لا يحدد ارتفاع القمر الصناعي مسافة اتصال قصوى واحدة. يقع القمر المستقر بالنسبة إلى الأرض على ارتفاع يقارب 35,786 km فوق خط الاستواء، لكن المسار المائل من المحطة يكون عادة أطول. يعتمد الاستقبال على ميزانية الوصلة، بينما يعتمد التأخير على المسار الكامل.
الارتفاع ونصف قطر المدار والمسافة إلى المحطة
يقاس الارتفاع من السطح، ونصف قطر المدار من مركز الأرض. يبلغ نصف قطر مدار GEO نحو 42,164 km. أما المسافة إلى المحطة فتعتمد على موضعها وموضع القمر.
في نموذج الأرض الكروية: r = √[(R+h)² + R² − 2R(R+h)cos ψ]، حيث R نصف قطر الأرض، وh الارتفاع، وψ الزاوية المركزية بين المحطة والنقطة الواقعة تحت القمر. عند ψ = 0 تصبح المسافة مساوية للارتفاع.
يحد الأفق وأدنى زاوية ارتفاع مقبولة من الهندسة المفيدة. زيادة قدرة الإرسال لا تجعل قمراً تحجبه الأرض مرئياً مباشرة.
لماذا يبدو GEO ثابتاً
المدار المستقر دائري واستوائي ويتبع دوران الأرض بدورة تقارب يوماً نجمياً، أي 23 h 56 min. يتحرك القمر بسرعة نحو 3.07 km/s؛ فهو ليس ساكناً في الفضاء.
المدار المتزامن له الفترة نفسها، لكن الميل أو اللامركزية قد يمنعان بقاء القمر فوق نقطة واحدة. وهذا يؤثر في التوجيه والتتبع.
المدارات الأخرى والتغطية
| المنطقة | مرجع عام | شرط مهم |
|---|---|---|
| LEO | عادة دون 2,000 km. | مرور وهندسة متغيران. |
| MEO | بين LEO وGEO في التقسيم الشائع. | يعتمد على المدار. |
| GEO | نحو 35,786 km. | اتجاه شبه ثابت. |
يمثل نطاق 500–1,200 km بعض الكوكبات وليس كل المدارات المنخفضة. قد تتطلب استمرارية الخدمة عدة أقمار وتسليم الاتصال بينها. يحتاج عدد الأقمار العاملة إلى بيانات محدثة.
زمن انتشار الإشارة
لمقطع واحد: t = r/c. يستغرق المسار الرأسي بين الأرض وGEO نحو 119 ms. يضم المسار أرض–قمر–أرض مقطعين، بنحو 239 ms، وتضم الرحلة ذهاباً وإياباً أربعة مقاطع، بنحو 477 ms.
هذه مراجع هندسية مثالية. تضيف المسارات المائلة والمعالجة وإتاحة القناة والشبكة الأرضية زمناً آخر. ليست 270 ms قيمة عامة لمقطع منفرد طوله 36,000 km.
عند ارتفاع 600 km فوق المحطة مباشرة يستغرق مقطع واحد نحو 2.0 ms. لا يعني ذلك أن زمن استجابة خدمة الإنترنت كلها هو القيمة نفسها.
القدرة والهوائيات وميزانية الوصلة
في الفضاء الحر: LFS = 20 log10(4πr/λ). عند 12 GHz ومسافة 36,000 km تكون الخسارة نحو 205.2 dB. مضاعفة المسافة مع ثبات التردد والكسب تضيف نحو 6 dB.
تشمل الميزانية الاستقطاب والكابلات والغلاف الجوي والضوضاء والهامش. لا يضمن اسم Ka وحده مدى أو سرعة أكبر. وإذا ثبتت مساحة الفتحة بدلاً من الكسب فإن الكسب يتغير أيضاً مع التردد.
في نموذج تبقى فيه العوامل الأخرى ثابتة، تضاعف القدرة يضيف نحو 3 dB ويسمح بمسافة تقارب √2 من الأصل. هذه ليست نسبة تحسن ثابتة لكل الخدمات.
الهاتف والإنترنت والتطبيقات الحساسة للتأخير
قد يستخدم الهاتف الفضائي ومحطة الإنترنت نطاقات وهوائيات وموارد مختلفة. تحقق من التوافق ورؤية السماء والخدمة، وليس الارتفاع فقط.
للمكالمات المرئية قارن التأخير المقاس وتغيره وفقد الحزم والاستقرار أثناء الحمل. قد تقلل شبكة LEO جزء الانتشار مقارنة مع GEO، لكنها لا تضمن أقل تأخير من كل مسار أرضي أو بصري.
GEO ليس الحد الأقصى للاتصال الفضائي
تستخدم المهمات الأبعد محطات وهوائيات ومعدلات بيانات مناسبة. لا تحدد قدرة منفردة أو اسم قمر المسافة القصوى وحدهما.
حدد أسوأ مسافة تشغيلية والرؤية ومعلمات الطرفين والخدمة المطلوبة. راجع شرح ESA للمدارات ومعادلة Friis مع شروط تطبيقهما.
