ما هو المدار الجغرافى الثابت ؟

DjAhmed
منذ 12 سنة

مدار الجغرافى الثابت (بالإنجليزية Geostationary Earth Orbit) هو مدار دائرى على ارتفاع 35,786 كيلومتر (22,236 ميل) فوق خط الأستواء وفى نفس اتجاه دوران الأرض. أى جسم في هذا المدار يكون له فترة مدارية تساوى الوقت اللازم ليتم كوكب الأرض دورة كاملة حول نفسه (يوم فلكى) وبالتالى يبدو كأنه في موقع ثابت لا يتحرك بالنسبة لمشاهد على الأرض. أقمار الإتصالات وأقمار الأرصاد الجوية غالباً يتم وضعها في المدار الجغرافى الثابت, وذلك حتى لا تضطر الهوائيات الأرضية التى تتصل بها أن تتحرك معها لمتابعتها, بل يتم توجيهها لنقطة ثابتة في السماء التى يوجد بها القمر المطلوب. المدار الجغرافى الثابت هو أحد أنواع المدارات المتزامنة. فكرة الأقمار الصناعية في المدارات المتزامنة بغرض الإتصالات تم نشرها لأول مرة عام 1928 (ولكنها لم تنتشر بشكل كبير حينها) بواسطة هرمان بوتوكنيك.[1] فكرة المدار الجغرافى 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 العلمى البريطانى آرثر سى كلارك, ونشرت في مجلة "عالم اللاسلكى Wireless World". المدار الذى وصفه كلارك على أنه يمكن استخدامه لأقمار التغطية الإذاعية والإتصالات[2] يسمى أحياناً مدار كلارك.[3]. كذلك يوجد حزام كلارك والذى هو جزء من الفضاء على ارتفاع 35,786 كيلومتر (حوالى 22,000 ميل) فوق سطح البحر في مستوى خط الأستواء, حيث توجد المدارات شبيهة المدارات الجغرافية الثابتة, وهو بطول حوالى 265,000 كيلومتر (165,000 ميل).

ستقرار في المدار
المدار الجغرافى الثابت يمكن تحقيقه فقط عند ارتفاع قريب جداً من 35,786 كيلومتر (22,236 ميل), وفوق خط الأستواء تماماً. وهذا يساوى سرعة مدارية تساوى 3.07 كيلومتر/ثانية (1.91 ميل/ثانية) وفترة مدارية تساوى 1,436 دقيقة, والتى تساوى بالضبط يوم فلكى واحد تقريباً أو 23.934461223 ساعة. وهذا يضمن تزامن القمر الصناعى مع دوران الأرض حول نفسها وثباته فوق نقطة واحدة من الأرض دائماً. جميع أقمار الثبات الجغرافى يجب أن تتواجد في هذه الحلقة. ويسبب اتحاد العوامل الآتية: الجاذبية القمرية, الجاذبية الشمسية, وتفلطح الأرض عند قطبيها؛ يسبب هذا المزيج ترنح في المستوى المدارى لأى جسم في مدار الثبات الجغرافى, بدورة تساوى 53 سنة تقريباً ومعدل انحدار مبدأى يساوى 0.85 درجة كل عام, ويتم أقصى انحدار يساوى 15 درجة كل 26.5 سنة. ولتصحيح هذا الاضطراب في المدار يلزم استخدام مناورات تثبيت الموقع في المدار, وتقدر بتغير في السرعة (Delta-V) يساوى 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 نقطتى توازن مستقرتين عند خطى طول 75.3° شرق و104.7° غرب, ونقطتى توازن غير مستقرتين عند خطى طول 165.3° شرق و14.7° غرب. أى جسم في مدار الثبات الجغرافى بين نقطتى توازن سيتأثر بعجلة تسارع صغيرة (بدون أى مؤثر خارجى 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 الإشعاعى بقوى صغيرة على الأقمار الصناعية مما يؤدى لتغييرات بسيطة في مداراتها. وفى غياب أى مهمات صيانة من الأرض, استهلاك وقود الدفع (المستخدم في صواريخ التحكم) لتثبيت مكان القمر يحدد العمر الأفتراضى للقمر الصناعى, لأنه في حالة الاستهلاك الكامل للوقود سينحرف القمر الصناعى عن مكانه ولا يوجد وسيلة لتصحيح الخطأ فيصبح - في أغلب الأحوال - بلا فائدة حتى ولو كانت المعدات في حالة جيدة.