مدار القوة: سباق الإنترنت الفضائي وتأثيره على الدول النامية

على الصعيد العالمي، يفتقر ما يقدر بنحو 4.2 مليار شخص إلى إمكانية الوصول إلى الإنترنت، مما يسلط الضوء على التفاوت التكنولوجي الكبير. وتؤثر هذه الفجوة الرقمية بشكل غير متناسب على المجتمعات الريفية والنائية، مما يعيق وصولها إلى الرعاية الصحية الأساسية والتعليم والفرص الاقتصادية . غالبًا ما يواجه توسيع البنية التحتية الأرضية التقليدية قيودًا مالية وجغرافية في هذه المناطق. ومع تزايد إمكانية الوصول إلى تكنولوجيا الأقمار الصناعية، تظهر حلول الإنترنت الفضائي كبديل محتمل.

ومع ذلك، فقد أدى انخفاض تكلفة إنتاج الأقمار الصناعية وإطلاقها، إلى جانب التقدم التكنولوجي، إلى ظهور مشهد تنافسي في المدار الأرضي المنخفض (LEO). وتتنافس الدول والشركات المتقدمة الآن على الهيمنة في المدار الأرضي المنخفض، مما يثير المخاوف بشأن إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا في المستقبل بالنسبة للبلدان النامية. يستكشف هذا المقال التحديات الناجمة عن هذه المنافسة المتصاعدة وتداعياتها المحتملة على الإدماج الرقمي للدول النامية.

المدار الأرضي المنخفض (LEO) هو عبارة عن منطقة في الفضاء تقع على ارتفاعات منخفضة نسبيًا فوق سطح الأرض، وتتراوح عادة من حوالي 160 كيلومترًا إلى 2000 كيلومتر . نظرًا لقربه من الأرض، يلعب المدار الأرضي المنخفض دورًا حاسمًا في العديد من المهام والتطبيقات الفضائية، بما في ذلك مراقبة الأرض والاتصالات والبحث العلمي. الصورة التالية توضح الارتفاعات المدارية الأولية:

الارتفاعات المدارية للعديد من الأقمار الصناعية الهامة التي تدور حول الأرض    

المصدر: صمم بواسطة مارك ميرسر، رابط الاطلاع https://en.wikipedia.org/wiki/Low_Earth_orbit#/media/File:Orbitalaltitudes.svg

ويلعب المدار الأرضي المنخفض دورًا محوريًا في توفير الاتصال عبر مجموعات الأقمار الصناعية في الإنترنت الفضائي. ويجري حاليًا تطوير مجموعات أقمار صناعية بارزة في المدار الأرضي المنخفض لتكون بمثابة العمود الفقري لإنترنت النطاق العريض العالمي ومتطلبات الاتصالات الأخرى، بهدف توفير اتصال في كل مكان في جميع أنحاء العالم . يعكس تكامل شبكات الأقمار الصناعية LEO مع البنية التحتية للإنترنت الأرضية، والذي يتمثل في مشاريع مثل مشروع StarLink، الاهتمام المتزايد بتسخير الأقمار الصناعية LEO لتحسين الاتصال العالمي. وقد أدى ذلك إلى إشعال نوبة عالمية لنشر الأقمار الصناعية في هذا المدار، خاصة خلال العقد الماضي، كما هو موضح في الشكل التالي:

يوضح الرسم البياني السابق، الرسم البياني زيادة مطردة في عدد الأجسام الموجودة داخل هذا المدار، حيث ارتفع من حوالي 3900 في عام 2013 إلى أكثر من 10200 في عام 2023.

وفي حين توفر الأقمار الصناعية LEO مزايا للاتصال بالإنترنت في الفضاء، فإنها تواجه قيودًا تؤثر على فعالية وكفاءة شبكات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية في هذه المنطقة المدارية. وبالتالي، فإن الطلب على خدمات الإنترنت من الأقمار الصناعية الموجودة في مدار أرضي منخفض (LEO) قد لا يتم تلبيته بالكامل.

بدءًا من قرب الأقمار الصناعية LEO، التي تدور حول الأرض على ارتفاعات تصل إلى 2000 كيلومتر، فإنها توفر تغطية أضيق مقارنة بالأقمار الصناعية الموجودة في مدارات أعلى مثل الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض، والتي تدور على ارتفاع 35786 كيلومترًا تقريبًا فوق خط الاستواء. يؤدي الارتفاع المنخفض إلى قيام كل قمر صناعي بتغطية مساحة أصغر من سطح الأرض في وقت واحد. وتتطلب منطقة التغطية المقيدة هذه نشر عدد أكبر من الأقمار الصناعية لتحقيق التغطية العالمية، وبالتالي زيادة تعقيد وتكلفة شبكة الأقمار الصناعية .

وتتسبب الأقمار الصناعية العديدة في تأخير نقل الإشارات بينها وبين جهاز الاستقبال النهائي. يُعرف هذا بكمون الإشارة؛ لأنه يجب تبادل الإشارات بين العديد من الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية المتعددة. ويؤثر هذا التأخير على وظائف الإنترنت الأساسية، مثل البث المباشر للمؤتمرات والاجتماعات والمكالمات الهاتفية والفعاليات الرياضية .

أحد الآثار الجانبية الأكثر خطورة للعدد المتزايد من الأجسام الموجودة في المدار هو زيادة احتمال الاصطدامات بينها. ويتفاقم هذا القلق بسبب المساحة المحدودة المتاحة في المدار مقارنة بعدد الأجسام التي تدور داخله. وبالتالي، هناك حاجة إلى موارد إضافية وتنسيق إضافي لمناورة الأقمار الصناعية ومنع الاصطدامات، مما يضمن استدامة مدارات المدار الأرضي المنخفض. تؤثر هذه التحديات بشكل كبير على الكفاءة الشاملة لعمليات الإنترنت الفضائية.

شرعت البلدان في جميع أنحاء العالم في سباق لإطلاق العديد من الأقمار الصناعية في المدار، مدفوعة بهدفين رئيسيين: الاستفادة من فوائد الإنترنت الفضائي، كما ظهر بشكل ملحوظ خلال الصراع الروسي الأوكراني عندما وفرت ستارلينك إمكانية الوصول إلى الإنترنت لأوكرانيا بعد القيود الروسية، بالإضافة إلى تأمين حصة كبيرة من الفضاء المداري المحدود قبل أن يصبح غير قادر على استيعاب المزيد من الأقمار الصناعية.

ففي عام 2023، أطلقت المنظمات في جميع أنحاء العالم أكثر من 2600 جسم إلى المدار الأرضي المنخفض، وهو مايتجاوز إجمالي الكمية التي تم إطلاقها خلال الفترة من عام 2006 إلى عام 2018. ومعظم هذه الأجسام، والتي تقدر بحوالي 2200 جسم، جاءت من الولايات المتحدة الأمريكية. ويوضح الرسم البياني أدناه هذا الاتجاه المتصاعد:

ويصور الرسم البياني زيادة كبيرة في عدد الأجسام التي تم إطلاقها في الفضاء خلال العقدين الماضيين. ومن عام 2000 إلى عام 2023، ارتفع العدد السنوي لعمليات الإطلاق من 121 إلى 2664. وكانت الولايات المتحدة رائدة باستمرار في عدد الأجسام التي تم إطلاقها، وشهدت الصين زيادة ملحوظة في السنوات الأخيرة. وفي عام 2023، أطلقت الولايات المتحدة 2166 جسمًا، بينما أطلقت الصين 128 جسمًا.

ولعل الدافع الرئيسي وراء هذا الاتجاه هو ظهور مجموعات تجارية ضخمة للوصول إلى الإنترنت عريض النطاق، مما يشير إلى أن سوق الإطلاق الفضائي العالمي مهيأ للتوسع المستمر في السنوات القادمة، حيث تخطط العديد من الشركات، بما في ذلك سبيس إكس SpaceX، و وان ويب OneWeb، ومشروع كويبر التابع لأمازون Amazon’s Project Kuiper، لمجموعات بارزة تضم آلاف الأقمار الصناعية.

فعلى المستوى الحكومي، تعمل الحكومة الصينية على توسيع برنامجها الفضائي، بما في ذلك تطوير صناعة الفضاء التجارية. كما أن لدى اليابان برنامج فضائي راسخ يركز على المهمات البحثية ومراقبة الأرض. ويعمل كل من البلدين أيضًا على تطوير القطاع الفضائي التجاري. فعلى الرغم من أن برنامج الفضاء الروسي يواجه مشاكل مثل القيود المالية المحتملة والتنافس مع دول أخرى ذات قدرات فضائية إلا أنه لايزال يحتفظ بقدرة إطلاق كبيرة. ونتيجة لهذا الزيادة، يمكن أن يصل العدد السنوي للأجسام التي يتم إطلاقها عالميًا إلى 10,000 بحلول عام 2030.

ومع تزايد عدد عمليات الإطلاق والمساحة المدارية المحدودة، تتزايد المخاوف بشأن الاستدامة المدارية. ويستلزم ذلك ضمان استمرارية وسلامة البيئة المدارية على المدى الطويل بالنسبة للأنشطة الفضائية، بما في ذلك عمليات الأقمار الصناعية والبعثات الفضائية . ويهدد العدد المتزايد من الأجسام الفضائية المخطط لها هذا الأمر، مما يثير شبح السيناريو الأسوأ الذي يمكن أن يلحق أضرارًا بالغة بالمدار.

تقدم متلازمة كيسلر سيناريو نظريًا في المدار الأرضي المنخفض (LEO) حيث تصل كثافة الأجسام الفضائية إلى نقطة حرجة، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل من الاصطدامات التي تولد المزيد من الحطام. يشكل هذا التأثير المتتالي تهديدًا كبيرًا للأقمار الصناعية العاملة والمركبات الفضائية والمهمات الفضائية المستقبلية، مما قد يجعل بعض الارتفاعات المدارية غير صالحة للاستخدام بسبب زيادة خطر الاصطدامات.

تتأثر استدامة مدارات المدار الأرضي المنخفض بشكل مباشر بمتلازمة كيسلر. مع زيادة عدد الحطام في المدار الأرضي المنخفض، يزداد أيضًا خطر الاصطدامات، مما يخلق دورة مكتفية ذاتيًا من توليد الحطام. يعرض هذا السيناريو الأقمار الصناعية الحالية للخطر ويطرح تحديات أمام إطلاق الأقمار الصناعية والأنشطة الفضائية في المستقبل. يمكن أن يؤدي تراكم الحطام إلى بيئة مدارية مزدحمة وخطيرة، مما يجعل الملاحة صعبة ويزيد من احتمالية الاصطدامات.

يمكن أن تؤثر متلازمة كيسلر بشكل كبير على فرص الدول النامية في إنشاء خدمات الإنترنت الفضائية. فالتأثيرات المحتملة لمتلازمة كيسلر على فرص الدول النامية في استخدام الإنترنت الفضائي عديدة، أهمها ما يلي:
– محدودية الوصول إلى الفتحات المدارية: يمكن أن يؤدي تراكم الحطام الفضائي بسبب متلازمة كيسلر إلى زيادة خطر الاصطدامات في المدار الأرضي المنخفض، ما قد يؤدي إلى تشبع الفتحات المدارية بالحطام. وقد يحد هذا الوضع من توافر المواقع المدارية الآمنة وجديرة بالاستخدام لإطلاق الأقمار الصناعية وتشغيلها، مما يحد من قدرة الدول النامية على إنشاء البنية التحتية للإنترنت الفضائي الخاصة بها.

– زيادة مخاطر عمليات الأقمار الصناعية: يشكل تفشي حطام الفضاء خطراً متزايداً على الأقمار الصناعية العاملة في المدار الأرضي المنخفض، بما في ذلك تلك المخصصة لخدمات الإنترنت الفضائي. ويمكن أن يؤدي وجود شظايا الحطام إلى تهديد سلامة الأقمار الصناعية ووظائفها، مما قد يؤدي إلى تعطيل شبكات الاتصالات وعرقلة نشر الأقمار الصناعية الجديدة لدى الدول النامية.

– ارتفاع التكاليف والتحديات التقنية: لمواجهة المخاطر المرتبطة بمتلازمة كيسلر، يتطلب الأمر تقنيات متقدمة لتتبع الحطام الفضائي وتجنب التصادم والوعي بالوضع الفضائي. قد تحتاج الدول النامية إلى مساعدة في الحصول على الموارد والخبرات اللازمة للتعامل مع هذه التعقيدات التقنية، ما يؤدي إلى زيادة التكاليف والعقبات التشغيلية في إنشاء وصيانة أنظمة الإنترنت الفضائي.

في نهاية المطاف، يتطلب ضمان إمكانية الوصول إلى الإنترنت الفضائي واستدامته بذل جهد عالمي متضافر لمعالجة هذه المجالات الرئيسية:
1. الاستخدام المسؤول للفضاء: يجب على الحكومات والكيانات الفضائية التجارية إعطاء الأولوية لاستراتيجيات تخفيف الحطام الفضائي وتجنب الاصطدامات. ويعد تنفيذ أنظمة أكثر صرامة وتطوير التكنولوجيا أمرًا بالغ الأهمية للتخفيف من التهديد المتزايد للحطام المداري.

2. التعاون الدولي: ينبغي للدول التي ترتاد الفضاء أن تتعاون لوضع مبادئ توجيهية وبروتوكولات للسلوك المسؤول في المدار الأرضي المنخفض (LEO). ويشمل ذلك تعزيز شفافية الإطلاق وتسهيل تبادل التكنولوجيا لدعم مبادرات الفضاء المستدامة.

3. بناء القدرات للدول النامية: يجب أن تركز المساعدة الدولية على تمكين الدول النامية من اكتساب المعرفة والموارد والبنية التحتية الأساسية للمشاركة بشكل مسؤول في سباق المدار الأرضي المنخفض. وهذا يضمن الوصول العادل إلى فوائد الإنترنت الفضائي.

4. النهج البديل: الاستثمار في الحلول الأرضية واستكشاف مدارات أعلى للاتصال يمكن أن يكمل الجهود المبذولة لتقليل الاعتماد على المدار الأرضي المنخفض وتعزيز قابليته للاستخدام على المدى الطويل.

وفي الختام، يعتمد مستقبل الإنترنت الفضائي على تحقيق التوازن بين الابتكار والتعاون للحفاظ على بيئة مدارية آمنة ويمكن الوصول إليها. وبدون اتخاذ تدابير استباقية، فإن سد الفجوة الرقمية قد يؤدي إلى تفاقم عدم المساواة وتعريض إمكانية استخدام هذا المورد المداري الحيوي للخطر.

Danner, H. and Thøgersen, J. (2021). Does online chatter matter for consumer behaviour? a priming experiment on organic food. International Journal of Consumer Studies, 46(3), 850-869. https://doi.org/10.1111/ijcs.12732

Tremaine, S. and Yavetz, T. D. (2014). Why do earth satellites stay up?. American Journal of Physics, 82(8), 769-777. https://doi.org/10.1119/1.4874853

Rawls, M. L., Thiemann, H. B., Chemin, V., Walkowicz, L. M., Peel, M., & Grange, Y. (2020). Satellite constellation internet affordability and need. Research Notes of the AAS, 4(10), 189. https://doi.org/10.3847/2515-5172/abc48e

Zheng, G., Wang, N., Tafazolli, R., & Wei, X. (2020). Geosynchronous network grid addressing for integrated space-terrestrial networks. 2020 IEEE 28th International Conference on Network Protocols (ICNP). https://doi.org/10.1109/icnp49622.2020.9259376

Lin, H. (2014). Efficient dynamic authentication for mobile satellite communication systems without verification table. International Journal of Satellite Communications and Networking, 34(1), 3-10. https://doi.org/10.1002/sat.1088

Durga, S., Rajeshwari, C., Allehaibi, K. H. S., Gupta, N., Albaqami, N. N., Bharti, I., … & Basori, A. H. (2022). Deep reinforcement learning-based long short-term memory for satellite iot channel allocation. Intelligent Automation &Amp; Soft Computing, 33(1), 1-19. https://doi.org/10.32604/iasc.2022.022536

Serfontein, Z., Kingston, J., Hobbs, S., Impey, S. A., Aria, A. I., Holbrough, I., … & Beck, J. C. (2022). Effects of long-term exposure to the low-earth orbit environment on drag augmentation systems. Acta Astronautica, 195, 540-546. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.06.009

Sheetz, Amanda Macias,Michael, Pentagon awards SpaceX with Ukraine contract for Starlink satellite internet, CNBC, 2023-06-01, Available at: https://www.cnbc.com/2023/06/01/pentagon-awards-spacex-with-ukraine-contract-for-starlink-satellite-internet.html

Gusmini, D., D’Ambrosio, A., Servadio, S., Siew, P. M., Di Lizia, P., & Linares, R. (2024). Effects of orbit raising and deorbiting in source-sink evolutionary models. Journal of Spacecraft and Rockets, 1-14. https://doi.org/10.2514/1.a35849

Izzo, D., Getzner, I., Hennes, D., & Simões, L. (2015). Evolving solutions to tsp variants for active space debris removal. Proceedings of the 2015 Annual Conference on Genetic and Evolutionary Computation. https://doi.org/10.1145/2739480.2754727

Rao, A. and Rondina, G. (2022). Open access to orbit and runaway space debris growth.. https://doi.org/10.48550/arxiv.2202.07442