يطابق اتصال شبكات الأقمار الصناعية طريقة تبادل المعلومات بين محطتين أرضيتين باستخدام أقمار صناعية تدور حول الأرض، وبمعنى آخر: يمكن القول إن الاتصال بين محطتين على الأرض بعيدتين عن طريق الأقمار الصناعية يعرف باسم “اتصالات الأقمار الصناعية” satellite communication؛ حيث تعمل العديد من الشركات على تطوير العمل عبر الفضاء عن طريق الأقمار الصناعية، ومن أبرز الشركات العاملة في هذ المجال: شركة Howmet Aerospace الأمريكية العاملة في مجال الطائرات، ومقرها بنسلفانيا، وشركة BAE Systems البريطانية.
في عالم التكنولوجيا نحن بحاجة إلى اتصالات عبر تلك الشبكات؛ لأن انتشار الموجات الأرضية بالقرب من سطح الأرض يفشل في ظل ظروف معينة؛ إذ إنها لا تدعم إرسال الإشارات لمسافات بعيدة جدًا ويصل أبعد مدى لها إلى 1500 كيلو متر، والسبب في ذلك هو انحناء الأرض وعملها كعائق في إرسال الإشارة بين طرفين، كما تقل جودة الإشارة عند زيادة مسافة الإرسال ومن ثم ينبغي استخدام أجهزة إعادة الإرسال التي يمكن أن توفر التضخيم Amplification اللازم للإشارة المرسلة.
وهناك أنواع مختلفة من شبكات الأقمار الصناعية المصممة لمهام مختلفة، وتستخدم خدمات الاتصالات عبر شبكات القمر الاصطناعي المتنقل نوعين من الشبكات؛ وهما: المدار الأرضي المنخفض Low-Earth Orbit والمدار الثابت بالنسبة للأرض Geostationary Orbit.
شبكات الأقمار الصناعية للمدار الأرضي المنخفض
تتكون شبكات الأقمار الصناعية للمدار الأرضي المنخفض LEO من كوكبة تشكل الشبكة، وتضم أقمارًا صغيرة تدور حول الأرض في سلسلة من المستويات، وتتبع الأقمار الصناعية بعضها البعض أثناء دورانها حول الأرض، وتعمل بالتوازي مع بعضها البعض لتوفير التغطية اللاسلكية المطلوبة لتوفير الخدمة، ويعني النمط المداري في الشبكات LEO أنها تتحرك باستمرار بالنسبة لسطح الأرض.
ومن معظم المواقع يمكن رؤية واحد أو أكثر من الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض في أي وقت، ولكن في بعض الأحيان قد يتم حجبها بسبب الحواجز المادية مثل المباني أو الجبال التي تسد مسار الإشارة إلى القمر، وتعتبر هذه الشبكات LEO مناسبة تمامًا للتطبيقات المحمولة؛ بحيث تحتاج إلى استخدام الخدمة أثناء التنقل.
والهوائيات الخارجية المستخدمة في المركبات والسفن والطائرات تعمل بمثابة مستقبلات ومرسلات للإشارات من وإلى القمر الصناعي، وهي عمومًا تعد صغيرة الحجم وغير مكلفة نسبيًا في تشكيل الشبكات للمدار الأرضي المنخفض مقارنة بهوائيات القمر الثابتة بالنسبة للأرض، كما أن أقمار المدار الأرضي المنخفض أقرب بكثير إلى الأرض وتكون على بعد 400 إلى 1800كم، في حين يبعد القمر الاصطناعي الثابت بالنسبة للأرض نحو 36000 كم، وبالتالي فإن التأخير في زمن الانتقال أو التأخر الصوتي في الشبكة يمكن أن يكون أقل بكثير في التقنية الأولى.
ما هي ميزة الشبكات الثابتة بالنسبة للأرض Geostationary satellites؟
تستخدم الشبكات الثابتة بالنسبة للأرض Geostationary Satellites عددًا أقل من الأقمار الاصطناعية مقارنة بسابقتها. ويوفر كل Satellite تغطية لمنطقة ثابتة من الأرض؛ حيث تتبع مدار الأرض، ويقع القمر الاصطناعي الثابت بالنسبة للأرض عامةً فوق خط الاستواء؛ ما يعني أن كل Satellite ثابت بالنسبة للأرض يبقى في المكان نفسه بالنسبة لسطح الأرض.
والقمر الاصطناعي الثابت بالنسبة للأرض Geostationary Satellites يكون على العموم أكبر حجمًا وتتطلب طاقة أكبر من المتواجدة في المدار الأرضي المنخفض Low-Earth Orbit؛ لأنه يحتاج إلى تغطية مساحة أكبر بكثير من سطح الأرض.
ويتمتع القمر الاصطناعي الثابت بالنسبة للأرض بنطاق ترددي Bandwidth متفوق للبيانات ولكن بما أنه يرتفع عن سطح الأرض بحوالي 36000 كيلو متر فإن ذلك يجعله يشهد تأخرًا في الوقت أو الصوت بمعدل أكبر من تأخر القمر الاصطناعي ذو المدار الأرضي المنخفض، فعند استخدام الهواتف ومحطات الشبكات الثابتة بالنسبة للأرض في بيئة متنقلة من الأفضل أن تكون لها زاوية ارتفاع عالية؛ لذلك تعمل هذه المحطات بشكل أفضل بالقرب من مركز منطقة التغطية.
قيود النطاق الترددي المحدود Bandwidth
قد تكون قيود عرض النطاق الترددي Bandwidth لخدمة الإنترنت عبر قمر صناعي محبطة للغاية. ومعظم مقدمي الخدمة لديهم حد لعرض النطاق الترددي، خاصة أثناء النهار في نطاق 10 إلى 20G من البيانات شهريًا، الشيء الذي يضع بالتأكيد عقبة أمام معدل بث مقاطع الفيديو والمواد التي يمكنك بثها، وتوجد أيضًا حدود عرض النطاق الترددي الليلي ولكنها أكبر بشكل عام من نظيراتها في النهار، وإذا لم تكن خدمة 4G متوفرة في المنطقة ويستوجب العمل سرعة أكبر للاتصال فقد يكون الإنترنت عبرها هو الخيار الأمثل، ورغم ذلك فإن الأشجار تعمل كمصدات تحجب العرض، كما أن ضعف تغطية 4G في المنطقة قد يحد من خيارات الإنترنت المتاحة.
وحتى تصبح خدمة 4G أو 5G أكثر انتشارًا في المناطق الريفية يجب التأكد من البحث في مجالات التغطية لمختلف شركات الاتصالات اللاسلكية قبل اختيار مقدم خدمة الإنترنت.