التقنية الفضائية (٢)
انظر إلى الصفحة، وتحديداً إلى الفقرة العلوية التي تتحدث عن إنجاز وطني كبير: أعلنت المملكة العربية السعودية في يوم الأحد 2023/05/21 عن إرسال أول رائدة فضاء سعودية ريانة برناوي ورائد فضاء سعودي علي القرني إلى محطة الفضاء الدولية. انضم الاثنان إلى طاقم مهمة AX-2 الفضائية. الهدف هو بناء القدرات الوطنية في مجال الرحلات المأهولة، والاستفادة من الفرص في قطاع الفضاء وصناعته عالمياً، وتنفيذ 14 تجربة علمية وبحثية رائدة في الجاذبية الصغرى، تضمّنت ثلاث تجارب تعليمية توعوية لطلاب التعليم العام. في الأسفل، انظر إلى شعار الرحلة ورمزياته: الشكل الدائري يعكس التعاون والتواصل بين الأمم، علم المملكة يؤكد الهوية، النجمان الصاعدان يمثّلان الفضاء السعوديين، النجوم الأربعة عشر تُمثّل عدد التجارب، وسنة الانطلاق 2023 تشير إلى بداية وطنية جديدة في استكشاف الفضاء. إلى جوار ذلك، قائمة بأسماء التجارب العلمية التي أجراها رواد الفضاء السعوديون، مثل قياس المؤشرات الحيوية وتجارب الدماغ.
يدور الدرس حول التقنية الفضائية وأنواع المدارات والأقمار الصناعية واستخداماتها وتطبيقاتها مثل نقاط لاغرانج. يعرض الدرس تفاصيل المدارات الثلاثة الشهيرة: المدار الأرضي المنخفض LEO بارتفاع كم وفترة عمرية سنوات، والمدار الأرضي المتوسط MEO بارتفاع كم وفترة عمرية سنوات، والمدار الأرضي الثابت GEO بارتفاع كم وفترة عمرية سنة بفترة مدارية ساعة. كما يتناول رحلة الأمير سلطان بن سلمان عام ضمن مهمة ديسكفري على متن المركبة الفضائية، وبرنامج التدريب الذي استغرق نحو عشرة أسابيع، والتجارب العلمية التي أُجريت مثل فصل السوائل والغاز المؤين.
الفكرة الأساسية
تعتمد التقنية الفضائية على استخدام المدارات والأقمار الصناعية والمركبات المأهولة وغير المأهولة لتنفيذ مهام علمية وبحثية واتصالات، مع الاستفادة من مواقع استراتيجية مثل نقاط لاغرانج و لتثبيت التلسكوبات والمحطات الفضائية بأقل قدر من الوقود.
الشرح
تنقسم مدارات الأقمار الصناعية إلى أنواع عدة بحسب الارتفاع والغرض:
- المدار الأرضي المنخفض : يقع على ارتفاع كيلومتراً، وفترته المدارية بين إلى دقيقة، وعمره الافتراضي سنوات.
- المدار الأرضي المتوسط : يقع على ارتفاع كيلومتراً، وفترته المدارية بين إلى ساعات، وعمره الافتراضي سنوات.
- المدار الأرضي الثابت : يقع على ارتفاع كيلومتراً، وفترته المدارية ساعة، وعمره الافتراضي سنة.
أما نقاط لاغرانج فهي خمسة أماكن تتوازن فيها قوى الجاذبية بين جسمين فائقين الكتلة مثل الشمس والأرض، حيث تحافظ الأقمار أو التلسكوبات على موقعها بأقل جهد ممكن. تقع النقطة بين الشمس والأرض على مسافة يسهل منها الوصول إلى الأرض أو القمر بأدنى وقود، بينما يقع تلسكوب جيمس ويب الفضائي في النقطة على بعد حوالي مليون كيلومتر من الأرض لتكون مكاناً مثالياً لعمليات الرصد الحرة.
مثال محلول خطوة بخطوة
إذا أردت تصميم قمر صناعي مخصص لرصد الزحام المروري في مدن المملكة الكبرى وقت الذروة، فما المدار المناسب من جدول مدارات الأقمار الصناعية؟ الخطوة الأولى: حدد طبيعة المهمة؛ رصد الزحام المروري يتطلب متابعة دقيقة ومستمرة وبيانات فورية. الخطوة الثانية: انظر إلى خصائص المدارات؛ المدار الأرضي المنخفض له فترة مدارية قصيرة جداً تتراوح بين إلى دقيقة وارتفاع كيلومتراً. الخطوة الثالثة: اختر المدار لأنه الأنسب للمهام التي تتطلب مرورا متكررا وسرعة في إرسال البيانات إلى الأرض.
أخطاء شائعة
- الاعتقاد بأن المدار الأرضي الثابت يقع على ارتفاع منخفض، والصحيح أنه يقع على ارتفاع كبير بلغ كيلومتراً لتتطابق فترته المدارية مع دوران الأرض البالغ ساعة.
- الخلط بين مهام نقاط لاغرانج؛ فالنقطة مثالية لوضع محطة قمرية يعاد تزويدها بالوقود أو ترصُد الشمس، بينما النقطة مخصصة لتلسكوبات رصد الكون بعيداً عن التشويش.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: قارن بين أمار المدار القطبي وأقمار المدار الأرضي الثابت من حيث الأنسب لمتابعة مباشرة لحريق في منطقتك؟ الإجابة: الأنسب هو قمار المدار القطبي؛ لأن مداره يمر فوق القطبين ويمكنه مسح مناطق واسعة ومتابعة التغيرات بدقة أكبر مقارنة بالمدار الثابت. السؤال الثاني: يريد رواد فضاء القيام بتجارب علمية تستغرق أشهر، فما التقنية الفضائية المناسبة لهم مبينة سبب اختيارك؟ الإجابة: التقنية المناسبة هي محطة الفضاء، لأنها مجهزة ومبنية للعمل في الفضاء لفترات طويلة وتتيح للرواد إجراء التجارب والمكوث فيها بأمان.