووحدات التوزيع التي تقوم بتوزيع الطاقة الكهربائية على مختلف المعدات المستهلكة للكهرباء.

2- منظومة التحكم بالتوجيه Pointing Control:
تقوم هذه المنظومة بالحفاظ على ثبات القمر الصناعي في وضعيته المطلوبة وضمان التوجيه السليم في الاتجاه المطلوب الصحيح للقمر الصناعي.
يستخدم هذا النظام الحساسات التي تعتبر بمثابة العيون التي ترى الوضعية الحالية للقمر، وميكانزمات الدفع والتسيير أو العجلات المولدة للعزم، وذلك تبعاً للتصميم الذي يعتمد على المهام المخصص لها عمل القمر الصناعي. فالأقمار المخصصة للمراقبة العلمية (دراسة الكواكب والنجوم) تحتاج إلى نظام قيادة (تسيير ودفع) دقيق جداً مقارنة بما تحتاجه أقمار الاتصالات.

3- منظومة الاتصالات Communications:
تحتوي منظومة الاتصالات في أقمار الاتصالات على المرسل والمستقبل والهوائيات المختلفة اللازمة لإتمام عمليات تبادل الرسائل والمعلومات بين القمر والمحطة الأرضية.
يستخدم التحكم الأرضي هذه المنظومة لإرسال أوامر التشغيل والحركة إلى الحاسب الملاحي في القمر، وبالعكس تكفل هذه المنظومة نقل جميع البيانات التي يجمعها القمر الصناعي في مهمته إلى المحطة الأرضية.

4- منظومة التحكم بالحرارة Thermal Control:
تقوم هذه المنظومة بحماية القمر وحمولته المختلفة من بيئة الفضاء القاسية، حيث يتعرض القمر خلال تواجده في مداره إلى تقلبات حرارية شديدة تتراوح بين -120 تحت الصفر في الظل إلى 180 درجة مئوية بوجود الأشعة الشمسية المباشرة.
وهذه التقلبات الحرارية تشكل إحدى أهم العوائق الطبيعية لعمل هذه الأقمار.
تستخدم منظومة التحكم الحراري في عملها وحدات التوزيع والعزل الحراري لحماية الأجهزة الإلكترونية التي تعتبر أكثر المعدات حساسية للحرارة.

######################
تشريح القمر الصناعي:
######################

بتشريح القمر الصناعي عموماً نجده عبارة عن جهاز أو عدة أجهزة مجموعة في بنية آلية فائقة التعقيد، فجميع أنواع الأقمار تمتلك العديد من الأنظمة العاملة معاً بتزامن وتناغم محكم، بحيث تشكل نظاماً متكاملاً يحقق مختلف المهام الموكلة إليه.

1- المرسل والمستقبل Transmitter/Receiver:
جزء من منظومة الاتصالات الاحتياطية، تعمل عندما يحتاج القمر إلى إرسال صورة إلى الأرض، حيث يقوم المرسل بتحويل بيانات الصورة إلى إشارة كهرومغناطيسية يمكن إرسالها إلى الأرض.
وعندما يقوم المهندسون بإرسال أوامر إلى القمر ليقوم بعمل ما (تبعا لنوع مهمات القمر) يقوم المستقبل في القمر بالتقاط الإشارة واستقبالها وتحويلها إلى رسالة (لغة) يفهمها الحاسب الملاحي داخل القمر الصناعي.

2- البطارية Battery:
جزء من النظام الاحتياطي للطاقة، حيث تقوم بتخزين القدرة الكهربائية التي تنتج من نظام الطاقة الشمسية، وهذه البطارية تستخدم لتغذية مختلف المعدات الإلكترونية التي تعمل في القمر الصناعي.

3- نظام الطاقة الشمسية Solar Arrays:
يتكون من صفائح واسعة على شكل أجنحة تشكل بناء مكون من آلاف الخلايا الشمسية، تقوم كل منها باستغلال الأشعة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية اللازمة لعمل الأنظمة المختلفة في القمر، حيث تتصل جميع تلك الخلايا الشمسية مع بعضها البعض ومع تركيبات النظام للحصول على الطاقة الكهربائية اللازمة لعمل الأجهزة من جهة، ولإعادة شحن البطاريات الكهربائية الخاصة بالقمر من جهة أخرى. 

4- هيكل الباص أو الحافلة Bus Structure:
يعتبر الهيكل الذي يقوم بضمان نقل وسلامة موجودات وحمولة القمر جزء هام وأساسي من منظومة القمر الصناعي، حيث يقوم بناء هذا الهيكل على الدقة العالية في الهندسة والتصميم، فمواد هذا الهيكل تجمع مابين المتانة العالية والوزن النوعي المنخفض، حيث تقوم المعركة الهندسية بين القدرة على حمل الأوزان وتحمل الإجهادات المختلفة التي يتعرض لها القمر خلال رحلته من جهة، وتقليل الاستهلاك الوقودي من خلال تقليل الوزن قدر الإمكان، لتأمين أكبر زمن وقدرة كافية لحركة القمر خلال أداء مهمته في المدار الخاص به.
وبالنتيجة تعتبر المواد: الألمنيوم (خفة الوزن) والتيتانيوم (قساوة ومتانة عاليتين) والغرافيت (صلابة)، هي أكثر المواد استخداما في الصناعة الإنشائية لهيكل الحافلة في القمر الصناعي.

5- الهوائي ذو الربح العالي High Gain Antenna:
جزء من منظومة الاتصالات الاحتياطية التي تستخدم لإرسال الكميات الهائلة من البيانات بسرعة كبيرة بين الأرض والقمر الصناعي.

6- الهوائي أومني Omni Antennas:
جزء من منظومة الاتصالات الاحتياطية، تستخدم لنقل وتبادل الرسائل بين القمر والتحكم الأرضي في المحطة الأرضية الخاصة بالقمر.

7- الكاميرا الرقمية Digital Camera:
توجد الكاميرات الرقمية في أقمار الاستشعار عن بعد، وهي جزء من نظام الحمولة الاحتياطي، وتستخدم لتسجيل الصور الدقيقة لسطح الأرض. 

8- الحاسب الملاحي Flight Computer:
يعتبر هذا الكمبيوتر جزء من منظومة القيادة وإدارة البيانات الاحتياطية، التي تشكل دماغ القمر الصناعي الذي يتحكم بفعاليات القمر المختلفة.

9- معالج الدخل/الخرج I/O Processor:
جزء من نظام القيادة وإدارة البيانات الاحتياطي، الذي يتحكم بحركة البيانات من وإلى الكمبيوتر المركزي في القمر.

10- عجلات التوجيه Reaction Wheels:
جزء من منظومة التحكم والتوجيه الاحتياطية في القمر الصناعي، تتكون من عجلات ثقيلة تدور مغزليا باتجاهات مختلفة، ويتولد نتيجة لتلك الحركة عزم دوراني يسبب حركة القمر الصناعي وانتقاله إلى الوضعية المنشودة.