ملخص
يدور الهدف السابع عشر من أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة حول فكرة التواصل وبناء الشراكات الراسخة، بحيث نتعاون جميعًا يدًا بيد لتحقيق كل أهداف التنمية المستدامة. وغالبًا ما يُطلق على الأقمار الصناعية لقب ≪حراس الأرض≫؛ لأنها تضطلع بمهمة عظيمة هي ربط أرجاء العالم ببعضها البعض ومتابعة كل ما يجري على كوكبنا بطرق متعددة، منها إتاحة الاتصال بالإنترنت للمناطق النائية، ومراقبة الزراعة وإنتاج الغذاء، ودعم قطاع الرعاية الصحية. وفي هذا المقال، ستتعرّف على معنى الاتصال، وكيف يمكن لتقنيات الأقمار الصناعية أن تؤدي دورًا محوريًا في التصدي للعديد من التحديات التي تتناولها أهداف التنمية المستدامة السبعة عشر. كما سنسلّط الضوء على بعض أبحاثنا الجارية حول تعزيز الاتصال عبر الأقمار الصناعية باستخدام تقنيات الاتصالات اللاسلكية من الجيل السادس. وأخيرًا، سنبرز الإمكانات المذهلة للأقمار الصناعية في تعزيز الشراكات العالمية والإسهام في ترسيخ مبادئ الاستدامة وبناء جسور الترابط في عالمنا.
شاهد مقابلة مع مؤلفي هذا المقال لمعرفة المزيد. (الفيديو 1).
قوة الشراكات العالمية (الهدف 17 من أهداف التنمية المستدامة)
لقد وضعت الأمم المتحدة سبعة عشر هدفًا للتنمية المستدامة ترمي إلى الارتقاء بعالمنا؛ فهي تتصدى للعديد من التحديات الكبرى التي تواجه كوكبنا، كضمان حصول سكان الأرض على حصة كافية من الغذاء والمياه النظيفة، وحماية البيئة من التلوث وتغيُّر المناخ. ومن بين هذه الأهداف يبرز الهدف السابع عشر -المعروف باسم "عقد الشراكات لتحقيق الأهداف"- حيث يركّز على توطيد الشراكات العالمية حتى تتمكّن الدول التي تمتلك ثروات وموارد وفيرة من مشاركتها ومّد يد العون للدول التي لا تزال في طور التنمية. ومن دون هذه الشراكات، سيكون من شبه المستحيل تحقيق الأهداف العالمية المحورية، مثل القضاء على الجوع، أو حماية بيئتنا، أو إتاحة فرصة التعليم لجميع سكان الأرض، لكننا إذا تعاوننا معًا، فسنتمكن من التصدي للتحديات الكبرى، لكي يصبح العالم مكانًا أفضل للجميع.
لا يزال التقدّم في تحقيق الهدف السابع عشر متفاوتًا حتى هذه اللحظة؛ فقد حدثت بعض الأمور الإيجابية، مثل زيادة الدعم المقدَّم من الدول الغنية إلى الدول منخفضة الدخل، وتوسّع وصول الناس إلى التكنولوجيا، إلا أن الدول منخفضة الدخل ما زالت تكافح للحصول على جميع الموارد اللازمة لتوفير حياة كريمة لشعوبها. ويعود ذلك إلى أنها مضطرة لمواجهة ارتفاع الأسعار، وتراكم الديون الكبيرة، ونقص الأموال اللازمة للمشروعات الحكومية [1]. ولهذا السبب، على جميع الدول أن تتكاتف لتقديم المساعدة، وهنا يبرز دور الهدف السابع عشر.
العلم ينقذ الموقف
كيف يساهم العلم في تحقيق الهدف السابع عشر؟ يساعدنا العلم في مواجهة التحديات العالمية من خلال إلهامنا بالأفكار الإبداعية والتعاون المشترك. لننظر إلى الأقمار الصناعية مثلًا، فهي ليست مجرد آلات تدور حول الأرض، بل تُعدّ عناصر أساسية لدفع عجلة التقدّم (انظر الشكل 1)، كونها عيون الكوكب في السماء التي تراقب التغيرات البيئية، وتتابع أنماط الطقس، وتجمع البيانات الحيوية، كما أنها تربط العالم عبر شبكة اتصالات واسعة، ما يتيح تبادل المعلومات بسلاسة. وقد يسهم تسخير علم وتكنولوجيا الأقمار الصناعية في توطيد الشراكات العالمية، ويساعد الدول على التعاون بفعالية لتحقيق أهداف التنمية المستدامة (انظر الجدول 1). كما أن الاتصال عبر الأقمار الصناعية يمكنِّنا من التصدي لأعظم التحديات التي تواجه كوكبنا، ويكفل لكل إنسان على وجه الأرض -أينما كان موطنه- الحق في الحصول على البيانات التي يحتاج إليها لمعالجة القضايا المهمة [2, 3]. وإيمانًا منا بأهميته، يعمل فريقنا على تطوير الاتصال بالإنترنت عبر الأقمار الصناعية [4].
- شكل 1 - يحتوي القمر الصناعي على عدة أجزاء مهمة: (A) أجهزة الطيران الإلكترونية تُشبه "العقل"، وهي تشمل الحواسيب والأنظمة الإلكترونية التي تساعده على التواصل والبقاء تحت السيطرة.
- (B) نظام الطاقة، الذي يضم الألواح الشمسية والبطاريات، يزوّده بالطاقة اللازمة ليعمل. (C) الهوائي هو أداة القمر الصناعي للتواصل، حيث يُستخدم لإرسال المعلومات واستقبالها من وإلى الأرض. (D) نظام الملاحة والتحكم يحافظ على بقاء القمر الصناعي في المسار الصحيح. (E) الحمولة هي المعدات الخاصة التي يحملها القمر الصناعي لأداء مهمته الأساسية، مثل الكاميرات لالتقاط صور للأرض أو الأدوات المخصّصة لاستكشاف الفضاء.
- جدول 1 - أدوار الأقمار الصناعية في تحقيق أهداف التنمية المستدامة.
كيف يمكن أن تساعدنا الأقمار الصناعية؟
ولكن، كيف يمكن للأقمار الصناعية أن تحول دون معاناة سكان الأرض من الجوع وتساهم في حل المشكلات الأخرى على كوكب الأرض؟ تراقب الأقمار الصناعية المزارع من الفضاء للكشف عن حالة التربة ورؤية كيفية نمو المحاصيل [5]، ويمكنها حتى التواصل مباشرةً مع أجهزة الاستشعار المثبّتة في المزارع لتزويد المزارعين بمعلومات مهمة عن المحاصيل والتربة والظروف البيئية. يساعد ذلك المزارعين على معرفة الوقت المناسب لزراعة محاصيلهم ورفع مستوى العناية بها. كما تُمكّن بيانات الأقمار الصناعية المزارعين من توقّع كمية الغذاء المُقرر إنتاجها، واكتشاف أمراض المحاصيل في وقت مبكر لمنع انتشارها، أو اتخاذ إجراءات لتفادي الجفاف. ومع تحسّن الزراعة، يزداد إنتاج الغذاء، فينخفض الجوع وسوء التغذية، وتُسهم الزراعة المتطورة أيضًا في دعم الاقتصادات المحلية من خلال توفير وظائف وفرص للتجارة. وهكذا، فإن تحسين الزراعة يؤدي إلى ازدهار مجتمعات أكثر قوة وحيوية، وتوفير حياة أفضل للجميع.
علاوةً على ذلك، تستطيع الأقمار الصناعية مساعدة الكثير من الناس بمجرد إيصال الإنترنت إلى مناطقهم؛ فالإنترنت يمكن أن يساهم في تقليل أوجه عدم المساواة حول العالم، بتوفير فرص العمل والتعليم. ويمكن للأقمار الصناعية أيضًا أن تسمح للأطباء بالتحدّث مع المرضى في أماكن بعيدة ومساعدتهم في الحفاظ على صحتهم! والأهم من ذلك، أن الأقمار الصناعية تستطيع دعم الاتصال بالإنترنت في حالات ما بعد الكوارث، مثل الأعاصير أو الفيضانات، حيث تساعد المجتمعات المتضررة في الوصول إلى المعلومات والموارد المهمة التي تسرِّع من عملية تعافيها [6, 7].
لكن الأمر لا يقف عند هذا الحد؛ فالأقمار الصناعية تساعد أيضًا في الحفاظ على سلامة الطرق والجسور، بالتقاط الصور وجمع المعلومات وإرسالها إلى الأرض، ما يساعد المهندسين في التخطيط لمواقع إنشاء الطرق الجديدة وصيانة الطرق القديمة. كما أن الطرق والجسور المتينة تفتح الباب أمام الأعمال التجارية لتزدهر وتتوسع، وبذلك ينتعش الاقتصاد.
كما تراقب الأقمار الصناعية علامات تغير المناخ، ويمكنها أن ترصد المستويات العالية من التلوث، أو الارتفاع الشديد في درجة حرارة الكوكب. وتساعد هذه المعلومات الحكومات والعلماء في وضع خطط للحفاظ على سلامة كوكبنا. وكلنا نعلم أن العمل الجماعي له دور حيوي في حل المشكلات العالمية الكبرى، والآن -بفضل الأقمار الصناعية- باتت الدول في جميع أنحاء العالم تستطيع مشاركة المعلومات المهمة، مما يساعد على حل العديد من المشكلات.
تعزيز الاتصالات عبر الأقمار الصناعية باستخدام تقنية الجيل السادس
تدعم الأقمار الصناعية البشرية بطرق متعددة، منها الاتصالات اللاسلكية؛ فالأنظمة اللاسلكية تتيح لنا إرسال المعلومات عبر الهواء دون الحاجة إلى أسلاك، وهي الطريقة التي تتواصل بها هواتفنا المحمولة وأجهزة الإنترنت (انظر الشكل 2). ويمثّل الجيل الخامس النسخة الخامسة من هذه التقنية، وقد ساهم بالفعل في تعزيز سرعة الإنترنت وموثوقيته أكثر من ذي قبل، ونحن ننتقل الآن إلى عصر الجيل السادس، الذي يمثل القفزة التقنية القادمة التي تحمل في طياتها وعودًا بسرعات خارقة وجودة اتصال لا مثيل لها، ويرتبط هذا الجيل الجديد بثلاث تقنيات رئيسية نركّز عليها في أبحاثنا.
- شكل 2 - تتكوّن معظم أنظمة الاتصالات اللاسلكية من ثلاثة أجزاء رئيسية: جهاز إرسال، ومحطة قاعدية، وجهاز استقبال.
- يبعث جهاز الإرسال الإشارات، بينما يقوم جهاز الاستقبال بالتقاط تلك الإشارات. وتؤدي المحطة القاعدية دور مركز التحكم، حيث تضمن أن كل شيء يسير بسلاسة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. وتنتقل الإشارات عبر مسار غير مرئي يُسمّى القناة اللاسلكية، مما يسمح بتبادل المعلومات بين جميع الأجزاء. ويُشبه هذا النظام الطريقة التي ستعمل بها شبكات الجيل السادس في المستقبل، بيد أن تقنية الجيل السادس ستحمل معها طفرة هائلة في السرعة وقدرة فائقة على ربط عدد أضخم من الأجهزة مع تقليل فترات التأخير إلى أدنى حد.
تتعلّق التقنية الأولى بـالطيف الكهرومغناطيسي، الذي يمكننا أن نتخيّله كقوس قزح ضخم من الموجات غير المرئية، حيث يمثّل كل "لون" نوعًا مختلفًا من الموجات. وفي الطرف الأعلى من هذا الطيف -الذي يشبه الطرف البعيد لقوس قزح الكهرومغناطيسي- توجد موجات أسرع وأصغر حجمًا. وقد كانت هواتفنا عادةً تستخدم الموجات الدقيقة، وهي تقع في الجزء الأوسط من هذا القوس، غير أن استخدام النطاق الأعلى من الطيف الكهرومغناطيسي، سيتيح لنا الاستفادة من قوة الموجات الأصغر والأسرع، التي ستعزز من سرعة الاتصالات [8].
التقنية الثانية التي نركّز عليها تتعلّق بالمسافة بين مدار القمر الصناعي وكوكب الأرض، إذ تؤثر هذه المسافة على الاتصالات اللاسلكية بعدة طرق [9–11]. حيث أن الأقمار الصناعية في المدارات المنخفضة تكون أقرب إلى الأرض، مما يجعلها مفيدة في إرسال الإشارات واستقبالها بسرعة أكبر، لأن الإشارات لا تواجه تأخيرًا كبيرًا. أما الأقمار الصناعية في المدارات المتوسطة، فهي تقع على مسافة أبعد، ما يجعلها أنسب لبث مقاطع الفيديو أو لأغراض الملاحة، مثل نظام تحديد المواقع في السيارات.
وأخيرًا، تدرس أبحاثنا تقنية تشكيل الحزم، التي تُحسّن من عمل الأقمار الصناعية من خلال تركيز إشاراتها بدقة في الاتجاه الذي نحتاجه، ويشبه هذا تمامًا توجيه شعاع مصباح يدوي في اتجاه معين، وتساعد هذه التقنية على تقوية إشارات الأقمار الصناعية، وتمكّنها من الوصول إلى مسافات أبعد [12].
وتُظهر هذه التقنيات مجتمعة الإمكانات الكبيرة للجيل السادس في إحداث ثورة في عالم الاتصال، وذلك بتعزيز سرعته وموثوقيته في مواقع متعددة وحتى في أصعب البيئات. فعندما تصبح إشارات الأقمار الصناعية أقوى وأسرع بفضل الجيل السادس، ستتمكّن من الوصول حتى إلى أكثر الأماكن النائية على الكوكب، لربط أشخاص كانوا فيما مضى بعيدين جدًا عن بعضهم البعض. وتتضمّن بعض مشاريعنا المدهشة الأخرى إيجاد سبل جديدة لتمكين الأقمار الصناعية من التواصل فيما بينها والتعاون مع البنية التحتية القائمة على الأرض [13]، واستكشاف كيفية إثراء الأقمار الصناعية لمعرفتنا عن محيطاتنا بمساعدتنا على رصد أعماق المياه لدراسة الحياة البحرية وجودة المياه. كما نعمل أيضًا على تطوير مشروع يستخدم محطات قاعدية تعمل بالطاقة الشمسية أو بطاقة الموجات الراديوية لإنشاء نقاط اتصال واي فاي بمدى يصل إلى كيلومتر واحد [14]. وترتبط هذه النقاط بالإنترنت عبر البنية التحتية القائمة أو من خلال الأقمار الصناعية، مما يتيح للناس في المناطق المعزولة تصفح الانترنت، والتواصل، والتعلم باستخدام الهواتف الذكية أو الأجهزة اللوحية أو الحواسيب المحمولة.
الخلاصة
شرحنا -في هذا المقال- الدور المحوري للاتصالات عبر الأقمار الصناعية في تحقيق الهدف السابع عشر من أهداف التنمية المستدامة، ومساهمتها في تحقيق جميع الأهداف الأخرى؛ فباستخدام اتصالات الجيل السادس عبر الأقمار الصناعية، يمكننا مساعدة المزارعين على زيادة إنتاج الغذاء، وربط الناس بالإنترنت، والإسهام في الحفاظ على البيئة، ومراقبة الصحة العامة لكوكبنا. غير أن هنالك متسعًا للتطوير؛ فلتعزيز تكنولوجيا الأقمار الصناعية، علينا إجراء المزيد من الأبحاث لاستكشاف طرق تجعل هذه التقنيات تعمل تحت الأرض، وتحت الماء، وفي الظروف الصعبة الأخرى حيث يصعب نقل الإشارات. كما أن من الأهمية بمكان تعزيز قدرة الأقمار الصناعية على المناورة لتجنّب الاصطدامات، وحمايتها من التداخل مع مصادر لاسلكية أخرى، وتحسين أمن الاتصالات عبر حمايتها من التهديدات الإلكترونية والوصول غير المصرح به الذي قد يعيق عملها.
ويمكنك أن تكون جزءًا من هذه الرحلة المذهلة إذا نجحت في إشعال شرارة حب الاستطلاع في عقلك، والانخراط بشغف في عالم العلوم، ونسج أحلام طموحة، وبذلك تستطيع تقديم يد العون للعلماء في هذه الرحلة المثيرة. فربما تتمكن في يوم من الأيام من ابتكار أفكار رائدة تُسهم في تطوير عالمنا، وتساعدنا على تحقيق أهداف تنمية مستدامة جديدة. وإذا تابعت رحلة استكشافك وتعاونت مع عقول شابة أخرى ــكما يُعلّمنا الهدف 17 من أهداف التنمية المستدامةــ فقد تكون أنت البطل القادم الذي يبني عالمًا أفضل للجميع!
مسرد للمصطلحات
القمر الصناعي (Satellite): ↑ هو آلة خاصة تدور في مدار حول الأرض، أو تطير حولها في الفضاء، وتساعدنا على إرسال الرسائل -مثل المكالمات الهاتفية- والتقاط صور لكوكبنا.
الاتصال (Connectivity): ↑ هو الطريقة التي ترتبط بها الحواسيب والأجهزة في مختلف أنحاء العالم معًا، بحيث يتمكّن الناس من تبادل المعلومات، والتواصل مع بعضهم البعض، واستخدام المواقع الإلكترونية والتطبيقات والأدوات الرقمية المختلفة.
الاتصالات اللاسلكية (Wireless Communication): ↑ هي وسيلة تتيح للأشخاص أو الأجهزة تبادل الرسائل أو المعلومات دون استخدام الأسلاك، وذلك عبر إرسال إشارات غير مرئية في الهواء.
الجيل السادس (6G): ↑ هو الجيل القادم من تقنيات الاتصال اللاسلكي الذي سيأتي بعد الجيل الخامس، ليجعل هواتفنا أسرع، وأقوى، وقادرة على القيام بالمزيد من المهام.
الطيف الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Spectrum): ↑ هو نطاق واسع من موجات الطاقة غير المرئية التي تنتقل عبر الفضاء، ويشمل موجات الراديو، والموجات الدقيقة، والضوء، وأشعة إكس (الأشعة السينية).
تقنية تشكيل الحزم (Beamforming Technology): ↑ هي طريقة ذكية تسمح للهوائيات بإرسال الإشارات في اتجاه محدّد بدلًا من نشرها في جميع الاتجاهات، وهي أشبه بتسليط ضوء مصباح يدوي ليساعد الإشارة على الوصول مباشرةً إلى المكان المطلوب، مما يجعلها أسرع وأكثر وضوحًا.
نقطة اتصال واي فاي (Wi-Fi Hotspot): ↑ هي نقطة وصول إلى الإنترنت تتيح لك ربط جهازك الإلكتروني، وهي مفيدة عندما تكون خارج المنزل وتحتاج إلى الاتصال بالإنترنت، أي عند وجودك في مقهى مثلًا.
إقرار تضارب المصالح
ويعلن المؤلف المتبقي أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
شكر وتقدير
نودّ أن نتوجه بالشكر لكلٍ من روبن كوستا ونيكي تالبوت في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية على دعمهما الثمين لنا خلال مرحلة الكتابة الأولية وعملية المراجعة، فلولاهما ما اكتملت هذه المجموعة. كما نود أن نعرب عن امتناننا لمكتب الاستدامة في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية والمكتب القُطري لبرنامج الأمم المتحدة الإنمائي في المملكة العربية السعودية لتفانيهما في التوعية بأهمية أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة في رحلتنا نحو عالم أكثر استدامة.
إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي
تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.
المراجع
[1] ↑ UN. 2020. The SDG Partnership Guidebook. New York, NY: UN DESA and TPI Related Goals.
[2] ↑ Hu, Y., and Li, V. O. K. 2001. Satellite-based Internet: a tutorial. IEEE Commun. Mag 39:154–62. doi: 10.1109/35.910603
[3] ↑ Graydon, M., and Parks, L. 2020. ‘Connecting the unconnected’: a critical assessment of US satellite Internet services. Media Cult Soc. 42:260–76. doi: 10.1177/0163443719861835
[4] ↑ Yaacoub, E., and Alouini, M.-S. 2020. A key 6G challenge and opportunity - connecting the base of the pyramid: a survey on rural connectivity. Proc. IEEE. 108:549–82. doi: 10.1109/JPROC.2020.2976703
[5] ↑ McKinion, J. M., Turner, S. B., Willers, J. L., Read, J. J., Jenkins, J. N., and McDade, J. 2004. Wireless technology and satellite internet access for high-speed whole farm connectivity in precision agriculture. Agric. Syst. 81:201–12. doi: 10.1016/j.agsy.2003.11.002
[6] ↑ Matracia, M., Saeed, N., Kishk, M., and Alouini, M.-S. 2022. Post-disaster communications: Enabling technologies, architectures, and open challenges. IEEE Open J. Commun. Soc. 3:1177–205. doi: 10.1109/OJCOMS.2022.3192040
[7] ↑ Pan, G., Ye, J., Tian, Y., and Alouini, M.-S. 2020. On HARQ schemes in satellite-terrestrial transmissions. IEEE Trans. Wirel. Commun. 19:7998–8010. doi: 10.1109/TWC.2020.3018501
[8] ↑ Aboagye, S., Saeidi, M. A., Tabassum, H., Tayyar, Y., Hossain, E., and H.-C. Yang. 2024. Multi-band wireless communication networks: fundamentals, challenges, and resource allocation. IEEE Trans. Commun. 72:4333–83. doi: 10.1109/TCOMM.2024.3366816
[9] ↑ Mohamed, M., Tabassum, H., ElSawy, H., and Hossain, E. 2024. “On the impact of orbital motion on handoff and coverage in multi-antenna LEO satellite systems”, in ICC 2024 - IEEE International Conference on Communications (Denver, CO), 4427–32. doi: 10.1109/ICC51166.2024.10623115.
[10] ↑ Alsharoa, A., and Alouini, M.-S. 2020. Improvement of the global connectivity using integrated satellite-airborne-terrestrial networks with resource optimization. IEEE Trans. Wirel. Commun. 19:5088–100. doi: 10.1109/TWC.2020.2988917
[11] ↑ Xu, J., Kishk, M. A., and Alouini, M.-S. 2023. Space-air-ground-sea integrated networks: Modeling and coverage analysis. IEEE Trans. Wirel. Commun. 22:6298–313. doi: 10.1109/TWC.2023.3241341
[12] ↑ Asaad, S., Tabassum, H., Ouyang, C., and Wang, P. 2024. Joint antenna selection and beamforming for massive MIMO-enabled over-the-air federated learning. IEEE Trans. Wirel. Commun. 23:8603–18. doi: 10.1109/TWC.2024.3352504.
[13] ↑ Abderrahim, W., Amin, O., Alouini, M.-S., and Shihada, B. 2020. Latency-aware offloading in integrated satellite terrestrial networks. IEEE Open J. Commun. Soc. 1:490–500. doi: 10.1109/OJCOMS.2020.2988787
[14] ↑ Thuc, T. K., Hossain, E., and Tabassum, H. 2015. Downlink power control in two-tier cellular networks with energy-harvesting small cells as stochastic games. IEEE Trans. Commun. 63:5267–82. doi: 10.1109/TCOMM.2015.2497239