محتويات
كيف تعمل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية
- توضع المركبة الفضائية أو القمر الصناعي فوق صاروخ.
- يحترق الوقود الدافع داخل الصاروخ منتجاً العادم.
- يدفع العادم الصاروخ عكس اتجاه الجاذبية الأرضية (إلى الأعلى).
- يغادر الصاروخ سطح الأرض حاملاً القمر أو المركبة إلى المكان المناسب لإطلاقها.
- يسير القمر أو المركبة بالسرعة المناسبة للارتفاع، فكلما كان الارتفاع المطلوب أكبر كلما كانت السرعة أعلى.
- تُصور الأقمار الصناعية وتلتقط الإشارات والترددات، وتعيط إرسالها إلى تردد مختلف إلى الأرض.
- تنطلق المركبات الفضائية إلى الفضاء، وتتحكم في مسارها بطرق المناورات المدارية.
إذا كنت مهتم بطريقة عمل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، فسوف نتعرف سوياً على المزيد من التفاصيل حول الطريقة التي يعمل القمر الصناعي بها، والمركبات الفضائية، وطريقة انطلاقها، وحركتها في الفضاء.
انطلاق الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية
تقوم ناسا بإطلاق الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية عن طريق وضعها فوق صواريخ، تحمل تلك الصواريخ أطناناً من الوقود الدافع، يعمل الوقود الدافع ضد الجاذبية الأرضية، حيث يمنح الصاروخ الطاقة الكافية لإبعاد المركبة الفضائية أو القمر الصناعي عن سطح الأرض.
وكلما كانت المركبة الفضائية أثقل وزناً كلما احتاجت لصاروخ أكبر بقوة دافعة أعلى، ليدفعها من على سطح الأرض إلى الفضاء.
ما الذي يجعل المركبة تنطلق إلى الأعلى؟ إنه رد الفعل الذي شرحه العالم إسحق نيوتن من أكثر من 300 عام، حيث قال أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار، ومعاكس له في الاتجاه.
يحدث أن الوقود يحترق بداخل الصاروخ، فيخرج العادم إلى الأسفل مندفعاً بقوة، وكرد فعلٍ عكسي على توجه العادم إلى الأرض تنطلق المركبة إلى الأعلى.
ما الذي يجعل الصاروخ الدافع يستمر في التحرك
لن يكون العادم المندفع إلى الأرض كافياً ليستمر الصاروخ في التحرك دافعاً المركبة الفضائية أو القمر الصناعي حتى الوصول إلى الفضاء، يحتاج الصاروخ للوقود الكافي حتى ينتج عنه القوة الكافية للتغلب على قوة الجاذبية الأرضية، فالجاذبية تعمل على سحب الصاروخ للأسفل في اتجاه الأرض.
يسير الصاروخ بسرعة لا تقل عن 17800 ميل في الساعة الواحدة، فهي السرعة الكافية لجعل الصاروخ يُحلِّق لاختراق الغلاف الجوي، كما أنه يتجنب عدم سحبه مرةً أخرى إلى الأرض من خلال السير في مسار منحني، وعند المكان المناسب سوف يُطلق الصاروخ المركبة، أو القمر وينفصل عنه تاركاً إياه يكمل مساره إلى خارج الغلاف الأرضي.
يكتسب القمر الصناعي طاقة الحركة من الصاروخ قبل انفصاله عنه، مما يضمن استمراره في السير في مساره الصحيح، ويحافظ على توازنه التعادل بين القوة الدافعة والجاذبية الأرضية.
تختلف السرعة التي يجب أن يسير بها القمر الصناعي، أو المركبة الفضائية باختلاف المكان الذي يجب عليهم الثبات فيه، فعلى سبيل المثال تدور محطة الفضاء الدولية على ارتفاع 250 ميلاً تقريباً فوق الأرض، وبسرعة 17150 ميلاً في الساعة، بينما تدور الأقمار الصناعية الخاصة بالتتبع وترحيل البيانات من وإلى بعثات ناسا الأخرى على ارتفاع يزيد عن 22000 ميل، بسرعة أقل بكثير (6700 ميل في الساحة) لتحافظ على ارتفاع مدارها.
كلما احتجت للسفر إلى مسافة أبعد، فسوف تحتاج لزيادة السرعة للتغلب على الجاذبية الأرضية التي تعمل بشكل معاكس لاتجاه حركة الصاروخ الدافع، فإذا كنت تحتاج للوصول إلى كوكب آخر، فستحتاج لسرعة 25000 على الأقل للوصول، كما أنه سيكون عليك اختيار الوقت المناسب للسفر، فمثلاً للسفر من الأرض للمريخ، يجب اختيار الوقت المناسب والذي يكون فيه المريخ في أقرب نقطة له من الأرض، ويحدث ذلك كل عامين تقريباً.[1]
أسلوب عمل الأقمار الصناعية المختلفة
- البيئي.
- الاتصالات.
- (العلمية، والملاحية، وأقمار الإنقاذ، والمراقبة، والعسكرية).
تتحرك الأقمار الصناعية في مدارات (عادةً تكون مدارات دائرية)، أو تبدو في شكل قطع ناقص (دائرة مضغوطة)، فيتحرك بين بؤرتين، يقع الكوكب في إحداهما، فتتغير سرعة القمر باستمرار، حيث يكون أسرع عند اقترابه من الكوكب، بينما تقل سرعته كلما ابتعد عنه.
هناك أنواع عدة من الأقمار الصناعية، بأشكال وأحجام مختلفة، يلعب كل قمر دوراً مختلفاً، تعرَّف على عمل كل نوع من أنواع الأقمار الصناعية:
الأول: الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس: هذا النوع من الأقمار الصناعية يشمل كاميرات يمكنها التقاط صوراً من مواقع ثابتة، أو مدارات قطبية بهدف التنبؤ بالطقس، ومعرفة كل ما يخص البيئة في الوقت الحالي، يُطلق عليه: (القمر البيئي).
الثاني: أقمار الاتصالات: تحتوي أقمار الاتصالات على أجهزة إرسال واستقبال، هي المسؤولة عن إجراء المحادثات الهاتفية، ونقل البيانات، تعمل على استقبال المحادثات على تردد واحد، ثم تُضخمها، وتعيد إرسالها إلى الأرض على تردد مختلف، وبنفس الطريقة تعمل أقمار البث، التي تنقل إشارات التلفزيون من نقطة إلى أخرى.
باقي الأقمار مثل: (العلمية، والملاحية، وأقمار المراقبة، والأقمار العسكرية) تؤدي أدوار مختلفة، ولكنها تعمل بنفس الطريقة، عن طريقة التصوير، وإرسال الصور، والإنذارات، والصور الرادارية عن طريق ترددات الراديو).[2]
تفاصيل عمل الأقمار الصناعية
- تدور الاقمار الصناعية حول الارض في مدارات دائرية أو بيضاوية، عادةً تكون على ارتفاع يتراوح بين 160 إلى 35800 كيلو متر.
- تتصل الأقمار الصناعية بخط حر بمحطة على الأرض.
- يختلف ارتفاع مدار القمر الصناعي عن الأرض باختلاف المهمة التي عليه أدائها.
- هناك ثلاثة ارتفاعات لمدارات الأقمار الصناعية: (LEO، وGEO، وMEO).
- تنقل الأقمار الصناعية المعلومات إلى أجهزة الاستقبال الموجودة في المحطات الأرضية عن طريق موجات الراديو.
- تتأثر الترددات بالظروف الجوية.[3]
طريقة تحرُّك المركبة الفضائية
تتحكم المركبة الفضائية في التفاعل الذي يحدث حول الجسم الخارجي للمركبة، والذي بدوره يمكنه تحريك المركبة في الاتجاه المطلوب، حيث تحتاج لتوجيه الغاز الناتج عن إشعال المُحرك لعكس الجهة المراد التوجه إليها، وسوف تستمر المركبة في التحرك في نفس الاتجاه، حتى بعد توقف الاحتراق، لذا يجب إجراء حرقاً متسواياً في الاتجاه المعاكس للحفاظ على استقرار المركبة.
المناورة المدارية للمركبة الفضائية
لا يوجد وسط في الفضاء، أي أنه الحركة الدفعية مستمرة، ولا يوجد ما يقاومها، لذا في كل مركبة فضائية يوجد صواريخ صغيرة تمثل الوقود الدافع اللازم لتغيير اتجاه المركبة، وإلا ستظل مستمراً في نفس الاتجاه حتى تصطدم بشيءٍ ما، والحقيقة أنه ليس هناك شيئاً في الفضاء لتصطدم به، ليس هناك مقاومة محتملة لحركة المركبة إلا إن كنت قد اقتربت كثيراً من الكوكب.
لضبط مدار المركبة الفضائية الصغيرة لتفادي الاصطدام يتم توجيه الألواح الشمسية في نفس اتجاه سير المركبة، ستؤثر الجاذبية الأرضية النابعة من الغلاف الجوي بقدر صغير على المركبة، فينضبط مدار المركبة.
ولدفع المركبة للأمام مرة أخرى يُستخدم محرك البلازما النابض: وهو عبارة عن شمعة اشتعال صغيرة، يتم إشعالها فتؤدي لتآكل جزء صغير من التيفلون، وإطلاق الحطام من مؤخرة المركبة لدفعها إلى الأمام، كما أن هناك طريقة أخرى للدفع باستخدام الأشرعة الشمسية، حيث تستمد الطاقة المشعة من الشمس لدفع المركبة للأمام، بالضبط كما تدفع الرياح أشرعة القارب.[4]
هناك المزيد والمزيد من التفاصيل حول طريقة عمل المركبات الفضائية والأقمار، وما يحتاج رواد الفضاء في رحلاتهم إلى الفضاء، إنها معلومات شيقة لا تتوقف عن مطالعتها، وشرحها لأبنائك.
