قمر صناعي يدور حول الأرض صمم لقياس توزيع الغطاء السحابي في الجزء النهاري من مداره. يعد أول “قمر أرصاد جوية” في العالم. وهو عبارة عن كرة من المغنيسيوم تزن 10.75 كلغ وقطرها 50.8 سم.

أطلق يوم 17 فبراير/شباط 1959 في سياق دولي اتسم بالحرب الباردة التي كانت مستعمرة بين المعسكرين الغربي، بقيادة الولايات المتحدة الأمريكية، والشرقي، بقيادة الاتحاد السوفييتي.

وكان ثاني إطلاق ناجح إلى المدار لبرنامج الأقمار الصناعية الأميركي (آي جي واي فانغارد)، وأول قمر صناعي مغطى بالسحب. انتهت مهمته يوم 8 مايو/أيار 1959، ويتمتع بعمر مداري إجمالي متوقع يتراوح بين 200 إلى 300 عام.

هدف فانغارد 2

كان الهدف من إطلاق فانغارد 2 هو قياس انعكاس ضوء الشمس من الغطاء السحابي ومن سطح الأرض. وكان هدف البرنامج، الذي تديره البحرية الأميركية، إطلاق قمر صناعي واحد أو أكثر في مدار الأرض خلال السنة الجيوفيزيائية الدولية (آي جي واي).

والسنة الجيوفيزيائية الدولية عبارة عن مجموعة من الأبحاث المنسقة على نطاق عالمي، والتي أجريت في الفترة ما بين يوليو/تموز1957 وديسمبر/كانون الأول 1958، خلال فترة النشاط الشمسي الأقصى، بهدف فهم الخصائص الفيزيائية للأرض بشكل أفضل، والتفاعلات بين الشمس وكوكب الأرض.

دفع نجاح تجربة “فانغارد 2” المؤتمر العالمي الثالث للأرصاد الجوية، الذي عُقد في جنيف (مايو/أيار 1959)، إلى الاعتراف بأهمية أقمار الأرصاد الجوية في معرفة الدورة العامة للغلاف الجوي، ومن ثم التنبؤ بالطقس.

يرى مختبر الأبحاث البحرية للولايات المتحدة (إن آر إل) أن التجارب العلمية التي أجريت على أقمار فانغارد الصناعية، والتي دشنها نجاح مهمة فانغارد 2، أدت إلى زيادة المعرفة العلمية بالفضاء وفتحت المجال أمام تجارب أكثر تطورا.

إطلاق “فانغارد 2”

أطلق فانغارد 2 من قاعدة كيب كانافيرال في ولاية فلوريدا بالولايات المتحدة الأميركية يوم 17 فبراير/شباط 1959، وشُغل جهاز إرسال القياس عن بعد لمدة 23 يوما، لكن البيانات حول الغطاء السحابي تدهورت بشدة بسبب تذبذب محور الدوران.

كما اشتغل جهاز الإرسال لمدة 26 يوما، حتى 15 مارس/آذار، أجريت خلالها 244 عملية رصد رئيسية، وبعد نفاد البطاريات، ظل القمر الصناعي مُتَتبَّعًا بصريًا من الأرض لدراسة السَّحب الجوي ومجال الجاذبية.

انتهت مهمة فانغارد 2 يوم 8 مايو/أيار 1959، بعمر مداري إجمالي متوقع يتراوح بين 200 إلى 300 عام.

المركبة الفضائية وأنظمتها الفرعية

كان القمر الصناعي فانغارد 2 عبارة عن كرة من المغنيسيوم تزن 10.75 كيلوغرامات وقطرها 50.8 سنتيمترا. وكان مطليا بالذهب من الداخل ومغلف خارجيا بطبقة من الألومنيوم المطلي بأول أكسيد السيليكون المصقول بسماكة كافية لضمان التحكم الحراري للأجهزة.

ركبت حزمة أدوات الحمولة وسط الكرة، ورُتبت الحزمة في طبقات أسطوانية، من الأسفل بطاريات الزئبق، تليها إلكترونيات نظام التتبع (مينيتراك)، والإلكترونيات البيئية، وأدوات القياس عن بعد، والإلكترونيات التجريبية.

وفي أسفل الحزمة في الجزء السفلي من الكرة ركب جهاز الفصل، وهو أنبوب محمل بنابض مزود بمُؤَقت مصمم لتحريك القمر الصناعي بعيدا عن الطابق الثالث لمركبة الإطلاق بمجرد الوصول إلى المدار.

رُكب في الجزء العلوي الداخلي للكرة مقياس الضغط. وكان لدى القمر الصناعي أيضا تلسكوبان بصريان مع خليتين ضوئيتين مثبتتين على جانبي الكرة بزاوية 45 درجة على محور الدوران. أما الهوائي فتشكل من ثني أربعة قضبان معدنية مشدودة إلى نابض مقاسه 76.2 سنتيمتر على طول خط استواء الكرة وأسقطت بشكل قطري للخارج عند نشرها.

تم تأمين الاتصال اللاسلكي للقمر الصناعي بواسطة جهاز إرسال عن بعد بقوة 1 وات و108.03 ميغاهرتز، يشتغل بواسطة المحطة الأرضية وجهاز إرسال بقوة 10 ميغاوات و108 ميغاهرتز، ويرسل إشارة مستمرة لأغراض التتبع.

واستخدم جهاز استقبال الأوامر لتنشيط جهاز تسجيل بسعة 50 دقيقة ينقل بيانات تجربة التلسكوب إلى جهاز الإرسال عن بعد. وثُبت القمر الصناعي على الدوران عند 50 دورة في الدقيقة.

مركبة الإطلاق

فانغارد هو التصميم المستخدم لكل من مركبة الإطلاق والقمر الصناعي. وتتكون مركبة اختباره من ثلاث طوابق (عبارة عن طوابق من 3 صواريخ). شُغّل الطابق الأول بواسطة نظام (جي إي  إكس- 405 28,000 باوند)، وكان يحتوي على 152 كيلوغراما من بيروكسيد الهيدروجين، ويبلغ ارتفاعه 13.4 مترا، وقطره 1.14 مترا، وتبلغ كتلته عند الإطلاق حوالي 8090 كلغ.

الطابق الثاني عبارة عن محرك سائل (أيه جي-10)  يبلغ ارتفاعه 5.8 أمتار وقطره 0.8 مترا، يحرق 1520 كيلوغراما من ثنائي ميثيل هيدرازين غير المتماثل (يو دي إم إتش) وحمض النيتريك الأبيض المانع للدخان ( دبل يو آي إف إى أيه) مع خزان ضغط الهيليوم. أنتج قوة دفع تبلغ 7340 رطلا  ما يقارب (32600 نيوتن)، كتلته عند الإطلاق حوالي 1990 كيلوغراما، وتحتوي هذه المرحلة على نظام التوجيه والتحكم الكامل.

طورت شركة “غراند سنترال روكيت سي أوه” صاروخا يعمل بالوقود الصلب بقوة دفع تبلغ 2350 رطلا، ما يقارب (10400 نيوتن) (لمدة احتراق تبلغ 30 ثانية)، لتلبية متطلبات المرحلة الثالثة.

يبلغ ارتفاع منظومة الطابق الثالث 1.5 مترا (60 بوصة) وقطرها 0.8 مترا (31.5 بوصة) وكانت كتلة الإطلاق 194 كيلوغراما. ويحتوي الغلاف الفولاذي الرقيق (0.076 سينتيمترا) للطابق على قبة أمامية نصف كروية مع عمود في المنتصف لدعم القمر الصناعي وقبة خلفية في فوهة خروج فولاذية.

كان الارتفاع الإجمالي للمركبة المزودة بالقمر الصناعي حوالي 21.9 مترا (72 قدما). وكانت سعة الحمولة 11.3 كيلوغراما (25 رطلاً) لمدار أرضي يبلغ علوه 555 كلم (345 ميلا).

استغرق إطلاق المرحلة الأولى (صاروخ الطبقة الأولى) مدة 144 ثانية، ليصل إلى ارتفاع 58 كيلومترا (36 ميل)، ثم إطلاق المرحلة الثانية (صاروخ الطبقة الثاني) لمدة 120 ثانية على ارتفاع 480 كيلومترا (300 ميل)، وبعد ذلك إطلاق المرحلة الثالثة لوضع القمر الصناعي في مداره بواسطة صاروخ الطبقة الثالث.

السياق الدولي: سباق الفضاء

أطلق فانغارد 2 في سياق دولي وسمته الحرب الباردة، ففي عام 1955، ومع تصنيع الولايات المتحدة الأميركية والاتحاد السوفياتي صواريخ باليستية تستخدم لإطلاق أجسام في الفضاء، كانت الساحة مهيأة للمنافسة القومية.

وفي إعلانين منفصلين، أعلنت كلتا الدولتين أنهما ستطلقان أقمارا صناعية للأرض بحلول عام 1957 أو 1958. ويوم 29 يوليو/تموز 1955، أعلن السكرتير الصحفي للرئيس الأميركي دوايت آيزنهاور (1890–1969) أن الولايات المتحدة تنوي إطلاق “أقمار صناعية صغيرة تدور حول الأرض” في الفترة ما بين 1 يوليو/تموز1957 و31 ديسمبر/كانون الأول 1958، مساهمة من واشنطن في السنة الجيوفيزيائية الدولية.

وبعد أيام من المؤتمر السادس للاتحاد الدولي للملاحة الفضائية في كوبنهاغن (1955)، تحدث العالم “ليونيد سيدوف” إلى المراسلين الدوليين في السفارة السوفياتية وأعلن نية بلاده إطلاق قمر صناعي في “المستقبل القريب”.

وفي يوم 30 أغسطس/آب 1955، تمكن كوروليف من إقناع أكاديمية العلوم السوفياتية بإنشاء لجنة لضرب الأميركيين في مدار الأرض، وكان ذلك هو تاريخ البدء الفعلي لسباق الفضاء.

في هذا السياق طرحت إشكاليتان أمام إطلاق أول قمر صناعي للأرصاد الجوية، الأولى تتعلق بتعريف المجال الجوي للدول في علاقتها بمدارات الأقمار الصناعية، وما إذا كان مرور قمر صناعي فوق دولة على بعد 100 كيلومتر (62 ميلا) يفسر على أنه ينتهك المجال الجوي لتلك الدولة. والثانية حول التمييز بين الأقمار الصناعية ذات الأهداف العلمية، والأخرى ذات الأهداف الأمنية.

لحل المشكلة الأولى، كان آيزنهاور ومستشاروه يرون أن سيادة المجال الجوي لدولة ما لا يتجاوز خط كرمان (خط يقع على ارتفاع 100 كيلومتر (62 ميل) فوق الأرض من مستوى سطح البحر)، واستغلوا إطلاقات السنة الجيوفيزيائية الدولية 1958-1957 لوضع هذا المبدأ في القانون الدولي.

ولحل المشكلة الثانية، أو التخفيف من حدتها، كان على الرئيس الأميركي استبعاد الصواريخ ذات الاستعمال العسكري في إطلاق القمر الصناعي فانغارد 2. لذلك، اختير صاروخ فانغارد التابع للبحوث البحرية.