الصورة توضح المسار الأرضي Ground Track لمحطة الفضاء الدولية ISS لفترتين Two Periods تقريبا. وتمثل المناطق المضيئة والمظلمة مناطق الأرض في وضح النهار وفي الليل، على التوالي – الصورة ويكيبيديا

.

هذا الجزء مترجم عن مصدر من ويكيبيديا (يناير 2022 م) ، حيث أن الجزء العربي منه علي ويكيبيديا محدود.

 

المسار الأرضي Ground Track أو الأثر الأرضي Ground Trace هو المسار الموجود على سطح كوكب أسفل مسار مركبة جوية مثل الطائرة أو أسفل مسار القمر الصناعي مباشرةً. في حالة الأقمار الصناعية ، يُعرف أيضًا باسم المسار شبه المداري Suborbital Track ، وهو الإسقاط الرأسي لمدار القمر الصناعي على سطح الأرض (أو علي سطح أي جرم فلكي يدور حوله القمر الصناعي).

 

قد يُنظر إلى المسار الأرضي Ground Track للقمر الصناعي على أنه مسار على سطح الأرض يتتبع حركة خط وهمي واصل بين القمر الصناعي ومركز الأرض Center . بمعنى آخر ، المسار الأرضي Ground Track هو مجموعة النقاط التي سيمر القمر الصناعي فوقها مباشرة ، أو يعبر السمت/الذروة Zenith ، في الإطار المرجعي لمراقب أرضي Ground Observer .

.

المسارات الأرضية للطائرات Aircraft Ground Tracks

 

في الملاحة الجوية Navigation ، تقترب المسارات الأرضية عادةً من قوس لدائرة كبيرة ، وهذه تمثل أقصر مسافة بين نقطتين على سطح الأرض. من أجل اتباع مسار أرضي محدد Ground Track ، يجب على الطيار ضبط اتجاهه للتعويض عن تأثير الرياح. يتم التخطيط لمسارات الطائرات بحيث يتم تجنب المجال الجوي المحظور والمناطق الخطرة ، ولتمريرها بالقرب من منارات الملاحة Navigation Beacons .

.

المسارات الأرضية للأقمار الصناعية Satellite Ground Tracks

 

يمكن أن يتخذ المسار الأرضي Ground Track للقمر الصناعي عددًا من الأشكال المختلفة ، اعتمادًا على قيم العناصر المدارية Orbital Elements ، والخصائص Parameters التي تحدد حجم وشكل واتجاه Orientation مدار القمر الصناعي. (تناقش هذه المقالة المدارات المغلقة Closed Orbits ، أو المدارات ذات الانحراف المركزي Eccentricity الأقل من واحد ، وبالتالي تستبعد هذه المقالة المسارات المكافئة Parabolic Trajectories والقطعية Hyperbolic Trajectories .)

.

حركة أمامية Direct Motion وحركة تراجعية Retrograde Motion

 

عادةً ما يكون للأقمار الصناعية مسار أرضي جيبي Sinusoidal Ground Track (مسار علي شكل دالة جيبية) تقريبًا. يُقال إن قمراً صناعيًا بميله المداري Orbital Inclination بين صفر وتسعين درجة يكون في ما يسمى بالمدار المباشر أو التقدمي Direct or Prograde Orbit ، مما يعني أنه يدور في نفس اتجاه دوران الكوكب. يقال إن القمر الصناعي ذو الميل المداري بين 90 درجة و 180 درجة (أو ، ما يكافئ ، بين 0 درجة و -90 درجة) يقع في مدار تراجعي Retrograde Orbit . (المدارات الأمامية Direct Orbits هي الأكثر شيوعًا إلى حد بعيد بالنسبة للأقمار الصناعية ، حيث أن السرعة الأولية Initial Velocity التي يمنحها دوران الأرض عند الإطلاق تقلل من دلتا-في Delta-v اللازمة للوصول إلى المدار).

 

يميل القمر الصناعي المتواجد في مدار أمامي Direct Orbit وله فترة مدارية أقل من يوم واحد إلى التحرك من الغرب إلى الشرق على طول مساره الأرضي. وهذا ما يسمى بالحركة “الأمامية الظاهرية Apparent Direct”. يميل القمر الصناعي المتواجد في مدار أمامي Direct Orbit وله فترة مدارية تزيد عن يوم واحد إلى التحرك من الشرق إلى الغرب على طول مساره الأرضي ، في ما يسمى بالحركة “التراجعية الظاهرية Apparent Retrograde”. يحدث هذا التأثير لأن القمر الصناعي يدور بسرعة أبطئ من السرعة التي تدور بها الأرض تحته. أي قمر صناعي في مدار تراجعي Retrograde Orbit حقيقي سيتحرك دائمًا من الشرق إلى الغرب على طول مساره الأرضي ، بغض النظر عن طول الفترة المدارية Orbital Period .

 

نظرًا لأن القمر الصناعي قد يتواجد في مدار لامركزي Eccentric Orbit فإنه سيتحرك بشكل أسرع بالقرب من الحضيض Perigee وأبطأ بالقرب من الأوج Apogee ، فمن الممكن للقمر الصناعي أن يتحرك شرقًا خلال جزء من مداره وغربًا خلال جزء آخر. تسمح هذه الظاهرة للمسارات الأرضية Ground Tracks التي تتقاطع مع بعضها البعض في مدار واحد ، كما هو الحال في المدارات المتزامنة مع الأرض Geosynchronous Orbits ومدارات مولينيا Molniya Orbits التي ستتم مناقشتها أدناه.

.

تأثير الفترة المدارية علي المسار الأرضي Effect of Orbital Period

 

القمر الصناعي الذي تكون فترته المدارية جزءًا صحيحًا من اليوم (على سبيل المثال ، 24 ساعة ، 12 ساعة ، 8 ساعات ، إلخ) سيتبع نفس المسار الأرضي تقريبًا كل يوم. يتم إزاحة هذا المسار الأرضي شرقًا أو غربًا اعتمادًا على خط طول Longitude عقدة الصعود Ascending Node ، والتي يمكن أن تختلف بمرور الوقت بسبب اضطرابات المدار Perturbations of The Orbit . إذا كانت فترة Period القمر الصناعي أطول قليلاً من جزء صحيح من اليوم ، فإن المسار الأرضي ستتم إزاحته غربًا بمرور الوقت ؛ وإذا كانت أقصر قليلاً ، ستتم إزاحة المسار الأرضي شرقًا.

 

مع زيادة الفترة المدارية للقمر الصناعي ، لتقترب من فترة دوران الأرض (بمعنى آخر ، حيث يتباطأ متوسط سرعته المدارية Average Orbital Speed باتجاه سرعة دوران الأرض) ، سيصبح مساره الأرضي الجيبي مضغوطًا طوليًا Compressed Longitudinally ، مما يعني أن “العقد Nodes ” (هي النقاط التي تتقاطع مع خط الاستواء Equator) ستصبح أقرب من بعضها البعض ، حتى في المدار المتزامن مع الأرض Geosynchronous Orbit تقع مباشرة بعضها فوق بعض. بالنسبة للفترات المدارية الأطول من فترة دوران الأرض ، فإن الزيادة في الفترة المدارية تقابل تمددا طوليًا Longitudinal Stretching خارج المسار الأرضي (المترجع ظاهريا Apparent Retrograde).

 

يُقال إن القمر الصناعي الذي تكون مدته المدارية تساوي فترة دوران الأرض في مدار متزامن مع الأرض. سيكون مساره الأرضي على شكل “شكل ثمانية Figure Eight Shape” فوق موقع ثابت على الأرض ، ويعبر خط الاستواء مرتين كل يوم. سوف يتحرك Track شرقًا عندما يتواجد القمر على جزء من مداره الأقرب إلى نقطة الحضيض Perigee ، وغربًا عندما يكون أقرب إلى نقطة الأوج Apogee .

 

حالة خاصة من المدار المتزامن مع الأرض Geosynchronous Orbit ، المدار الثابت بالنسبة للأرض Geostationary Orbit ، لها انحراف Eccentricity صفري (بمعنى أن المدار دائري Circular Orbit) ، وميل Inclination صفر في نظام الإحداثيات المتمحور حول الأرض والثابت Earth-Centered, Earth-Fixed coordinate system (بمعنى أن المستوى المداري Orbital Plane ليس مائلاً علي خط استواء الأرض). يتكون “المسار الأرضي” في هذه الحالة من نقطة واحدة على خط استواء الأرض ، يجلس فوقها القمر الصناعي في جميع الأوقات. لاحظ أن القمر الصناعي لا يزال يدور حول الأرض – يرجع افتقاده الواضح للحركة إلى حقيقة أن الأرض تدور حول مركز كتلتها بنفس معدل دوران القمر الصناعي.

.

تأثير الميل المداري Effect of inclination

 

الميل المداري Orbital Inclination هو الزاوية المتكونة بين مستوى المدار والمستوى الاستوائي للأرض. ستتراوح خطوط العرض الجغرافية Geographic Latitudes التي يغطيها المسار الأرضي من –i إلى i ، حيث أن i هو الميل المداري Orbital Inclination . بمعنى آخر ، كلما زاد ميل مدار القمر الصناعي ، كلما اتجه مساره الأرضي شمالًا وجنوبًا. يُقال إن قمرًا صناعيًا بميله 90 درجة يقع في مدار قطبي Polar Orbit ، مما يعني أنه يمر فوق القطبين الشمالي والجنوبي للأرض.

 

غالبًا ما تُفضل بشكل جزئي مواقع الإطلاق Launch Sites المتواجدة عند خطوط العرض المنخفضة بسبب المرونة التي تسمح بها في الميل المداري ؛ الميل الأولي Initial Inclination للمدار مقيد ليكون أكبر من خط عرض الإطلاق Launch Latitude أو مساويًا له. المركبات التي يتم إطلاقها من كيب كانافيرال ، على سبيل المثال ، سيكون لها ميل مداري أولي لا يقل عن 28 درجة و 27 ث ، خط عرض موقع الإطلاق – ولتحقيق هذا الحد الأدنى يتطلب الإطلاق بسمت شرقي East Azimuth مناسب ، والذي قد لا يكون دائمًا ممكنًا في ضوء قيود الإطلاق الأخرى. في أقصى الحدود ، يمكن لموقع الإطلاق الواقع على خط الاستواء مباشرة أن يطلق بأي زاوية ميل مرغوب فيه ، في حين أن موقع الإطلاق الافتراضي في القطب الشمالي أو الجنوبي لن يكون قادرًا إلا على الإطلاق في المدارات القطبية. (في حين أنه من الممكن إجراء مناورة تغيير الميل المداري Orbital Inclination Change Maneuver مرة واحدة في المدار ، فإن هذه المناورات عادة ما تكون من بين أكثر المناورات تكلفة من حيث الوقود ، من بين جميع المناورات المدارية Orbital Maneuvers ، وعادة ما يتم تجنبها أو التقليل منها إلى أقصى حد ممكن).

 

بالإضافة إلى توفير نطاق أوسع من زوايا الميل المداري الأولية Initial Orbit Inclinations ، توفر مواقع الإطلاق المتواجدة على خطوط العرض المنخفضة ميزة الاحتياج لطاقة أقل للدوران وعمل مدار (على الأقل للمدارات المتقدمة Prograde Orbits ، والتي تشكل الغالبية العظمى من عمليات الإطلاق) ، بسبب السرعة الأولية initial velocity الناتجة عن دوران الأرض. إن الرغبة في مواقع الإطلاق الاستوائية Equatorial Launch Sites ، إلى جانب الحقائق الجيوسياسية واللوجستية ، قد عززت تطوير منصات الإطلاق العائمة Floating Launch Platforms ، وأبرزها منصة سي لانش Sea Launch العائمة.

.

تأثير البعد الزاوي للحضيض Effect of argument of perigee

 

إذا كان البعد الزاوي لنقطة الحضيض Argument of Perigee صفرًا ، مما يعني أن نقطتي الحضيض Perigee والأوج Apogee تقعان في المستوى الاستوائي Equatorial Plane ، فسيظهر المسار الأرضي للقمر الصناعي كما هو أعلى وأسفل خط الاستواء (أي أنه سيُظهر تناسقًا دورانيًا Rotational Symmetry بمقدار 180 درجة حول العقد المدارية Orbital Nodes .) إذا كان البعد الزاوي لنقطة الحضيض Argument of Perigee ليس صفريا ، فإن القمر الصناعي سيتصرف بشكل مختلف في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي. يُعد مدار مولنيا Molniya Orbit ، مع بعد زاوي لنقطة الحضيض بالقرب من -90 درجة ، مثالاً على مثل هذه الحالة. في مدار مولنيا Molniya Orbit ، يحدث الأوج عند خط عرض مرتفع (63 درجة) ، ويكون المدار شديد الامركزية Highly Eccentric (e = 0.72). يؤدي هذا إلى “تحويم أو تأرجح Hover” القمر الصناعي فوق منطقة من نصف الكرة الشمالي لفترة طويلة ، بينما يقضي وقتًا قصيرًا جدًا فوق نصف الكرة الجنوبي. تُعرف هذه الظاهرة باسم “أوج السكون Apogee Dwell” ، وهذه الظاهرة مرغوبة للاتصالات في مناطق خطوط العرض العليا.

.

تكرار المدارات Repeat orbits

 

نظرًا لأن العمليات المدارية غالبًا ما تكون مطلوبة لمراقبة موقع معين على الأرض ، فغالبًا ما يتم استخدام المدارات التي تغطي نفس المسار الأرضي بشكل دوري. على الأرض ، يشار إلى هذه المدارات عمومًا باسم مدارات متكررة للأرض Earth-Repeat Orbits . تستخدم هذه المدارات تأثير المبادرة العقدية Nodal Precession Effect لإزاحة المدار بحيث يتطابق المسار الأرضي مع مسار مدار سابق ، بحيث يوازن هذا بشكل أساسي الإزاحة Offset في دوران الجرم الذي يدور حوله القمر Orbited Body .

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

مواضيع ذات صلة

• محرك الدفع الأيوني Ion Thruster الأوروبي بالترددات الراديوية

.