الأقمار الصناعية المستقلة: الأسطول المستقل من مستكشفي الفضاء

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 23 كانون الأول، 2022

ملخص البصيرة

حققت الأقمار الصناعية الصغيرة إنجازات هائلة، تتراوح من مراقبة الكويكبات إلى جمع البيانات. ومع ذلك، فإن القيود المتزايدة على الميزانية دفعت العلماء إلى البحث عن حلول بديلة وفعالة من حيث التكلفة للأقمار الصناعية، بما في ذلك التوجيه الذاتي وتوفير الطاقة. يمكن أن تشمل الآثار طويلة المدى لتطوير الأقمار الصناعية المستقلة بعثات استكشافية أفضل إلى الكواكب الأخرى والإدارة الفعالة للنفايات الفضائية.

سياق الأقمار الصناعية المستقلة

وفقًا لدراسة أجرتها جامعة Delft للتكنولوجيا ومقرها هولندا ، يتم تعريف الأقمار الصناعية الصغيرة عادةً على أنها مركبة فضائية كتلتها 500 كيلوغرام أو أقل. وتشمل هذه النماذج الأقمار الصناعية الصغيرة (100-500 كجم) ، والأقمار الصناعية الدقيقة (10-100 كجم) ، والأقمار الصناعية النانوية (1-10 كجم) ، والأقمار الصناعية البيكوزية (0.1-1 كجم) ، والأقمار الصناعية (0.01-0.1 كجم). زاد معدل نجاح بعثات الأقمار الصناعية بسبب التقدم في تكنولوجيا التصغير. نتيجة لذلك ، يقترح المزيد من المجموعات الجامعية والشركات ووكالات الفضاء مهمات الأقمار الصناعية الصغيرة للبحث العلمي.

ومع ذلك ، يمكن أن تجعل العديد من القضايا إدارة عمليات الأقمار الصناعية الصغيرة من محطة أرضية صعبة. تشمل هذه التحديات تتبع المركبات الفضائية المتعددة في وقت واحد بموارد محدودة ، وزيادة المهام مع توفر مصادر تتبع أقل ، وتكاليف الطاقة والتشغيل لفرق المهام هذه. 

مع وضع هذه التحديات في الاعتبار ، يركز العلماء على الأنظمة المستقلة. ستستفيد أنظمة الملاحة إلى أقصى حد من الاستقلالية حيث يتم إنشاء هذه الأنظمة على التتبع الأرضي لمرصدات القياس الراديوي (بشكل أساسي تقدير موقع المركبة الفضائية وسرعتها من خلال الإشارات الراديوية). بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يتم التحكم في المركبة الفضائية من خلال أوامر مرسلة من المحطات الأرضية ، وغالبًا ما تكون عرضة للتأخير ؛ يمكن للأنظمة المستقلة تجنب مثل هذه القيود والاستجابة للعقبات بسرعة أكبر.

التأثير التخريبي

يتمتع الاستقلالية بإمكانية تقليل تكاليف المهمة أو زيادة الأداء من خلال الحد الأدنى من استخدام العمليات الأرضية أو الأجهزة. بدلاً من ذلك ، يمكن للمركبة الفضائية أداء مهمة محددة بشكل أسرع من النظام الأرضي إذا كان بإمكانها التنقل في الفضاء وجمع المعلومات بشكل مستقل. أيضًا ، لا يمكن إنجاز مهام مثل جمع العينات إلا بالاستقلالية ، لا سيما في أبحاث الفضاء السحيق. 

تم استخدام الملاحة المستقلة في العديد من مهام الفضاء السحيق ، بما في ذلك Deep Space 1 و STARDUST و Deep Impact. تم دعم هذه الاستكشافات من قبل النظام البصري الذاتي لمختبر الدفع النفاث (AutoNAV) و SMART-1 ، الذي طورته الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (ناسا). استخدمت هذه المهمات في المقام الأول الملاحة الضوئية ، والتي تستخدم أجهزة الاستشعار لحساب موقع المركبة الفضائية وسرعتها وحالات أخرى فيما يتعلق بالأجسام المستهدفة.

تجري العديد من التجارب لجعل الأقمار الصناعية ذاتية التوجيه أكثر استقلالية وتنوعًا. على سبيل المثال ، في عام 2022 ، بدأ مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية في تطوير خطة لتمكين الأقمار الصناعية التي تم إيقاف تشغيلها من العودة إلى الأرض وإزالة الفوضى الفضائية. يقترح الاقتراح أن يتم تجهيز الأقمار الصناعية الجديدة "بحبال سرية" رفيعة يبلغ طولها حوالي كيلومتر واحد. من خلال تشغيل تيار كهربائي عبر الحبل ، يمكن للقمر الصناعي استخدام مجاله الكهربائي والمجال المغناطيسي للأرض لتوجيه نفسه إلى أسفل بدلاً من الانهيار العشوائي.

وفي الوقت نفسه ، في عام 2019 ، كانت أقمار Starlink التابعة لشركة SpaceX هي النماذج الأولى التي تم إطلاقها والتي يمكنها بشكل مستقل تجنب الاصطدام مع الأجسام المدارية الأخرى. عند تلقي تنبيه لأحد روابط Starlink الخاصة به ، سيرسل SpaceX المعلومات على الفور إلى القمر الصناعي حتى يتمكن من التهرب بشكل مناسب من خلال الدافعات الكهربائية.

الآثار المترتبة على الأقمار الصناعية المستقلة

قد تشمل الآثار الأوسع نطاقا للأقمار الصناعية المستقلة ما يلي: 

• البعثات الاستكشافية إلى الكواكب القريبة والقمر شبه مستقلة أو مستقلة بالكامل ، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل.
• الأقمار الصناعية للإنترنت الفضائي قادرة على تجنب الاصطدامات ، وهو أمر حاسم للمدار الأرضي المنخفض المزدحم بشكل متزايد (LEO).
• تمكن الجامعات ومؤسسات البحث العامة الأخرى من إجراء استكشافات الأقمار الصناعية الصغيرة في الفضاء بتكاليف منخفضة بشكل متزايد.
• تقوم وكالات الفضاء بتطوير أنظمة أكثر استقلالية لدعم الاستكشافات طويلة المدى وإنشاء المستعمرات.
• تقليل كمية الحطام الفضائي الناتج عن اصطدام الأقمار الصناعية. قد يقلل هذا الاتجاه من تلوث الفضاء والنفايات.
• زيادة الكفاءة في رصد الأرض عبر الأقمار الصناعية، وتعزيز مراقبة وإدارة التغيرات البيئية والحضرية في الوقت الحقيقي.
• تعزيز الموثوقية وتقليل زمن الوصول في شبكات الاتصالات العالمية، مما يفيد بشكل خاص المناطق النائية والمحرومة.
• تعتمد الحكومات أطرًا تنظيمية جديدة لإدارة حركة الأقمار الصناعية المستقلة، مما يضمن عمليات فضائية آمنة ومستدامة.

أسئلة للنظر فيها

• ما هي الفوائد المحتملة الأخرى للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ذاتية القيادة؟
• كيف تعتقد أن هذه التكنولوجيا سوف تسرع اكتشافات الفضاء؟