مدار جغرافي ثابت: الفرق بين النسختين

أُضيف 42 بايت ، ‏ قبل 5 سنوات
ط
بوت التصانيف المعادلة (30.1) +ترتيب+تنظيف (14.9): + تصنيف:مدارات أرضية
ط (بوت: صيانة، إصلاح القوالب)
ط (بوت التصانيف المعادلة (30.1) +ترتيب+تنظيف (14.9): + تصنيف:مدارات أرضية)
[[ملف:Geostationaryjava3D.gif|thumbتصغير|المدار الجغرافي الثابت (مسقط رأسي) بالنسبة لمشاهد على الأرض المتحركة كل قمر صناعي يبدو ثابت في السماء في المكان الخاص به]]
[[ملف:Geostationaryjava3Dsideview.gif|thumbتصغير|المدار الجغرافي الثابت (مسقط جانبي)]]
'''المدار الجغرافي الثابت''' (بالإنجليزية Geostationary Earth Orbit) هو [[مدار دائري]] على ارتفاع 35,786 كيلومتر (22,236 ميل) فوق [[خط الاستواء|خط الأستواء]] وفى نفس اتجاه دوران الأرض. أي جسم في هذا المدار يكون له فترة مدارية تساوي الوقت اللازم ليتم كوكب الأرض دورة كاملة حول نفسه (يوم فلكي) وبالتالى يبدو كأنه في موقع ثابت لا يتحرك بالنسبة لمشاهد على الأرض. أقمار الاتصالات وأقمار الأرصاد الجوية غالباً يتم وضعها في المدار الجغرافي الثابت وذلك حتى لا تضطر الهوائيات الأرضية التي تتصل بها أن تتحرك معها لمتابعتها, بل يتم توجيهها لنقطة ثابتة في السماء التي يوجد بها القمر المطلوب. المدار الجغرافي الثابت هو أحد أنواع '''[[مدار متزامن|المدارات المتزامنة]]'''.
فكرة الأقمار الصناعية في [[مدار متزامن|المدارات المتزامنة]] بغرض الاتصالات تم نشرها لأول مرة عام 1928 (ولكنها لم تنتشر بشكل كبير حينها) بواسطة هرمان بوتوكنيك.<ref name='NASA SP-4026'>{{مرجع كتاب | الأخير = Noordung | الأول = Hermann | وصلة المؤلف = | المؤلفين المشاركين = et al. | العنوان = The Problem With Space Travel | الناشر = DIANE Publishing | السنة = 1995 | المكان = | الصفحات = 72 | المسار = | doi = | id = | الرقم المعياري = 978-0788118494 | origyear=1929 | others=Translation from original German}}</ref> فكرة المدار الجغرافي الثابت انتشرت على نطاق واسع عام 1945 في مقال بعنوان "المبدلات خارج كوكب الأرض - هل تستطيع المحطات الصاروخية توفير تغطية راديو عالمية؟" من تأليف كاتب الخيال العلمي البريطاني آرثر سى كلارك ونشرت في مجلة "عالم اللاسلكي Wireless World". المدار الذي وصفه كلارك على أنه يمكن استخدامه لأقمار التغطية الإذاعية والاتصالات<ref>{{مرجع ويب | الناشر = Arthur C. Clark | المسار = http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | العنوان = Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? | التاريخ = October 1945 | تاريخ الوصول = 2009-03-04}}</ref> يسمى أحياناً '''مدار كلارك'''.<ref>{{مرجع ويب | الناشر = NASA | المسار = http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf5-1.php | العنوان = Basics of Space Flight Section 1 Part 5, Geostationary Orbits | تاريخ الوصول = 2009-06-21}}</ref>. كذلك يوجد '''حزام كلارك''' والذي هو جزء من الفضاء على ارتفاع 35,786 كيلومتر (حوالي 22,000 ميل) فوق سطح البحر في مستوى خط الأستواء، حيث توجد المدارات شبيهة المدارات الجغرافية الثابتة وهو بطول حوالي 265,000 كيلومتر (165,000 ميل).
=== الاستقرار في المدار ===
المدار الجغرافي الثابت يمكن تحقيقه فقط عند ارتفاع قريب جداً من 35,786 كيلومتر (22,236 ميل), وفوق خط الأستواء تماماً. وهذا يساوى سرعة مدارية تساوي 3.07 كيلومتر/ثانية (1.91 ميل/ثانية) وفترة مدارية تساوي 1,436 دقيقة، والتي تساوي بالضبط يوم فلكي واحد تقريباً أو 23.934461223 ساعة. وهذا يضمن تزامن القمر الصناعي مع دوران الأرض حول نفسها وثباته فوق نقطة واحدة من الأرض دائماً. جميع أقمار الثبات الجغرافي يجب أن تتواجد في هذه الحلقة.
ويسبب اتحاد العوامل الآتية: الجاذبية القمرية والجاذبية الشمسية وتفلطح الأرض عند قطبيها؛ يسبب هذا المزيج ترنح في المستوى المدارى لأي جسم في مدار الثبات الجغرافي بدورة تساوي 53 سنة تقريباً ومعدل انحدار مبدأي يساوي 0.85 درجة كل عام ويتم أقصى انحدار يساوي 15 درجة كل 26.5 سنة. ولتصحيح هذا الاضطراب في المدار يلزم استخدام مناورات تثبيت الموقع في المدار وتقدر بتغير في السرعة (Delta-V) يساوي 50 متر/ثانية كل عام.
تأثير آخر يجب أخذه في الاعتبار ألا وهو الانجراف على خطوط الطول وسببه اللا تماثل في الكرة الأرضية - خط الأستواء بيضاوى الشكل قليلاً.
يوجد نقطتي توازن مستقرتين عند خطي طول 75.3° شرق و104.7° غرب, ونقطتي توازن غير مستقرتين عند خطي طول 165.3° شرق و14.7° غرب. أى جسم في مدار الثبات الجغرافي بين نقطتي توازن سيتأثر بعجلة تسارع صغيرة (بدون أى مؤثر خارجي غير قوى الجاذبية) نحو نقطة التوازن المستقر مما يتسبب بتغير مستمر في خط الطول وتصحيح هذا التأثير يلزم مناورات للتحكم في المدار بتغيير في السرعة المدارية بحد أقصى 2 متر/ثانية كل عام اعتماداً على خط الطول المطلوب.
وتؤثر أيضاً كلاً من الرياح الشمسية والضغط الإشعاعي بقوى صغيرة على الأقمار الصناعية مما يؤدي لتغييرات بسيطة في مداراتها.
وفى غياب أى مهمات صيانة من الأرض واستهلاك وقود الدفع (المستخدم في صواريخ التحكم) لتثبيت مكان القمر يحدد العمر الأفتراضى للقمر الصناعي لأنه في حالة الاستهلاك الكامل للوقود سينحرف القمر الصناعي عن مكانه ولا يوجد وسيلة لتصحيح الخطأ فيصبح - في أغلب الأحوال - بلا فائدة حتى ولو كانت المعدات في حالة جيدة.
 
=== الإتصالات ===
 
لاحظ هنا أن نصف قطر المدار r هنا هو المسافة بين مركز الأرض حتى المدار وليس ارتفاع المدار فوق سطح الأرض.
هذا التأخير يسبب مشاكل في التطبيقات الحساسة للتأخير مثل الأتصالات الصوتية وألعاب الكمبيوتر المباشرة على الإنترنت.<ref>[http://www.isoc.org/inet96/proceedings/g1/g1_3.htm The Teledesic Network: Using Low-Earth-Orbit Satellites to Provide Broadband, Wireless, Real-Time Internet Access Worldwide<!-- Bot generated title -->]</ref>
الأقمار الصناعية في مدارات الثبات الجغرافي تكون فوق خط الأستواء مباشرةً وتدنو لأسفل في السماء كلما اتجهنا شمالاً أو جنوباً من خط الأستواء. وفى دوائر العرض البعيدة (قرب قطبي الأرض), تبدو الأقمار الصناعية منخفضة جداً وبالتالي تصبح الإتصالات صعبة وربما مستحيلة بسبب بعض العوامل مثل: الانحراف الأشعة عبر الغلاف الجوي، الإنبعاثات الحرارية للأرض، الموانع المادية عبر خط النظر (الجبال والمباني المرتفعة) وانعكاس الإشارات عن سطح الأرض أو المباني، وفى دوائر العرض الأكبر من 81° تختفي الأقمار الصناعية في مدارات الثبات الجغرافي تحت خط الأفق وبالتالي لا تُرى نهائياً.<ref>http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles/SolerEisemannJSE.pdf p. 123</ref>
<ref>[http://www.isoc.org/inet96/proceedings/g1/g1_3.htm The Teledesic Network: Using Low-Earth-Orbit Satellites to Provide Broadband, Wireless, Real-Time Internet Access Worldwide<!-- Bot generated title -->]</ref>
الأقمار الصناعية في مدارات الثبات الجغرافي تكون فوق خط الأستواء مباشرةً وتدنو لأسفل في السماء كلما اتجهنا شمالاً أو جنوباً من خط الأستواء. وفى دوائر العرض البعيدة (قرب قطبي الأرض), تبدو الأقمار الصناعية منخفضة جداً وبالتالي تصبح الإتصالات صعبة وربما مستحيلة بسبب بعض العوامل مثل: الانحراف الأشعة عبر الغلاف الجوي، الإنبعاثات الحرارية للأرض، الموانع المادية عبر خط النظر (الجبال والمباني المرتفعة) وانعكاس الإشارات عن سطح الأرض أو المباني، وفى دوائر العرض الأكبر من 81° تختفي الأقمار الصناعية في مدارات الثبات الجغرافي تحت خط الأفق وبالتالي لا تُرى نهائياً.<ref>http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles/SolerEisemannJSE.pdf p. 123</ref>
 
=== تقسيم المدار ===
في أى مدار دائري القوة المضادة للقوة الطاردة المركزية المطلوبة للحفاظ على المدار (F<sub>c</sub>) تنتج عن قوة الجاذبية المؤثرة على القمر (F<sub>g</sub>). لحساب ارتفاع المدار الجغرافي الثابت نبدأ بالمعادلة التالية:
: <math>\mathbf{F}_\text{c} = \mathbf{F}_\text{g}</math>
باستخدام [[قانون نيوتن الثاني|قانون نيوتن الثانى]] للحركة, يمكن استبدال القوى ''F'' [[كتلة|بكتلة]] الجسم ''m'' مضروبة في عجلة التسارع التي يشعر بها الجسم نتيجة لهذه القوة:
: <math>m \mathbf{a}_\text{c} = m \mathbf{g}</math>
نلاحظ أن كتلة القمر الصناعي ''m'' تظهر في كلا الطرفين - مدار الثبات الجغرافي لا يعتمد على كتلة القمر الصناعي.<ref>
 
== مصادر ==
{{مراجع|2}}
 
{{مدارات (علم الفلك)}}
{{شريط بوابات|رحلة فضائية}}
 
[[تصنيف:مدارات]]
[[تصنيف:مدارات أرضية]]
[[تصنيف:ميكانيكا سماوية]]
[[تصنيف:مدارات]]
[[تصنيف:ميكانيكا مدارية]]
2٬140٬655

تعديل