الأقمار الصناعية ـ أسئلة وأجوبة
الأقمار الصناعية ـ أسئلة وأجوبة
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
الحلقة الثانية
بعض الحقائق عن الأقمار الصناعية
أول قمر صناعي أطلق كان في عام 1978م - 1
تم الانتهاء من اطلاق جميع الأقمار وعددها 24 قمراً في عام 1994م - 2
العمر الافتراضي لكل قمر هو عشر سنوات . علماً بأن البدائل لهذه الأقمار أطلقت في مداراتها - 3
4 - يزن القمر الصناعي ما يقارب الطن الواحد ، وقطره 6 أمتار تقريباً بما في ذلك شرائح الطاقة الشمسية الممتدة على جانبي القمر
يستهلك القمر فقط 50 وات أو أقل من الطاقة في حالة الارسال - 5
L2 و L1 هذه الأقمار الصناعية تبث نوعين من الإشارات المنخفضة - 6
1575.42 MH للاستخدامات المدنية بذبذبة مقدارها L1
كيف تعمل على UHF؟
أقمار الـ GPS
تدور حول الكرة الأرضية في مدارات محددة ودقيقة جداً مرتين في اليوم الواحد (24 ساعة) وخلال دورانها تبث إشارات تحمل معلومات عن الأرض . جهاز الاستقبال لديك يستقبل هذه المعلومات ويعمل بعض العلميات الحسابية ليحدد بالضبط موقع المستخدم . هناك أيضاً محطات أرضية تستقبل المعلومات من القمر الصناعي وعلى أساسها تقوم هذه المحطات بتزويد القمر بمعلومات مهمة من أجل أن يعمل على الوجه الأفضل مثل التوقيت والمدار والموقع .. الخ وهذا يعني أن الاتصال مزدوج بين هذه المحطات الأرضية والأقمار الصناعية . (انظر الصورة أدناه )م
لديك فإنه يجب أن يعرف شيئين أساسيين ومهمين(GPS) أما ما يخص جهاز الاستقبال
س 1 : أين هذه الأقمار الصناعية ؟ الموقع
س 2 : كم تبعد هذه الأقمار عن الجهاز ؟ المسافة
وللإجابة على السؤال الأول يقوم الجهاز بالتقاط معلومات من الأقمار الصناعية تتضمن مواقع تلك الأقمار التقريبية ، وهذه المعلومات ترسل باستمرار ويقوم الجهاز بتخزينها في ذاكرته من أجل معرفة مدار كل قمر ، وأين يجب أن يكون ، وهذا النوع من المعلومات يحدث باستمرار من قبل المحطات الأرضية التي تحدثنا عنها سابقاً ، فهي تزود القمر بموقعه الصحيح ومساره والقمر بدوره يرسل هذه المعلومات إلى جهاز الاستقبال لديك
(إذن من خلال استلام المعلومات يحدد الجهاز مواقع الأقمار طوال الوقت)
أما إجابة السؤال الثاني والذي يختص بالمسافة فإن الجهاز بعد تحديد مواقع الأقمار في الفضاء بكل دقة – كما أسلفت أعلاه – لا يزال يحتاج أن يعرف كم تبعد عنه هذه الأقمار (المسافة) ويستطيع عمل ذلك عن طريق معرفة الوقت الذي استغرقته الإشارة للوصول ، وهذا يتم تحديده بمعرفة وقت انطلاق الإشارة من القمر ووقت استلامها وفارق الوقت بينهما هو الوقت الذي استغرقته الإشارة في الفضاء من أجل الوصول إلى الجهاز ، طبعاً القمر الصناعي مزود بتوقيت دقيق جداً ، وكذلك الجهاز لديك وإن كان أقل دقة .. ولتبسيط الأمر أقول : كأن القمر يقول للجهاز إن هذه الإشارة انطلقت في الساعة ... والجهاز ينظر إلى ساعته متى استلم هذه الإشارة الآن وقد حدد الزمن الذي أخذته الإشارة للوصول فإن القاعدة تقول : الزمن×السرعة = المسافة . تذكر عندما كنا صغاراً إذا أردنا أن نعرف هل السحاب بعيد أو قريب بأن نحسب الوقت بين مشاهدة البرق وسماع الرعد فإن كان الزمن بينهما كبير فإن السحاب بعيد ، وإن كان الفرق قليل فإن السحاب قريب ؟ هذه نفس الفكرة : الجهاز لديك يضرب الزمن في سرعة موجات الراديو البالغة 186.000 ميل في الثانية والنتيجة هي المسافة بين القمر الصناعي والجهاز
الآن حددنا أهم شيئين في العملية وهما : موقع القمر والمسافة بننا وبينه ، وبذلك يستطيع الجهاز أن يحدد موقعه كما يلي
لنفرض أننا على بعد 11.000 ميل من القمر الصناعي الأول بهذه الحالة سيكون موقعنا في أي نقطة من ملايين النقاط على محيط دائرة نصف قطرها 11.000 ميل يكون القمر الصناعي في وسطها ، ولذلك فإن قمراً واحداً لا يكفي لتحديد موقع الجهاز .. ولتقريب هذه الفكرة انظر إلى الصورة التالية
ولنفرض أننا على بعد 12.000 ميل من قمر ثانٍ ، هذا القمر الثاني سيرسل إشارات تتقاطع مع إشارات القمر الأول مكونة دائرة ، والموقع سيكون على أي نقطة من محيط هذه الدائرة ، مرة أخرى يستحيل تحديد الموقع بقمرين فقط انظر الصورة
ولذلك نحن بحاجة إلى أن نضيف قمراً ثالثاً ولنفرض أنه على بعد 13.000 سيصبح لدينا نقطتان
ب) (أ) جراء ميل
تقاطع الدوائر الثلاث للأقمار الصناعية الثلاثة ، لكن النقطتين بعيدتان عن بعضهما بعداً شاسعاً ، انظر الصورة
ومع العلم إنه أصبح لدينا نقطتان فقط فإن تحديد أيهما موقع الجهاز يتطلب منك إدخال الارتفاع في موقعك من أجل ان يعرف الجهاز أي النقطتين هو فيها
(3D) وعلى كل لو قمنا بإضافة قمر رابع يستطيع الجهاز أن يحدد ثلاثة أبعاد
وهي ( خط الطول + خط العرض + الارتفاع ) م
في السنوات الأخيرة أجهزة الـ
GPS
اصبحت دقيقة جداً بشكل فائق حتى أن معدل نسبة الخطأ انخفض إلى 15 مترا فقط
وذلك بفضل تطور برامج وقطع الاستقبال داخل الجهاز ، على أن الأمر لا يخلو من بعض العوائق
التي تؤثر على دقة أجهزة الـ GPS
ولعل أهم مصادر الخطأ في هذا المجال مايلي:
1- أخطاء ناتجة عن بطء الإشارة من القمر الصناعي ، وذلك لأن الإشارة تقل سرعتها عندما تجتاز الغلاف الجوي في طريقها إلى الجهاز ، وعادة تكون أجهزة الاستقبال مزودة بنظام يقوم بحساب معدل التأخير من أجل تصحيح هذا الخطأ
أخطاء ناتجة عن انعكاس أو ارتداد الإشارة نتيجة اصطدامها بعوائق مثل البنايات الطويلة أو الصخور والجبال .. إلخ 2 -وهذا من شأنه أن يزيد من سرعة انتقال الإشارة وبالتالي يسبب أخطاء
3- أخطاء ناتجة بسبب الساعة الداخلية للجهاز ؛ لأن هذه الساعة ليست بالدقة التي عليها الساعة الذرية الموجودة في القمر الصناعي ، ومن أجل ذلك قد يكون هناك أخطاء بسبب التوقيت
4- أخطاء تحدث بسبب عدم دقة المعلومات التي يرسلها القمر الصناعي عن موقعه في الفضاء
5- عدد الأقمار الصناعية التي يستطيع الجهاز رؤيتها ؛ فكلما زاد عدد الأقمار زادت الدقة والعكس صحيح ؛ فالمباني والمجالات الكهربائية والمغناطيسية تسبب عدم رؤية الجهاز للأقمار وبالتالي تسبب قطع الإشارة وتسبب الأخطاء في التحديد أو حتى احتمال عدم قدرة الجهاز على تحديد الموقع نهائياً
أسئلة وأجوبة:
س1/ كم تبعد كمن كيلو
تبعد الاقمار الصناعية عن الارض حوالي 60000 كم وتختلف الابعاد من قمر الى قمر
س2/ كم ةعددها؟
عدد الأقمار حتى عام م 1996
(2300 قمر )
س3/ لماذا لا تصطدم الطائرات بالأقمار الصناعية ؟
من الطبيعي ان لاتصتدم في الطائرات لان الاقمار الصناعية تكون خارج نطاق مسار الطائرات
اي بالاصح ان الاقمار الصناعية تكون في الفضاء الخارجي والطائرات تكون داخل الفضاء الداخلي للارض
س4/ من أين تزود الأقمار بالطاقة ؟ وكيف الوصول لها للصيانة
يزود القمر الصناعي بالطاقة عن طريق الخلايا الشمسية التي توجد به
س5/هل هي في مكان ثابت في الأعلى أم أنها تسبح؟ في الفضاء؟
بالطبع لا لاتكون ثابته وهي تسبح في مدارات معينه
مدارات الأقمار الصناعية
المدارات المنخفضة: وتكون دورة هذه الاقمار في مدة اقل من 225 دقيقة وتكون هذه الاقمار معرضة للاحتكاك بالغلاف الجوي وتأثير الجاذبية.
المدارات ذات الانحراف القليل: ويكون انحراف هذه الاقمار اقل من 45 عن خط الاستواء الارضي.
المدارات القطبية: ويكون انحراف هذه الاقمار 90 تقريبا.
المدار ذو عدد الدورات الصحيحة: وهي اقمار تتم عددا صحيحا من الدورات كل يوم وتعتبر اقمار التجسس احد الامثلة على ذلك.
المدار المتزامن مع الشمس: اذا اتم القمر دورة واحدة في يوم نجمي وهو يعادل 23 ساعة و 56 دقيقة 4.091 ثوان يكون مداره متزامنا مع الشمس، وحتى يستطيع القمر ان يدور بهذه السرعة فلابد من ان يوضع على ارتفاع 35786 كم، ونتيجة لذلك سيبدو القمر كأنه ثابت بين النجوم وتستخدم هذه النوعية لاغراض الاتصالات.
المدارات ذات الفترة نصف الأرضية: وهي اقمار تكمل دورتها في يوم نصف نجمي وتستخدم في الملاحة واقمار تحديد الموقع الجغرافي GPS.
المدارات ذات الارتفاع العالي: مثل اقمار الارصاد الفلكية وتدور في مستوى اعلى من الاقمار المتزامنة مع الارض وتكون شديدة الانحراف.
المدار الشمسي: يحدث هذا عندما يستطيع القمر الافلات من الارض والتمكن من الدوران حول الشمس
س6/ كيف يتم استخدامها في أغراض متعددة بمعنى ما هذه الإمكانات الهائلة
لكل قمر صناعي عمل خاص به مثلا هناك اقمار متخخصة في التصوير وهناك اقمار متخصصة في الاتصالات وهناك اقمار متخصصة في التجسس وهناك اقمار متخصصة في تحديد المواقع وغيرها من الاقمار
قارن بين الأقمار الصناعية من حيث الوظيفة والتغطية الجغرافية ؟
من حيث الوظيفة
من حيث التغطية الجغرافية
أقمار الاتصالات
وتستخدم في الاتصالات الثنائية – فاكس – تيليكس
الملاحة البحرية والجوية و الإغاثة.
أقمار دولية
ثلاث أقمار تغطي الأرض من ارتفاع 36000 كم فوق المحيط الهادي ، والهندي والأطلسي.
أقمار البث الإذاعي
وتستخدم في الإذاعة والتليفزيون.
أقمار إقليمية
ويغطي الواحد ثلث الأرض الذي يقع فيه الإقليم (كالإقليم العربي)
أقمار الرصد
وتستخدم في الأرصاد الجوية – الاستشعار عن بعد – الرصد الفلكي
أقمار وطنية
يغطي الواحد دولة واحدة لاتساع مساحتها.
من الذي أطلق أول قمر صناعي في الفضاء ؟
أطلقه السوفيت عام 1957 وكان يزن 83 كجم وقطره الكروي 58 سم ويكمل دورته حول الأرض في 96.2 دقيقة.
اذكر وسيلتين لإطلاق الأقمار الصناعية إلى الفضاء ؟
أ. الصواريخ مثل صواريخ إيريان ، أطلس ، ودلتا
ب. المركبات الفضائية ( مثل كولومبيا ، ديسكفري
" الأقمار الصناعية ُتحمل إلى الفضاء بعيدًا عن جو الأرض " اشرح هذه العبارة
وذلك لتفادي دمارها بسبب احتكاكها بالغلاف الجوي.
لماذا يكون وزن الصاروخ كبيرًا ؟
أ. بسبب زيادة وزن المعدات ب. زيادة وزن الوقود
أذكر فكرة عمل الصاروخ ؟
أ- يندفع الصاروخ للأعلى بقوة سببها رد فعل الغازات المحترقة وراءه ( قانون نيوتن الثالث : لكل فعل ، رد فعل مساوي له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه )
ب- تتم عملية إطلاق الصاروخ على 3 مراحل
ج - يتخلص الصاروخ من خزان الوقود الأول بعد تنفيذ المرحلة الأولى
د. يصبح أقل وزنـًا فيسهل تعجيله للمرحلة الثانية وهكذا ... حتى يتم وضع القمر الصناعي في مداره
لماذا يطلق النظام الملاحي للصاروخ قاذفات صغيرة عندما يكون على ارتفاع 200 كم من سطح الأرض ؟
وذلك لتحويل الصاروخ إلى الاتجاه الأفقي بسرعة عالية استعدادًا لفصل القمر الصناعي عن الصاروخ والحركة في شكل بيضاوي حتى يستقر في مداره النهائي
علل ما يأتي : يؤدي مدار دوران القمر الصناعي ودوران الأرض معـًا إلى تغطية كاملة لسطح الأرض؟
بسبب دوران الأرض من الغرب إلى الشرق يبدو القمر الصناعي وكأنه ينتقل إلى جهة الغرب.
كيف يستمر القمر الصناعي في مداره دون أن يسقط على الأرض ؟
يدور القمر بفعل قوة الجاذبية بينه وبين الأرض والتي تُشكل القوة المركزية وتعطي القمر الحركة الدائرية.
ماذا يحدث إذا انعدمت القوة المركزية عند نقطة في المسار؟
لا يتحرك الجسم في مسار دائري ولكنه يتخذ مسارًا مستقيمًا مماسـًا للمدار ( قانون القصور الذاتي ).
أكتب نص قانون التجاذب الكوني بين الأجسام الكونية ؟
" تتناسب قوة التجاذب الكوني بين الأجسام طرديـًا مع كتلة كلٍ منهما وعكسيـًا مع مربع المسافة بينهما
ما هي العلاقة بين السرعة الأفقية المماسة للمدار ( التي ينفصل بها القمر عن صاروخ الاطلاق) القمر الصناعي عن الأرض؟
مربع سرعة القمر تتناسب عكسيـًا مع بعد القمر عن الأرض V 2 = G M / r
ارتفاع مدار القمر الصناعي عن سطح الأرض ( كم )
سرعة القمر اللازمة ( كم / ث )
500
7.6
5000
5.92
36000
نفس سرعة دوران الأرض حول نفسها ويظل ثابت فوق نقطة معينة على الأرض
ما هي العلاقة بين سرعة القمر الصناعي المدارية وشكل المدار؟
من على ارتفاع 500 كم فوق سطح الأرض تنطلق أقمار صناعية بالسرعات التالية
سرعة القمر ( كم / ث )
شكل المدار
أقل من
7.6
اهليليجي صغير
7.6
دائري
أكبر من 7.6
اهليليجي كبير
11.2 ( سرعة الإفلات )
يفلت من مجال الجاذبية الأرضية
أذكر مكونات القمر الصناعي ؟
أ. نظام الاتصال : يتكون من القنوات القمرية والهوائيات
. القنوات القمرية : هي المعدات التي تستقبل الإشارات المرسلة من المحطة الأرضية إلى القمر ثم تعيد إرسالها إلى الأرض ، ويعتمد عدد القنوات على حجم القمر وطاقته.
الهوائيات : تلتقط الإشارات القادمة من الأرض ويرسل القمر عن طريقها معلومات إلى المحطة الأرضية خاصة بوضعه ومستوى أداء أنظمته المختلفة.
ب. نظام الرصد والمتابعة : ويتكون من أجهزة
. تحديد الاتجاه والمدار. القياس عن بعد والمتابعة والسيطرة لتصحيح مكان القمر في مداره
ج. نظام الطاقة: ومسئول عن
إمداد القمر بالطاقة حيث يستخدم خلايا شمسية للحصول على طاقة كهربائية تستخدم مباشرة أو تخزن في بطاريات تستخدم عندما يقع القمر في ظل الأرض.
التحكم في توزيع الطاقة على الأجهزة المختلفة ، وتعتمد طاقة القمر على عدد الأجهزة الموجودة بداخله.
قارن بين قوة التجاذب الكتلي بين جسمين وكل ٍ من كتل أحد الجسيمن والبعد بينهما ؟
F = G M m / d 2
قوة التجاذب الكتلي F
كتل الجسيمن M m
والبعد بينهما d
تقل إلى ربع ما كانت عليه
كتلة الجسمين ثابتة
زادت إلى الضعف
تزيد أربعة أمثال ما كانت عليه
كتلة الجسمين ثابتة
قلت إلى النصف
تبقى ثابتة دون تغير
تزيد أربعة أمثال ما كانت عليه
زادت إلى الضعف
قارن بين أنواع الحزم القمرية الموجودة في الأقمار الصناعية من حيث نطاق الترددات التي تعمل عليها ؟
نوع الحزمة
نطاق الترددات (جيجا هرتز G Hz )
الحزمة سي C band
من 4 إلى 6
الحزمة كي يو K u band
من 11 إلى 18
الحزمة كي ايه يو K a u band
من 20 إلى 30
علل ما يأتي : كلما ارتفع حيز الحزمة من الترددات ، كان الاستقبال لإشارات القمر أكثر وضوحـًا وصفـاءً ؟
لأن الإشعاع الموجه إلى الأرض من القناة القمرية يكون قويـًا ومكثفـًا ومركزة على المنطقة من الأرض التي تستقبل البث من القمر.
أكتب عن مستقبل الأقمار الصناعية ؟
أ- زيادة قدرة أقمار الاتصال على حمل المزيد من القنوات المخصصة للإذاعة والتلفزيون أو لنقل البيانات والمعلومات
ب. استخدام النظام الرقمي والإشارة المضغوطة ضاعف من عدد قنوات الاتصال دون زيادة في التكلفة
كم تبعد الأقمار الصناعية عن الأرض ؟
بعد الأقمار الصناعية عن سطح البحر " للأرض " 36 ألف كيلو متر
أين توجد الأقمار الصناعية ؟
جميع الأقمار الصناعية الخاصة بالإذاعة والتليفزيون توجد فوق خط الاستواء أ ي عند منتصف الأرض الجغرافي .
ما هي مكونات مجموعة الاستقبال التليفزيوني من الأقمار الصناعية ؟
العاكس الطبقي Dish Reflector1 -
مكبرات الإشارة منخفضة الشوشرة (L.N.B.) Low Noise Block down converter2 -
وحدة التوجيه (الموتور) Actuator 5- وحدة التحكم في التوجيه Positioner3 -
كابل محوري Coaxial Cable وحدة المستقبل Receiver4 -
جهاز التليفزيون Television5 -
أولاُ: الهوائي الطبقي Dish Antenna
هو أهم عنصر من عناصر مجموعة الاستقبال التليفزيوني من الأقمار الصناعية ،وعليه تعتمد كثيراً كفاءة الاستقبال ووضوحه وكذلك عدد القنوات التي يمكن استقبالها .
وتعتبر الوظيفة الأساسية للهوائي الطبقي هي التقاط إشارات الميكروويف الواردة من الأقمار الصناعية على سطح العاكس وتركيزها في نقطة تعرف ببؤرة العاكس (Focus) لتحقيق أكبر كسب (Gain) ممكن في الإشارة الملتقطة مع رفض أي إشارات أخرى غير مرغوبة .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ