كل ما تريد معرفته عن الاقمار الصناعيه , اكبر موسوعه للاقمار الصناعيه وتاريخها وطرق استخدامها ,

تحتل أقمار الاتصالات المرتبة الأولى في عدد الأقمار الصناعية، ومن مهام أقمار الاتصالات إعادة إرسال المكالمات التليفونية والبرامج التليفزيونية والإذاعية حول العالم، ونقل الخرائط والصور والمخططات، عبر المحيطات وفي السبعينيات، بدأ استخدامها في عقد المؤتمرات على الهواء مباشرة، بين مجموعة من الأشخاص، يوجد كل منهم في أحد أركان الكرة الأرضية، ولكن يبدو لهم وللمشاهد وكأنهم يجتمعون في قاعة واحدة، إضافة إلى نقل المباريات الرياضية والدورات الأوليمبية والأحداث المهمة حيّـة ومباشرة.وتتميز الاتصالات بواسطة الأقمار الصناعية بالمرونة وسرعة الإنشاء، وسعة الاستيعاب، وكفاءة الإرسال والاستقبال على مسافات تقاس بآلاف الأميال، إضافة إلى انخفاض النفقات.
الأقمار الصناعية
ما هو القمر
هو أى جسم صغير يدور حول جسم سماوى أكبر منه حجما وتنقسم الأقمار إلى أقمار طبيعية وأقمار صناعية من صنع الإنسان وتوضع الأقمار الصناعية في مداراتها بعد إطلاقها من سطح الأرض بمساعدة صواريخ دافعة تدور هذه الأقمار في مدارات بيضاوية حول الأرض أو فى مدارات مفتوحة إلى أي كوكب أخر أو فى رحلات استكشافية فى المجموعة الشمسية.
مكونات القمر الصناعى:-
أول خطوة فى تصميم القمر الصناعى هى تحديد كتلة وحجم الشحنة التى سيحملها ونوعيتها ووزنها والمقصود بالشحنة هى أجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى التى ستخدم الرحلة وحمولة القمر هى التى ستتحكم فى تصميم المكونات الأخرى للقمر ومتطلباتها مثل حجم القمر ونوع المدار الذى سيتخذه ونوع الصاروخ الذى سيتم استخدامه لإطلاق هذا القمر والحمولة هى أعقد جزء فى القمر وأكثرها تكلفة وكل قمر عامة يحتوى على حمولة واحدة ولكن إذا وجد مكان متسع يمكن حمل حمولة أساسية وأخرى أو أكثر ثانوية.
النشأة
في خمسينيات القرن العشرين، بدأ تطوير أقمار الاتصالات استجابةً لتزايد الطلب على اتصالات أفضل من تلك النُّظم الأرضية الاعتيادية. وقد نجمت هذه الطلبات بسبب التطوُّرات والتوسع السريع في النظم الهاتفية وزيادة محطات التلفاز والإذاعة. وقد أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية عام 1960م، قمر الصَّدى، وهو بالون معدني كان يعكس الإشارة. وبعدئذٍ، كانت أقمار الاتصالات تحوي مرسلات مستجيبة مثل تلستار وريلاي. وفي عام 1963م، أُطْلق قمر سينكوم 2 وهو أوَّل قمر يُوضَع في مدار تزامني بالنسبة للأرض. وكان انتلسات 1 أول قمر عالمي لغرض الاتصالات وكان يسمى أيضًا الطائر المبكَّر وقد أطلقت الولايات المتحدة الانتلسات 1 ثم وضعته فوق المحيط الأطلسي عام 1965م لنقل الإشارات الهاتفية والتلفازية بين أمريكا الشمالية وأوروبا.
وفي ثمانينيات القرن العشرين الميلادي أصبحت أقمار الاتصالات جزءًا أساسيًا من الاتصالات العالمية؛ إذ تطورت أقمار كبيرة وتحسنت النظم الكهربائية وصمم المهندسون محطات أرضية أصغر ذات هوائيات يمكن وضعها على أسطح البنايات لاستقبال البث المباشر.
منظومـة الاتصالات الفضائية :-
تتكون من عنصرين رئيسيين، هما القمر الصناعي، والمحطات الأرضية وتتلخص فكرة الاتصال عبر الفضاء، في أن المحطة الأرضية تُرسل إشاراتها إلى القمر الصناعي، الذي يلتقطها ويكبّرها ثم يعيد إرسالها إلى محطات الاستقبال الأرضية. وبذلك، فإن قمر الاتصالات، من حيث فكرة عمله، يَسْتخدم الموجات متناهية القصر "الميكروويف" " "Microwaves، التي يمكنها أن تحمل كمّاً هائلاً من المعلومات ولكنها تسري في خطوط مستقيمة ولذا فإن التغلب على كروية الأرض يجعل من المحتوم وضع محطات إعادة الإرسال على مسافات لا تزيد على 50 كم من بعضها بعضاً. وهو أمر يمكن تنفيذه ـ إلى حدٍّ ما ـ على الأرض، بينما يتعذر تحقيقه في المحيطات.
قمر الاتصالات:-يُسمى العنصر الرئيسي في القمر، المستجيب (Transponder.) ويشمل أجهزة استقبال، وأجهزة معالجة المعلومات، ومكبرات عالية القدرة لتكبير الإشارات المرسلة من الأرض، وأجهزة الإرسال التي تُعيد بث هذ الإشارات، ثم مجموعة هوائيات الإرسال والاستقبال، التي تُصمّم حسب الترددات المختلفة، وبما يتفق مع منطقة الاستقبال وتُغذى مجموعة المستجيب بالطاقة بواسطة الخلايا الشمسية التي تكون عادة في شكل أجنحة للقمر كما توجد في القمر بطاريات لإمداده بالطاقة اللازمة عندما تحتجب عنه أشعة الشمس وهناك طرق متعددة للاتصال بواسطة القمر الصناعي من أهمها:
طريقة "FDMA" " Frequency Division Multiple Access"، التي تخصص ترددات معينة لكل مستخدم على حدة
. وطريقة " Time Division Multiple Access" " TDMA " التي تُمكن كل مشترك من استخدام جميع ترددات القمر لفترة زمنية قصيرة محددة،
تُرْسل خلالها الإشارات في دفعات قصيرة، تُقاس بأجزاء من ألف من الثانية في تتابع تُحدده محطة مركزية.

يتبع ,,

 

المحطات الأرضية:-
وهي العنصر الرئيسي الثاني في منظومة الاتصال الفضائية وتنقسم، وظيفياً إلى نوعين هما محطات الإرسال والاستقبال ومحطات التحكم.
1) محطات الإرسال والاستقبال :-
تَبث الإشارات إلى القمر، محمّله بالمحادثات الهاتفية والبرامج الإذاعية والتليفزيونية والصور والخرائط والبيانات الرقمية ... إلخ. كما تستقبل كل هذه الإشارات من القمر وتؤدي مجموعة الهوائي كلتا المهمتَيْن معاًالإرسال والاستقبال وتتكون محطة الإرسال والاستقبال بصفة عامة من هوائي على شكل قطع مكافئ "Parabola" ))، يُكَبّر الإشارات في بؤرته ـ كما تفعل المرآة المقعرة ـ ومحول "Converter "، يُكَبّر الإشارات ذات التردد العالي ويحولها إلى ترددات منخفضة ثم كابل محوري يمرر هذه الإشارات إلى جهاز الاستقبال ويجب أن يوجّه الهوائي الأرضي بدقة نحو القمر الصناعي توجيهاً لا يتجاوز الخطأ فيه جزءاً ضئيلاً من الدرجة حتى يمكن تركيز الموجات متناهية الدقة التي تحمل الإشارة، في بؤرة الجهاز
وهناك العديد من المحطات الأرضية، التي تُستخدم في الاستقبال فقط، مثل محطات التليفزيون المنزلية وتسمى TVReceive - Only TVRO والمعروف أنه كلما ازدادت قدرة الإرسال للقمر الصناعي، صَغُر قطر هوائي الاستقبال المستخدم ويمكن، حالياً استقبال البث من الأقمار الحديثة بهوائيات، يراوح قطرها بين 60 و80 سم فقط.
محطات التحكم :-وظيفتها متابعة موقف القمر الصناعي متابعةً مستمرة، وضبط أجهزته، وتصحيح مداره حول الأرض، والتأكد من أداء مهامه أداءً صحيحاً.
21-مدارات أقمار الاتصالات:
حتى وقت قريب، كانت غالبية أقمار الاتصالات الغربية، تُحلّق في مدار مرتفع، يسمى: "المدار الجغرافي الثابت" أو "المتزامن". بينما كانت جميع الأقمار السوفيتية / الروسية )تقريباً)، تُحلّق على مدارات قريبة من الأرض.
1)المدار الجغرافي الثابت "Geostationary Orbit "GEO:-
هو مدار دائري في مستوى خط الاستواء، ويبعد عن الأرض مسافة 786 35 كم أي ما يساوي خمسة أضعاف قطر الكرة الأرضية وتسبح فيه الأقمار بسرعة هي نفسها السرعة الزّاوِيّة لدوران الأرض حول محورها ومن ثم فإن القمر يظل ثابتاً نسبياً فوق بقعة بعينها من الأرض بصفة مستمرة لذا فإن هوائي المحطة الأرضية الذي يُرْسِل إلى القمر أو يَسْتقَبل منه يظل موجهاً بصفة مستمرة نحو القمر ويدور القمر حول محوره بمعدل 30 لفة في الدقيقة محققاً بذلك الاتزان المطلوب أثناء حركته الهائلة السرعة أمّا هوائيات القمر فقد جُهزت بطريقة خاصة تظل بموجبها متجهة صوب المحطات الأرضية.
ويسمى هذا المدار أحياناً المدار الجغرافي المتزامن "Geosynchronous Orbit".ويستطيع القمر من هذا الارتفاع تغطية مساحة شاسعة والواقع أن ثلاثة أقمار فقط يمكنها من هذا المدار تغطية سطح الكرة الأرضية كله ومع ذلك فهناك شبكات اتصال فضائية تصل حتى 15 قمراً وذلك تلبيةً للحاجات المختلفة لمئات الآلاف من المشتركين والأقمار التي تطلق إلى هذا المدار والتي تسمى أحياناً بالأقمار المتزامنة تكون عادة كبيرة الحجم وقد يزيد وزنها على سبعة أطنان مثل القمر "لي سات ـ 5" الذي تستخدمه القوات البحرية الأمريكية (7711 كيلوجراماً) وتحتاج إلى قواذف قوية لوضعها في مدارها، مثل صواريخ "إيريان" الفرنسية "ARIANE"، و"تيتان" "TITAN " و"أطلس" "ATLAS " الأمريكيين، و"إنرجيا" "ENRGIA و"بروتون" "BROTON "الروسيين، و"لونج مارش" "LONG MARCH " الصيني، إضافة إلى مكوك الفضاء الأمريكي وقد أطلق من هذا النوع حوالي 442 قمرا ً تطورت أعمارها حتى وصلت إلى 15 عاماً، ومنها أقمار عربسات.

 

المدارات القريبة مـن الأرض"Low Earth Orbits" "LEO ":-
تكون هذه المدارات في العادة بيضاوية الشكل ويحدد ارتفاع المدار بنقطتين هما:
"الحضيض" "Perigee "، وهي أقرب نقطة إلى الأرض، و"الأوج" "Apogee "، وهي أبعد نقطة عنها.
وتدور أغلب الأقمار في هذه المدارات بسرعة 800 28 كم/ساعة، وتُكمل دورة كاملة حول الأرض في حوالي ساعة ونصف وقد أطلق منها ما يقرب من 792 قمراً .
ويصل عمر أقمار الاتصالات، التي توضع في المدارات القريبة أربعة أعوام
-ج-أقمار ( polar satellite ) :-
وهي أقمار تدور حول الأرض باتجاه قريب من موازاة خطوط الطول أي من القطب إلى القطب وعلى ارتفاع 850 كيلومتر .
تتميز بقدرة على تغطية كل الأرض وخاصة الأقطاب وبنفس درجة الوضوح ولكن معدل الانحلال الزمني متدنٍ فهي لا تستطيع تغطية نفس المكان إلا مرتين باليوم وهي مناسبة مثلا لمراقبة مستوى الماء في بحيرة أو الغطاء النباتي لمكان ما .
-د-مدارات الغسق والفجر:-
تبعا لميل مدارات الأقمار المتزامنة مع الشمس يحدث خسوف قصير للقمر فى كل دورة لمدة عدة أسابيع حول نقطة الانقلاب الصيفى.
وهذه المدارات تستخدم لبعض أقمار الاستشعار عن بعد مثل radrsatحيث تحتاج أجهزة الرادار لقدر كبير من الطاقة لهذا يجب أن يتجنب القمر حدوث خسوف له فىظل الأرض حيث يمنع الخسوف وصول أشعة الشمس إلى اللواح الشمسية. ويتم خسوف القمر radrsatلمدة18 دقيقة فى كل دورة أثناء الانقلاب الصيفى .
22-الأخطار التى تهدد القمر الصناعى:-
الفضاء ليس فارغا تماما ولكن يعتبر كذلك اذا ما قورن بالغلاف الجوى الارضى فان ضغط الغلاف الجوى على سطح الأرض يحفظ بعض الغازات داخل مسام المواد الصلبة وهذه الفكرة تستخدم لبناء المركبة الفضائية ولإيضاح هذه الفكرة نتصور ما يحدث داخل علبة مياه غازية فثاني أكسيد الكربون يؤثر على السائل بضغط أعلى من الضغط الخارجى وعند فتح علبه المياه الغازية فان ثانى أكسيد الكربون سيندفع للخروج حيث الضغط اقل ومركبة الفضاء فى مساره تعانى نفس الشئ فبدون ضغط جوى فى الفضاء فان الغازات التى تحتويها المواد التى تم تصنيعها على سطح الأرض ستهرب إلى الفضاء وهذه العملية مدمرة لأجهزة الاستشعار الدقيقة فى مركبة الفضاء مثل العدسات حيث تصبح المسام التى خرجت منها الغازات فارغة وتصبح المادة هشة لهذا يتم اختيار المواد التى يصنع منها أجزاء مركبة الفضاء تبعا لفحص دقيق وعند تصنيعها يتم ذلك فى أفران مفرغة للتأكد من عدم حدوث تدمير لها فى الفراغ نتيجة لهروب الغازات منه.
و الأخطار الأخرى فى الفضاء هى الإشعاع والجسيمات المشحونة الميكروويف ويجب أن نعلم أن الشمس تشع جميع أنواع الإشعاعات التى منها النافع ومنها الضار على الاقمار الصناعية فالجانب النافع من الإشعاع الشمسى هو الضوء المرئى الذى يتم تحويله إلى طاقة كهربائية من خلال الخلايا الشمسية وأيضا الإشعاع الشمسى الذى ينتج حرارة غير مطلوبة التى يمكن أن تؤدى إلى إتلاف العديد من طبقات الطلاء الخارجية التى تحمى المركبة مع مرور الوقت فطلاء سيارتك يبهت مع مرور الوقت بتأثر أشعة الشمس رغم أن الغلاف الجوى يعطى بعض الحماية بترشيح الإشعاعات الشمسية الخطرة لكن الاقمار الصناعية تتعرض للإشعاعات الشمسية مباشرة بدون ترشيح بعضها لهذا يجب عند تصنيع الأقمار تركيب طبقة خارجية واقية لحماية المكونات الدقيقة للمركبة من تأثير الإشعاع والحرارة والإشعاع الشمسى مع الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس لها ضغط ومع مرور الوقت فان ضغط الجسيمات المشحونة يؤثر على الأقمار الصناعية أيضا والجسيمات المشحونة هى جزء اخر من بيئة الفضاء والمقصود بالجسيمات المشحونة هى الاجزاء الموجبة والاجزاء السالبة من الذرة البروتينات والاليكترونيات ففى الشمس توجد الاليكترونيات والبروتينات حرة وغير مرتبطة بالذرة فدرجة الحرارة العالية جدا والمجال المغناطيسى للشمس يساعد على اندفاع هذه الجسيمات المشحونة بعيدا عن الشمس بسرعات تصل إلى 15600 ميل\ساعة وهذه الجسيمات المشحونة يمكن أن تؤثر على الاقمار الصناعية بعدة طرق فمع مرور الوقت تتجمع تلك الجسيمات على أجزاء من جسم القمر الصناعى وعندما يحدث تفريغ لهذه الشحنة فإنها تشبه الصدمة التى تحدث لك عندما تلمس مفتاح المصباح الكهربائى بعد ان تكون مشيت على سجادة بجورب ويصل الجهد الكهربائى على سطح القمر الصناعى إلى 10 ألاف فولت مما يتسبب فى تلف للمكونات الاليكترونية الحساسة للقمر والتأثير الآخر للجسيمات المشحونة هو تاثير الجسيمات المشحونة عالية الشحنة علي أجزاء من ذاكرة الحاسب للقمر الصناعى من واحد الى صفر أو من صفر إلى واحد وهذا يبدو شئ صغير أو تافه إلا أن هذا تغيير ضخم يؤثر دائرة الاتصالات بين القمر والمحطة الأرضية فيغير أمر من فتح إلى غلق أو العكس بهذا لا يستطيع نظام الاتصال بالقمر استقبال أوامر أو رسائل التحكم وذلك لإغلاق نظام الاتصال نتيجة تأثير هذه الجسيمات المشحونة عليه وهذه التأثيرات تكون عالية أثناء انبعاث الوهج الشمسىsolar flare .

 

القوانين التي تحكم مدارات الاقمار الصناعيه
قوانين كبلر :-
تمكن أحد علماء الفيزياء والفلك جوهانز كيبلر خلال دراسة طويلة لحركة الكواكب حول الشمس وبدعم من ملاحظات أستاذة (تايكو براهي) ومعتمداً على قياساته التي أجراها بنفسه من وضع قوانين تصف حركة الكواكب السيارة حول الشمس وذلك في الفترة
1)القانون الأول : ينص هذا القانون على أن الكواكب تدور حول الشمس في مدارات بيضاوية (اهليجية) بحيث تكون الشمس في إحدى بؤرتي المداروتعرف نقطة الحضيض بأنها أقرب نقطة في المدار إلى مركز االشمس و نقطة الأوج بأبعد نقطة في المدار عن مركز الشمس .

2) القانون الثاني : عند دوران الكوكب حول الشمس يغطي الخط الذي يصل الكوكب بالشمس مساحات متساوية في أوقات متساوية بمعنى أن السرعة تزداد إذا اقترب الكوكب من الشمس حتى تصل إلى أعلاها عند ما يسمى بنقطة الحضيض ثم تقل إذا ابتعد عنها حتى تصل إلى أقل قيمة لها عند نقطة الأوج.
3)القانون الثالث :
اكتشف كبلر قانونه الثالث بعد مضى عشر سنوات تقريباً من طرحه للقانون الأول والثاني فقد تبين له أن مربع زمن دوره الكوكب حول الشمس تتناسب تناسباً طردياً مع مكعب نصف المحور الكبير (أو متوسط المسافة بين الكوكب والشمس).
قانون نيوتن للجاذبية و قوانين الحركة:-
استعان إسحاق نيوتن (1642 ـ 1727م) بقوانين كبلر وخصوصاً القانون الثالث كأساسيات في طرحه لنظرية الجاذبية الأرضية وينص قانون نيوتن للجاذبية أن قوة التجاذب بين أي جسمين تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما وطردياً مع كتلة كل منهما، وبصيغة رياضية يمكن حساب هذه القوة (F) كما يلي .
f=GMm/r^2
تصف قوانين نيوتن للحركة العلاقة بين حركة الجسيم والقوى المؤثرة عليه .
القانون الأول( قانون الاستمراريه) : أن الجسم المتحرك في خط مستقيم أو الثابت سوف يبقى على حالته إذا لم يؤثر عليه بقوة بمعنى أن السرعة ( في حالة الجسم المتحرك ) سوف تكون ثابتة إذا لم يكن هناك قوى مؤثرة .
القانون الثاني : إذا كان هناك قوة مؤثرة على جسم ما فإنه سوف يتسارع بقيمة تتناسب مع القوة المؤثرة عليه وفي نفس الاتجاه
متجه القوة = الكتلة × متجه التسارع
القانون الثالث:
" لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه" .
لماذا يدور القمر حول الأرض:-
عندما تقف على قمه جبل و ترمى كره بسرعة أفقية معينة فإنها سوف تتسارع إلى الأرض حسب قانون نيوتن الثاني (سقوط حر) وتأخذ مساراً مقوساً قبل إن ترتطم بالأرض بعد مسافة أفقية معينة تعتمد على قيمة السرعة البدائية عند الرمي .
ووجد أنه عند سرعة معينه (عالية جداً) لا ترتطم الكرة بالأرض بل تسلك مداراً دائرياً حول الأرض وعند هذه السرعة تتساوي قوة الطرد المركزية للكره مع قوة جذب الأرض لها.
بناء على هذه الظاهرة، يتمكن القمر الاصطناعي من الدوران على الأرض والسرعة المدارية تتناقص كلما ابتعادنا عن سطح الارض (جاذبيه الارض) وفي حالة زيادة السرعة عن السرعة المداريه يتحول المدار إلى مدار بيضاوي (أهليجيه)بحيث تزداد فلطحه هذا المدار كلما زادت السرعة حتى يفلت القمر من جاذبية الأرض عند سرعة تسمى بسرعة الأفلات (escape velocity) و يسلك القمر الاصطناعي مساراً بشكل قطع مكافئ ويبتعد عن جاذبية الأرض الجدير بالذكر أن القمر الاصطناعي في حالة سقوط دائم وهو في مداره حول الأرض تحت تأثير الجاذبية ويتناقص ارتفاعه عن سطح الأرض بسبب الاحتكاك مع الجزئيات الموجودة في مداره وخصوصاً عند الارتفاعات المنخفضة (400 ـــ 800كلم).
معادلات حركة القمرالاصطناعي حول الأرض :-
بتطبيق قانون نيوتن الثاني وقانون نيوتن للجاذبية بين قمر اصطناعي بكتلة (m) والأرض بكتلة (M) يمكن إيجاد معادلة الحركة ومن ثم معرفة شكل المدار حول الأرض عن طريق حل المعادلة إذ يكفي للتنبوء بمسار القمر(لفترات زمنيه قصيره) معرفة حالته الابتدائية وبعدها تصبح حركه القمر معلومهً كنتيجة لحل معادلات الحركة.
بتعويض قوة الجاذبية في قانون نيوتن الثاني للحركة نستطيع أن نحصل على معادله لمتجه التسارع للقمر الصناعى
وتسمى هذه المعادلة بمعادلة حركة الجسم وهي مبنية على بعض الفروض منها
إهمال كتلة القمر الاصطناعي بالمقارنة مع كتلة الأرض .
إن قوة الجاذبية هي القوة المؤثرة الوحيدة بين القمر الاصطناعي والأرض.
عدم احتساب فلطحة الأرض عند الأقطاب ( الأرض ليست كروية تماماً).
بعد إجراء بعض العمليات الرياضية لمعادلة الحركة يمكن التوصل للحل النهائي كما يلي :
r=p/(1+e cos o)1
يمثل هذا الحل مدار القمر الاصطناعي حول الأرض حيث إن الزاوية القطبية () تحدد موقع القمر في مداره , (e) تمثل مقدار الانحراف (Eccentricity ) و (p) ثابت المدار وبذلك يكون مدار القمر الاصطناعي حول الأرض دائرياًcircular) ) إذا كان مقدار الانحراف (e) يساوي صفرإذا كان مقدار الانحراف بين صفر وواحد ( ) و قطاع مكافئ(parabola) في حالة ( ) و قطع زائد(hyperbola) في حالة ( ).
الجدير بالذكر أن هذا الحل تقريبي وتزداد دقته كلما أخذنا في عين الاعتبار تأثير القوى المحيطة بالجسمين كما تقدم ذكره.
تأثير الكواكب على مدار القمر الاصطناعي : -
تؤثر الكواكب المحيطة بالقمر الاصطناعي على حركته في مداره فقوى الجاذبية للشمس والقمرمثلا تسبب تغيرات دورية على عناصر مدار القمرالاصطناعي حول الأرض مثل ارتفاع المدار( H ) وزاوية الميل ( i) ومقدارالإنحراف ( e) بينما يسبب تغيرات تصاعدية في زاوية الحضيض و زاوية العقدة الصاعدة ( , ).
وتعبر التغيرات التصاعدية الناشئة من تأثير الشمس والقمر ذات أهمية أكبر بالمقارنة بالمتغيرات الدورية ففي حالة المدار الدائري نستطيع حساب معدل التغير في () و() الناتجة من تأثير الشمس والقمر
تأثير فلطحة الأرض على مسار القمر في مداره :-
عندما استنتجت معادلة الجسمين (2body Problem) لم يؤخذ في عين الاعتبار فلطحة الأرض عند الأقطاب (وذالك نتيجة دوران الأرض حول محورها ) بل اعتبرنا أن الأرض كروية بشكل تام وأن كتلة الأرض موزعة بشكل منتظم وفي الحقيقة إن فلطحه الأرض تسبب تغيرات تصاعدية في زاوية الحضيض () و زاوية العقدة الصاعدة ()
لذلك في حالة الأقمار المنخفضة الارتفاع ( قريبة من جاذبية الأرض) يجب حساب قيمة هذه المتغيرات حيث يستفاد من هذه الظاهرة في تصميم مدار متزامن مع الشمس وذالك باختيار ارتفاع المدار مع قيمة معينة لزاوية ميلهبحيث تتغير قيمة  بمعدل 0.985 درجة في اليوم وينتج عن ذلك تزامن دوران المدار مع دوران الأرض حول الشمس

 

نظام تحديد المواقعGPS
بدأ العمل في وزارة الدفاع الأمريكية لتصميم نظام تحديد المواقع في عام 1973م، وذلك لاستبدال نظام الملاحة بالأقمار الصناعية المعروف باسم "Transit System" أو"Sat Nav"، وذلك لتفادي عيوبه الممثلة في تغطيته غير الكافية للأقمار الصناعية، وعملياته الملاحية غير الدقيقة التي تلقي بظلالها على الحاجة العسكرية في الميدان. لذا أُستحدث النظام الجديد ليوفر تغطية كاملة وبدقة عالية تغطي الاحتياجات العسكرية ويتم التحكم في النظام عن طريق القوات الجوية العسكرية، فضلاً عن أن هذا النظام يتوافر للاستخدامات المدنية ويتغلغل في مختلف أوجه الحياة لغرض التمويه عن أهميته العسكرية والتجسسية، حيث أن له العديد من التطبيقات الأرضية والبحرية والجوية, وقد تم إطلاق أول قمر صناعي من هذا النوع عام 1978م، ويعتمد هذا النظام على شبكة مكونة من 24 قمراً صناعياً تدور في مدارات على ارتفاع شاهق حول الكرة الأرضية وتتوزع هذه الأقمار الصناعية في مداراتها المخصصة لها بزوايا ومسارات وزمن محدد لكل منها بحيث يمكن الاتصال مع أربعة أقمار صناعية على الأقل في أي مكان من
العالم ولقد ازداد عدد تلك الأقمار فيما بعد لتأمين تغطية كامل الأرض على مدار 24 ساعة.
تدور الأقمار الصناعية على ارتفاعات شاهقة مما يجعلها تتفادى المشاكل والمصاعب التي كانت تواجه محطات التوجيه الأرضي، فضلاً عن أنها تعطي نتائج عالية الدقة في تحديد المواقع على سطح الأرض على مدار 24 ساعة يومياً، إذ أنها يمكن أن تعطي قياسات دقيقة للغاية، حيث يمكـن للمساحيين ""Surveyors باستخدام أجهزة "تحديد المواقع"GPS الحصول على قياسات تصل دقتها إلى أقل من السنتيمتر الواحد وهو ما تفتقده الأجهزة المساحة التقليدية وأفضل ما تتيحه هذه التقنية الحديثة هو إمكانياتها، ورخص سعرها، وصغر حجمها، وسهولة الحصول عليها، ويمكن القول إنه تم إنجاز إحدى احتياجات الإنسان حيث أصبحت هذه الخدمة من الأساسيات كالهواتف المختلفة التقنيات مثلاً، حيث إنها تُمكن المُستخدم من معرفة موقعه في أي مكان وفي كل وقت، إضافة إلى أن هذه الخدمة الجديدة سوف تساعد سيارات الطوارئ من تأدية عملها بسرعة أعلى وبدقة أكبر، حيث إنها ستزود بخرائط إلكترونية "Electrons Maps" توضح لها مسارها نحو الهدف هذا في المنظور المدني
مكونات جهاز تحديد المواقع:-
يتكون نظام تحديد المواقع GPS من ثلاث وحدات رئيسية هي:
-أ- الأقمار الصناعية
تتميز الأقمار الصناعية في نظامGPS بعدة خصائص أهمها:
(1) يبلغ وزنها حوالي 845 كجم.
(2) يصل عمرها الافتراضي إلى سبع سنوات ونصف.
(3) يتمثل مصدر طاقتها في بطاريات تُشحن بالطاقة الشمسية، تبلغ مساحتها 7.25 م2.
(4) تدور حول الأرض في كل 12 ساعة.
(5) يبعد القمر الصناعي عن سطح الأرض بمسافة تصل إلى 20200 كم.
ويتمثل دور القمر الصناعي في تحديد المواقع من خلال الوظائف التالية:
(1) استقبال وتخزين البيانات المُرسلة من محطة التحكم.
(2) الحصول على التوقيت الدقيق عن طريق ساعات الروبيديوم والسينيزيوم.
(3) إرسال المعلومات للمُستخدم عن طريق إشارات مختلفة.
(4) المناورة لتعديل المدار عن طريق التحكم الأرضي.
-ب- نظام التحكم الأرضي:-
يتكون نظام التحكم الأرضي من خمس مراكز موزعه على أنحاء الكرة الأرضية وهي من الغرب إلى الشرق وهذه المراكز معلومة الموقع بدقة عالية تبلغ نحو عشرة سنتيمترات بالزيادة أو النقصان (±10 سم) من مراكز الأرض وتعرف هذه المركز بمحطات التحكم Tracking Stations، وتشرف عليها البحرية الأمريكية وتحتوي هذه المحطات الخمسة على أجهزة تحديد المواقع وأجهزة رصد للأحوال الجوية وتُرسل هذه الأرصاد يومياً كبيانات للمحطة الرئيسية في كولورادو سبرنجز في الولايات المتحدة الأمريكية.
ج. جهاز الاستقبال Receiver :- يعد جهاز الاستقبال الآلة الوحيدة التي تُمكن مُستخدم هذا النظام من الحصول على المعلومات سواء معلومات عن تحديد الموقع أو معلومات عن الأقمار الصناعية، ويتكون جهاز الاستقبال من وحدتين رئيسيتين هما معدات الاستقبال Hardware، وبرامج المعالجة Software.
37-تحديد الموقع بواسطة نظام GPS:-
هناك حالتان رئيسيتان لتحديد الموقع باستخدام نظام تحديد المواقع GPS هما:
التحديد المطلق للموقع Absolute Point Positioning:-
تُعرف عملية تحديد الموقع لنقطة ما دون الاعتماد على نقطة أو نقاط أخرى بالتحديد المطلق ويتطلب الأمر في هذه الحالة جهازاً واحداً فقط، إضافة إلى بعض البيانات الأولية للموقع. ويمكن في هذه الحالة الحصول على إحداثيات الموقع الجغرافية (خطوط الطول ودوائر العرض) في الميدان مباشرة بدون أي عمليات تحليل أو معالجة.وهناك العديد من الأجهزة التي تُستخدم في هذه الحالة، مثل أجهزة الملاحة التي تحدد المواقع بدقة أفقية تصل إلى ثلاثين متراً، كما هو الحال بالنسبة لجهاز ماجلان Magellan، وجهاز ترمباك Trimpak
التحديد النسبي للموقع Relative Positioning:-
تُعرف عملية تحديد الموقع لنقطة ما بالاعتماد على نقطة أو نقاط أخرى بالتحديد النسبي، وتتطلب هذه الحالة وجود جهازين على الأقل، أحداهما ثابت في نقطة معلوم إحداثياتها والآخر على النقطة المطلوب حساب إحداثياتها بدقة وتعرف هذه الحالة باسم تحديد المواقع من وضع الثبات Static Positioning. ويتطلب هذا النوع من القياس عمليات تحليل ومعالجة للبيانات التي تم جمعها في الميدان للحصول على الدقة العالية المطلوبة والتي تصل إلى ملليمترات,وهذه تستخدم بكثرة في الحروب والعمليات العسكرية الخاصة والقصف بالمقذوفات الذكية الدقيقة الاستهداف وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن تحديد الموقع حركياًًKinemetic Positioning حيث يتم تحديد المواقع للجهاز المتحرك وبدقة أعلى من دقة التحديد المطلق وأنفقت الولايات المتحدة الأمريكية خمسة عشر مليار لبناء هذا النظام.