موسوعة المدرسة. أين تبدأ حدود الفضاء؟ الفضاء "القريب" أكثر ربحية من الفضاء البعيد

أندريه كيسلياكوف، من وكالة ريا نوفوستي.

يبدو أنه ليس من المهم جدًا أين تنتهي "الأرض" ويبدأ الفضاء. ومن ناحية أخرى، فإن المناقشة الدائرة حول قيمة الارتفاع الذي يمتد بعده الفضاء الخارجي اللامحدود لم تهدأ منذ ما يقرب من قرن من الزمان. أحدث البيانات، التي تم الحصول عليها من خلال دراسة شاملة وتوليف كمية كبيرة من المعلومات على مدى عامين تقريبا، سمحت للعلماء الكنديين في النصف الأول من أبريل أن يعلنوا أن الفضاء يبدأ على ارتفاع 118 كم. ومن وجهة نظر تأثير الطاقة الكونية على الأرض، فإن هذا الرقم مهم جدًا لعلماء المناخ والجيوفيزياء.

ومن ناحية أخرى، فمن غير المرجح أن يكون من الممكن قريبًا إنهاء هذا النزاع نهائيًا من خلال إنشاء حدود واحدة تناسب الجميع. والحقيقة هي أن هناك العديد من المعلمات التي تعتبر أساسية للتقييم المقابل.

قليلا من التاريخ. إن حقيقة أن الإشعاع الكوني الصلب يعمل خارج الغلاف الجوي للأرض معروفة منذ زمن طويل. ومع ذلك، لم يكن من الممكن تحديد حدود الغلاف الجوي بوضوح، وقياس قوة التدفقات الكهرومغناطيسية والحصول على خصائصها قبل إطلاق الأقمار الصناعية الأرضية. وفي الوقت نفسه، كانت المهمة الفضائية الرئيسية لكل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة في منتصف الخمسينيات هي التحضير لرحلة مأهولة. وهذا بدوره يتطلب معرفة واضحة بالظروف التي تقع خارج الغلاف الجوي للأرض.

بالفعل على القمر الصناعي السوفيتي الثاني، الذي تم إطلاقه في نوفمبر 1957، كانت هناك أجهزة استشعار لقياس الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والأشعة السينية وأنواع أخرى من الإشعاع الكوني. كان اكتشاف حزامين إشعاعيين حول الأرض في عام 1958 ذا أهمية أساسية للتنفيذ الناجح للرحلات الجوية المأهولة.

لكن لنعد إلى مسافة 118 كيلومترًا التي أنشأها علماء كنديون من جامعة كالجاري. لماذا بالضبط هذا الارتفاع؟ ذلك أن ما يسمى "خط كرمان"، المعترف به بشكل غير رسمي باعتباره الحد الفاصل بين الغلاف الجوي والفضاء، "يمر" على طول علامة المائة كيلومتر. هناك تكون كثافة الهواء منخفضة بالفعل لدرجة أن الطائرة يجب أن تتحرك بسرعة الهروب (حوالي 7.9 كم / ثانية) لمنع السقوط على الأرض. ولكن في هذه الحالة، لم يعد الأمر يتطلب الأسطح الديناميكية الهوائية (الجناح، المثبتات). وبناءً على ذلك، اعتمدت الجمعية العالمية للملاحة الجوية ارتفاع 100 كيلومتر كنقطة فاصلة بين الطيران والملاحة الفضائية.

لكن درجة تخلخل الغلاف الجوي ليست هي المعامل الوحيد الذي يحدد حدود الفضاء. علاوة على ذلك، فإن "الهواء الأرضي" لا ينتهي عند ارتفاع 100 كيلومتر. كيف، على سبيل المثال، تتغير حالة المادة مع زيادة الارتفاع؟ ربما هذا هو الشيء الرئيسي الذي يحدد بداية الفضاء؟ الأمريكيون بدورهم يعتبرون أي شخص كان على ارتفاع 80 كم رائد فضاء حقيقي.

وفي كندا، قرروا تحديد قيمة المعلمة التي تبدو مهمة لكوكبنا بأكمله. قرروا معرفة الارتفاع الذي ينتهي به تأثير الرياح الجوية ويبدأ تأثير تدفقات الجسيمات الكونية.

ولهذا الغرض، طورت كندا جهازًا خاصًا STII (تصوير أيوني حراري فائق)، تم إطلاقه إلى المدار من الميناء الفضائي في ألاسكا قبل عامين. وبمساعدتها ثبت أن الحدود بين الغلاف الجوي والفضاء تقع على ارتفاع 118 كيلومترًا فوق مستوى سطح البحر.

وفي الوقت نفسه، استغرق جمع البيانات خمس دقائق فقط، فيما ارتفع القمر الصناعي الذي يحملها إلى الارتفاع المحدد لها وهو 200 كيلومتر. هذه هي الطريقة الوحيدة لجمع المعلومات، لأن هذه العلامة مرتفعة جدًا بالنسبة لمسبار الستراتوسفير ومنخفضة جدًا بالنسبة لأبحاث الأقمار الصناعية. ولأول مرة، أخذت الدراسة في الاعتبار جميع المكونات، بما في ذلك حركة الهواء في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.

ستكون أدوات مثل STII متاحة لمواصلة استكشاف المناطق الحدودية للفضاء والغلاف الجوي كحمولات على أقمار وكالة الفضاء الأوروبية التي سيكون لها عمر نشط مدته أربع سنوات. وهذا مهم لأنه إن البحث المستمر في المناطق الحدودية سيمكن من التعرف على العديد من الحقائق الجديدة حول تأثير الإشعاع الكوني على مناخ الأرض وتأثير الطاقة الأيونية على بيئتنا.

تؤثر التغيرات في شدة الإشعاع الشمسي، المرتبطة مباشرة بظهور البقع الشمسية على نجمنا، بطريقة ما على درجة حرارة الغلاف الجوي، ويمكن استخدام خلفاء جهاز STII للكشف عن هذا التأثير. واليوم بالفعل، تم تطوير 12 جهاز تحليل مختلفًا في كالجاري لدراسة المعلمات المختلفة للفضاء القريب.

لكن لا داعي للقول أن بداية الفضاء كانت محدودة بـ 118 كم. بعد كل شيء، من جانبهم، فإن أولئك الذين يعتبرون ارتفاع 21 مليون كيلومتر مساحة حقيقية هم على حق أيضًا! وهناك يختفي عمليا تأثير مجال الجاذبية الأرضية. ما الذي ينتظر الباحثين في مثل هذه الأعماق الكونية؟ ففي نهاية المطاف، لم نذهب أبعد من القمر (384 ألف كيلومتر).

لا شك أن جميع العمليات التي تحدث في الكون تعتمد على قوانين الميكانيكا، حيث أن الحركة الميكانيكية هي خاصية أساسية لجميع الأجسام في الكون الصغير والكبير دون استثناء، من الإلكترونات في الذرة إلى النجوم العملاقة.

كل دراسة علمية مكتملة يجب أن تجيب على سؤالين: "ما الذي يحدث؟" و"لماذا يحدث هذا؟" يحدث غالبًا أننا نعرف إجابة السؤال الأول فقط، بينما تبدو معرفة إجابة السؤال الثاني أكثر أهمية.

الأسئلة المقدسة، ضمن ألغاز الإجابات التي سعى العقل البشري الفضولي إلى اختراقها منذ الأزل، تظل: "كيف يعمل الكون وما هي القوى التي تجبر الأجسام المختلفة في الفضاء القريب على أداء حركات ميكانيكية معقدة"، "كيف تعمل الكون؟" "تفاعل الأجسام الكونية مع بعضها البعض وما هو مصدر اضطرابها"، "ما الأسباب التي تدفع جميع الكواكب إلى التحرك حول الشمس في مدارات لا تنحرف مستوياتها إلا قليلا عن مستوى مسير الشمس، وفي نفس الاتجاه الذي فيه" "يدور نجمنا حول محوره"، "ما هي الطبيعة الفيزيائية للنشاط الشمسي والجيومغناطيسي".

أصل أهم معلمات الحركة المدارية للكواكب وأقمارها - طبيعة الدوران، المسافة إلى مركز الدوران، انحراف المدار - محفوف أيضًا بعدم اليقين. ربما تعتمد هذه المعلمات على السرعة الأولية وزاوية الميل الأولية التي كان يتمتع بها الجسم الفضائي في اللحظة التي دخل فيها مجال جاذبية الشمس أو الكوكب؟

إذا لجأنا إلى كوكبنا الأصلي - الأرض، فإن عبارة جاليليو الشهيرة تتبادر إلى الذهن بشكل لا إرادي: "ومع ذلك فهي تتحول!" ولكن لا توجد حتى الآن إجابة واضحة على السؤال: "لماذا تدور؟"

من المعروف أن الأرض لها مجال مغناطيسي خاص بها: ويمكن رؤية ذلك بسهولة من خلال النظر إلى موضع إبرة البوصلة. ولكن إذا كان هناك مجال مغناطيسي، فلا بد من وجود تيارات تخلقه. وبما أن هناك تيارات، فما الذي يعمل كمولد لها وأين يختبئ الشخص الغامض غير المرئي؟ وفي هذا الصدد، يطرح سؤال أكثر عالمية: "ما هو دور الديناميكا الكهربائية والمغناطيسية في تشكيل العمليات التي تحدث في الفضاء، وما هي مساهمة المجالات الكهرومغناطيسية والجاذبية في هذه العمليات".

إذا انتقلنا إلى العمليات التي تحدث داخل كوكبنا، فإن عدد الأسئلة غير الواضحة يزداد أكثر: وفقًا لأي قوانين تحدث التغيرات في العصور الجيولوجية، وما هي الأسباب التي تدفع إلى بناء الجبال، وتغيير الأنواع البيولوجية، وما هي الزلازل والانفجارات البركانية التي تسببها؟ حصريًا بسبب عوامل داخلية أم أنهم مسؤولون أيضًا عن هذا الاضطراب الخارجي.

لا توجد حتى الآن إجابات مثبتة بشكل أساسي على معظم الأسئلة المطروحة. إلا أن هناك العديد من النظريات والمفاهيم العلمية التي تسعى إلى تحقيق ذلك. سنحاول أيضًا* تقديم توضيحات بشأن بعض الأسئلة المطروحة، وسنوضح أيضًا أن الفضاء القريب عبارة عن نظام تحكم تلقائي متذبذب ومثير ذاتيًا وذاتي التنظيم.

الأفكار الحديثة حول النشاط الشمسي والجيومغناطيسي

بالمقارنة مع النجوم الأخرى، فإن الشمس قريبة جدًا منا بحيث يمكننا رؤية ودراسة سطحها مباشرة من الأرض. بمساعدة الأجهزة البصرية، من الممكن اكتشاف الطبقات التي تغلف الشمس وتتبع العمليات التي تحدث في غلافها الجوي بكل تفاصيلها.

تقليديًا، ينقسم الغلاف الجوي الشمسي إلى عدة طبقات، تمر ببعضها البعض: الطبقة الخارجية الأكثر تخلخلًا - الإكليل، والكروموسفير الأساسي - الأحمر، والغلاف الضوئي - الطبقة المضيئة. الفوتوسفير - طبقة من الغاز لا يزيد سمكها عن 200 كيلومتر، سطحها مبهر ومرئي

وكما هو معروف، فقد مرت ستة عقود على إطلاق أول قمر صناعي. في الوقت الحالي، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن استكشاف طبقة الستراتوسفير أرخص وأكثر أمانًا من استكشاف الفضاء.

واليوم تطير آلاف الأجهزة في المدار، مثل أقمار الاتصالات والمراصد الفضائية والمسبارات لأغراض مختلفة وغيرها. للوهلة الأولى، يبدو أن قطاع الفضاء يحرز تقدما كبيرا، لكن الأمر ليس بهذه البساطة كما يدعي الصحفي إيغور تيرسكي.

هل هناك آفاق لاستكشاف الفضاء؟

أصبح رجال الأعمال مؤخراً مهتمين بموضوع الفضاء، حيث اكتشفوا إمكانية استكشاف الفضاء الخاص، واستعمار المريخ والقمر، ومعالجة الكويكبات. وفي المستقبل القريب، سيتمكن رواد الأعمال من تقديم عروض لجميع المتطوعين للقيام برحلات شبه مدارية على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر. فوق الكوكب، وهذا هو الفضاء تقريبًا.

وهكذا، فإن الأشخاص البعيدين جدًا عن هذا أصبحوا أيضًا مهتمين بالفضاء، مثل إيلون ماسك، وريتشارد برانسون، وبول ألين، وفلاديسلاف فيليف، وجيف بيزوس، وهم رواد أعمال من الغرب.

ومن المتوقع مستقبلا حدوث طفرة معينة في السياحة الفضائية، وإطلاق آلاف الأقمار الصناعية في المدار من أجل توزيع اتصالات الإنترنت، فضلا عن بناء قواعد على المريخ والقمر بقيادة شركات خاصة وحركة ملايين من البشر. السياح إلى أماكن جديدة.

هذه ليست مزحة، لأن مثل هذه الأفكار هي جزء من الخطط الفعلية لرواد الأعمال في مجال الفضاء الخاص. على سبيل المثال، قدم إيلون ماسك، رئيس شركة SpaceX، وعودًا بإرسال مليون شخص إلى المريخ.

ومن المحتمل أنه في المستقبل المنظور، سوف تشغل البشرية الفضاء القريب من الأرض تدريجياً. سوف نتجذر هناك جيدًا. وفي الوقت نفسه، ستكون هناك زيادة حادة في عدد المركبات الفضائية العاملة في مدار الأرض.

سيناريو آخر

الفضاء معقد للغاية ومكلف، وتستغرق دراسته الكثير من الوقت، لذلك يهتم عدد قليل من الناس بآفاق الأعمال لاستكشافه. في الوقت الحالي، جميع الخدمات في هذا المجال متاحة فقط للدولة والمنظمات الخاصة الكبيرة، والتي تتمتع أيضًا بدعم الدولة. وحتى بالنسبة لهذه المنظمات، فإن الاستثمار في الفضاء ينطوي على مخاطرة كبيرة. بعد كل شيء، في المدار، من الممكن تمامًا تعطل المركبات، وانفجارات مركبات الإطلاق، وما إلى ذلك. بالطبع، تكنولوجيا الفضاء مؤمنة، وهذا التأمين يمكن أن يغطي جميع أنواع النفقات، ومع ذلك، فإن إنشاء جهاز آخر سيتطلب قدرا هائلا من الوقت.

وحتى في حالة الإطلاق الناجح للأجهزة إلى المدار، فإن المساهمات قد "لا يمكن استرجاعها"، إذا جاز التعبير، وتميل التكنولوجيات إلى أن تصبح عتيقة. على سبيل المثال، هناك أقمار صناعية مثل إيريديوم، والتي توفر الاتصالات الفضائية عبر الهاتف عبر الأقمار الصناعية في أي مكان على الأرض. تم إجراء المكالمة الأولى في هذا النظام في عام 1997، ولكن تم تصميم هذه التكنولوجيا قبل عشر سنوات، في عام 1987، وبعد ذلك كان عدد قليل من الناس يعرفون عن الاتصالات الخلوية.

واليوم نرى أن الإنترنت أصبح حلاً أبسط وأرخص في هذا الصدد. ويتم بناء أبراج الهواتف المحمولة بهذه الطريقة في العديد من البلدان. لم تعد تقنية "LTE" غريبة كما كانت من قبل. اليوم يمكنك أن تتفاجأ أكثر بشخص لديه هاتف يعمل بالأقمار الصناعية. وهكذا تبين أن "إيريديوم" ليس مطلوبًا بين الجماهير، لأن هناك اتصالات خلوية، بالإضافة إلى وجود خدمات الأقمار الصناعية من مقدمي خدمات آخرين تكلف أقل بكثير من التكنولوجيا الموصوفة أعلاه. لا تزال إيريديوم موجودة حتى اليوم، لكنها لا تستطيع الصمود في وجه المنافسة، لأن مقدمي الخدمات الآخرين يقدمون نفس التقنيات بتكلفة أقل.

ويحدث شيء مماثل الآن، فقط فيما يتعلق بشبكة الويب العالمية، لأن OneWeb وSpaceX يعتزمان إطلاق آلاف الأقمار الصناعية الأرضية المجهزة بهوائيات لتوزيع الإنترنت في جميع أنحاء الأرض.

بمعنى آخر، ستتاح لأي ساكن على هذا الكوكب فرصة استخدام الإنترنت عبر الأقمار الصناعية عالي السرعة بتكلفة معقولة جدًا أو مجانًا تمامًا، وهو ما يعتمد على نموذج تحقيق الدخل. ولكن هذا مناسب للأشخاص المعاصرين، لأنه على الرغم من تطور التكنولوجيا، لا يزال ما يقرب من نصف سكان الكوكب غير قادرين على استخدام الإنترنت.

وقد نشأ نفس الموقف مع موتورولا عندما أطلقت إيريديوم. بعد كل شيء، في أواخر الثمانينات، لم نحلم حتى بمثل هذا النطاق من الاتصالات المتنقلة، كما هو الحال الآن، وقد حددت الشركة بالفعل نواياها لتغطية العالم كله بشبكتها. في الوقت الحاضر، تتوفر الاتصالات الخلوية حتى في المناطق النائية من الكوكب، لكن جودة الإنترنت لا تزال سيئة، ولهذا السبب ترغب الشركات المذكورة أعلاه في معالجة هذه المشكلة.

يبدو أن الإنترنت عبر الأقمار الصناعية هو بديل جيد جدًا للهاتف الخلوي أو الكابل. إنها ليست باهظة الثمن كما قد تبدو للوهلة الأولى عندما يتعلق الأمر بالوصول في اتجاه واحد. بعد كل شيء، هنا تحتاج فقط إلى هوائي بسيط ومعدات رخيصة نسبيًا لاستقبال الإشارة. بالنسبة للقناة الصادرة، يتم استخدام تقنيات مثل ADSL و GPRS و 3G وما إلى ذلك. ولكن في تلك المناطق التي لا يوجد فيها اتصال أرضي، يكون الوضع أكثر تعقيدًا، لذلك من الضروري إدخال شبكة مزدوجة بدلاً من شبكة بسيطة (أحادية الاتجاه). في هذه الحالة، تعمل المحطة في وقت واحد في وضع جهاز الإرسال والاستقبال، ولكن هذا الخيار سيكون أكثر تكلفة.

حاليًا، تتنافس شركات الأقمار الصناعية والخلوية مع كابلات الألياف الضوئية، لأن هذه التقنية ليست منتشرة على نطاق واسع بعد في كل مكان. ومع ذلك، كل شيء يتجه نحو حقيقة أن الكوكب سيكون محاطًا بالكابلات، وفي هذه الحالة لن تكون الشبكات الفضائية مفيدة لنا.

ولذلك، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو مدى ربحية أنظمة الاتصالات هذه في المستقبل مثل تلك التي تخطط SpaceX وOneWeb لتنفيذها.

من المحتمل أن تكون الحاجة إلى الإنترنت عبر الأقمار الصناعية فقط في الهند وإفريقيا وغيرها من الأماكن التي يصعب الوصول إليها حيث لا يمكن مد كابل أو بناء العديد من أبراج LTE. وهذا يثير التساؤل حول ما إذا كانت تكلفة هذه التقنيات مقبولة وما إذا كانت السلطات ستسمح بتنفيذها. ولذلك، يبدو أن الإنترنت عبر الأقمار الصناعية سيبقى بلا منازع لفترة طويلة، لكن الوضع قد يتغير كثيرًا.

الطائرات بدون طيار والبالونات الستراتوسفيرية – بديل للصواريخ والأقمار الصناعية

تُستخدم الأقمار الصناعية ليس فقط لغرض توصيل الإنترنت، ولكن أيضًا لما يسمى بالاستشعار عن بعد للكوكب، وبعبارة أخرى، لالتقاط الصور الفوتوغرافية للسطح ونقل البيانات. ومع ذلك، يمكننا الآن أن نرى تطور الطائرات بدون طيار والمركبات الجوية بدون طيار المصممة للاستشعار. بعد كل شيء، فهي رخيصة الثمن، ولديها القدرة على أن تكون متنقلة، ويمكن صيانتها على الأرض، ويمكن أيضًا التحكم فيها يدويًا.

لذا فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو لماذا نحتاج إلى قمر صناعي في المدار إذا كانت هناك طائرات بدون طيار لا تخاف من السحب، لأنها يمكن أن تنزل ببساطة تحتها وسيتم القضاء على المشاكل. يمكنك أيضًا زيادة دقة الصورة عن طريق خفض الموضع. الطائرات بدون طيار قادرة أيضًا على التحليق فوق نفس المنطقة لفترة طويلة وجمع البيانات هناك في الوقت الفعلي. جميع الإمكانيات المذكورة أعلاه رخيصة جدًا مقارنة بنظام الأقمار الصناعية، لأنه عند تشغيل نظام الأقمار الصناعية، هناك حاجة إلى مئات الأجهزة لتتمكن من القيام برحلة لمشاهدة معالم المدينة فوق المنطقة. كل هذا سيكلف مليارات الدولارات. فرق كبير، أليس كذلك؟

يعتقد الكثير من الناس أنه لا يمكن استبدال المراصد الفضائية. ولم يكن الأمر كذلك، فهناك مشاريع مثل “VLT”، و”E-ELT” وهو تلسكوب ضخم، و”SOFIA” وهو مرصد على متن طائرة. يعد هذا بديلاً جيدًا تمامًا، ولكن ليس لجميع نطاقات الأطوال الموجية. في هذه الحالة، ستساعد بالونات الستراتوسفير القادرة على الارتفاع إلى ارتفاعات تبلغ حوالي 40-50 كم. فوق سطح الأرض وتحمل أحمالاً كبيرة، مثل المرصد. كميزة، يمكننا أن نلاحظ أنه ليس لديهم مشاكل مع الجاذبية الصغرى. عند تحريك مثل هذه الأجهزة، لا يوجد حمولة عالية، والتي عادة ما تؤخذ في الاعتبار في مركبات الإطلاق، مما يزيد من الكتلة ويحد بشكل كبير من إمكانية إجراء جميع أنواع التحسينات. يمكن صيانة هذه الأجهزة في أي وقت، حتى أثناء التشغيل، لأنه يمكنك ببساطة الطيران إليها في منطاد آخر أو إنزالها على الأرض للإصلاحات.

في عام 1961، بدأوا مشروعًا لإنشاء محطة شمسية في الغلاف الجوي العلوي باستخدام تلسكوب من النوع المرآة يسمى "زحل". وكان قطر المرآة الرئيسية 50 سم، وفي عام 1973 تم بالفعل التقاط صور للشمس باستخدام جهاز حديث بمرآة طولها متر من ارتفاع 20 كم. فوق سطح الأرض.

يقولون أن الارتفاعات من 20 إلى 100 كم. تعتبر "فضاء قريب" بسبب تشابهها مع الفضاء الحقيقي. لم يعد من الممكن أن يكون الشخص هناك بدون بدلة واقية، والمنظر من النافذة هو نفسه تقريبًا كما هو الحال في المدار، فقط لا يمكنك رؤية الأقمار الصناعية، والسماء أرجوانية داكنة ولونها أسود الزيزفون، على الرغم من أنه للوهلة الأولى يكون أسود اللون على النقيض من النجم الساطع وسطح الأرض.

المساحة الحقيقية تزيد بالفعل عن 100 كيلومتر. هناك، للحصول على قوة رفع كافية، من الضروري أن تكون لديك سرعة أعلى من السرعة الكونية الأولى. هذه لم تعد طائرة، بل قمر صناعي. من الناحية العملية، يكمن الاختلاف هنا في طريقة التسليم: يتم تنفيذ الرحلات الجوية إلى الفضاء الحقيقي باستخدام الصواريخ، وفي الفضاء القريب - باستخدام بالونات الستراتوسفير.

بالونات ستراتو هي تقنيات نسيها الجميع منذ الثلاثينيات البعيدة من القرن العشرين. إنها ليست مناطيد مملوءة بالهيدروجين وتنفجر من أي شرارة. وهي أشبه ببالونات الهيليوم، القادرة على الارتفاع إلى الفضاء القريب حتى 50 كيلومترا. هناك مشاريع إطلاق تعمل على ارتفاع 80 كم، ولكن سيكون من الأصح تسميتها بالأقمار الصناعية دون المدارية. هذه الخيارات مخصصة للجيش، أما بالنسبة للمدنيين، فالنماذج غير قادرة على الارتفاع فوق 50 كم. ولكن أيضا 50 كم. يكفي لحل المزيد من المشاكل.

لم تعد الستراتوستات ذات صلة منذ بداية عصر الفضاء في عام 1957، أي مع إطلاق أول قمر صناعي. ومع ذلك، فقد مرت 60 عاما، ولسبب ما تم تذكرهم. من المؤكد أن الناس يتحدثون عنها الآن بسبب رخصتها مقارنة بالأقمار الصناعية، لأنه ليس كل بلد لديه إمكانية الوصول إلى تقنيات الأقمار الصناعية وبرنامج فضائي كامل، والعديد من الناس لديهم الفرصة لدراسة الستراتوسفير. النقطة ليست فقط في الرخص، ولكن أيضًا في ميزات التقنيات نفسها، والتي تسمح للأجهزة بالبقاء في السماء لمئات الأيام.

بعد كل شيء، خلال النهار، يتم تشغيل بالونات الستراتوسفير بواسطة الألواح الشمسية، وتقوم بطارياتها القوية بتخزين الطاقة في الليل، في حين أنها خفيفة الوزن للغاية. تصميم الجهاز خفيف جدًا ومتين. يمنحهم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) القدرة على تحديد موقعهم بسهولة، كما أن أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة قادرة على اتخاذ قرارات مستقلة.

إن مجمع جميع أنواع التقنيات الحديثة هو الذي يجعل من الممكن الحديث عن الطلب على خدمات الستراتوسفير في السوق.

على سبيل المثال، لدى شركة WorldView خطط لإطلاق السائحين إلى ارتفاعات تصل إلى 45 كم، حيث تم اختراع جندول جديد مزود بنوافذ ضخمة، حيث سيتمكن السائحون من ملاحظة سواد السماء أثناء النهار وسطح الأرض. يمكن للمرء أن يقول الأرض كما يراها رواد الفضاء.

الفضاء "القريب" أكثر ربحية من الفضاء البعيد

في هذه الحالة، لن يتم ترك سوى أنظمة الملاحة مثل GPS وGLONASS وBeidou وGalileo في الفضاء الحقيقي. ومع ذلك، يمكن حل هذه المشكلة دون استخدام تقنيات الأقمار الصناعية باهظة الثمن - من خلال بالونات الستراتوسفير والطائرات بدون طيار وغيرها من الوسائل. بالإضافة إلى ذلك، تعمل شبكات LTE وWi-Fi حاليًا كبدائل جيدة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يتنقل LBS جيدًا ويحدد الموقع بناءً على الأبراج الخلوية وشبكة Wi-Fi. فقط هو الذي يخسر بالضبط، لأن الخطأ هنا هو عشرات الأمتار، بينما «GPS» أقل من متر.

وبالتالي، فإن "الفضاء القريب" أو الستراتوسفير في المستقبل القريب قادر تمامًا على احتلال المكانة الرئيسية في المجال العلمي، والتفوق على المدار القريب من الأرض بسبب ظروفه الجذابة.

أرسل بالونات الستراتوسفير المجهزة بمعدات خاصة وحتى مختبرًا كاملاً، مع الأشخاص الموجودين على متنها، إلى ارتفاعات تصل إلى 50 كيلومترًا. سوف تصبح أكثر وأكثر تواترا، بحيث تصبح طبيعية. في هذه الحالة، لن يكون من الضروري حتى توفير الحماية من الإشعاع والعواصف الشمسية والحطام الفضائي وما إلى ذلك. وفي المستقبل، قد نتوقف عن التركيز على الفضاء ونحول انتباهنا إلى الغلاف الجوي، حيث يبدو إنشاء طائرات بدون طيار وبالونات الستراتوسفير أرخص بكثير. وفي هذه الحالة، لن يكون من الضروري توفير مثل هذا النظام للحماية ودعم الحياة كما هو ضروري في مدار الأرض.

أما بالنسبة للمهام الاقتصادية الوطنية، مثل الاتصالات والسبر والتجارب العلمية وعلم الفلك، فهنا تعمل بالونات الستراتوسفير كمنافس قوي جدًا للأقمار الصناعية، لأن الناس سيصنعون نسخًا أرخص بكثير من الأجهزة. وستكون هذه الأجهزة قادرة على اتخاذ قرارات مستقلة فيما يتعلق بمكان التحرك وكيفية التجمع. ويجري تطوير ذلك بالفعل في إطار مشروع يسمى "Google Loon"، والذي يتيح الفرصة للمناطق التي يصعب الوصول إليها لاستخدام تقنيات الإنترنت. تسمى هذه الأجهزة أيضًا بالنماذج التي تتحكم فيها الشبكة العصبية. ومن الجدير أيضًا الحديث هنا عن الطائرات بدون طيار المستقلة التي يمكنها البقاء في الغلاف الجوي لعدة أيام.

الستراتوستات قادرة على المراقبة المستمرة لنفس المنطقة من الكوكب. هذه الأجهزة هي أيضًا ثابتة بالنسبة للأرض. ومن المعروف أنه لا توجد رياح قوية واضطراب منخفض في طبقة الستراتوسفير، وبالتالي فإن بالون الستراتوسفير قادر تمامًا على التحليق فوق نقطة واحدة، مثل القمر الصناعي. ولكن لإيصال القمر الصناعي إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض وهو 36 ألف كيلومتر. فوق سطح الأرض، يتم استخدام مركبة إطلاق قوية، ولكن في حالة تسليم بالون الستراتوسفير، اسطوانات الهيليوم، القليل من التمويل، وهذا كل شيء. وبالتالي، فإن بالونات الستراتوسفير قادرة على المنافسة تمامًا مع تقنيات الاتصالات والاستشعار التقليدية.

وهكذا، فمع تطور علم الستراتوسفير، سيتم التخلي عن المسابر الباهظة الثمن وتقنيات الاتصالات التقليدية. كما يمكن أن تكون بالونات الستراتوسفير بمثابة أداة ممتازة لإطلاق نفس الأقمار الصناعية من الستراتوسفير. لذا فإن تقنية توصيل الأقمار الصناعية إلى المدار ستتغير بكل بساطة. ففي نهاية المطاف، تعمل شركة “Zero 2 Infinity” في هذا الاتجاه الواعد. سيكون منطاد الستراتوسفير بمثابة قاعدة فضائية أو منصة لإطلاق قمر صناعي إلى الفضاء الحقيقي. وحتى لو لم يدعم المستثمرون هذا المشروع بشكل صحيح، فإن الاتجاه فيما يتعلق بتنمية طبقة الستراتوسفير لا يزال واضحًا.

هناك عدد كبير من بالونات الستراتوسفير الموجودة في الغلاف الجوي لدينا قادرة على إنشاء نوع من نظام الاتصالات العالمي، على غرار ذلك الذي يتم تشكيله من خلال أجهزة الكمبيوتر في المنزل.

وبالتالي، سنكون قادرين على تلقي البيانات من المجسات مباشرة إلى أجهزتنا الشخصية، ومعرفة الطقس بشكل أفضل، والاتصال بالإنترنت مع الحد الأدنى من تأخير الإشارة حتى في الأماكن التي يصعب الوصول إليها على الأرض، والتواصل من خلال هذه الأجهزة بطريقة لا مركزية. الطريقة، الخ.

أي أن أي معلومات يتم تلقيها من بالون الستراتوسفير ستتم معالجتها بشكل أكثر دقة وسرعة من البيانات الواردة من المدار. وبالتالي، فإن فلسفة ما يسمى بالإنترنت اللامركزية يجب أن تمتد إلى مجالات أخرى، وتعد التقنيات الموصوفة أعلاه، مثل البالونات الستراتوسفيرية والطائرات بدون طيار، مثالية لبناء مثل هذا النموذج للعالم.

خاتمة

وبالتالي، يمكننا التحدث عن حقبة جديدة من تطوير التكنولوجيا، حيث سيتم استخدام أرخص الخيارات سواء بالنسبة للمؤسسات العاملة في قطاع الفضاء أو للأشخاص العاديين الذين يستخدمون الإنترنت ووسائل الاتصال الأخرى. يعد استكشاف الفضاء القريب احتمالا مثيرا للاهتمام للغاية، لأنه في هذه الحالة سيكون لدى الجميع إمكانية الوصول إلى دراسة الستراتوسفير، وسيتمكن الناس من استكشاف الأرض من ارتفاع 50 كم. من سطحه. وهذا، بالطبع، سيفتح فرصا رخيصة ويمكن الوصول إليها للبشرية جمعاء في استكشاف الفضاء، وإن كانت قريبة. هذا توسع في الفضاء للسفر حول الأرض على ارتفاعات هائلة. ولذلك، يجري الآن النظر في إمكانية التحول من تقنيات الأقمار الصناعية إلى بالونات الستراتوسفير والأجهزة المماثلة. بالإضافة إلى ذلك، سيؤدي ذلك أيضًا إلى توسيع إمكانيات الإنترنت وجعلها أرخص وأكثر سهولة في الوصول إليها حتى بالنسبة للمقيمين في أقصى المناطق النائية من الكوكب. لذلك كل ما تبقى هو انتظار تنفيذ مثل هذه المشاريع من شركات الفضاء الرائدة.

لقد سافر الجميع في مرحلة ما، وقضوا قدرًا محددًا من الوقت لإكمال الرحلة. كم بدا الطريق بلا نهاية عندما تم قياسه بالأيام. من عاصمة روسيا إلى الشرق الأقصى – سبعة أيام بالقطار! ماذا لو استخدمنا وسيلة النقل هذه لتغطية المسافات في الفضاء؟ للوصول إلى Alpha Centauri بالقطار، سيستغرق الأمر 20 مليون سنة فقط.لا، من الأفضل أن تسافر بالطائرة، فهي أسرع بخمس مرات. وهذا متروك للنجم القريب. وبطبيعة الحال، في مكان قريب - وهذا وفقا للمعايير النجمية.

المسافة إلى الشمس

أرسطرخوس ساموس أرسطرخوس ساموسعالم فلك وعالم رياضيات وفيلسوف، عاش في القرن الثالث قبل الميلاد. ه. وكان أول من خمن أن الأرض تدور حول الشمس واقترح طريقة علمية لتحديد المسافات إليها.حتى مائتي عام قبل عصرنا، حاول تحديد المسافة إلى. لكن حساباته لم تكن صحيحة تمامًا، فقد أخطأ 20 مرة. تم الحصول على قيم أكثر دقة بواسطة المركبة الفضائية كاسيني في عام 1672. تم قياس المواقع أثناء تقابلها من نقطتين مختلفتين على الأرض. وكانت المسافة المحسوبة إلى الشمس 140 مليون كيلومتر. في منتصف القرن العشرين، بمساعدة الرادار، تم الكشف عن المعلمات الحقيقية للمسافات إلى الكواكب والشمس.

نحن نعلم الآن أن المسافة من الأرض إلى الشمس هي 149,597,870,691 مترًا. وتسمى هذه القيمة بالوحدة الفلكية، وهي أساس تحديد المسافات الكونية باستخدام طريقة اختلاف المنظر النجمي.

كما أظهرت الملاحظات طويلة المدى أن الأرض تتحرك بعيدًا عن الشمس بحوالي 15 مترًا كل 100 عام.

المسافات إلى أقرب الأشياء

نحن لا نفكر كثيرًا في المسافة عندما نشاهد البث المباشر من أقاصي الكرة الأرضية. تصل الإشارة التلفزيونية إلينا على الفور تقريبًا. حتى من قمرنا الصناعي، تصلنا موجات الراديو في ما يزيد قليلاً عن ثانية. ولكن بمجرد أن تبدأ في الحديث عن الأشياء البعيدة، تأتي المفاجأة على الفور. هل يستغرق الضوء حقًا 8.3 دقيقة للوصول إلى مثل هذه المسافة القريبة من الشمس، و5.5 ساعة للوصول إلى الشمس الجليدية؟ وهذا، يطير ما يقرب من 300000 كيلومتر في الثانية! ومن أجل الوصول إلى نفس ألفا في كوكبة القنطور، سيستغرق شعاع الضوء 4.25 سنة.

وحتى بالنسبة للفضاء القريب، فإن وحدات القياس المعتادة لدينا ليست مناسبة تمامًا. بالطبع يمكنك أخذ القياسات بالكيلومترات، لكن الأرقام بعد ذلك لن تثير الاحترام، لكن البعض يخشى بسبب حجمها. بالنسبة لنا، من المعتاد إجراء القياسات في الوحدات الفلكية.

الآن لن تبدو المسافات الكونية إلى الكواكب وغيرها من الأجسام القريبة من الفضاء مخيفة جدًا. من نجمنا إلى 0.387 وحدة فلكية فقط، وإلى - 5.203 وحدة فلكية. حتى إلى أبعد كوكب - - فقط 39.518 وحدة فلكية.

المسافة إلى القمر دقيقة لأقرب كيلومتر. وقد تم ذلك عن طريق وضع عاكسات زاوية على سطحه واستخدام طريقة القياس بالليزر. وكان متوسط ​​المسافة إلى القمر 384403 كم. لكن النظام الشمسي يمتد أبعد بكثير من مدار الكوكب الأخير. تصل حدود النظام إلى 150.000 صباحًا. هـ - حتى هذه الوحدات يبدأ التعبير عنها بكميات هائلة. معايير القياس الأخرى مناسبة هنا، لأن المسافات في الفضاء وحجم كوننا تتجاوز حدود المفاهيم المعقولة.

الفضاء الأوسط

لا يوجد شيء أسرع من الضوء في الطبيعة (مثل هذه المصادر غير معروفة بعد)، لذلك تم اتخاذ سرعته كأساس. بالنسبة للأجسام الأقرب إلى نظامنا الكوكبي والبعيدة عنه، يتم اعتبار المسار الذي يقطعه الضوء في سنة واحدة كوحدة. يستغرق الضوء حوالي عامين للانتقال إلى حافة النظام الشمسي، و4.25 سنة ضوئية إلى أقرب نجم في قنطورس. من السنة. يقع النجم القطبي الشهير على بعد 460 سيفرت منا. سنين.

لقد حلم كل واحد منا بالسفر إلى الماضي أو المستقبل. السفر إلى الماضي أمر ممكن تماما. ما عليك سوى النظر إلى سماء الليل المرصعة بالنجوم - هذا هو الماضي البعيد والبعيد بلا حدود.

نحن نلاحظ جميع الأجسام الفضائية في ماضيها البعيد، وكلما كان الجسم المرصود بعيدًا، كلما نظرنا إلى الماضي أكثر. فبينما ينطلق الضوء من نجم بعيد إلينا، يمر وقت طويل ربما في هذه اللحظة لم يعد هذا النجم موجودًا!

ألمع نجم في سمائنا - سيريوس - سيخرج لنا بعد 9 سنوات فقط من وفاته، والعملاق الأحمر منكب الجوزاء - فقط بعد 650 عامًا.

يبلغ قطرها 100.000 ضوء. سنة، وسمكه حوالي 1000 ضوء. سنين. من الصعب للغاية تخيل مثل هذه المسافات، ويكاد يكون من المستحيل تقديرها. تدور أرضنا مع نجمها والأجسام الأخرى في النظام الشمسي حول المركز خلال 225 مليون سنة، وتقوم بدورة واحدة كل 150 ألف سنة ضوئية. سنين.

مساحة عميقة

يتم قياس المسافات في الفضاء إلى الأجسام البعيدة باستخدام طريقة المنظر (الإزاحة). وتدفقت منه وحدة قياس أخرى - بارسيك بارسيك (كمبيوتر) - من المنظر الثانيهذه هي المسافة التي يتم من خلالها ملاحظة نصف قطر مدار الأرض بزاوية قدرها 1″.. وكانت قيمة بارسيك واحد 3.26 ضوء. سنة أو 206,265 أ. هـ) وبناء على ذلك، هناك آلاف الفراسخ الفلكية (Kpc) والملايين (Mpc). وسيتم التعبير عن أبعد الأجسام في الكون بمسافات مليار فرسخ فلكي (Gpc). يمكن استخدام الطريقة المتغيرة لتحديد المسافات إلى الأشياء البعيدة بما لا يزيد عن 100 جهاز كمبيوتر، ب ياسيكون للمسافات الأطول أخطاء قياس كبيرة جدًا. تُستخدم الطريقة الضوئية لدراسة الأجسام الكونية البعيدة. تعتمد هذه الطريقة على خصائص الجسم الموجود على مسافة 660 كيلو فرسخ فلكي. مجموعة المجرات في كوكبة الدب الأكبر تبعد عنا 2.64 ميجا فرسخ فلكي. والمرئي هو 46 مليار سنة ضوئية، أو 14 جي بي سي!

قياسات من الفضاء

ولتحسين دقة القياسات، تم إطلاق القمر الصناعي هيبارخوس في عام 1989. وكانت مهمة القمر الصناعي هي تحديد اختلافات المنظر لأكثر من 100 ألف نجم بدقة ميلي ثانية واحدة. ونتيجة للملاحظات، تم حساب المسافات لـ 118218 نجمًا.وشملت هذه أكثر من 200 Cepheids. بالنسبة لبعض الكائنات، تغيرت المعلمات المعروفة مسبقًا. على سبيل المثال، اقتربت مجموعة النجوم المفتوحة Pleiades - بدلا من 135 جهاز كمبيوتر من المسافة السابقة، اتضح أن 118 جهاز كمبيوتر فقط.

ما هو كوكب الزهرة المغلق عن المراقبين على الأرض بغلاف جوي كثيف؟ كيف يبدو سطح المريخ وما هو تكوين الغلاف الجوي للمريخ؟ لم تتمكن التلسكوبات من الإجابة على هذه الأسئلة. لكن كل شيء تغير مع ظهور الرادار.

اتضح أن موجات الراديو التي ترسلها الرادارات من الأرض تنعكس من الأجسام الكونية بنفس الطريقةومن الأجسام الأرضية. ومن خلال إرسال إشارات راديوية إلى جسم فلكي محدد وتحليل الإشارات المنعكسة منه، يمكنك الحصول على معلومات حول الجسم الفضائي.

وهكذا ظهر علم الفلك الراديوي الراداري، واستكشاف الكواكب وأقمارها الصناعية والمذنبات والكويكبات وحتى الإكليل الشمسي باستخدام إشارات الراديو.

الفضاء القريب والعميق

غالبًا ما يتم التمييز بين الفضاء القريب والبعيد. الحدود بينهما تعسفية للغاية.

الفضاء القريب هو الفضاء الذي تستكشفه المركبات الفضائية ومحطات الكواكب، والفضاء البعيد هو الفضاء خارج النظام الشمسي. على الرغم من عدم تحديد حدود واضحة بينهما.

ويعتقد أن الفضاء القريب يقع فوق طبقة الغلاف الجوي للأرض ويدور معها ويسمى بالفضاء القريب من الأرض. لم يعد هناك غلاف جوي في الفضاء القريب، ولكن جميع الأجسام الموجودة فيه لا تزال تتأثر بمجال الجاذبية لكوكبنا. وكلما ابتعدنا عن الأرض، قل هذا التأثير.

الأجسام الفضائية العميقة - النجوم والمجرات والسدم والثقوب السوداء الموجودة خارج النظام الشمسي.

يسكن الفضاء القريب كواكب النظام الشمسي والأقمار الصناعية والكويكبات والمذنبات والشمس. وبحسب المفاهيم الكونية فإن المسافة بينهم وبين الأرض تعتبر صغيرة. ولذلك يمكن دراستها باستخدام الرادارات الموجودة على الأرض. هذه هي رادارات قوية خاصة تسمى الرادارات الكوكبية.

الاستكشاف الراداري للفضاء القريب

مركز اتصالات الفضاء السحيق في إيفباتوريا

تعمل الرادارات الفضائية على نفس المبدأ الفيزيائي الذي تعمل به الرادارات الأرضية التقليدية التي تخدم السفن والطائرات. يقوم جهاز الإرسال الراديوي للرادار الكوكبي بتوليد موجات راديوية يتم توجيهها إلى الجسم الفضائي قيد الدراسة. يتم التقاط إشارات الصدى المنعكسة منه بواسطة جهاز الاستقبال.

ولكن بسبب المسافة الهائلة، تصبح إشارة الراديو المنعكسة من الجسم الفضائي أضعف بكثير. لذلك، تتمتع أجهزة الإرسال الموجودة على الرادارات الكوكبية بقدرة عالية جدًا، والهوائيات كبيرة الحجم، وأجهزة الاستقبال حساسة للغاية. على سبيل المثال، يبلغ قطر مرآة هوائي الراديو في مركز اتصالات الفضاء السحيق بالقرب من إيفباتوريا 70 مترًا.

أول كوكب تم استكشافه باستخدام الرادار هو القمر. وبالمناسبة، فإن فكرة إرسال إشارة راديوية إلى القمر ومن ثم استقبال انعكاسها نشأت في عام 1928 وطرحها العالمان الروسيان ليونيد إسحاقوفيتش ماندلستام ونيكولاي دميترييفيتش بابالكسي. ولكن كان من المستحيل من الناحية الفنية تنفيذه في ذلك الوقت.

ليونيد إسحاقوفيتش ماندلستام

نيكولاي دميترييفيتش بابالكسي

وقد تم ذلك في عام 1946 من قبل علماء أمريكيين ومجريين بشكل مستقل عن بعضهم البعض. انعكست إشارة راديوية مرسلة من رادار قوي باتجاه القمر من سطحه وعادت إلى الأرض بعد 2.5 ثانية. أتاحت لنا هذه التجربة حساب المسافة الدقيقة إلى القمر. ولكن في الوقت نفسه، من خلال صورة الموجات المنعكسة، كان من الممكن تحديد راحة سطحها.

وفي عام 1959، تم استقبال الإشارات الأولى المنعكسة من الهالة الشمسية. في عام 1961، توجهت إشارة رادارية نحو كوكب الزهرة. اخترقت موجات الراديو عالية الاختراق غلافه الجوي السميك وجعلت من الممكن "رؤية" سطحه.

ثم بدأ استكشاف عطارد والمريخ والمشتري وزحل. ساعد الرادار في تحديد أحجام الكواكب، ومعلمات مداراتها، وأقطارها وسرعة دورانها حول الشمس، وكذلك دراسة أسطحها. وباستخدام الرادار، تم تحديد الأبعاد الدقيقة للنظام الشمسي.

تنعكس إشارات الراديو ليس فقط من أسطح الأجرام السماوية، ولكن أيضًا من الآثار المتأينة لجزيئات النيزك الموجودة في الغلاف الجوي للأرض. في أغلب الأحيان تظهر هذه الآثار على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر. وعلى الرغم من وجودها من 1 إلى عدة ثوان، إلا أن هذا يكفي لاستخدام النبضات المنعكسة لتحديد حجم الجزيئات نفسها وسرعتها واتجاهها.

الرادارات الموجودة على متن الأجسام الفضائية الخاضعة للرقابة

مركبة فضائية صغيرة (SSV) "Condor-E" مزودة بالرادار