أقمار صناعية في مدارات منخفضة لتأمين اتصالات الإنترنت على الأرض

أقمار صناعية في مدارات منخفضة لتأمين اتصالات الإنترنت على الأرض
TT

أقمار صناعية في مدارات منخفضة لتأمين اتصالات الإنترنت على الأرض

أقمار صناعية في مدارات منخفضة لتأمين اتصالات الإنترنت على الأرض

نادراً ما تدخل شركة «أمازون» إلى سوق جديدة لم يتم اختبارها مسبقا من قبل الشركات الناشئة. وعندما أعلنت الشركة أخيراً أنها تخطط لإطلاق آلاف الأقمار الصناعية لإنشاء شبكة اتصالات الإنترنت للمستخدمين على الأرض، لم يكن صعباً أن نتوقع اسم الشركة التي شكلت مصدر الإلهام لـ«أمازون».
- اتصالات فضائية
تشغل شركة «إس إي إس نتووركس» SES Networks، عملاق الأقمار الصناعية ومقرها مدينة لوكسمبورغ، شبكتها الخاصة من الأقمار الصناعية «أو 3 بي». (O3b) منذ عام 2016، التي تضم اليوم 20 قمراً صناعياً للاتصالات. وقد تولى إطلاق الأقمار الأربعة الأخيرة منها شركة صناعة الصواريخ الأوروبية «أريانيسبيس» من مطار فضائي في غويانا الفرنسية، في اليوم نفسه الذي أعلنت فيه «أمازون» عن دخولها في هذا المجال.
يختصر اسم «أو 3 بي» عبارة «ثلاثة مليارات أخرى» (O3b=Other Three Billion) باللغة الإنجليزية. وهو يشير إلى عدد سكان العالم غير المتصلين بالإنترنت والذين استهدفتهم الشركة عند تأسيسها من قبل غريغ وايلر عام 2007، بدعم من «إس إي إس»، ومستثمرين آخرين.
تأتي معظم أقمار الاتصالات الصناعية في العادة، بحجم كبير وتعمل من مدارات شديدة الارتفاع تعرف باسم «المدار الجغرافي الثابت» (مدار دائري على ارتفاع 35.786 كيلومتر، أي 22.236 ميل فوق خط الاستواء)؛ لأن المعدات الفضائية عند ذلك الارتفاع تتحرك بنفس سرعة دوران الأرض، وتتعلق على نقطة واحدة.
- مدار منخفض
وقد تولت شبكة «أو 3 بي» استخدام الأقمار الصناعية في مدار «جغرافي غير ثابت»، لتوفير الخدمة نفسها وبمشاكل أقل في السرعة من خلال التحليق على ارتفاعات توصلها إلى مدارات الأرض المتوسطة، أي على نحو 8000 كيلومتر بدلاً من ارتفاعها لثلاثة أضعاف المسافة كما الأقمار الصناعية الأخرى.
أُطلق وايلر أول أقماره الصناعية عام 2013، وبحلول عام 2016، باع شركته بالكامل لـ«إس إي إس»... وأثبت النجاح التجاري والعلمي الذي حققته شبكة «أو 3 بي»، أن الأقمار الصناعية قادرة على منافسة كابلات لألياف البصرية (الفايبر أوبتيك) الأرضية في تأمين البنية التحتية اللازمة للشبكات العالمية.
في إطار حديث أجراه مع موقع «كوارتز» حول شبكة «أو 3 بي»، التي انضم إليها قبل الاستحواذ عليها من قبل الشركة الكبرى، قال جون بول هيمينغوي، الرئيس التنفيذي لشبكات «إس إي إس»: «لقد رأينا أنفسنا رواداً». وقد كان على الشركة أن تثبت قدرتها على شراء أكثر من عشرة أقمار صناعية منخفضة الكلفة في الوقت الذي تتميز فيه معظم المركبات الفضائية بتصميم فريد وكلفة باهظة وقدرة على تطوير تقنية للمستخدمين على الأرض للاتصال بأقمار صناعية متحركة كثيرة بدلاً من قمر واحد.
بعد تركه شبكة «أو 3 بي»، ذهب وايلر لتوقيع اتفاقية شراكة مع شركتي «غوغل» و«سبيس إكس» لصاحبها إيلون ماسك قبل أن يؤسس شركته الخاصة «وان ويب» لإطلاق نسخة جديدة وأكثر طموحاً من مقاربة «الأقمار الصناعية في المدار الجغرافي غير الثابت»، تضم آلاف الأقمار الصناعية الأصغر حجماً لتوفير الإنترنت، التي تحلق على ارتفاع آلاف الكيلومترات فوق الأرض وفي مدارها المنخفض.
وتعمل «سبيس إكس» اليوم على تطوير شبكة مشابهة تحمل اسم «ستارلينك» بالتزامن مع جهود مشابهة لمنافسيها، ومن بينها شركة «تيليديسيك» الكندية و«بوينغ» و«أمازون».
- مدارات متوسطة
لكن بدلاً من اللحاق بتلك الشركات المتنافسة المحتملة في إطلاق شبكات الأقمار الصناعية الكبرى القريبة من الأرض، تخطط شركة «إس إي إس»، لتوسيع شبكة «أو 3 بي» بأقمار أخرى في مدار الأرض المتوسط. وقد لا تملك هذه الأقمار ميزة القرب نفسها، لكن هيمينغوي يقول إن أقماره الصناعية موجودة في أفضل المواقع لجهة الكفاءة وفاعلية الكلفة.
وأضاف هيمينغوي: «اخترنا بوضوح ألا نذهب إلى مدار الأرض المنخفض (لتفادي) التعقيدات في الشبكات التي نقوم بإنشائها، وستعمل التقنية لإطلاق مئات أو ربما الآلاف من هذه الأقمار الصناعية».
وكما «أو 3 بي»، ركز عرض «أمازون» العلني الأول على توفير اتصال الإنترنت للمجتمعات المحرومة. لكن حقيقة سوق الاتصالات هي التالية: تخصص شركات كـ«أو 3 بي» القدر نفسه من الوقت نفسه للعمل مع مزودي الاتصالات المدنيين والمؤسسات العسكرية، إلى جانب زبائن آخرين، مثل الشركات الصانعة للسفن البحرية. وتجدر الإشارة إلى أن هذه الأخيرة شكلت مصدراً كبيراً لعائدات «أو 3 بي»، التي حققت عن طريقها ما يقارب 800 مليون يورو (897 مليون دولار) العام الماضي.
ويقول هيمينغوي الذي أجرى مقابلته مع «كوارتز» قبل إعلان «أمازون»، إن هدف شركته هو تعميم أقمار الاتصالات الصناعية قبل التبني العالمي لتقنية الجيل الخامس (5G)، شارحاً أن «الاستثمار في البرمجة والذكاء لصناعة نسخ مطابقة للشبكات الأرضية أو حتى التفوق عليها، هو النقطة التي يجب أن تصل إليه صناعتنا».

- «كوارتز»، خدمات «تريبيون ميديا»


مقالات ذات صلة

باحثون: أقمار ماسك الاصطناعية تعوق البحث الفلكي و«تحجب» رؤية الكون

علوم توفر أقمار «ستارلينك» اتصال إنترنت سريعاً في جميع أنحاء العالم (أ.ف.ب)

باحثون: أقمار ماسك الاصطناعية تعوق البحث الفلكي و«تحجب» رؤية الكون

قال باحثون هولنديون إن الموجات الراديوية الصادرة عن شبكة أقمار «ستارلينك» الاصطناعية التابعة للملياردير الأميركي إيلون ماسك، تعوق قدرة العلماء على رؤية الكون.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
شؤون إقليمية صورة نشرتها وزارة الدفاع الإيرانية لعملية إطلاق الصاروخ الذي يحمل الأقمار الاصطناعية الثلاثة في محطة سمنان الفضائية في يناير الماضي (إ.ب.أ)

إيران تطلق قمرها الاصطناعي الثاني هذا العام

نقلت «رويترز» عن وسائل إعلام رسمية أن إيران أطلقت قمرها البحثي «جمران - 1» إلى مداره، اليوم (السبت)، وهو ثاني إطلاق ناجح لقمر قمر اصطناعي هذا العام.

«الشرق الأوسط» (لندن)
أوروبا صاروخ «سبيس إكس (فالكون 9)» خلال انطلاقه إلى الفضاء (حساب «سبيس إكس» على منصة «إكس»)

بريطانيا: سنشارك صور أول قمر اصطناعي مملوك للجيش مع الحلفاء

قالت وزارة الدفاع البريطانية، السبت، إن الصور التي جمعها أول قمر اصطناعي للجيش البريطاني ستتم مشاركتها مع الحلفاء.

«الشرق الأوسط» (لندن)
شؤون إقليمية قمر اصطناعي يدور حول الأرض (أرشيفية - رويترز)

إيران تسعى للحصول على مساعدة الصين في ملف «أقمار التجسس»

قال مسؤولون أمنيون غربيون إن إيران تسعى إلى تطوير شراكات مع شركتين صينيتين للأقمار الاصطناعية، في محاولة لتوسيع قدراتها على المراقبة البعيدة وجمع المعلومات.

العالم قمر اصطناعي يدور حول الأرض (أرشيفية- رويترز)

تحليل: المصالح الأميركية في مرمى أسلحة روسيا «المضادة للفضاء»

منذ أوائل العام الحالي بدأ مسؤولون أميركيون يتحدثون عن رصد تحركات روسيا لنشر أسلحة في الفضاء تستهدف الأقمار الاصطناعية.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)

صواريخ الدفع الحراري النووي لاستكشاف المريخ

رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
TT

صواريخ الدفع الحراري النووي لاستكشاف المريخ

رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي
رسم تصويري لصواريخ الدفع الحراري النووي

تطوّر وكالة «ناسا» الفضائية الأميركية تقنية بديلة للصواريخ ذات الدفع الكيميائي التي تستغرق وقتاً طويلاً للوصول إلى الكواكب الأخرى.

دفع حراري نووي

تُسمى هذه التقنية «الدفع الحراري النووي»، الذي يستخدم الانشطار النووي ويمكنه في يوم ما تزويد صاروخ بالطاقة من شأنه أن يقطع الرحلة في نصف الوقت الحالي فقط.

يشتمل الانشطار النووي على إنتاج كمية هائلة من الطاقة المنبعثة عند انقسام ذرة بواسطة نيوترون. يُعرف هذا التفاعل باسم التفاعل الانشطاري. وتقنية الانشطار معروفة في توليد الطاقة، وتسيير الغواصات النووية، وقد يؤدي تطبيقها في دفع أو تشغيل صاروخ إلى تزويد «ناسا» يوماً ما ببديل أسرع وأقوى للصواريخ التي تعمل بالطاقة الكيميائية.

وتُطور «ناسا» سوياً مع وكالة مشروعات أبحاث الدفاع المتقدمة تقنية الدفع الحراري النووي. وتُخطط الهيئتان لنشر وإثبات قدرات نظام نموذجي في الفضاء في عام 2027؛ ما يجعله من المحتمل أن يكون أحد أول النماذج التي يتم بناؤها وتشغيلها من قِبل الولايات المتحدة.

يمكن للدفع الحراري النووي يوماً ما تشغيل منصات فضائية قابلة للمناورة من شأنها حماية الأقمار الاصطناعية الأميركية في مدار الأرض وخارجها. لكن التكنولوجيا لا تزال قيد التطوير.

أنا أستاذ مشارك في الهندسة النووية في معهد جورجيا للتكنولوجيا، ومجموعة البحث خاصتي تبني نماذج ومحاكاة لتحسين وتحقيق الاستخدام الأمثل لأنظمة الدفع الحراري النووي. وأملي وشغفي المساعدة في تصميم محرك الدفع الحراري النووي الذي سينطلق في رحلة مأهولة إلى المريخ.

الدفع النووي مقابل الدفع الكيميائي

تستخدم أنظمة الدفع الكيميائي التقليدية تفاعلاً كيميائياً يتضمن وقوداً دافعاً خفيفاً، مثل الهيدروجين، مع العامل المؤكسد. وعند مزجهما معاً، يشتعل العنصران؛ ما يؤدي إلى خروج المادة الدافعة من الفوهة بسرعة كبيرة لدفع الصاروخ.

لا تتطلب هذه الأنظمة أي نوع من نظم الإشعال، وبالتالي فهي موثوقة. لكن يجب على الصواريخ حمل الأكسجين معها إلى الفضاء؛ مما قد يثقلها. وبالمقابل، تعتمد أنظمة الدفع الحراري النووي، على عكس أنظمة الدفع الكيميائي، على تفاعلات الانشطار النووي لتسخين المادة الدافعة التي تُطرد بعدها من الفوهة لإنشاء القوة الدافعة أو الدفع.

في الكثير من تفاعلات الانشطار، يرسل الباحثون نيوتروناً نحو نظير أخف من اليورانيوم، وهو «اليورانيوم - 235». يمتص اليورانيوم النيوترون؛ مما يخلق «اليورانيوم - 236». ثم ينقسم «اليورانيوم - 236» شظيتين - منتجاً الانشطار - ويُطلق التفاعل بعض الجسيمات المتنوعة.

الانشطار النووي لتوليد الطاقة

تستخدم أكثر من 400 محطة للطاقة النووية قيد التشغيل حول العالم حالياً تكنولوجيا الانشطار النووي. وأغلب هذه المفاعلات النووية العاملة هي مفاعلات الماء الخفيف. تستخدم هذه المفاعلات الانشطارية الماء لإبطاء النيوترونات ولامتصاص ونقل الحرارة. يمكن للماء توليد البخار مباشرة في قلب المفاعل أو في مولد البخار، والذي يحرك توربيناً لإنتاج الكهرباء.

تعمل أنظمة الدفع الحراري النووي بطريقة مماثلة، لكنها تستخدم وقوداً نووياً مختلفاً يحتوي على المزيد من «اليورانيوم - 235». كما أنها تعمل في درجة حرارة أعلى بكثير؛ ما يجعلها قوية للغاية ومكثفة. وتتمتع أنظمة الدفع الحراري النووي بكثافة طاقة تزيد بنحو 10 مرات على مفاعل المياه الخفيفة التقليدي.

قد يكون الدفع النووي متقدماً عن الدفع الكيميائي لأسباب عدة. إذ يطرد الدفع النووي المادة الدافعة من فوهة المحرك بسرعة كبيرة؛ ما يولد قوة دفع عالية. ويسمح هذا الدفع العالي للصاروخ بالتسارع بشكل أسرع.

كما تتميز هذه الأنظمة أيضاً بدفع نوعي عالٍ. يقيس الدفع النوعي مدى كفاءة استخدام الوقود الدافع لتوليد الدفع. وتتمتع أنظمة الدفع الحراري النووي بدفع نوعي يبلغ نحو ضعف الدفع النوعي للصواريخ الكيميائية؛ مما يعني أنها يمكن أن تقلل وقت السفر إلى النصف.

تاريخ الدفع الحراري النووي

لمدة عقود، موّلت الحكومة الأميركية تطوير تقنية الدفع الحراري النووي. بين عامي 1955 و1973، أنتجت برامج في وكالة «ناسا» وشركة «جنرال إلكتريك» ومختبرات «أرغون» الوطنية، واختبرت 20 محرك دفع حراري نووي على الأرض.

لكن هذه التصاميم التي سبقت عام 1973 اعتمدت على وقود اليورانيوم عالي التخصيب. ولم يعد هذا الوقود مُستخدماً بسبب مخاطر الانتشار النووي، أو المخاطر المتعلقة بانتشار المواد والتكنولوجيا النووية.

تهدف مبادرة الحد من التهديدات العالمية، التي أطلقتها وزارة الطاقة وإدارة الأمن النووي، إلى تحويل الكثير من المفاعلات البحثية التي تستخدم وقود اليورانيوم عالي التخصيب إلى وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب، أو وقود «الهاليو».

يحتوي وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب HALEU على كمية أقل من المواد القادرة على الخضوع لتفاعل الانشطار، مقارنة بوقود اليورانيوم عالي التخصيب. لذلك؛ يحتاج الصاروخ إلى تحميل المزيد من وقود HALEU هذا؛ ما يجعل المحرك أثقل. ولحل هذه المشكلة، يبحث الباحثون عن مواد خاصة من شأنها استخدام الوقود بشكل أكثر كفاءة في هذه المفاعلات.

يهدف «برنامج الصواريخ التجريبية للعمليات الأرض - قمرية الخفيفة» أو «دراكو» DRACO التابع لوكالة «ناسا» ووكالة مشروعات أبحاث الدفاع المتقدمة «داربا»، إلى استخدام وقود اليورانيوم عالي الكثافة منخفض التخصيب في محرك الدفع الحراري النووي الخاص به. ويخطط البرنامج لإطلاق صاروخه في عام 2027.

وكجزء من برنامج «دراكو»، تعاونت شركة «لوكهيد مارتن» للفضاء مع شركة «بي دبليو إكس تكنولوجيز» لتطوير تصميمات المفاعل والوقود.

سيتعين على محركات الدفع الحراري النووي التي تطورها هذه المجموعات الامتثال لمعايير الأداء والسلامة المحددة. كما سيتعين عليها أن يكون لديها قلب قادر على العمل طوال مدة المهمة وأداء المناورات اللازمة للرحلة السريعة إلى المريخ.

ومن الناحية المثالية، يجب أن يكون المحرك قادراً على إنتاج دفع نوعي عالٍ، مع استيفاء متطلبات الدفع العالي وكتلة المحرك المنخفضة.

بحوث متواصلة

قبل أن يتمكن المهندسون من تصميم محرك يلبي جميع هذه المعايير، يجب عليهم البدء بالنماذج والمحاكاة. وتساعد هذه النماذج الباحثين، مثل أولئك الموجودين في مجموعتي، على فهم كيفية تشغيل وإيقاف المحرك. هذه عمليات تتطلب تغييرات سريعة وهائلة في درجة الحرارة والضغط.

سيختلف محرك الدفع الحراري النووي عن جميع أنظمة الطاقة الانشطارية الحالية؛ لذلك سيحتاج المهندسون إلى إنشاء أدوات برمجية تعمل مع هذا المحرك الجديد.

يعمل فريقي على تصميم وتحليل مفاعلات الدفع الحراري النووي باستخدام النماذج. نعمل على نمذجة ومحاكاة الأنظمة المعقدة للمفاعل لمعرفة كيف يمكن لأمور مثل التغيرات في درجة الحرارة على المفاعل وسلامة الصاروخ. لكن محاكاة هذه التأثيرات يمكن أن يستغرق الكثير من قوة الحوسبة المكلفة.

لقد عملنا على تطوير أدوات حوسبة جديدة تحاكي كيفية عمل هذه المفاعلات أثناء بدء التشغيل ومباشرة التشغيل من دون استخدام الكثير من قوة الحوسبة. ونأمل أن يساعد هذا البحث يوماً ما في تطوير نماذج يمكنها التحكم في الصاروخ بشكل مستقل.

* أستاذ مشارك في الهندسة النووية والإشعاعية بمعهد جورجيا للتكنولوجيا - مجلة «فاست كومباني»

- خدمات «تريبيون ميديا»