كيف يتم إطلاق القمر الصناعي؟
تعتبر عملية اطلاق القمر الصناعي معقدة للغاية، فهل لديك فكرة عن طريقة الاطلاق؟ والأمور التي تؤخذ بالحسبان؟
يوضع القمر الصناعي على صاروخ، ويطلق بشكل مستقيم في البداية ليمر بسهولة عبر الغلاف الجوي السميك لتقليل استهلاك الوقود. وبعد تجاوز كوكب الأرض تستخدم منظومة التحكم البعيد بالصاروخ (IGS) لإمالة القمر باتجاه الشرق لإعطائه دفعة إضافية من سرعة دوران الأرض، وتكون أعظمية فوق خط الاستواء لتوفير في كمية الوقود وزيادة السرعة ثم يوجه نحو مساره النهائي.
وعلى ارتفاع 193 كيلو متر يطلق النظام الملاحي في الصاروخ عدة صواريخ صغيرة ليصبح مساره أفقي، ثم يستخدم نظام التحكم الذاتي (IGS) في التوجيه لتحديد موقع الصاروخ واتجاهه خلال التسارعات المختلفة التي يمر بها، حيث يستخدم النظام تقنية الجيروسكوبات (s gyroscopically) ومقاييس التسارع لقياس التغيرات في التسارع على محاور مختلفة، لأن معرفة نقطة الأطلاق والتسارع الذي يمر به يحدد موقعه و اتجاهه في كل لحظة، ويجب أن لا يقل تسارعه عن 40 كم/سا لكي لا يخرج عن مداره ويضيع في الفضاء، ويجب تحريكه بسرعة معينة ليبقى على مدار معين من الأرض من خلال تحقيق التوازن بين قوة جذب الأرض له وعزمه الدوراني الذي يبعده عن الأرض كلما زادت السرعة.
لبقاء القمر على مسافة 35786 كيلو متر من الأرض وليكمل دور كاملة حولها خلال 24 ساعة، يجب أن يدور حول الأرض بسرعة 11300 كيلومتر في الساعة فيبدو ثابتًا في موضعه بالنسبة لأي نقطة في الأرض.
وينفصل بعد ذلك القمر عن مركبة الإطلاق ليبدأ بعمله، ويستمد طاقته من الخلايا الشمسية، ويحوي أجهزة إرسال واستقبال لاستقبال معلومات التحكم، وإرسال معلومات المطلوبة للمحطات الأرضية.
عوامل أساسية عند إطلاق القمر الصناعي
وضع القمر الصناعي في مداره حول الأرض موضوع معقد للغاية، ويتطلب فهم عدد من الأفكار العلمية الفيزيائية للوصول إلى إدراك ما يحدث منذ انطلاق الصاروخ إلى وصوله للمدار المحدد، فيما يلي تلخيص لبعض العوامل التي تتعلق بعملية اطلاق القمر الصناعي:
- الاحتكاك ضمن الغلاف الجوي: تسبب الغازات الموجودة في الغلاف الجوي احتكاكًا كبيرًا للأجسام التي تتحرك ضمنه ويسبب سقوطها إلى الأرض، ولهذا يتم وضع معظم الأقمار الصناعية خارج الغلاف الجوي على مسافة تتراوح بين 500-1500 كيلومتر، وبحد أدنى هو 100 كيلومتر.
- الجاذبية في الفضاء: يتخيل الجميع بأنه لا يجود جاذبية أرضية في الفضاء الخارجي وهو أمر شائع وخطأ بالتأكيد، ونذكر هنا مثالًا لمساعدتنا على الفهم أكثر، حيث تبلغ القوة المؤثرة على شخص وزنه 70 كيلوجرام يقف على بعد 10 أمتار عن سطح الأرض 688 نيوتن، فيما تبلغ تلك القوة على ارتفاع 100 كيلومتر 667 نيوتن، وهما رقمان متقاربان جدًا.
- الطاقة اللازمة للوصول إلى الارتفاع المحدد: حيث يحتاج 1 كيلو جرام إلى حوالي مليون جول لإيصاله إلى ارتفاع 100 كيلومتر، الأمر الذي يحتاج إلى صاروخ قوي مصمم بشكل مناسب قادر على حمل نفسه مع القمر الصناعي إلى ذلك الارتفاع.
- السرعة في المدار: بعد رفع القمر الصناعي إلى الارتفاع المطلوب سيسقط بالتأكيد بسبب الجاذبية إذا لم يكن له سرعة دائرية محددة تولد تسارعًا مركزيًا يكفي لإنتاج قوة طرد مركزيّة تعاكس القوة الجاذبة وتمنعه من السقوط، وتقدر السرعة اللازمة لثبات جسم وزنه 1 كيلوجرام في مدار على ارتفاع 100 كيلومتر بـ 7.85 كيلومتر في الثانية الواحدة، وسيحتاج ذلك طاقة أكبر بـ 30 ضعفًا من تلك اللازمة لرفعه فقط.
متى تم إطلاق أول قمر صناعي؟
تم تعريف القمر الصناعي من قبل أشهر وكالات الفضاء في العالم “ناسا” على أنه كوكبٌ أو قمرٌ أو آلةٌ تدور حول نجمٍ أو كوكبٍ. كما يمكن أن يشير اسم “قمر صناعي” على أنه آلةٌ يتم اطلاقها في الفضاء؛ ليدور حول كوكب الأرض أو الأجرام الأخرى وذلك لأغراضٍ معينة.
وأطلق الاتحاد السوفيتي أول قمرٍ صناعيٍ في العالم باسم “سبوتنيك1” عام 1957م. كما تم اتخاذ آلية معينة لإطلاق الأقمار الصناعية كما يلي:
فبدايةً يتم تثبيت القمر الصناعي بصاروخٍ موجهٍ بشكلٍ مستقيم نحو الفضاء مباشرةً، ولكن يجب الانتباه أولاً للموازنة بين سرعة القمر الصناعي والجاذبية الأرضية؛ لتثبت القمر الصناعي على مداره الصحيح ولنطلق بشكلٍ مستقيم نحو الفضاء، ولكن إذا حدث خللٌ ما ولم تتوازن سيعود القمر الصناعي أدراجه إلى الأرض.
وبعد إطلاق الصاروخ بشكلٍ مستقيم يستخدم آلية التحكم في الصواريخ وهو “نظام التوجيه بالقصور الذاتي”؛ لحساب التعليمات اللازمة لإمالة الصاروخ باتجاه المسار المطلوب حسب الخطة المرسومة. ففي أغلب الرحل يجب على الأقمار الصناعية أنّ تتجه نحو الشرق؛ لأن الأرض تدور باتجاه الشرق هذا ما يمنح قوة مجانية لاندفاع القمر الصناعي.
وبمجرد وصول الصاروخ الحامل للقمر الصناعي إلى وجهته يبدأ بالدوران حول كوكب الأرض بسرعاتٍ، ومسافاتٍ، ومساراتٍ مختلفة؛ لأغراض تصوير أراضٍ معينة، أو لرؤية الفضاء بشكلٍ أوضح من التلسكوبات، أو لسهولة إجراء المكالمات الهاتفية.
وهكذا تُطلق كل الأقمار الصناعية اليوم عبر صواريخ، وتمتلك العديد من الدول والشركات قدرات إطلاق للصواريخ وأقمارًا صناعية ضخمة تزن عدة أطنان تستطيع إطلاقها إلى الفضاء بأمان وبشكلٍ منتظم.
أما بالنسبة لأهم النقاط التي تؤخذ بعين الاعتبار عند اختيار مركبة الإطلاق – أي الصاروخ – من أجل مهمة معينة هي كمية الدفع التي تولدها هذه المركبة، فكلما زادت الحمولة التي سينطلق بها الصاروخ – والمكونة من القمر الصناعي وأغطيته الواقية وأي مكونات صلبة أخرى كأجهزة الانفصال وأحيانًا محرك الصاروخ الذي يدفع بالقمر إلى مداره – وازداد ارتفاع المدار المراد الوصول إليه كانت الحاجة إلى دفعٍ قوي أكبر.
تبدأ التحضيرات للرحلة الفضائية قبل أشهرٍ من الإطلاق، حيث يتم تجميع مركبة الإطلاق بكامل أجزائها بما فيها المضخات وخزانات الوقود والمحركات واختبار آلية التوجيه، كما يتم اختبار مدى فعالية القمر الصناعي واحتمال نجاحه في الفضاء عبر تعريضه مثلًا للارتجاج الشديد المشابه لذاك الناتج عن حركة الصاروخ ودرجات الحرارة شديدة البرودة وشديدة السخونة وغيرها، أما قبل الرحلة بعدة ساعات فتوجد مجموعة تحضيرات واختبارات يجب القيام بها للتأكد من سلامة كل شيء.