الأقمار الصناعية الصغيرة: مجال جديد واعد لتطوير صناعة الفضاء التجارية

تُعدّ الأقمار الصناعية عنصرًا أساسيًا في رحلات الفضاء التجارية، إذ تشمل تقريبًا جميع مراحل هذه الصناعة، من التصنيع والإطلاق إلى التشغيل والتطبيق. في السابق، كانت الأقمار الصناعية تزن عادةً أطنانًا، وتكلف عشرات أو حتى مئات الملايين من اليوانات، وتستغرق دورات تطويرها عدة سنوات، وغالبًا ما تصل تكاليف إطلاقها إلى مئات الملايين من اليوانات. كانت الأقمار الصناعية التجارية تحتاج إلى عقد أو أكثر لاسترداد تكاليفها، كما أن رسوم التطبيقات المرتفعة كانت تُثني المستثمرين المحتملين.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا الأقمار الصناعية وتطبيقاتها، والحاجة إلى خفض تكاليفها وتقليل مخاطرها، تبرز الحاجة المُلحة إلى تسريع دورة تطويرها وتصنيعها. وينطبق هذا بشكل خاص على الأقمار الصناعية المُخصصة لمهام مُحددة، وعلى مجموعات الأقمار الصناعية، التي تتطلب تقنيات فعّالة من حيث التكلفة وسريعة النتائج. ومن هنا، ظهرت تقنية الأقمار الصناعية الصغيرة لتلبية هذه الحاجة. بالمقارنة مع الأقمار الصناعية الكبيرة، فإن ميزاتها المتقدمة والسريعة وغير المكلفة والموثوقة توفر للناس خياراً آخر.

 جودة منخفضة، تكلفة منخفضة، مخاطرة منخفضة 

لا تقتصر مزايا الأقمار الصناعية الصغيرة على صغر حجمها فحسب، بل تتميز بتقنيات متكاملة ومؤتمتة للغاية، ولا سيما التطور السريع لأجهزة الحاسوب، مما أتاح تصغير أجهزة التحكم والمعالجة الموجودة على متنها. وتشمل منصة القمر الصناعي الصغير عادةً أنظمة للطاقة والاتصالات ومعالجة البيانات والتحكم في وضعية القمر، بينما تتضمن حمولاتها الاتصالات ومراقبة الأرض وعلوم الفضاء - نظام صغير الحجم ولكنه متكامل حقًا.

من منظور دورة التطوير، يمكن للأقمار الصناعية الصغيرة إكمال العملية بأكملها بسرعة بدءًا من التصميم والتصنيع والإطلاق والتشغيل في المدار، ويمكن تطويرها بشكل عام في غضون عام ونصف، في حين أن متوسط ​​عمرها الافتراضي يزيد عمومًا عن عشر سنوات.

ثانيًا، تتميز الأقمار الصناعية الصغيرة بفعاليتها العالية من حيث التكلفة. فأساليب إطلاقها المرنة لا تقتصر على أبراج الإطلاق الثابتة، بل يمكن إطلاقها أيضًا من الطائرات أو حملها بواسطة أقمار صناعية أخرى، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التطوير والإطلاق. ويبلغ سعر القمر الصناعي الصغير الواحد، شاملًا الإطلاق، حوالي 30 مليون يوان صيني، مما يجعله ليس فقط غير مكلف، بل أيضًا منخفض المخاطر نسبيًا.

مجموعة واسعة من التطبيقات، تلبي احتياجات التغطية العالمية

تتمتع الأقمار الصناعية الصغيرة الحديثة بتطبيقات واسعة النطاق. ففي المجالات المدنية، تُستخدم في الاتصالات، ومراقبة الأرض، والاستشعار عن بُعد في الفضاء، والرصد الجوي، واستكشاف المحيطات، والاستطلاع الأرضي، والبحث العلمي. ومن بين هذه التطبيقات، برزت الاتصالات المتنقلة باستخدام الأقمار الصناعية الصغيرة كموضوعٍ هام، وتُعدّ شركتا إيريديوم وجلوبال ستار مثالين بارزين على ذلك. كما تلعب الأقمار الصناعية الصغيرة دورًا هامًا في المجال العسكري نظرًا لسرعة تطويرها وإطلاقها ونشرها، ما يُلبي المتطلبات الخاصة بظروف الحرب.

وانطلاقاً من ذلك، تُعدّ قدرة الأقمار الصناعية الصغيرة على الربط الشبكي عاملاً أساسياً في تطوير شركات الأقمار الصناعية الصغيرة التجارية. إذ يُمكن لمجموعة من الأقمار الصناعية الصغيرة، المُكوّنة من عدة أقمار مُرتبة في مواقع مدارية مختلفة، تحسين وقت ودقة المهام، ما يُلبي الحاجة إلى تغطية عالمية فورية.

في الوقت نفسه، يمكن لعدة أقمار صناعية صغيرة الحفاظ على مواقعها النسبية والتحليق بتشكيلات محددة لتنفيذ مهام مشتركة. ويمكن معالجة الإشارات التي ترصدها بشكل متماسك لتشكيل أقمار صناعية افتراضية للكشف، مما يتيح تطبيقات جديدة لا يمكن تحقيقها بواسطة الأقمار الصناعية الكبيرة.

مع تطور الإلكترونيات الدقيقة، والميكانيكا الدقيقة، وتقنية النانو، وغيرها من التقنيات، بالإضافة إلى الابتكار في مفاهيم تصميم الأقمار الصناعية، يتسارع اتجاه تصغير حجم الأقمار الصناعية، ويتحسن أداء الأقمار الصناعية الصغيرة والنانوية بشكل سريع، مما يجعلها العنصر الأكثر فاعلية في تطوير مجال الأقمار الصناعية الصغيرة. وتُعد أقمار ستارلينك التابعة لإيلون ماسك مثالاً بارزاً على ذلك.

 أدى التطور السريع إلى ظهور عصر التسويق التجاري.

في عام 2015، بدأ عصر الرحلات الفضائية التجارية، مع ظهور شركات الأقمار الصناعية الصغيرة التجارية على مستوى العالم. وقد ساهمت عدة عوامل أساسية في تطوير صناعة الأقمار الصناعية الصغيرة التجارية:

أولاً: انخفاض تكاليف الإطلاق: مع التطور السريع لشركات الصواريخ التجارية، وعلى رأسها شركة سبيس إكس، في السنوات الأخيرة، بدأت تكاليف إطلاق الأقمار الصناعية بالانخفاض بشكل ملحوظ. ومن المتوقع أن تنخفض هذه التكاليف أكثر مع نضوج تقنية إعادة الاستخدام.

ثانيًا، يشهد قطاع صناعة الطيران والفضاء نضجًا ملحوظًا: فمكونات الطيران والفضاء التقليدية باهظة الثمن للغاية. ولضمان استقرار هذه المكونات، تصل تكلفة تطوير الأقمار الصناعية الكبيرة عادةً إلى مئات الملايين من اليوانات، وتستخدم مكونات متطورة للغاية مع أنظمة احتياطية متعددة. أما في عصر الطيران والفضاء التجاري، فتتطور مكونات COTS تدريجيًا، مما يسمح لشركات الأقمار الصناعية الصغيرة التجارية بالتحكم في التكاليف وتحقيق ترقيات متكررة وسريعة باستخدام مكونات صناعية عالية الجودة.

ثالثًا، تحرير السياسات: مع احتلال شركة SpaceX للموارد المدارية من خلال إطلاق عدد كبير من الأقمار الصناعية الصغيرة، شعرت الحكومات ووكالات الفضاء في جميع أنحاء العالم عمومًا بالضغط، وبالتالي اختارت تخفيف القيود المفروضة على صناعة الأقمار الصناعية الصغيرة إلى حد ما أو تقديم دعم سياسي مماثل.

 يتزايد عدد عمليات الإطلاق عاماً بعد عام، وتنضم الدول إلى السباق.

بفضل الخلفية الصناعية المذكورة آنفاً، بدأت الأقمار الصناعية التجارية الصغيرة بالتطور السريع. ومن المتوقع أن يستمر عدد عمليات إطلاق هذه الأقمار في النمو عاماً بعد عام على مدى السنوات العشر القادمة. ووفقاً لأحدث الإحصائيات الصادرة عن مركز الأبحاث الأمريكي "هندسة الفضاء"، فقد تم إطلاق أكثر من 300 قمر صناعي صغير جداً (ميكرو-نانو) يقل وزنها عن 50 كيلوغراماً إلى الفضاء في عام 2017 وحده.

في 19 نوفمبر/تشرين الثاني 2013، أطلقت شركة أوربيتال ساينسز الأمريكية صاروخًا يحمل 29 قمرًا صناعيًا صغيرًا ونانويًا. وبعد ثلاثين ساعة، أطلقت شركة كوسموتراس الروسية 32 قمرًا صناعيًا صغيرًا ونانويًا إلى المدار. وفي 15 فبراير/شباط 2017، أطلقت الهند 104 أقمار صناعية، 103 منها أقمار صناعية صغيرة ونانوية. وفي 22 فبراير/شباط 2018، أطلقت شركة سبيس إكس مشروع ستارلينك، بصاروخ فالكون 9 الذي أرسل قمرين صناعيين تجريبيين صغيرين للاتصالات إلى المدار. وبحلول 14 سبتمبر/أيلول 2021، كان مشروع ستارلينك قد أطلق 1791 قمرًا صناعيًا، مع إخراج 76 قمرًا من مدارها، ليتبقى 1715 قمرًا صناعيًا في المدار حاليًا.

في غضون ذلك، أطلقت المملكة المتحدة والسويد أقمارًا نانوية في عام 2000؛ وتمتلك فرنسا والهند والأرجنتين وتشيلي والبرازيل وكوريا الجنوبية وتايلاند وباكستان ودول أخرى أقمارًا صناعية صغيرة خاصة بها. علاوة على ذلك، تتعاون إندونيسيا وماليزيا والفلبين وتايوان مع دول رائدة في مجال الفضاء لتطوير أقمار صناعية صغيرة أو متناهية الصغر.

△تم إطلاق "القمر الصناعي التجريبي-1" و"القمر الصناعي النانوي-1" من مركز إطلاق الأقمار الصناعية في شيتشانغ.

 وضع إطلاق الأقمار الصناعية الصغيرة في بلدي

في وقت مبكر من عام 1995، وانطلاقًا من الاحتياجات الوطنية لتطوير تكنولوجيا الاتصالات بين الفضاء والأرض مستقبلًا، اقترحت الأكاديمية الصينية للعلوم تطوير أول قمر صناعي صيني صغير للاتصالات في مدار منخفض، يزن أقل من 100 كيلوغرام، بالإضافة إلى نظام الاتصالات الخاص به. وفي 21 أكتوبر/تشرين الأول 2003، أُطلق بنجاح إلى مداره مشروع الابتكار المعرفي الرئيسي للأكاديمية الصينية للعلوم، وهو قمر صناعي صغير للاتصالات بتقنية التخزين وإعادة الإرسال يُدعى "الابتكار-1". وكان هذا أول قمر صناعي صغير يُطوّر بشكل مستقل في الصين ويزن أقل من 100 كيلوغرام، كما أنه أول جيل من الأقمار الصناعية الصينية الصغيرة للاتصالات في مدار منخفض، ما جعله يلعب دورًا حاسمًا في البحث والتطوير في مجال الأقمار الصناعية الصغيرة في الصين، وفتح فصلًا جديدًا في مسيرة تطويرها.

في تمام الساعة 11:59 صباحًا من يوم 18 أبريل 2004، انطلق صاروخ لونغ مارش 2C بنجاح من مركز شيتشانغ لإطلاق الأقمار الصناعية، حاملاً القمر الصناعي التجريبي "إكسبيرينتال ساتلايت-1"، الذي طوّره معهد هاربين للتكنولوجيا بشكل مستقل، إلى الفضاء. وفي الوقت نفسه، حمل الصاروخ وأطلق أيضًا القمر الصناعي التجريبي "نانو ساتلايت-1"، الذي يزن أقل من 25 كيلوغرامًا ويُستخدم في الاستكشاف والتجارب عالية التقنية. وقد مثّل هذا إنجازًا هامًا في مجال تطوير تكنولوجيا الأقمار الصناعية الصغيرة في بلادي.

في سبتمبر/أيلول 2008، أُطلق القمر الصناعي المرافق للمركبة الفضائية المأهولة شنتشو-7 ​​إلى الفضاء. وكان هذا أول قمر صناعي صيني صغير يُطلق من الفضاء، وقد طُوّر بالاعتماد على التقنية المتطورة للقمر الصناعي الصغير Innovation-1 التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. وفي وقت لاحق، أُطلق القمر الصناعي Innovation-1 (02) بنجاح إلى الفضاء في نوفمبر/تشرين الثاني من العام نفسه.

في تمام الساعة 15:06 من يوم 10 مايو 2012، أطلقت بلادي بنجاح القمر الصناعي للاستشعار عن بعد رقم 14 إلى الفضاء باستخدام صاروخ حامل من طراز لونغ مارش-4B من مركز تاييوان لإطلاق الأقمار الصناعية. وفي الوقت نفسه، تم إطلاق القمر الصناعي تيانتو-1 بنجاح أيضاً. وقد مثّل إطلاق تيانتو-1 بنجاح إنجازاً هاماً للصين في مجال الأقمار الصناعية الصغيرة.

منذ الإطلاق الناجح لأول قمر صناعي صيني عام 1970 وحتى إطلاق عشرات الأقمار الصناعية الصغيرة اليوم بصاروخ واحد، شهدت رحلة البشرية إلى الفضاء تسارعًا ملحوظًا. ويعتمد تطوير استكشاف الفضاء حتمًا على خفض التكاليف. فالتوحيد القياسي، والتصميم المعياري، وانخفاض التكلفة، وقصر دورة التطوير، ومرونة النشر للأقمار الصناعية الصغيرة، تمنحها إمكانات هائلة للتطوير. ويُعدّ النمو السريع لصناعة الأقمار الصناعية الصغيرة ضرورةً لتطوير تكنولوجيا الفضاء. ومن المعتقد أنه من خلال التطورات التكنولوجية المستمرة، سيتم استغلال المزايا الكامنة للأقمار الصناعية الصغيرة بشكل أكبر، مما يوفر دعمًا أقوى للابتكار والتقدم في استكشاف الفضاء.