قمر صناعي متزامن مع الأرض

القمر الصناعي المتزامن مع الأرض هو قمر صناعي يدور في مدار متزامن مع الأرض ، وله فترة مدارية تساوي فترة دوران الأرض . يعود هذا القمر إلى نفس الموقع في السماء بعد كل يوم فلكي ، ويرسم خلال اليوم مسارًا في السماء يكون عادةً على شكل منحنى دائري . ومن أنواع الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض القمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض ، والذي يدور في مدار ثابت بالنسبة للأرض - وهو مدار دائري متزامن مع الأرض يقع مباشرة فوق خط استواء الأرض . وهناك نوع آخر من المدارات المتزامنة مع الأرض التي تستخدمها الأقمار الصناعية وهو المدار الإهليلجي التندرا .

تتميز الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض بخاصية فريدة، وهي ثباتها الدائم في نفس الموقع في السماء كما يُرى من أي مكان ثابت على سطح الأرض، مما يعني أن الهوائيات الأرضية لا تحتاج إلى تتبعها، بل يمكنها البقاء ثابتة في اتجاه واحد. تُستخدم هذه الأقمار الصناعية غالبًا لأغراض الاتصالات ؛ فالشبكة المتزامنة مع الأرض هي شبكة اتصالات تعتمد على الاتصال مع أو عبر هذه الأقمار.

يشير مصطلح "متزامن مع الأرض " إلى الفترة المدارية للقمر الصناعي التي تُمكّنه من التزامن مع دوران الأرض. وإلى جانب شرط الفترة المدارية، لكي يكون القمر الصناعي ثابتًا بالنسبة للأرض أيضًا، يجب وضعه في مدار يجعله قريبًا من خط الاستواء. هذان الشرطان يجعلان القمر الصناعي يظهر في منطقة رؤية ثابتة عند النظر إليه من سطح الأرض، مما يُمكّن من تشغيله بشكل مستمر من نقطة واحدة على الأرض. يُعد المدار الثابت بالنسبة للأرض، وهو حالة خاصة، النوع الأكثر شيوعًا لمدارات أقمار الاتصالات.

إذا لم يكن مدار القمر الصناعي المتزامن مع الأرض محاذيًا تمامًا لخط استواء الأرض ، يُعرف هذا المدار بالمدار المائل . وسيبدو (عند رؤيته من الأرض) وكأنه يتذبذب يوميًا حول نقطة ثابتة. ومع تناقص الزاوية بين المدار وخط الاستواء، يقل مقدار هذا التذبذب؛ وعندما يقع المدار بالكامل فوق خط الاستواء في مدار دائري، يظل القمر الصناعي ثابتًا بالنسبة لسطح الأرض ، ويُقال إنه ثابت بالنسبة للأرض .

اعتبارًا من أكتوبر 2018 يوجد ما يقارب 446 قمراً صناعياً متزامناً مع الأرض، بعضها غير عامل. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

تبدو الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض وكأنها مثبتة فوق نقطة واحدة فوق خط الاستواء. ولا تحتاج هوائيات الاستقبال والإرسال على الأرض إلى تتبع هذه الأقمار. يمكن تثبيت هذه الهوائيات في مكانها، وهي أقل تكلفة بكثير من هوائيات التتبع. وقد أحدثت هذه الأقمار ثورة في الاتصالات العالمية ، والبث التلفزيوني ، والتنبؤات الجوية ، ولها عدد من التطبيقات الدفاعية والاستخباراتية الهامة .

من عيوب الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض، نتيجةً لارتفاعها الشاهق، أن الإشارات اللاسلكية تستغرق حوالي 0.25 ثانية للوصول إلى القمر الصناعي والعودة منه، مما ينتج عنه تأخير طفيف ولكنه مؤثر . يزيد هذا التأخير من صعوبة المكالمات الهاتفية ويقلل من أداء بروتوكولات الشبكة الشائعة مثل TCP/IP ، ولكنه لا يمثل مشكلة مع الأنظمة غير التفاعلية مثل البث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية . يوجد عدد من بروتوكولات بيانات الأقمار الصناعية الخاصة المصممة لتمثيل اتصالات TCP/IP عبر روابط الأقمار الصناعية ذات التأخير الطويل، ويتم تسويقها كحل جزئي لضعف أداء بروتوكول TCP الأصلي عبر روابط الأقمار الصناعية. يفترض بروتوكول TCP أن جميع حالات فقدان البيانات ناتجة عن الازدحام وليس عن الأخطاء، ويتحقق من سعة الرابط باستخدام خوارزمية " البدء البطيء " ، التي لا ترسل الحزم إلا بعد التأكد من استلام حزم سابقة. تكون خوارزمية البدء البطيء بطيئة للغاية عبر مسار يستخدم قمرًا صناعيًا ثابتًا بالنسبة للأرض. يقدم RFC 2488، الذي كُتب عام 1999، عدة اقتراحات حول هذه المسألة.

هناك بعض مزايا الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض:

• احصل على بيانات ذات دقة زمنية عالية.
• يتم تبسيط عملية تتبع القمر الصناعي بواسطة محطاته الأرضية.
• يبقى القمر الصناعي دائماً في نفس الموقع.

من عيوب الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض عدم اكتمال التغطية الجغرافية، إذ تواجه المحطات الأرضية الواقعة على خطوط عرض أعلى من 60 درجة تقريبًا صعوبة في استقبال الإشارات بشكل موثوق عند الارتفاعات المنخفضة. ويتطلب ذلك توجيه أطباق الأقمار الصناعية في هذه الخطوط العالية نحو الأفق بشكل شبه مباشر، ما يعني مرور الإشارات عبر أكبر قدر من الغلاف الجوي، وقد تُحجب بسبب تضاريس الأرض أو الغطاء النباتي أو المباني. في الاتحاد السوفيتي ، طُوّر حل عملي لهذه المشكلة بإنشاء شبكات أقمار صناعية خاصة من نوع مولنيا / أوربيتا ذات مدارات مائلة بيضاوية . وتُستخدم مدارات بيضاوية مماثلة لأقمار سيريوس الإذاعية .

طُرح هذا المفهوم لأول مرة من قِبل هيرمان بوتوتشنيك عام 1928، وشاع استخدامه بفضل كاتب الخيال العلمي آرثر سي كلارك في مقال نُشر في مجلة "وايرلس وورلد" عام 1945. ^{[ 4 ]} قبل ظهور الإلكترونيات الصلبة، تخيّل كلارك ثلاث محطات فضائية كبيرة مأهولة، مُرتبة على شكل مثلث حول كوكب الأرض. أما الأقمار الصناعية الحديثة فهي عديدة وغير مأهولة، وغالبًا لا يتجاوز حجمها حجم سيارة.

هارولد روزن ، وهو مهندس في شركة هيوز للطائرات، والمعروف على نطاق واسع باسم "أبو القمر الصناعي المتزامن مع الأرض"، اخترع أول قمر صناعي متزامن مع الأرض يعمل، وهو سينكوم 2. [ ^{5 ] تم} إطلاقه على متن صاروخ دلتا بي من كيب كانافيرال في 26 يوليو 1963.

كان أول قمر صناعي للاتصالات ثابت بالنسبة للأرض هو سينكوم 3 ، الذي أُطلق في 19 أغسطس 1964، بواسطة صاروخ دلتا دي من كيب كانافيرال. استُخدم القمر الصناعي، الذي كان يدور في مدار فوق خط التاريخ الدولي تقريبًا، لبث دورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 1964 في طوكيو إلى الولايات المتحدة.

كان القمر الصناعي ويستار 1 أول قمر صناعي للاتصالات ثابت بالنسبة للأرض يتم إطلاقه محليًا وتجاريًا في أمريكا، وقد أطلقته شركة ويسترن يونيون ووكالة ناسا في 13 أبريل 1974.

• مدار متزامن مع الأرض
• مدار ثابت بالنسبة للأرض
• قمر صناعي بالوني ثابت بالنسبة للأرض
• مدار المقبرة
• قائمة المدارات
• قائمة الأقمار الصناعية في المدار المتزامن مع الأرض
• مدار مولنيا
• مدار التندرا
• حامل قطبي - حامل مفيد لتوجيه طبق استقبال الأقمار الصناعية نحو الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض
• التلفزيون الفضائي

• قائمة أقمار لينغسات للاتصالات في المدار الثابت بالنسبة للأرض
• للاطلاع على قائمة تفاعلية بالأقمار الصناعية النشطة وغير النشطة، والأقمار المتزامنة مع الأرض، والأقمار المدارية، تفضل بزيارة موقع NORAD Celestrack.