تمهيد
الحمد لله رب العالمين، الصلاة والسلام على سيد المرسلين، أما بعد:
نتيجة للتطور السريع الذي طرأ على تكنولوجيا الموجات الدقيقة (المايكروويف) أثناء الحرب العالمية الثانية، انبثق مجال جديد للاتصالات الراديوية وذلك باستخدام الأقمار الاصطناعية التي دشنت الفضاء عام (1957)م.
يتناول هذا الكتاب دراسة مبادئ أولية عن الأقمار الاصطناعية وكيفية إطلاقها إلى الفضاء باستخدام الصواريخ أو المكوكات الفضائية لتدور في مدارات معينة حول الكرة الأرضية.
تقوم الأقمار الاصطناعية بتأمين الاتصالات اللاسلكية والبث الإذاعي والتلفزيوني وتستخدم أيضاً في الاستكشافات الأرضية والأرصاد الجوية وبحوث الفضاء المدنية منها والعسكرية وفي شبكات الإنترنت.
يتكون القمر الاصطناعي من مجموعة مكونات كهربائية وميكانيكية تخص الإرسال والاستقبال، كوحدة القنوات القمرية ووحدة القدرة الكهربائية إضافة إلى وحدة الهوائيات والتعقب والدفع وتصحيح الموقع. توجد أنواع مختلفة من منظومات الأقمار الاصطناعية منها منظومات محلية ومنها إقليمية ودولية، وذات شبكات أحادية الطريق أو ثنائية أو متعددة الطرق.
في الختام أود أن أوجه شكري وتقديري إلى أستاذي الدكتور ساهي جواد ضاحي لإبدائه ملاحظات لغوية واقتراحات قيمة، كما أوجه شكري وأحترامي إلى دار (دجلة) لقيامها بطبع ونشر الكتاب.
واتمنى من القارئ الكريم أن يرسل ملاحظاته واقتراحاته لأغناء الكتاب مستقبلاً وذلك عبر البريد الإلكتروني. [email protected]
والحمد لله من قبل ومن بعد.
صالح مصطفى الأتروشي
0096462 - 7606033
00964750 - 4833914
1-1 التقدمة
جاء اكتشاف الأقمار الاصطناعية نتيجة للبحث والتقصي الذي أجري في مجال الاتصالات الراديوية بغية تغطية مدايات أوسع للاتصال وبكلفة قليلة. وقد أفرزت الحرب العالمية الثانية تطوراً سريعاً في مجال القذائف الصاروخية وتكنولوجيا الموجات الدقيقة (المايكروويف) مما أدى إلى إنبثاق مجال علمي جديد هو الاتصالات الراديوية بواسطة الأقمار الاصطناعية.
بدأ ميلاد الفضاء في عام (1957) بإطلاق أول قمر اصطناعي سوفييتي الصنع إسمه سبوتنيك (SPUTNIK) وفي عام (1958) قامت وكالة الفضاء الأميريكية ناسا (NASA) بإطلاق القمر الاصطناعي سكور (SCORE) وشهد عام (1960) قيام وكالة ناسا بإطلاق قمر إصطناعي عاكس إسمه إيكو (ECHO) إلى مداره، وفي العام نفسه تم إطلاق أول قمر اصطناعي اسمه كوريز (COURIER) كما تم في عام (1962) إطلاق قمر اصطناعي فعال آخر يعرف تيلستار (TELSTAR) بينما أطلق أول قمر اصطناعي متزامن اسمه سنكام (SYNCOM) إلى المدار الاستوائي المتزامن في عام 1963. وفي عام 1965 أطلق الجيل الأول من سلسلة الأقمار الاصطناعية المتزامنة التجارية للاتصالات التابعة لمنظومة الانتل سات (INTELSAT)، وفي العام نفسه أطلق القمر الاصطناعي الروسي ضمن سلسلة أقمار مولنايا (MOLNYA) حيث أن هاتين السلسلتين من الأقمار الاصطناعية لا تزالان مستخدمتين في الاتصالات ويوضح الشكل (101) صوراً لمجموعة مختلفة من الأقمار الاصطناعية.
يمكن تقسيم منظومات الأقمار الاصطناعية إلى جزأين:
1-المنظومة الفضائية: تتضمن هذا القمر الاصطناعي ومعدات الإطلاق، ويتطلب أن تكون مستلزمات الإطلاق والسيطرة والتغذية والمعدات الإلكترونية متطورة جداً.
2-المنظومة الأرضية: تتضمن هذه المحطات الأرضية المستخدمة لغرض تسلم وإرسال المعلومات من القمر الاصطناعي وإليه.
1-2 خدمات الاتصالات الفضائية
قام الاتحاد الدولي للاتصالات البعيدة بتنظيم الاتصالات الراديوية حيث حددت الترددات الراديوية الخاصة بالاتصالات البعيدة وحسب نوعية الاستخدام لكل من الاتصالات الأرضية والفضائية، ويمكن تلخيص خدمات الاتصالات الفضائية كما يأتي:
1-خدمات الأقمار الاصطناعية الثابتة:
تستخدم الأقمار الاصطناعية الثابتة لغرض تأمين الاتصال بين المحطات الأرضية الموزعة على سطح الكرة الأرضية عن طريق قمر اصطناعي واحد أو أكثر كما هي الحال في أقمار منظومة انتلسات.
2-خدمات الأقمار الاصطناعية المتنقلة:
تستخدم الأقمار الاصطناعية المتنقلة لتأمين الاتصالات بين المحطات الأرضية المتنقلة من جهة وبين المحطات الفضائية من جهة أخرى، ويمكن حمل المحطات الأرضية المتنقلة على متن السفن والبواخر، وتعرف الأقمار الاصطناعية المستخدمة لهذا الغرض حينئذ بالأقمار الملاحية المتنقلة كمنظومة مارسات (MARISAT) ويمكن وضع المحطات الأرضية المتنقلة مثل منظومة اتس (ATS) ومشروع أيروسات (AEROSAT) الخاص بخدمات الطيران كما أن هنالك محطات أرضية متنقلة أخرى تحمل على متن المركبات الأرضية وتستخدم لكشف وتحديد إشارات الإنذار القادمة من المحطات المحمولة على متن الطائرات عبر القمر الاصطناعي الخاص بالطوارئ كقمر سارسات(SARSAT) وذلك لتحديد منطقة الطوارئ.
3-خدمات الأقمار الاصطناعية الخاصة بالبث الإذاعي التلفزيوني
ويُعد القمر الاصطناعي العربي عرب سات (ARABSAT) واحداً من الأقمار الاصطناعية الخاصة بالبث الإذاعي والتلفزيوني بالدرجة الأولى والذي يغطي سائر أنحاء الوطن العربي. وهنالك أقمار اصطناعية أخرى تستخدم لأغراض البث الإذاعي والتلفزيوني كقمر أوس سات (AUSSAT) في أستراليا وبسي سات (BSESAT) في اليابان وغيرها.
4-خدمات الأقمار الاصطناعية الخاصة بالاستكشافات الأرضية.
تتضمن خدمات هذه الأقمار الاصطناعية ملاحظة سطح الكرة الأرضية لأغراض عديدة كدراسة الأرصاد الجوية مثلاًَ ويعرف القمر الاصطناعي المستخدم لهذا الغرض حينئذ ميتوسات (METEOSAT) يستخدم لدراسة شكل وطبيعة الأرض، إضافة إلى وجود أقمار اصطناعية أخرى تعنى بدراسة الموارد الأرضية مثل لاندسات (LANDSAT).
5-خدمات الأقمار الاصطناعية الخاصة ببحوث الفضاء
تسخّر هذه الأقمار الاصطناعية لبحوث الفضاء والبحوث العلمية والتقنية.
6-خدمات الأقمار الاصطناعية الخاصة بالتحديد الراديوي.
تستخدم هذه الأقمار الاصطناعية لتحديد موقع وسرعة الأهداف باستخدام المحطات الفضائية كالقمر نافستار (NAVSTAR) .
1-3 الاتصالات بواسطة الأقمار الاصطناعية
تقوم الأقمار الاصطناعية باستلام الإشارات من المحطات الأرضية او من أقمار اصطناعية أخرى وتكبر هذه الإشارات وتغير ترددها ومن ثم تعيد إرسالها إلى مسافات بعيدة على سطح الكرة الأرضية. وتستخدم في المحطات الأرضية عادة هوائيات كبيرة الحجم لغرض استلام وإرسال الإشارات من القمر الاصطناعي وإليه إذ قد يصل قطر هذه الهوائيات إلى حدود (32) متراً وقد اتجهت البحوث في الآونة الأخيرة نحو تصغير حجم هوائيات المحطات الأرضية بحيث يصل قطرها إلى حدود المتر الواحد. تقع الترددات المستخدمة عادة في الاتصالات بواسطة الأقمار الاصطناعية تقع ضمن النطاق (C) وهذه الترددات هي (4/6) كيكا هيرتز، إذ يمثل التردد (6) كيكا هيرتز الوصلة الصاعدة (أرض قمر) بينما يمثل التردد (4) كيكا هيرتز الوصلة النازلة (قمر أرض). وهنالك منظومات اتصالات للأقمار الاصطناعية تستخدم ترددات أخرى تقع ضمن النطاقين (K) و (Ku) كمنظومة أنتل سات – 7 وتيلي كوم-1 (TELECOM-1) التي تستخدم التردد البالع (11/14) كيكا هيرتز كما أن هنالك تجارب متقدمة لاستخدام التردد (20-30) كيكا هيرتز في القمر الياباني (S).
2-1 المنظومات الدولية للأقمار الاصطناعية
2-1-1 منظومة الأنتل سات INTELSAT
تأسست هذه المنظومة بتاريخ 20 أيلول عام (1964) وتحت اسم المنظمة العالمية للاتصالات البعيدة بالأقمار الاصطناعية وبعضوية أحد عشرة دولة وتنامى عدد الدول المشتركة فيها حتى أصبح في 12 شباط عام 1973 ثمانين دولة، وتضم هذه المنظمة في عضويتها حالياً أكثر من (100) دولة وتنقل خدمات إلى حوالي (600) محطة أرضية موزعة في أكثر من (149) دولة.
تُعد منظومة الأنتل سات مسؤولة عن تأمين الاتصالات لأعضائها وتقوم بتأجير خدماتها للدول الأعضاء.. وتُعد منظومة كوم سات (COMSAT) من أهم أعضاء هذه المنظمة الدولية والتي تمثل الولايات المتحدة حيث يبلغ حصتها من استثمار خدمات منظومة الأنتل سات حوالي (20%) ويأتي بعدها اليابان والمملكة المتحدة والصين والهند والفاتيكان وتبلغ حصة الصين لاستثمار خدمات الأنتل سات حوالي (0.33%).
يوضح الجدول (2-أ) المواصفات الفنية للأجيال المتعاقبة من أقمار منظومة الأنتل سات.
المواصفات الفنية للأقمار الاصطناعية لمنظومة الأنتل سات (INTELSAT)
2-1-2 منظومة أقمار سات (INTELSAT)
تُعد منظومة أنمارسات منظومة دولية للأقمار الصناعية الملاحية تأسست هذه المنظومة في 16 تموز (1979) باشتراك عدد قليل من الدول في عضويتها ولكنها توسعت فيما بعد حتى أصبح عدد أعضائها في أواسط عام (1983) حوالي أربعين دولة بما فيها الاتحاد السوفيتي ودول أوروبا الشرقية ويقدر سهم الولايات المتحدة بـ: (23.33%) بينما يقدر سهم الاتحاد السوفييتي بـ (14.07%).
قامت هذه المنظمة في السنوات الأولى من تأسيسها بأستغلال القنوات القمرية التابعة للأقمار الاصطناعية لمنظومة الأنتل سات، ويُعدّ القمر انتل سات المرقم (F-S) أول جيل لمنظومة أنمارسات وقد أطلق مع المنظومة الثانوية للاتصالات الملاحية عام (1982). يوضح الجدول (2-ب) المواصفات الفنية للجيل الأول للأقمار الاصطناعية لمنظومة أنمارسات، علماً بأنّ الجيل الثاني من أقمار أنمارسات قد دخل الخدمة في عام 1988.
المواصفات الفنية للأقمار الاصطناعية (الجيل الأول) لمنظومة أنمارسات (INMARSAT).
أن المهمة الرئيسة لمنظومة أنمارسات هي توفير خدمات الاتصالات للمركبات البحرية والموانئ كما هو موضح في الشكل (2-29)حيث تم في شهر آب من عام 1984.
تم تجهيز أكثر من (2600) سفينة بحرية بمحطات اتصال مع الأقمار الاصطناعية لمنظومة أنمارسات، وتشمل خدمات منظومة أنمارسات كل من المكالمات الهاتفية ونقل المعلومات وخدمات الطوارئ. وجدير بالذكر أن هذه المنظمة كانت تطمح إلى إنشاء منظومة عالمية للأقمار الاصطناعية لتقديم خدمات الاتصالات البحرية والجوية في آن واحد.
2-1-3 المنظومة الأوروبية للأقمار الاصطناعية
بدأ البرنامج الأوروبي بالقمر الاصطناعي التجريبي أوتس (OTS) عام (1978) ومن ثم تطور المشروع بخطوات عملية حيث تم في عام (1983) إطلاق القمر الاصطناعي بوتيل سات EUTELSAT 1(F-2) ، وفي عام (1984) تم إطلاق يونيل سات 1(F-2) مع حمولة الخدمات المتعددة (sms) الخاصة بالمنظومة الأوروبية.
وقد تقرر أن يستبدل هذا القمر بالجيل الثاني المعروف (ECS-A) وذلك في بداية التسعينات، وجدير بالذكر أن هنالك منظومة تجريبية أخرى للاتصالات دخلت الخدمة عام (1986) وتعرف بمنظومة أوليامبس (OLYMPUS).
هيأت المنظمة الدولية الأوروبية خدمات الاتصالات البعيدة بواسطة القمر الاصطناعي بوتيل سات الذي يستخدم كقناة رئيسة للاتصالات الهاتفية في أوروبا ولتوزيع البرامج التلفزيونية بين الدول الأعضاء إضافة إلى بعض الخدمات الخاصة كنقل البيانات وغيرها. وكانت المنظومة الأوروبية في عام (1983) تضم في عضويتها (20) دولة، يوضح الجدول (2-جـ) بعض المواصفات الفنية للمنظومة الأوروبية.
بعض المواصفات الفنية للمنظومة الأدبية بوتيل سات
2-1-4 منظومة الأنترسبوتنيك (INTERSPUTNIK)
دعى الاتحاد السوفييتي في عام (1971) إلى تأسيس منظمة الاتصالات بواسطة الأقمار الاصطناعية وقد ضمّت في عضويتها كل من بلغاريا وكوبا وهنغاريا وتشيكوسلوفاكيا والمانيا الشرقية ومنغوليا وبولنده ورومانيا وعرفت هذه المنظومة بالانترسبوتنيك .
تستخدم منظمة الانترسبوتنيك أقماراً اصطناعية سوفيتية الصنع من نوع مولنايا (MOLNYA) التي تدور في مدار إهليجي مائل بحيث تكون أقرب نقطة إلى سطح الأرض (نقطة الحضيض) على ارتفاع (548) كيلو متراً بينما يكون ارتفاع أبعد نقطة عن سطح الأرض (نقطة الأوج) (39957) كيلو متراً كما وضح في الشكل (2-3) إضافة إلى أقمار اصطناعية أخرى تدور في المدار الاستوائي المتزامن كالقمر راددوكا (RADUGA) وأيكران (EKRAN) وكوريزونت (EORIZONT) تتضمن خدمات هذه المنظومة، الاتصالات الهاتفية والتلغراف والراديو ونقل البيانات والتلكس إضافة إلى توزيع البرامج التلفزيونية. يوضح الجدول (2-5) المواصفات الفنية للأقمار الاصطناعية التابعة لمنظومة الانترسبوتنيك
2-1-5 منظومة عرب سات (ARABSAT)
تأسست المنظومة العربية للاتصالات الفضائية في عام (1976) وذلك لتوفير خدمات الاتصالات لجميع الدول العربية الثنتين والعشرين وعلى نسق مماثل للمنظومات الدولية الأخرى. تتكون المنظومة العربية للاتصالات الفضائية المعروفة بعرب سات من قسمين كما يلي:
1-القسم الفضائي:
يتضمن هذا القسم ثلاثة أقمار اصطناعية، أطلق القمر الاصطناعي الأول عرب سات (1A) في 8 شباط عام (1985) بواسطة الصاروخ الأوروبي أريان المدار الانتقالي الإهليجي ليصل إلى المدار الاستوائي المتزامن وعلى خط الطول (15) شرقاً، أطلق القمر الاصطناعي الثاني عرب سات (18) على متن المكوك الفضائي الأميركي ديسكفري في 17 حزيران عام (1985) من قاعدة كيب كندي في ولاية فلوريدا الأميريكية إلى المدار الدائري المنخفض الخاص بوقوف المكوكات الفضائية الذي يكون على ارتفاع (290) كيلومتر، ومن هذا المدار قُذف عرب سات الثاني من المكوك الفضائي إلى المدار الانتقالي الإهليجي ليصل إلى المدار الاستوائي المتزامن وعلى خط الطول (26) شرقاً. في حين يعتبر عرب سات الثالث احتياطي مخزون على الأرض في ظروف بيئية مشابهة للبيئة الفضائية ويستخدم هذا القمر الاحتياطي في حالة فشل أحد الأقمار الأخرى أو لتمديد عمر الجيل الأول من عرب سات من (7) سنوات (12) سنة.
2-القسم الأرضي:
يتضمن القسم الأرضي كلاً من منظومة التحكم ومحطات الإرسال والاستلام التابعة للدول العربية. تتكون منظومة التحكم من محطتين، إحداها رئيسية تقع قرب مدينة الرياض في المملكة العربية السعودية، والأخرى ثانوية تقع قرب العاصمة التونسية، تقوم محطة التحكم الرئيسة بتتبع وتحديد مدى عرب سات عند إطلاقه في المدار الانتقالي ووصوله إلى المدار الاستوائي المتزامن بالإضافة إلى مراقبة القنوات القمرية واتصالاتها وأداء نظم السيطرة على مكونات القمر. وفي نفس الوقت تتمكن المحطة الثانوية من القيام بنفس دور المحطة الرئيسة باستثناء عدم قدرة المحطة الثانوية على مراقبة اتصالات القنوات القمرية في عرب سات والجدير بالذكر أن للمحطة الثانوية القابلية على تشغيل منظومة عرب سات بشكل كامل عند الحاجة. يوضح الشكل (2-4) صورة للقمر الاصطناعي العربي عرب سات.
يمكن استغلال عرب سات في تبادل البرامج العلمية والتربوية والثقافية والاجتماعية ولتأمين الاتصالات المسموعة والمرئية والتلكس والتلغراف والفاكسمايل/ إضافة غلى إمكانية نقل وقائع الندوات، والمؤتمرات لجميع الدول العربية. ويمتاز عرب سات بإمكانيات فنية لربط الحاسبات الإلكترونية المركزية في دول عربية مختلفة مع بعضها لتبادل البيانات والمعلومات، والبرامج العلمية وغيرها. ومن جهة أخرى فإن عرب سات مزود بقناة جماعية للتلفزة يمكن استغلالها بشكل تتمكن فيها بعض الدوائر الرسمية أو حتى المواطنين من استلام برامج التلفزيون من خلال هذه القناة الجماعية، علماً بأن هذه القناة تبث البرامج على التردد البالغ (2.5) كيكاهيرتز ضمن النطاق الترددي (S) وبواسطة هوائي على شكل دليل موجي ذي شقوق مثبت على جسم عرب سات في الجهة المواجهة للأرض. أما القنوات القمرية الأخرى فإنها تعمل ضمن النطاق الترددي ( C) وبذلك يكون عرب سات مزوداً بهوائيين منفصلين يعملان ضمن نطاق ( C) أحدهما يستخدم لاستلام الإشارات من المحطات الأرضية بتردد قدرة (6) كيكاهيرتز كوصلة صاعدة، والهوائي الآخر يستخدم لإرسال الإشارات بعد تكبيرها إلى المحطات الأرضية وبتردد قدرة (4) كيكاهيرتز كوصلة نازلة. وهنالك هوائيات أخرى صغيرة تستخدم للاتصال مع محطات التحكم الرئيسية والثانوية لغرض القياس والسيطرة وتحديد المدى ويوضح الجدول (2-هـ) المواصفات الفنية للقمر الاصطناعي عرب سات.
2-1-6 منظومة تلي – أكس (TELE- X)
تقدم منظومة تلي – أكس خدمات الاتصالات البعيدة ونقل البرامج التلفزيونية بصورة مباشرة إلى المواطنين بالإضافة إلى نقل الصور والبيانات وتضم منظومة تلي- أكس في عضويتها كل من السويد والنرويج وفلندا. وتتمكن هذه المنظومة من تأمين الاتصال لعدد كبير من المحطات الأرضية يصل عددها إلى (5000) محطة، ويمكن استلام البرامح التلفزيونية منزلياً باستخدام هوائيات صغيرة منزلية يتراوح قطرها بين (0.5) إلى (0.9) متر. يوضح الجدول (2-9) المواصفات الفنية للأقمار الصناعية التابعة لمنظومة تلي – أكس.
جدول (2-9) المواصفات الفنية لمنظومة تلي – إكس (TELE- X)