اَلْقَمَرُ اَلْاِصْطِنَاعِيُّ أَوْاَلْقَمَرُ اَلْصِنَاعِيُّ[1] أَوْاَلسَّاتِلُ اَلْفَضَائِيُّ أَوْاَلسَّاتِلُ[2][3] هو جهاز من صنع الإنسان يدور في فَلَك (مدار) فيالفضاء الخارجي. تسمى هذه الأقمار (بالصناعية) لتمييزها عن الأقمار الطبيعية مثلقمر الأرض.
في 4 أكتوبر 1957، أطلقالاتحاد السوفيتي القمر (سبوتنيك 1) وكان أول قمر صناعي في العالم، ومنذ ذلك الحين توالت عمليات إطلاق الأقمار الصناعية إلى أن وصل عددها إلى حوالي 8900 قمر صناعي من أكثر من 40 دولة. وفقًا لتقديرات عام 2018، بقي حوالي 5000 قمر في المدار، منها حوالي 1900 قمر لا يزال عاملاً، بينما تجاوزت بقية الأقمار عمرها الإفتراضي وتحولت إلىمخلفات فضائية (حطام فضائي).
تحتلالولايات المتحدة الأمريكية المرتبة الأولى من حيث الدول التي لديها أكبر عدد من الأقمار الصناعية بعدد 1897 قمراً ، تليهاالصين في المرتبة الثانية بـ 412،وروسيا في المرتبة الثالثة بـ 176 قمر.[4]
أُطلق عدد قليل من المحطات الفضائية الكبيرة (بما في ذلكمحطة الفضاء الدولية) على هيئة أجزاء متفرقة وتم تجميعها في الفضاء ووضعت في المدار. ووضعت أكثر من عشرة مجسات فضائية (مسبار) في مدارات حول أجسام أخرى وأصبحت أقمار صناعية للقمر ولبعض الكواكب مثل عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل ولعدد قليل منالكويكباتوالمذنبات والشمس.[5]
تختلف مدارات الأقمار الصناعية عن بعضها اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الغرض من القمر وتصنف هذه المدارات بعدة طرق، تشمل التصنيفات المعروفة (المتداخلة):المدار الأرضي المنخفض،والمدار القطبي،والمدار الثابت بالنسبة للأرض. يوضع القمر الصناعي في مداره باستخدام صاروخ يسمى (مركبة الإطلاق)، عادة ما يتم إطلاق المركبة من منصة إطلاق على الأرض، وبعض مركبات الإطلاق يتم إطلاقها من البحر (من غواصة أو منصة بحرية متنقلة)، أو من على متن طائرة (انظرالإطلاق الجوي إلى المدار).
عادة ما تكون الأقمار الصناعية أنظمة شبه مستقلة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. تؤدي الأنظمة الفرعية الداعمة للأقمار الصناعية العديد من المهام مثل توليد الطاقةوالتحكم الحراري والقياس عن بعدوالتحكم في الوضعية (الإرتفاع والتوجيه) والأجهزة العلمية والاتصالات وغيرها.
ليس من المستبعد أن تصطدم الأقمار الصناعية ببعضها أثناء دورانها حول الأرض، تقوموكالة ناسا وغيرها من وكلات الفضاء العالمية بتتبع حركة الأقمار الصناعية في الفضاء بشكل مستمر. تعتبر اصطدامات الأقمار الصناعية ببعضها نادرة، فعند إطلاق قمر صناعي، فهو يوضع في مدار مدروس بعناية لتجنب الأقمار الصناعية الأخرى، لكن المدارات يمكن أن تتغير بمرور الوقت، وتزداد فرص حدوث اصطدام مع إطلاق المزيد من الأقمار الصناعية في الفضاء.[6] في فبراير 2009،اصطدم قمران صناعيان للاتصالات - أحدهما أمريكي والآخر روسي - في الفضاء. ومع ذلك، يُعتقد أن هذه هي المرة الأولى التي يصطدم فيها قمران صناعيان بطريق الخطأ.[6]
استخدمالعرب كلمة (ساتل) بمعنى التتابع والتعاقب، وأصلها (سَتَلَ) أي لحق وتبع، ويقال: سَتَلَ القومُ سَتْلاً، أي خرجوا متتابعين واحداً إثر واحد. وستل الدمع أي تقاطر وتعني تتابع.[7][8]
في عام 1903، نشرقسطنطين تسيولكوفسكي (1857-1935) كتابه بعنوان (استكشاف الفضاء باستخدام أجهزة الدفع النفاث)، وهو أول مقال أكاديمي حول استخدام الصواريخ لإطلاق المركبات الفضائية. حسب قسطنطين السرعة المدارية المطلوبة للوصول لأدنى مدار، وقال أنه من الممكن تحقيق ذلك باستخدامصاروخ متعدد المراحل يعمل بالوقود السائل (مادة دافعة).
في عام 1928، نشرهيرمان بوتوشنيك (1892-1929) كتابه الوحيد بعنوان (مشكلة السفر عبر الفضاء - المحرك الصاروخي). وصف هيرمان في كتابه كيفية استخدام المركبات الفضائية التي تدور في مدار لرصد الأرض، ووصف كيف يمكن أن تكون الظروف الخاصة بالفضاء مفيدة للتجارب العلمية.
في عام 1945 نشر كاتب الخيال العلمي الإنجليزيآرثر سي كلارك مقالا في مجلة (العالم اللاسلكي[الإنجليزية]) وصف فيه بالتفصيل امكانية استخدامأقمار الاتصالات للتعامل مع كمية الاتصالات الهائلة، واقترح أن وجود ثلاثة أقمار صناعية فقط في مدارات ثابتة بالنسبة إلى الأرض هو عدد كافي لتغطية لكوكب الأرض بأكمله.
في مايو 1946، أعلنسلاح الجو الأمريكي عن (مشروع راند) والذي احتوى على تصميم لأول سفينة فضائية تجريبية حول العالم، وصف المشروع هذه السفينة بأنها مركبة فضائية مزودة بأجهزة مناسبة وستكون واحدة من أكثر الأدوات العلمية فاعلية في القرن العشرين.[11] كانتالولايات المتحدة تدرس إطلاق أقمار صناعية مدارية منذ عام 1945 تحت إشرافمكتب الملاحة الجوية التابعللبحرية الأمريكية. نشر (مشروع راند) التقرير في النهاية، والذي اعتبر القمر الصناعي هو أداة للعلوم والسياسة والدعاية وليس سلاحًا عسكريًا محتملاً.[12]
عدد عام 1949م من مجلةبوبيولار ساينس يصور فكرة «القمر الاصطناعي».
في عام 1946م، اقترح عالم الفيزياء الفلكية النظري الأمريكيليمان سبيتزرتلسكوبًا فضائيًا يدور حول الأرض، وفي فبراير عام 1954، نشر(مشروع راند) مقالا بعنوان (الاستخدامات العلمية لمركبة ساتلية)، شرح فيه بشكل موسع الاستخدامات العلمية المحتملة لمركبات الأقمار الصناعية، تبعه في يونيو عام 1955 مقال آخر بعنوان (الاستخدام العلمي للقمر الصناعي) للكاتبين كالمان وكيلوج.
في سياق الأنشطة المخطط لهاللسنة الجيوفيزيائية الدولية (1957-1958)، أعلنالبيت الأبيض في 29 يوليو 1955م أن الولايات المتحدة تعتزم إطلاق أقمار صناعية بحلول ربيع عام 1958م وأصبح هذا المشروع معروفًا باسم (برنامج فانغارد)، وفي 31 يوليو من نفس العام أعلنالسوفييت عزمهم عن إطلاق قمر صناعي بحلول خريف عام 1957.
في 4 أكتوبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي في إطاربرنامج سبوتنيك وهو قمر (سبوتنيك 1)، وكانسيرجي كوروليوف هو كبير المصممين. ساعد القمر (سبوتنيك 1) في تحديد كثافةطبقات الغلاف الجوي العالية من خلال قياس تغيرها المداري وقدم بيانات عن توزيع الإشارات الراديوية في طبقةالأيونوسفير. أدى الإعلان غير المتوقع عن نجاح (سبوتنيك 1) إلى اندلاع (أزمة سبوتنيك) في الولايات المتحدة وإشعال ما يسمى بسباق الفضاء خلالالحرب الباردة.
بنيت اللأقمار الصناعية الأولى بتصميمات فريدة من نوعها، ومع التقدم التكنولوجي أصبحت العديد من الأقمار الصناعية تبنى على منصات نموذجية واحدة تسمىناقلات الأقمار الصناعية. كان أول تصميم قياسي لناقل الأقمار الصناعية هو ساتل الاتصالات (HS-333) العامل فيالمدار الأرضي الجغرافي المتزامن والذي أُطلق عام 1972. وابتداءً من عام 1997، أصبح (فري فلاير) تطبيقًا برمجيًا تجاريًا جاهزًا لتحليل مهمة الأقمار الصناعية وتصميمها وعملياتها.
تعملشبكة مراقبة الفضاء الأمريكية (وهي إحدى الأقسام التابعةللقيادة الإستراتيجية للولايات المتحدة) على تتبع الأجسام الموجودة في مدار الأرض منذ عام 1957 أي منذ أن افتتح الاتحاد السوفيتيعصر الفضاء بإطلاق القمرسبوتنيك 1. ومنذ ذلك الوقت تتبعت شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية وراقبت أكثر من 26 ألف جرم سماوي، منها 8000 جسم مداري صناعي تراقبهم الشبكة اليوم، أما باقي الأجرام فإما أنها دخلت إلى الغلاف الجوي للأرض وتفككت فيه، أو وصلت إلى سطح الأرض وارتطمت به.
تراقب شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية الأجسام الفضائية التي يبلغ قطرها 10 سم أو أكبر، وهذه الأجسام لا زالت حتى اليوم تدور حول الأرض، وتتراوح أوزانها من أقمار صناعية تزن عدة أطنان إلى قطع من أجسام الصواريخ المستهلكة التي تزن 10 أرطال فقط، منها حوالي 7% هي أقمار صناعية عاملة (حوالي 560 قمرا صناعيا)، والباقي عبارة عنحطام فضائي.[16] تهتم القيادة الإستراتيجية للولايات المتحدة في المقام الأول بمراقبة وتتبع الأقمار الصناعية النشطة، ولكنها أيضًا تتعقب الحطام الفضائي لأنه إذا دخل إلى الغلاف الجوي للأرض فقد يرتطم بالمركبات الفضائية التي تقلع إلى الفضاء ويتسبب بحوادث كارثية ومميتة.
يتم إطلاق الساتل عن طريق الإتفاق والتعاقد مع إحدىالشركات الفضائية المتخصصة في ذلك، ولأغراض التأمين يصنع ساتلين متطابقين تمامًا، حتى إذا تاه الساتل فيالفضاء لأخطاء فنية ولم يبقى في مداره، يقوموا بإطلاق النسخة الثانية منه، ويستخدم لهذا الغرضمركبات فضائية خاصة تحمل هذه السواتل معها وتطلقها في مدارها الخاص، ثم باستخدام وسائل التحكم عن بعد يقوم فريق من الخبراء في الأرض بضبط هذا الساتل للقيام بمهامهِ.
مدفعنيوتن : بدءا من سرعة محددة، لا يسقط الجسم على الأرض
يرسم الجسم المقذوف من سطحالأرض مساراًإهليجيا ينتهي بعودة الجسم إلىالأرض بفعلجاذبيتها، تزايد السرعة الابتدائية يبعد نقطة السقوط، ابتداءً منسرعة معينة ونظراً لكروية الأرض، يتمكن الجسم من الانفصال التام عنالأرض على الرغم من بقائه في حالة سقوط، وحتى يستمر هذا الانفصال يتوجب وصول الجسم إلى الفضاء خارجالغلاف الجوي ليتفادى تأثير هذا الأخير (كالاحتكاك بالغلاف). في هذه الحالة لا يتطلب تواجد الجسم في هذا المدار جهداً للبقاء.
ولكي يتمكن جسم من البقاء على مدار معين حولالأرض، يجب أن تكون سرعته الأفقية بالنسبة لمركز الأرض حوالي 7700 متر/ثانية فيمدار دائري على بعد 200 كلم من الأرض، وأقل من هذا الارتفاع يكون تأثير الغلاف الجوي قويا. وأكثر من هذه السرعة يصبح المداراهليجيا. وبسرعة أكثر من 11 كلم/ثانية يتحرر الجسم من جاذبية الأرض. وسرعة التحرر هذه تفيد في إطلاق المركبات الفضائية التي هدفهاكواكب وأجرام أخرى.
إن السرعة الدنيا لوضع ساتل يجب أن تتناسب مع ثقل الجسم الموضوع (أي كتلتهوجاذبية الأرض).
تجهز السواتل قبل إطلاقها بخلايا ضوئية لتوليدالطاقة اللازمة منأشعةالشمس لتشغيلها، وأحيانا تجهز ببطاريات نووية في حالة الاستخدام الكثيف للطاقة (لا تكفي الطاقة المولدة من خلايا ضوئية). كما تجهز باللواقط والمرسلات والكاميرات والرادارات الخاصة تبعا لتخصص هذه السواتل. ويمكن التحكم فيها عن بعد. وحسب نوع الساتل يتحدد ارتفاع مداره وطريقة واتجاه تحركه ومنطقة تغطيته.
فيما يلي قائمة مختارة من الأقمار الصناعية الأرضية ذات الكتلة العالية.
تُستثنى من هذه القائمة الأقمار الصناعية المأهولة مثل المحطات الفضائية، ومركبات الإطلاق، وكذلك الأقمار التي لم تُصمَّم للبقاء في مدار أرضي طويل الأمد، مثل البعثات الموجهة إلى ما وراء مدار الأرض. وتُدرج في القائمة الأقمار التي تدور حولنقطة لاغرانج الثانية بين الشمس والأرض (Sun–Earth L2).
