وعد ومخاطر مجموعات الأقمار الصناعية الضخمة

إذا كنت تتابع تطوير SpaceX مشروع ستارلينك لإنشاء إنترنت عالمي واسع النطاق، ستلاحظ أن الشركة لا تطلق بانتظام أقمارًا صناعية فردية فحسب، بل تطلق مجموعات كاملة من 60 قمرًا صناعيًا في المرة الواحدة.

تشكل هذه الدفعات شبكة في السماء، تسمى كوكبة الأقمار الصناعية، والتي تسمح بتغطية شبه عالمية بطريقة لا يستطيع قمر صناعي واحد القيام بها. ولا يقتصر استخدام هذا النهج على شركة SpaceX فحسب، بل هناك مجموعات من الأقمار الصناعية تعمل عليها شركات من أمازون، عبر شركة Kuiper Systems التابعة لها، إلى فيسبوكمن خلال مشروع أثينا.

ولكن ليس الجميع على استعداد لإطلاق هذا العدد الكبير من الأقمار الصناعية إلى سماء الليل. وقد اشتكى علماء الفلك على وجه الخصوص من أن مثل هذه الكوكبات تهدد قدرتهم على جمع البيانات باستخدام التلسكوبات و يمكن أن يعيق التقدم العلمي.

لفهم خصوصيات وعموميات هذه القضية المعقدة، تحدثنا إلى خبيرين: أوليفييه هينو، عالم فلك وباحث رائد في موضوع كيفية عمل الأقمار الصناعية تؤثر الكوكبات على عمليات الرصد الفلكية، وبراد كينغ، الرئيس التنفيذي لشركة تصنع أنظمة دفع للأقمار الصناعية التي يستخدمها الجيش الأمريكي في الأبراج.

الجيد: ما يمكن أن تقدمه مجموعات الأقمار الصناعية ولا تستطيع الأقمار الصناعية الفردية تقديمه

واحدة من أكبر مزايا نهج الكوكبة هو أنه يسمح بترقية الشبكات بسهولة بمرور الوقت. عندما يكون لدى النظام قمر صناعي واحد كبير، فقد يستغرق بناء هذا الجهاز وتطويره سنوات. بمجرد إطلاقه، يكون من الصعب للغاية إضافة وظائف أو تحسين الأجهزة.

ولكن مع مجموعة من الأقمار الصناعية، يمكنك تحسين الأجهزة تدريجيًا عند الإطلاق. إذا بدأت شركة ما في نشر الأقمار الصناعية، وبعد بضع سنوات، أصبحت أكثر دقة على سبيل المثال، يمكن بسهولة تركيب أجهزة الاستشعار الجديدة في الدفعة التالية من الأقمار الصناعية ونشرها هم. لا يزال بإمكان الأقمار الصناعية الحالية العمل معًا ويمكن ترقية الأسطول تدريجيًا.

وقال كينج، الرئيس التنفيذي لشركة أوربيون، وهي عبارة عن نظام دفع للأقمار الصناعية الصغيرة، إن الأبراج يتم تحديثها باستمرار توفر الشركة حاليًا نظام الدفع لمشاريع أبحاث الدفاع المتقدمة الوكالة كوكبة الأقمار الصناعية للعبة البلاك جاك.

وقال كينغ: "إذا قمت بإطلاق 100 قمر صناعي، فإنك لا تطير 100 قمر صناعي ثم تنتظر 10 سنوات ثم تطلق 100 قمر صناعي آخر". "أنت تقوم باستمرار بتحديث الأسطول بنسبة 20% تقريبًا من الأسطول سنويًا."

وهذا يعني أيضًا أنه بالنسبة للمشاريع طويلة الأجل، يمكنها البقاء على قيد الحياة بعد تخفيضات الميزانية عن طريق تقليل الأسطول الإجمالي بدلاً من إلغاء المشروع بالكامل. وهذا أمر مهم في البرامج الحكومية، التي قد تستمر لمدة عقد من الزمن ثم يتم تخفيض ميزانياتها.

بالنسبة للحكومات والجيش، هناك مزايا محددة إضافية لاستخدام الأبراج. وقال كينغ: "الفائدة الأساسية هي المرونة". "ما يمكنك فعله بكوكبة لا يمكنك فعله بـ [قمر صناعي] واحد هو أنه يمكنك أن تكون مرنًا ضد الهجمات. إذا كان لديك قمر صناعي كبير جدًا وذو قيمة كبيرة في المدار، ولديك خصم يريد رفض استخدامه القمر الصناعي عن طريق إتلافه أو أي وسيلة أخرى، فالأمر يتطلب رصاصة واحدة فقط، إذا صح التعبير، لتأخذ هذه القدرة بأكملها تحت.

"إذا كان لديك بدلاً من ذلك مشاركة هذه الوظيفة بين 100 قمر صناعي، فيجب أن يكون عمق الهجوم لديك أعمق بكثير لإلغاء الوظيفة. إذن ما يفعله هو توفير الردع ضد الهجوم. إنه ليس هدفًا كبيرًا وسمينًا وعصيرًا يغري العدو بمهاجمته.

وبمجرد وضع الكوكبة في مكانها الصحيح، يمكن استخدامها لجميع أنواع أغراض الاتصال. ويهدف برنامج Starlink التابع لشركة SpaceX إلى توفير خدمة الإنترنت العالمية ذات النطاق العريض، والتي تتمتع بالعديد من المزايا المحتملة. بالإضافة إلى إمكانية توفير الإنترنت للمناطق الفقيرة أو الريفية التي لديها خدمة إنترنت قليلة أو معدومة وفي الوقت الحالي، قد يكون أيضًا ذا قيمة لا تقدر بثمن لأغراض السلامة من خلال القدرة على تتبع الطائرات والسفن في جميع أنحاء العالم. كما أن وجود العديد من موفري خدمة الإنترنت في منطقة ما يمكن أن يسمح للناس بالوصول إلى الإنترنت بحرية أكبر، دون قيود تفرضها الحكومات.

السيئ: لماذا تثير الأبراج بعض علماء الفلك في السلاح؟

كما هو الحال مع جميع التطورات التكنولوجية، فإن إطلاق مجموعات الأقمار الصناعية يأتي مع مشاكل أيضًا. شهد العام الماضي جدلاً ساخنًا في بعض الأحيان بين SpaceX والمجتمع الفلكي حول إطلاق أقمار Starlink الصناعية.

عندما يتم إطلاق الأقمار الصناعية، يمكنها المغادرة مسارات الضوء عبر السماء، وخاصة عند الشفق. وعلى الرغم من أن البعض يجد هذه المسارات جميلة، إلا أنها يمكن أن تتداخل مع القراءات الفلكية لأنها أكثر سطوعًا بكثير من النجوم أو المجرات التي يحاول علماء الفلك رصدها. هناك أيضًا مسألة ما إذا كانت أقمار ستارلينك الصناعية، الموجودة في مدار منخفض بشكل خاص، ستكون مرئية للعين المجردة وتتداخل مع القراءات بمجرد وضعها في مكانها.

أصدر الاتحاد الفلكي الدولي أ إفادة في صيف 2019 و أ متابعة في فبراير من هذا العام، وكلاهما “أعربا عن قلقهما بشأن التأثير السلبي الذي ستحدثه الكوكبات الضخمة المخطط لها "قد تكون أقمار الاتصالات الخاصة بالرصد الفلكي"، على وجه التحديد تسمية ستارلينك، كوكبة الأقمار الصناعية إيريديوم، وان ويب، وغيرها.

سارعت شركة SpaceX إلى معالجة المشكلات التي سببتها شركة Starlink في علم الفلك البصري، وعملت مع علماء الفلك على حلها إيجاد حل. في البداية، حاولوا طلاء الأقمار الصناعية بلون أغمق، مما أدى إلى تقليل مظهرها ولكن ليس بما يكفي لإرضاء علماء الفلك. لذلك انتقلوا إلى تصميم جديد يتضمن حاجبًا ليكون بمثابة مظلة للشمس.

قال هينو: "هذا ذكي حقًا". "لأنه إذا لم يكن القمر الصناعي مضاءً، فسيكون مظلماً تماماً، وغير مرئي. وهذا يعني أن الحاجب يمكنه إخفاء معظم القمر الصناعي. الطريقة التي تم بها بناء القمر الصناعي تعني أنه يمكنك الحصول على حاجب حيث يمكنك، من الأرض، رؤية الجزء الخلفي من الحاجب بحيث يكون مظلمًا، ويكون الجزء السفلي من القمر الصناعي بالكامل في الظل. وهذا يعني أن القمر الصناعي يصبح خافتًا بعدة درجات.

كما قامت شركة SpaceX أيضًا بتعديل زاوية الألواح الشمسية الملحقة بالأقمار الصناعية، بحيث لا يكون الجزء المضيء مرئيًا من الأرض. مجتمعة، يجب أن تحل هذه الإصلاحات بشكل أو بآخر مشكلة تداخل أقمار ستارلينك الصناعية العاملة مع علم الفلك البصري الأرضي.

هناك أيضًا بعض المشكلات المتعلقة بتداخل الأقمار الصناعية مع علم الفلك الراديوي. يمكن أن تكون هناك مشكلة تسمى نزيف التردد حيث تبث الأقمار الصناعية كميات صغيرة من موجات الراديو بترددات تتجاوز تردد التشغيل الأساسي، مما قد يسبب مشكلات لعلماء الفلك الراديوي. يوجد بشكل عام الكثير من الضوضاء الخلفية التي يتعين على التلسكوبات الراديوية التعامل معها، وقد تساهم مجموعات الأقمار الصناعية في ذلك.

وتعمل SpaceX مع المجتمع الفلكي بشأن هذه القضية أيضًا، ويبدو أن علماء الفلك متفائل على نطاق واسع أنه يمكن إيجاد حل.

المشكلة الأخيرة المتعلقة بإطلاق أعداد كبيرة من الأقمار الصناعية ليست مشكلة يمكن حلها من الناحية التكنولوجية بسهولة. مشكلة الازدحام المداري أصبح التركيز بشكل متزايد في مجتمع الفضاء، مع مخاوف بشأن كمية الفضاء خردة في مدار حول كوكبنا. يمكن أن يكون الحطام الفضائي خطيرًا للغاية، حيث يهدد كل شيء بدءًا من محطة الفضاء الدولية وحتى قدرتنا المحتملة على ذلك إطلاق الأقمار الصناعية بأسعار معقولة في المستقبل.

كان النهج الرئيسي لحل هذه المشكلة هو أن تتأكد الشركات من قدرتها على إخراج أقمارها الصناعية من مدارها بشكل مسؤول بمجرد عدم الحاجة إليها. عندما يصل القمر الصناعي Starlink إلى نهاية عمره الافتراضي، أو إذا كان القمر الصناعي معيبًا، فمن السهل نسبيًا التخلص منه لأن الكوكبة تقع في مدار منخفض. تحتاج الأقمار الصناعية فقط إلى المناورة في مدار منخفض وسوف تسقط في الغلاف الجوي وتحترق.

قد توجد كوكبات أخرى في مدار أعلى. وفي هذه الحالات، يكون من الأسهل إرسالها إلى ما يسمى بمدار المقبرة بدلاً من إنزالها إلى الغلاف الجوي. ولكن إذا فشل القمر الصناعي في الوصول إلى مستوى أعلى، فقد يبقى هناك لفترة طويلة جدًا. لذلك، يتم الآن تجهيز بعض الأقمار الصناعية بميزات مثل الخطافات، مما يسهل الأمر قمر صناعي آخر لفهم والتخلص منهم.

القبيح: ماذا يحمل المستقبل للأبراج؟

وشدد هينو على أن SpaceX بذلت جهودًا تتجاوز بكثير ما كانت ملزمة به من أجل معالجتها المشاكل التي سببها ستارلينك للمجتمع الفلكي، وهو واثق من أن هذه المشاكل يمكن أن تكون كذلك تم الحل. تكمن المشكلة في أنه مع تزايد شعبية الكوكبات وإطلاقها من قبل المزيد من الشركات في المستقبل، هل سيهتم هؤلاء الممثلون الجدد بالسماء ليلاً؟

قال هينوات: "إن [SpaceX] تبذل قصارى جهدها حقًا، إلى ما هو أبعد مما يلزمها قانونًا، لحل المشكلات". "يتمتع علماء الفلك بعلاقة عمل جيدة جدًا مع ستارلينك، لكن ليس من الواضح أنه سيكون لدينا نفس النوع من العلاقة مع [الشركات] الأخرى، لأنها مجرد حسن نية".

هل يمكن الوثوق بشركات أخرى لتحذو حذو SpaceX؟ هناك معاهدات واتفاقيات بشأن استخدام الفضاء، بما في ذلك قضايا مثل التخلص من الأقمار الصناعية عندما تصل إلى نهاية عمرها الافتراضي. ومع ذلك، يرى العديد من الخبراء أن هذه المعاهدات تحتاج إلى تعزيز، وأنه يجب أن تكون هناك عواقب على الشركات التي لا تلتزم بها.

وقال كينج: "المشكلة هي أنه لا توجد هيئة إدارية يمكنها تطبيق العقوبات بشكل موحد". "هناك مبادئ توجيهية ومعاهدات قوية، ولكن تطبيقها يمثل مشكلة."

يمكن لمجموعات الأقمار الصناعية مثل ستارلينك أن تتيح خطوات جديدة رائعة في مجال الاتصالات، ولكننا بحاجة إلى العثور عليها طريقة لتحقيق التوازن بين هذه القدرة والحاجة إلى دراسة السماء ليلاً وفهم الكون خارج كوكبنا.

وقال كينغ: "إن الفضاء هو مشاع عام نتقاسمه جميعاً". "يجب أن يكون هناك الكثير من العمل كمجتمع، حيث تبدأ المجموعات في التكاثر... الجميع، ولا أحد، يملك مساحة، ونحن جميعًا نريد أن نتقاسمها."

توصيات المحررين

• كيف يمكن لـ SpaceX تحويل Starlink إلى شبكة GPS فائقة الدقة
• كيفية مشاهدة المركبة الفضائية SpaceX Dragon وهي تغادر محطة الفضاء الدولية اليوم
• تم اختيار SpaceX لتسليم البضائع إلى محطة Lunar Gateway الفضائية التابعة لناسا
• ستجري SpaceX إطلاقها السادس لـ Starlink غدًا: إليك كيفية المشاهدة
• ستستخدم SpaceX نوعًا مختلفًا من الفولاذ المقاوم للصدأ لصواريخ Starship الخاصة بها