دورة تدريبية-الجزء الأول : الأنظمة الفرعية للقمر الصناعي أو مركبة فضائية
أي نظام فضائي Space System يتكون من جزئين :
- الجزء الفضائي Space Segment .
- الجزء الأرضي Ground Segment .
.
يمكن تقسيم المركبة الفضائية Spacecraft إلى جزأين رئيسيين :
- الحمولة Payload .
- الحافلة Bus .
.
الحمولة Payload
الحمولة Payload هو ما تفعله المهمة ، وهي السبب في أن نذهب إلى الفضاء، بينما في الحافلة Bus تتواجد جميع الأجزاء التي تدعم المهمة. عموما تشغل الحمولة ما يقرب من 30 ٪ من إجمالي ميزانية كتلة المركبة الفضائية Total Spacecraft Mass Budget . أما بقية الأنظمة الفرعية Subsystems أو بقية الحافلة Bus تشغل 70 ٪ المتبقية.
عند تصميم المركبة الفضائية نبدأ بتحديد مواصفات الحمولة Payload Sizing ، فتحديد الحجم Size والوزن Weight والطاقة Power اللازمة يحدد متطلبات المبادلة للحمولة Swap Requirements ثم يمكننا تقدير مقايضة Swap للمركبة الفضائية ككل.
هذه العملية تكرارية للغاية بدءًا من الحمولة وهي أول شئ في المهمة. هذا يجيب علي سؤال لماذا نذهب إلى الفضاء؟
بمجرد تحديد الحمولة Payload ، يمكننا الانتقال إلى جميع الأنظمة الفرعية الداعمة للحمولة.
.
النظام الفرعي لتحديد الوضعية والتحكم فيها Attitude Determination and Control Subsystem
النظام الفرعي الأول الذي سنتحدث عنه هو النظام الفرعي لتحديد الوضعية والتحكم فيها Attitude Determination and Control Subsystem أو بشكل مختصر يشار إليه باسم ADCS (إيدكس).
الغرض من هذا النظام الفرعي هو التحكم في دوران المركبة الفضائية ومراقبتها.
هذا النظام الفرعي يجيب على أسئلة مثل: التوجيه Pointing إلي أين الآن؟ التغيير المطلوب في التوجيه ؟ وكيف أناور Maneuver بالمركبة الفضائية للتوجيه نحو الجهة المطلوبة؟
يتكون هذا النظام الفرعي من عدة مكونات ، المكون الرئيسي الأول هو وحدة التحكم Controller أو الكمبيوتر الذي يتلقى المدخلات المبرمجة Programmed Inputs أو الأوامر Commanded Inputs الخاصة بالاتجاه المطلوب التوجيه إليه.
المكونات الرئيسية التالية في هذا النظام الفرعي، هي الأدوات والأجهزة Instruments التي تساعد المركبة الفضائية على التحرك أو الدوران حتى تتمكن من التوجيه في الاتجاه المطلوب. هذه الأدوات عبارة عن عجلات رد الفعل Reaction Wheels ، ودوافع أو محركات دفع Thrusters ، ومولدات العزم مغناطيسية Magnetic Tourquers .
العنصر الرئيسي الأخير لهذا النظام الفرعي هو الحساسات أو أجهزة الاستشعار Sensors التي تسمح بقياس توجيه أو وضعية القمر الصناعي. هذه المستشعرات Sensors تمكن مشغل القمر الصناعي من تحديد اتجاه القمر الصناعي ، والإجابة على الأسئلة المتعلقة باتجاه القمر ، وفي النهاية تكون الإجابات عبارة عملية توجيه القمر الصناعي في الاتجاه المطلوب.
ومن الأمثلة على هذه المستشعرات Sensors الجيروسكوبات Gyroscopes ومستشعرات الشمس والأرض والنجوم Earth, Sun and Star Sensors ومستشعرات التسارع Accelerometers والملاحة وتحديد الموقع والتوقيت Positioning, Navigation and Timing أو ما يطلق عليه مستشعرات PNT Sensors في نظام الفرعي تحديد الوضعية والتحكم فيها ADCS .
.
النظام الفرعي للتوجيه والملاحة والتحكم Guidance, Navigation and Control Subsystem
ننتقل إلى النظام الفرعي للتوجيه والملاحة والتحكم Guidance, Navigation and Control Subsystem أو GNC . الغرض من GNC هو التحكم في مدار المركبة الفضائية أو الحفاظ عليه والانتقال إلى المدار المطلوب. فقط أجب على السؤال أين المركبة الفضائية؟
.
النظام الفرعي للدفع Propulsion Subsystem
النظام الفرعي للدفع Propulsion Subsystem الذي سنوضحه أكثر بعد ذلك هو المحرك أو المشغل الأساسي Primary Actuator لنظام التوجيه والملاحة والتحكم GNC .
النظام الفرعي للدفع Propulsion Subsystem يساعد المركبة الفضائية لتنتقل إلى مدار Orbit مرغوب فيه أو أن تحافظ على القمر الصناعي في مداره الحالي وتؤدي عمليات حفظ المحطة Station-Keeping Operations مثل إطلاق محرك دفع Thruster للمساعدة في الحفاظ على الارتفاع المداري Orbital Altitude للتغلب على مقاومة الغلاف الجوي Atmospheric Drag (سحب الغلاف الجوي).
سنتحدث أكثر عن سحب الغلاف الجوي والتأثيرات البيئية الأخرى في جزء آخر حول البيئة الفضائية.
العديد من الأقمار الصناعية الأصغر مثل الأقمار الصناعية النانوية Nano-Satellites أو البيكو Pico-Satellites بسبب التعقيد الذي تنطوي عليه لا تحتوي على أنظمة فرعية للدفع.
الأنظمة الفرعية للدفع تتكون من محركات الدفع Thrusters وخزانات وقود الدفع Propellant Tanks والصمامات والتوصيلات Plumbing التي تربط الخزانات بمحركات الدفع Thrusters .
سنناقش الدفع Propulsion بمزيد من التفصيل في جزء منفصل.
بعد الدفع Propulsion ننتقل إلى النظام الفرعي للطاقة الكهربائية Electrical Power Subsystem أو EPS .
.
النظام الفرعي للطاقة الكهربائية Electrical Power Subsystem
النظام الفرعي للطاقة الكهربائية EPS مسؤول عن توليد وتخزين وتوفير الطاقة الكهربائية للمركبة الفضائية بأكملها. تستخدم معظم الأقمار الصناعية المصفوفات الشمسية Solar Arrays لتوليد وتوفير الطاقة الكهربائية للمركبة الفضائية.
توفر المصفوفات الشمسية Solar Arrays أيضًا الطاقة للبطاريات Batteries لتخزينها ، لذلك عندما لا يكون القمر الصناعي مرئيًا للشمس ، يتم استخدام البطاريات لتوفير طاقة المركبة الفضائية خلال هذا الوقت من الخسوف Eclipse . مرة أخرى تمامًا كما هو الحال مع النظام الفرعي لتحديد الوضعية والتحكم فيها ADCS ، يوجد جهاز كمبيوتر أو بشكل أكثر تحديدًا يسمي نظام إدارة وتوزيع الطاقة Power Management and Distribution أو نظام PMaD (بِماد).
وحدة إدارة وتوزيع الطاقة PMaD هي المسؤولة عن توزيع الطاقة بالجهود الكهربية Voltages وقيم التيار الكهربي Current الصحيحة لبقية مكونات القمر الصناعي.
.
النظام الفرعي للتحكم الحراري Thermal Control Subsystem
النظام الفرعي التالي هو النظام الفرعي للتحكم الحراري Thermal Control Subsystem . الغرض من هذا النظام الفرعي هو تنظيم درجة الحرارة والحفاظ عليها في جميع أنحاء المركبة الفضائية وللحمولة ولجميع الأنظمة الفرعية الأخرى في نطاقات درجة الحرارة التي تضمن عملها على النحو الأمثل. مصادر الحرارة التي تؤثر على المركبة الفضائية تأتي من الشمس والأرض وداخليًا من المركبة الفضائية. يضمن النظام الفرعي للتحكم الحراري Thermal Control Subsystem الحفاظ على متطلبات درجة الحرارة لهذه الأنظمة الفرعية. في المقام الأول ، العزل insulation أو الطلاءات الواقية protective coatings تتعامل مع غالبية احتياجات التحكم الحراري للمركبة الفضائية.
بالإضافة إلى بعض الأمثلة الأخرى للمكونات التي يمكن للمركبة الفضائية استخدامها لإدارة الاحتياجات الحرارية مثل المشعات الحرارية Radiators التي تنبعث منها الحرارة أو الفتحات Louvers التي يمكن فتحها وإغلاقها مثل الستائر المعدنية لكشف أو تغطية المشعات الحرارية Radiators .
.
النظام الفرعي للهيكل Structure (الشاسيه)
النظام الفرعي التالي هو الهيكل/الشاسيه Structures . فكر في الهيكل باعتبارها إطارًا لشاسيه السيارة الخاص بنا.
كل شيء مرتبط به بحيث يتم ربط كل نظام فرعي بالمركبة الفضائية بهذا النظام الفرعي (الشاسيه) ومنها الحمولة Payload .
حجم الهيكل Structure يعتمد على الحمولة و متطلباتها ومركبة الإطلاق Launch Vehicle التي سيركبها القمر الصناعي للوصول إلى المدار. يمكن أن تتراوح أحجام الهيكل من حجم علبة الصودا إلى حجم حافلة كبيرة. تمتلك العديد من الشركات المصنعة للأقمار الصناعية هيكلًا قياسيًا Standard Structure مناسبا لاحتياجات المهام المختلفة.
.
النظام الفرعي للاتصالات Communications Subsystem
النظام الفرعي التالي هو النظام الفرعي للاتصالات Communications Subsystem هذا النظام الفرعي يسمح للأرض بإرسال أوامر إلى القمر الصناعي ونشر معلومات مثل موقع القمر الصناعي والحمولة الموجهة إلى الأرض. يتكون هذا النظام الفرعي بشكل كبير من أجهزة إرسال Transmitters وأجهزة استقبال Receivers وهوائيات Antennas .
من المهم ملاحظة أن الاتصالات Communications يمكن أن تكون هي نفسها مهمة المركبة الفضائية ولكن معظم المركبات الفضائية تحتاج إلى تلقي الأوامر Commands وإرسال بيانات القياس عن بعد Telemetry .
.
النظام الفرعي للقيادة ومعالجة البيانات Commanding and Data Handling Subsystem
النظام الفرعي الأخير الذي سنغطيه هو النظام الفرعي للقيادة ومعالجة البيانات Commanding and Data Handling Subsystem . هذا النظام الفرعي هو مخ المركبة الفضائية. يدير وسائط تخزين اليانات ويتحكم في جميع الأوامر الأرضية وفي بيانات الحمولة وفي القياس عن بُعد telemetry ، ويدير جميع مراحل مهمة المركبة الفضائية.
يتكون هذا النظام الفرعي من عدة عناصر. العنصر الأول هو وحدة المعالجة المركزية (CPU) التي تعمل مثل جهاز كمبيوتر نموذجي ولكنها وحدة قوية ومأهلة للعمل في بيئة الفضاء القاسية.
العنصر الثاني هو الذاكرة Memory . تخزن الذاكرة كلا من نظام التشغيل Operating System و برنامج التطبيقات Program Applications و تخزن حالة فحص القياس عن بُعد Health Telemetry وبيانات الحمولة Payload Data . بعد عنصر الذاكرة تأتي الروابط Links التي تربط واجهتنا Interface بأجهزة الاستشعار والحساسات Sensors وبالحمولة وبالأنظمة الفرعية الأخرى مع أدمغة المركبة الفضائية (CPU) .
العنصر الأخير في النظام الفرعي للقيادة ومعالجة البيانات Commanding and Data Handling Subsystem هو البرنامج Software . غالبًا ما يكون البرنامج هو الجزء الأكثر تكلفة في هذا النظام الفرعي ، تتطلب بعض أنظمة الفضاء عشرات الملايين من سطور التعليمات والأكواد البرمجية Code .
.
الخلاصة
تشكل كل هذه الأنظمة الفرعية مجتمعة الجزء الفضائي Space Segment من النظام الفضائي Space System ، وبمجرد أن يتم تجميعها معا ، يمكن أن يكون لها كتلة كبيرة جدًا ، وهي الكتلة الإجمالية للمركبة الفضائية Total Mass of the Spacecraft . والمهمة المرغوبة في المدار ستحدد مركبة الإطلاق Launch Vehicle المستخدمة لوضع القمر الصناعي في المدار مرة أخرى.
*
اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوك
و 
*******************************
مقالات جديدة
.
مواضيع ذات صلة
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
**************************************
ملاحظة
- إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
- أو راسلنا
علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim
مكتبة محاكاة الأجهزة
