لماذا تُحوّل المكعبات الصناعية الوصول إلى الفضاء؟

لفترة طويلة، كان تصميم وإرسال القمر الصناعي إلى الفضاء نشاطاً مقتصراً على وكالات الفضاء الكبرى، والدول، والشركات ذات الموارد الكبيرة.

اليوم، هذا الواقع يتطور.

أدى ظهور CubeSats إلى تغيير عميق في الطريقة التي يمكن بها للجامعات والمختبرات والشركات الناشئة ومنظمات الفضاء الجديدة تصميم البعثات المدارية.

قمر صناعي يتناسب مع بضعة سنتيمترات

القمر الصناعي المكعب (بالإنجليزية: CubeSat) هو قمر صناعي مبني على بنية معيارية تعتمد على وحدات تسمى "U".

يبلغ حجم CubeSat 1U حوالي 10 × 10 × 10 سم. يمكن تجميع وحدات متعددة لتشكيل منصات أكبر: 2U، 3U، 6U، 12U وأكثر من ذلك.

يتيح هذا التوحيد القياسي تقليل بعض التعقيدات المرتبطة بتصميم القمر الصناعي.

بدلاً من تصميم كل عنصر من البداية، يمكن للفرق أن تعتمد على مكونات، واجهات ميكانيكية، أنظمة إلكترونية، وبنية أساسية مناسبة لهذا الشكل.

والنتيجة مهمة: يمكن تصميم مهمة فضائية بموارد محدودة أكثر بكثير من ذي قبل.

تقليل التكلفة دون إزالة التعقيد

الـ "كوبسات" صغيرة، لكن مهمة "كوبات" لا تزال مهمة فضائية حقيقية.

من الضروري إدارة إمدادات الطاقة، والتحكم الحراري، والاتصالات، والكمبيوتر على متن الطائرة، وتخزين البيانات، وتحديد المواقف والتحكم فيها، والبرمجيات والحمولة على متن الطائرة.

ومع ذلك، فإن التصغير يسمح باستخدام مكونات إلكترونية أكثر تكثيفًا بكثير وتوفيرًا للطاقة.

يمكن للفرق أيضًا تطوير واختبار الأنظمة الفرعية المختلفة بشكل منفصل قبل دمجها في القمر الصناعي.

هذا النهج يجعل المشاريع أكثر قابلية للوصول إلى الجامعات والهياكل الصغيرة، مع السماح للطلاب والمهندسين الشباب للمشاركة مباشرة في تصميم نظام فضائي كامل.

مختبرات في المدار

أحد المصالح الرئيسية لـ CubeSats هي قدرتها على العمل كمنصات تجريبية.

يمكن للقمر الصناعي الصغير تشغيل كاميرا أو مستشعر علمي أو جهاز عرض تكنولوجي أو نظام اتصال أو تجربة تهدف إلى اختبار تقنية جديدة في ظروف الفضاء.

ثم يصبح المدار مختبرًا حقيقيًا.

يمكن تطوير التكنولوجيا على الأرض، وتصغيرها، ودمجها في CubeSat، ثم اختبارها مباشرة في بيئة الفضاء.

هذا الاحتمال يسرع بشكل كبير من تجربة التقنيات الجديدة.

بوابة جديدة للجامعات

كما غيرت كيوبسات التدريب في قطاع الفضاء.

بناء القمر الصناعي يتطلب جمع العديد من التخصصات: الإلكترونيات، الميكانيكا، الحاسوب، الاتصالات، التشغيل الآلي، معالجة الإشارة، الذكاء الاصطناعي، علم البيانات والفيزياء.

لذلك يصبح مشروع كيوبسات بيئة تعليمية كاملة بشكل خاص.

لم يعد الطلاب يعملون فقط على محاكاة أو نماذج مختبرية. يمكنهم أن يشاركوا في مشروع يكون النظام النهائي مُصمّمًا للعمل الفعلي في المدار.

كما أنها طريقة لتطوير المهارات محليًا والتي يمكن بعد ذلك إعادة استخدامها في قطاعات التكنولوجيا الأخرى.

الدور الحيوي للمحطات الأرضية

إنّ إرسال (كوبسات) إلى المدار هو نصف المشكلة.

بمجرد وصولك إلى الفضاء، يجب أن تكون قادرًا على التواصل معه.

يجب أن يتلقى القمر الصناعي أوامر من الأرض ويرسل بياناته إلى محطة أو محطات أرضية. وهذا يتطلب الهوائيات والأنظمة الراديوية وبرمجيات التحكم والإجراءات اللازمة لتخطيط وإجراء جلسات الاتصال.

هذا هو المكان الذي تصبح فيه الاتصالات الفضائية مهمة جداً.

سرعان ما يصبح القمر الصناعي المكعب بدون بنية تحتية مناسبة للاتصالات والمراقبة منصة صعبة التشغيل.

وبالتالي فإن تطوير شبكات المحطات الأرضية يزيد من إمكانيات هذه الأقمار الصناعية الصغيرة.

فرصة لأفريقيا

بالنسبة للبلدان الأفريقية الراغبة في تطوير قدراتها الفضائية، تمثل الأقمار الصناعية المكعبة مسارًا مثيرًا للاهتمام بشكل خاص.

إنها تمكن من البدء في بناء الخبرة الوطنية حول مهام ملموسة دون الحاجة إلى الحصول على البنية التحتية اللازمة لتصميم الأقمار الصناعية التقليدية الكبيرة على الفور.

لكن لا ينبغي أن يكون الهدف مجرد "بناء قمر صناعي صغير".

التحدي يكمن في السيطرة تدريجياً على السلسلة بأكملها: تحديد المهمة، تصميم الأنظمة الفرعية، التكامل، الاختبار، الإطلاق، الاتصالات، الرقابة الأرضية، معالجة البيانات، والاستغلال العلمي.

هذا هو السيطرة التدريجية على سلسلة القيمة التي تسمح بتحويل مشروع جامعي إلى قدرة فضائية حقيقية.

لوكالة الفضاء ريكا

بالنسبة لوكالة الفضاء RECA، تمثل CubeSats تكنولوجيا مثيرة للاهتمام بشكل خاص في بناء النظام البيئي الفضائي الأفريقي.

فهي تقرب الطلاب والمهندسين والباحثين والمطورين من القضايا الملموسة لصناعة الفضاء: تصميم الأنظمة المدمجة والاتصالات والبرمجيات ومعالجة البيانات وعمليات البعثة.

لذا فالمكعبات الفضائية لا تجعل الفضاء بسيطاً.

إنهم ببساطة يجعلون الوصول إليه أكثر انفتاحاً.

وفي قطاع غالبًا ما تبدأ فيه كل قدرة جديدة بمهمة أولى، يمكن أن يلعب هذا التطور دورًا رئيسيًا في ظهور قوى فضائية جديدة، بما في ذلك في القارة الأفريقية.