عندما أطلق الروس أول قمر صناعي سبوتنيك 1 في عام 1957 ، كان المدار الأرضي المنخفض مكانًا منعزلاً. اليوم ، بعد ستة عقود فقط ، أصبح الفضاء حول الأرض مختلفًا كثيرًا. تدور آلاف الأقمار الصناعية حول كوكبنا على ارتفاعات مختلفة بسرعات تقترب من 20000 ميل في الساعة. من بين أكثر من 11000 قمر صناعي تم إطلاقها ، هناك حوالي 3000 قمر نشط حاليًا ، وفقًا لقاعدة بيانات الأقمار الصناعية لاتحاد العلماء المهتمين.
ومع ذلك ، قد يتضاءل هذا الرقم مقارنة بعدد الأقمار الصناعية بحلول نهاية العقد. تشير بعض التقديرات إلى أن أكثر من 100000 قمر صناعي يمكن أن يدور حول كوكبنا بحلول عام 2030 ، وهي زيادة هائلة تقلق العديد من العلماء.
من المحتمل أن تأتي الزيادة الكبيرة في عدد الأقمار الصناعية إلى حد كبير مما يسمى الأبراج الساتلية ، أو مجموعات من عشرات أو حتى مئات الأقمار الصناعية الصغيرة الموحدة في مهمة مشتركة. من المحتمل أن أشهرها هو كوكبة Starlink الخاصة بـ SpaceX ، والتي توفر الوصول إلى الإنترنت إلى المواقع البعيدة. تمتلك الشركة حاليًا أكثر من 1500 قمر صناعي في المدار ، ويتوقع مؤسسها Elon Musk عشرات الآلاف في يوم من الأيام.
سوف يتشاركون الفضاء مع الأقمار الصناعية من عشرات الشركات والبلدان ، وسيتم وضعهم هناك لتمكين الاتصالات ، وتوفير بيانات الطقس ، والتقاط الصور ، وإجراء التجارب والمزيد. يمكن لهذه الحشود من الأقمار الصناعية أن توفر الوصول إلى الإنترنت للقرى النائية ، وتسمح للعلماء بمراقبة تغير المناخ بدقة جديدة وأكثر من ذلك. لكنها قد تتداخل أيضًا مع قدرة علماء الفلك على مراقبة سماء الليل وتشكل أخطارًا جديدة لبعثات الفضاء المأهولة. من المؤكد أن الفضاء سيصبح أكثر ازدحامًا قريبًا – وستظل آثاره غير مرئية.
المزيد من الأقمار الصناعية أفضل
هناك عاملان يحتمل أن يؤديا إلى حدوث انفجار في عدد الأقمار الصناعية. أحدها هو ظهور شركات رحلات الفضاء الخاصة ، التي وفرت الصواريخ اللازمة لوضع أعداد كبيرة من الأقمار الصناعية في المدار. والأخرى هي CubeSats ، وهي أقمار صناعية معيارية صغيرة أرخص في البناء وأسهل في إطلاقها إلى المدار مقارنة بالأقمار الصناعية التقليدية المصممة خصيصًا.
نظرًا لصغر حجمها ، فإن تكلفة الدوران حول CubeSat ربما تزن بضع عشرات من الأرطال أقل بكثير من تكلفة دوران قمر صناعي أكبر يزن أكثر من ألف رطل. و CubeSats ، على عكس الأقمار الصناعية المبنية حسب الطلب ، يمكن تصنيعها بسرعة وبتكلفة زهيدة. سمحت هذه المدخرات لشركات مثل SpaceX بتخيل إنشاء وإطلاق آلاف الأقمار الصناعية في بضع سنوات فقط.
تقدم أسراب الأقمار الصناعية بعض المزايا الرئيسية مقارنة بالأقمار الصناعية التقليدية ، خاصة للاتصالات والوصول إلى الإنترنت. عادة ، عندما يدور قمر صناعي حول الأرض ، يجب أن يسير بسرعة كبيرة ، مما يعني أنه لن يبقى في النطاق لتوفير النطاق العريض ، على سبيل المثال ، لفترة طويلة. تحل الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض هذه المشكلة عن طريق الدوران حول الأرض بنفس سرعة دورانها بالضبط ، ولكن المفاضلة هي أنها يجب أن تبقى بعيدة جدًا: 22،236 ميلًا مقابل بضع مئات في مدار أرضي منخفض. هذا يعني أن عمليات النقل تستغرق وقتًا أطول وتتطلب مزيدًا من الطاقة ، وهذا ليس مثاليًا عند محاولة ضمان الوصول السريع إلى الإنترنت.
لكن يمكن أن تظل مجموعة من العديد من الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض مع ضمان وجود واحد أو أكثر من أعضائها ضمن نطاق أجهزة الإرسال والاستقبال على الأرض في جميع الأوقات. هذا يعني أن الكوكبة يمكنها التحدث أو مراقبة نفس الأماكن على الأرض في جميع الأوقات. مع وجود عدد كافٍ من الأقمار الصناعية ، يمكن أن تصل الكوكبة إلى كل نقطة على الكوكب 24 ساعة في اليوم ، 7 أيام في الأسبوع – الهدف النهائي للعديد من موفري مجموعات الأقمار الصناعية.
تقاسم مدار أرضي منخفض
تعود أقدم الأبراج الساتلية في الواقع إلى عقود ماضية. يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي ، أو GPS ، على شبكة مكونة من 24 قمرا صناعيا على الأقل تدور حول الأرض ، وتديرها حكومة الولايات المتحدة. اليوم ، يعتمد كل شيء من الهواتف الذكية إلى تطبيقات الخرائط إلى الأنظمة المالية على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للعمل. تعتمد أنظمة مماثلة ، مثل شبكة Galileo التابعة للاتحاد الأوروبي و GLONASS الروسية ، أيضًا على مجموعات الأقمار الصناعية الخاصة بها. من الناحية التجارية ، وفرت شبكة إيريديوم الخاصة المكونة من 66 مركبة فضائية تغطية الهاتف عبر الأقمار الصناعية لأكثر من عقدين.
اليوم ، تشارك العديد من الأقمار الصناعية في المدار في الاتصالات. ينطبق هذا أيضًا على الأبراج الساتلية ، التي يهدف الكثير منها إلى توفير الوصول إلى الإنترنت ، على غرار Starlink. بدأت شركة European O3b في تقديم خدمة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية لعملائها في عام 2014 باستخدام شبكتها الخاصة من المركبات الفضائية. تخطط OneWeb ، التي دخلت في شراكة مع شركة Airbus ، لإطلاق ما مجموعه 900 قمراً صناعياً في السنوات القادمة لتجسيد شبكة الإنترنت الخاصة بها. في غضون ذلك ، أعلنت الصين مؤخرًا عن خطط لوضع حوالي 13000 قمر صناعي في الفضاء لإنشاء برنامج الإنترنت Gouwang الخاص بها.
لكن الأمر لا يتعلق فقط بالإنترنت في الفضاء. تستخدم Planet Labs في سان فرانسيسكو ما يقرب من 200 قمرا صناعيا من Dove لتصوير الكوكب بأكمله باستمرار. تقول الشركة إن هذه الصور تتيح لهم تقديم صور لسطح الأرض بدقة تتراوح من 3 إلى 5 أمتار ، يتم تحديثها عدة مرات يوميًا في بعض الحالات. تهدف إلى جذب العملاء في قطاعات تتراوح من الزراعة إلى البحث إلى البنية التحتية.
تقدم Spire ، وهي شركة فضائية أخرى للتصوير والمراقبة ، خدمات مثل تتبع السفن والطائرات ومراقبة الطقس باستخدام شبكة الأقمار الصناعية الخاصة بها. الأقمار الصناعية GHGSat تتعقب الانبعاثات على الأرض ، وتبحث عن تسرب غاز الميثان ومصادر أخرى لغازات الاحتباس الحراري. تأمل الشركة في أن يكون لديها 10 أقمار صناعية في المدار بحلول نهاية عام 2022.
تحاول شركة أخرى ، Cloud Constellation ، حل مشكلة أخرى تمامًا. تأمل الشركة الناشئة في إقناع الشركات بتخزين بياناتها في المدار ، في خوادم على متن سربها من الأقمار الصناعية.
مخاطر الوصول إلى النجوم
تشكل الزيادة الهائلة في عدد العبوات التي تطير في الفضاء القريب من الأرض عددًا من المخاطر ، بعضها أكثر وضوحًا من البعض الآخر. يأتي البعض من علماء الفلك ، الذين يخشون أن تتداخل أسراب الأقمار الصناعية مع ملاحظاتهم للفضاء السحيق.
تم الكشف عن هذه المخاوف على الفور تقريبًا بعد أن بدأت سبيس إكس في إطلاق أقمار ستارلينك في المدار. كشفت صورة تم التقاطها في مرصد لويل في أريزونا في مايو 2019 عن عشرات المسارات الضوئية التي تحجب السماء أثناء تحليق مركبة الفضاء ستارلينك في سماء المنطقة. الصورة مبالغ فيها بعض الشيء ، حيث استمرت الأقمار الصناعية في الانتشار بعد الإطلاق. لكن هذا يمكن أن يكون نذير الحشود القادمة.
قد يعني المزيد من الأقمار الصناعية أيضًا المزيد من عمليات إرسال الترددات الراديوية التي تطير عبر الغلاف الجوي. بالإضافة إلى النظر إلى الضوء المرئي ، يراقب علماء الفلك السماء على جزء كبير من الطيف الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الترددات الراديوية. يمكن أن تمر موجات الراديو عبر الأجسام التي تحجب الضوء ، مثل الغبار ، مما يعني أن علماء الفلك يمكنهم رؤية الأشياء المحجوبة بطريقة أخرى. جاءت صور المجرات الجديدة والنجوم النابضة والكوازارات وحتى الصورة الأولى للثقب الأسود بفضل التلسكوبات الراديوية.
كما أن المزيد من الأقمار الصناعية في المدار يزيد من مخاطر الاصطدامات. تصطدم مركبتان فضائيتان بسرعات تصل إلى عشرات الآلاف من الأميال في الساعة يمكن أن تؤدي إلى متلازمة كيسلر المخيفة ، وهي حلقة ردود فعل مدمرة يمكن أن تترك مدار الأرض منطقة حظر طيران لعقود. العملية بسيطة: الاصطدام الأولي يخلق سحابة من آلاف القطع من الحطام تدور حول الكوكب. اصطدمت بعض هذه القطع بمركبات فضائية أخرى ، مما تسبب في مزيد من الحطام ، والنتيجة هي سلسلة من الفوضى الناتجة عن الأقمار الصناعية. يمكن أن تكون سحابة الحطام الناتجة كثيفة بما يكفي لتدمير أي مركبة فضائية تدور في مدار ، مما ينهي عمر القمر الصناعي قبل الأوان.
يمكن تجنب هذا الاحتمال بفضل الجهود المستمرة لتنظيف مدار أرضي منخفض ، حيث يتم بالفعل تداول حوالي 12000 قطعة من الحطام الذي يمكن تتبعه. بعضها من حوادث أقمار صناعية سابقة ، مثل اصطدام عام 2009 بين قمر صناعي روسي غير موجود وقمر إيريديوم الصناعي. على الرغم من أن احتمالية تعرض مركبة فضائية للتلف بسبب الحطام تظل ضئيلة ، إلا أنه ينصح بالحذر. تم نقل محطة الفضاء الدولية عدة مرات لتقليل مخاطر الاصطدام بالأجسام القريبة.
والمزيد من الأقمار الصناعية فوقنا يمكن أن يتسبب أيضًا في حدوث تغييرات في كوكبنا. تقدر دراسة حديثة أن الأقمار الصناعية Starlink وحدها يمكنها جلب المزيد من الألمنيوم إلى الغلاف الجوي العلوي أثناء إعادة دخولها أكثر من النيازك. يعتقد بعض العلماء أن هذا المعدن الإضافي يمكن أن يدمر طبقة الأوزون ، مما يؤدي إلى زيادة الإضرار بالبيئة. إنه تذكير بأحد المبادئ الأساسية لكيفية عمل الأقمار الصناعية: ما نضعه في المدار سيعود يومًا ما إلى الأرض.
