خصائص وتصنيف وتطبيق ميل مدار القمر الصناعي

مدار القمر الصناعي هو المسار الذي يسلكه القمر الصناعي أثناء دورانه حول الأرض في الفضاء. يقع المدار في مستوى واحد وهو بيضاوي الشكل، حيث يكون امتداده أكبر ما يمكن عند نقطة الأوج وأصغر ما يمكن عند نقطة الحضيض. ووفقًا لقوانين الفيزياء، كلما زادت المسافة بين القمر الصناعي والأرض، قلت سرعته في مداره.

تتضمن العناصر المدارية الستة لمدار القمر الصناعي: الميل (i)، والمطلع المستقيم للعقدة الصاعدة (Ω)، وحجة الحضيض (w)، والتي تحدد موقع المدار؛ والانحراف المركزي (e)، وطول المحور شبه الرئيسي (a)، وزمن الحضيض (τ)، والتي تحدد شكل المدار. وبناءً على هذه العناصر الستة، يمكن تحديد موقع القمر الصناعي في الفضاء في أي لحظة معينة.

ميل مدار القمر الصناعي

من بين عناصر مدار القمر الصناعي، تُسمى الزاوية بين مستوى مدار القمر الصناعي ومستوى خط استواء الأرض بميل المدار. ويتم حسابها تحديدًا بتدوير القمر الصناعي عكس اتجاه عقارب الساعة من مستوى خط الاستواء إلى مستوى المدار أثناء مرحلة الصعود. وهي معيار حاسم لتحديد موقع القمر الصناعي في الفضاء. وبناءً على مقدار ميل مدار القمر الصناعي، يمكن تمييز عدة مدارات شائعة للأقمار الصناعية.

مدار ثابت بالنسبة للأرض":"زاوية الميل 0 درجة

المدار الثابت بالنسبة للأرض هو مدار دائري متزامن مع الأرض بزاوية ميل صفر درجة. وهو ينتمي إلى نفس فئة المدار المتزامن مع الأرض، وهي سمة فريدة تميزه. يتطابق مستوى المدار الثابت بالنسبة للأرض مع مستوى خط استواء الأرض، مما يضمن أن القمر الصناعي يحلق دائمًا فوق خط الاستواء.

يبلغ ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرض 35,786 كيلومترًا فوق سطح الأرض، ويدور القمر الصناعي فيه بسرعة 3.07 كيلومترات في الثانية. ويغطي قمر صناعي واحد ما يقارب 40% من سطح الأرض. وتستخدم الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية والاتصالات والبث هذا المدار بشكل شائع. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بعض الأقمار الصناعية في نظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية في بلدي هذا المدار أيضًا.

مدار متزامن مع الأرض":"زاوية الميل من 0 إلى 90 درجة

المدار المتزامن مع الأرض هو مدار أمامي للأقمار الصناعية حول الأرض، وله فترة مدارية تساوي فترة دوران الأرض. وبغض النظر عن ميله، يظل هذا المدار متزامنًا مع دوران الأرض. ولأن سرعته الزاوية حول الأرض هي نفسها سرعة دوران الأرض، فإنه يبدو ثابتًا للمراقبين على الأرض.

كان القمر الصناعي الخامس لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية "بيدو" التابع لبلدي، والذي تم إطلاقه في الساعة 5:30 صباحًا في 1 أغسطس 2010، في مدار متزامن مع الأرض.

مدار قطبي":"ميل بزاوية 90 درجة

يتميز المدار القطبي بميلان قدره 90 درجة، ويكون مستواه عموديًا على مستوى خط استواء الأرض، ويمر فوق القطبين الشمالي والجنوبي. تستطيع الأقمار الصناعية في هذا المدار المرور فوق أي خط عرض والقطبين الشمالي والجنوبي في كل دورة، مستغرقةً حوالي ساعة ونصف لإكمال دورة كاملة. وعندما يدخل القمر الصناعي مداره، تدور الأرض تحته.

تستطيع الأقمار الصناعية القطبية رصد سطح الأرض بالكامل خلال 24 ساعة، مما يجعلها المدار الأنسب لمراقبة الكوكب بأكمله. وتستخدم الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية، وأقمار جمع البيانات، وأقمار الاستطلاع هذا المدار بكثرة. كما تستخدم أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية القريبة من الأرض (مثل نظام الملاحة التابع للبحرية الأمريكية) المدارات القطبية لتوفير خدمات الملاحة العالمية، وتستخدم بعض الأقمار الصناعية العلمية التي تدرس الفيزياء القطبية المدارات القطبية أيضاً.

مدار متزامن مع الشمس":"ميل بزاوية 98 درجة

المدار المتزامن مع الشمس نوعٌ خاص من المدارات، يتحدد طبيعيًا بشكل الأرض غير الكروي وتوزيع كتلتها غير المتساوي. يحدث هذا المدار عندما تتطابق السرعة الزاوية لمستوى المدار مع متوسط ​​السرعة الزاوية لدوران الأرض حول الشمس. يبقى موقع القمر الصناعي بالنسبة للشمس ثابتًا، وتكون زاوية سقوط أشعة الشمس متساوية في جميع المناطق التي يمر بها. يمر القمر الصناعي بنقطة على سطح الأرض في نفس الوقت تقريبًا في كل مرة. ولأن الأرض تدور حول الشمس مرة واحدة سنويًا، وللحفاظ على زاوية ثابتة في مستوى مداره، يجب أن يدور القمر الصناعي أو يترنح 360 درجة سنويًا، أي أن مستوى مداره يدور 0.9856 درجة يوميًا.

يبلغ ارتفاع المدار الشمسي النموذجي حوالي 600-800 كيلومتر، وتستغرق دورته من 96 إلى 100 دقيقة، ويميل بزاوية 98 درجة تقريبًا حسب درجة انحراف المدار، وذلك لتلبية متطلبات المهمة. يضمن اختيار المدار الشمسي مرور القمر الصناعي بمنطقة محددة في وقت معين كل يوم، مما يعني أن التوقيت المحلي (التوقيت الشمسي المتوسط ​​المحلي) يكون هو نفسه عند المرور عبر خط العرض نفسه وفي الاتجاه نفسه. لهذا السبب، عادةً ما تختار الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية والموارد المدارات الشمسية.

مدار شبه متزامن":"زاوية الإمالة من 0 إلى 180 درجة

تُساوي الفترة المدارية لهذا النوع من المدارات نصف فترة دوران الجسم السماوي المركزي الذي يدور حوله، ويكون اتجاه حركة المركبة الفضائية في المدار هو نفسه اتجاه دوران الجسم السماوي المركزي. بالنسبة للأرض، يُعد المدار شبه المتزامن مدارًا أرضيًا متوسط ​​الارتفاع، بفترة مدارية تبلغ حوالي 12 ساعة (بما أن فترة دوران الأرض حول محورها تبلغ 23 ساعة و56 دقيقة و4 ثوانٍ، فإن الفترة الفعلية للمدار شبه المتزامن للأرض أقصر بقليل من 12 ساعة)، وارتفاع مداري (مدار دائري) يبلغ حوالي 20200 كيلومتر. وهذا يضعها ضمن نطاق المدارات الأرضية متوسطة الارتفاع، خارج أنواع المدارات الثلاثة. تكون لا مركزية هذه المدارات قريبة من الصفر، مما يعني أنها قريبة من الشكل الدائري. يُعرّف المدار اللامركزي بأنه مدار ممتد. كلما اقتربت اللامركزية من الصفر، اقترب المدار من الشكل الدائري.

المدار شبه المتزامن هو مدار نموذجي لأقمار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

المسار العكسي":"زاوية الميل 90-180 درجة

يُطلق على زاوية ميل أكبر من 90 درجة وأقل من 180 درجة، حيث يكون اتجاه حركة القمر الصناعي معاكساً لدوران الأرض، اسم المدار الرجعي. ولإدخال قمر صناعي في هذا المدار، يجب إطلاق المركبة الفضائية باتجاه الجنوب الغربي، مما لا يمنعه فقط من الاستفادة من جزء من سرعة دوران الأرض، بل يتطلب أيضاً طاقة إضافية للتغلب على دوران الأرض. لذلك، باستثناء المدارات المتزامنة مع الشمس، لا يُستخدم هذا النوع من المدارات عموماً.

مع تطور التكنولوجيا اليوم، يتزايد عدد الأقمار الصناعية التي تُطلق عامًا بعد عام. ولكل قمر مداره الخاص، كما أن موارد المدارات غير الثابتة بالنسبة للأرض المستخدمة عادةً محدودة. ولمنع تصادم الأقمار الصناعية في الفضاء، لا بد من إدارة مداراتها وتخصيصها. ولتحقيق هذه الغاية، وضعت المنظمات الدولية والدول لوائح لإدارة موارد الأقمار الصناعية، تُشكل الأساس والمبادئ التوجيهية لتنسيق موارد الأقمار الصناعية وتخصيصها واستخدامها. ويُعدّ الالتزام بهذه اللوائح شرطًا أساسيًا لإدارة موارد الأقمار الصناعية بشكل رشيد ومنظم.