قمر الاتصالات

في أكتوبر 1945، نشر آرثر سي كلارك مقالًا بعنوان "محطات تقوية الإشارات خارج الأرض" في المجلة البريطانية " وايرلس وورلد " . ^{[ 4 ]} وصف المقال الأسس الكامنة وراء نشر الأقمار الصناعية في مدارات ثابتة بالنسبة للأرض لتقوية الإشارات اللاسلكية. ولهذا السبب، يُنسب إلى آرثر سي كلارك غالبًا ابتكار مفهوم قمر الاتصالات الصناعي، ويُستخدم مصطلح "حزام كلارك" لوصف هذا المدار. ^{[ 5 ]}

كان سبوتنيك 1 أول قمر صناعي يدور حول الأرض ، وقد أطلقه الاتحاد السوفيتي إلى مداره في 4 أكتوبر 1957. طُوّر سبوتنيك 1 على يد ميخائيل تيخونرافوف وسيرجي كوروليف ، استنادًا إلى أعمال كونستانتين تسيولكوفسكي . ^{[ 6 ]} زُوّد سبوتنيك 1 بجهاز إرسال لاسلكي يعمل على ترددين 20.005 و40.002 ميجاهرتز، أو بطول موجي 7 و15 مترًا. لم يُوضع القمر الصناعي في مداره لإرسال البيانات من نقطة إلى أخرى على سطح الأرض، بل كان الهدف من جهاز الإرسال اللاسلكي دراسة خصائص توزيع الموجات الراديوية في طبقة الأيونوسفير. شكّل إطلاق سبوتنيك 1 خطوةً هامةً في استكشاف الفضاء وتطوير الصواريخ، ويُمثّل بداية عصر الفضاء . ^{[ 7 ]} 

توجد فئتان رئيسيتان من أقمار الاتصالات: الأقمار السلبية والأقمار النشطة . تعكس الأقمار السلبية الإشارة القادمة من المصدر باتجاه جهاز الاستقبال فقط. في هذه الحالة، لا يتم تضخيم الإشارة المنعكسة عند القمر الصناعي، ولا يصل إلى جهاز الاستقبال إلا جزء ضئيل من الطاقة المرسلة. ونظرًا لوجود القمر الصناعي على ارتفاع شاهق فوق سطح الأرض، تضعف الإشارة اللاسلكية بسبب فقدان الإشارة في الفضاء الحر ، مما يجعل الإشارة المستقبلة على الأرض ضعيفة للغاية. أما الأقمار النشطة، فتقوم بتضخيم الإشارة المستقبلة قبل إعادة إرسالها إلى جهاز الاستقبال على الأرض. ^{[ 3 ]} كانت الأقمار السلبية أول أقمار الاتصالات، ولكن استخدامها محدود حاليًا.

أدى العمل الذي بدأ في مجال جمع المعلومات الاستخباراتية الكهربائية في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي عام 1951 إلى مشروعٍ أُطلق عليه اسم " مرحل الاتصالات القمري" . لطالما أبدى المخططون العسكريون اهتمامًا كبيرًا بخطوط الاتصالات الآمنة والموثوقة كضرورة تكتيكية، وكان الهدف النهائي لهذا المشروع هو إنشاء أطول دائرة اتصالات في تاريخ البشرية، حيث يعمل القمر، القمر الطبيعي للأرض، كمرحل سلبي. بعد تحقيق أول اتصال عبر المحيط بين واشنطن العاصمة وهاواي في 23 يناير 1956، تم تدشين هذا النظام رسميًا ووضعه في مرحلة الإنتاج الرسمي في يناير 1960. ^{[ 8 ]}

كان مشروع SCORE أول قمر صناعي مصمم خصيصًا لنقل الاتصالات بشكل فعال ، بقيادة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA)، وقد أُطلق في 18 ديسمبر 1958. استخدم هذا القمر مسجلًا صوتيًا لنقل الرسائل الصوتية المخزنة، بالإضافة إلى استقبال الرسائل وتخزينها وإعادة إرسالها. وقد استُخدم لإرسال تهنئة عيد الميلاد إلى العالم من الرئيس الأمريكي دوايت د. أيزنهاور . كما أجرى القمر الصناعي عدة عمليات إرسال مباشرة قبل أن تتعطل بطارياته غير القابلة لإعادة الشحن في 30 ديسمبر 1958 بعد ثماني ساعات من التشغيل الفعلي. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

كان مشروع Courier، الذي قادته وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA)، خليفةً مباشراً لمشروع SCORE. أُطلق القمر الصناعي Courier 1B في 4 أكتوبر 1960 لاستكشاف إمكانية إنشاء شبكة اتصالات عسكرية عالمية باستخدام أقمار صناعية "مكررة مؤجلة"، تستقبل المعلومات وتخزنها إلى حين إصدار أمر بإعادة بثها. بعد 17 يوماً، أدى عطل في نظام التحكم إلى انقطاع الاتصالات من القمر الصناعي. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

أطلق برنامج تطبيقات الأقمار الصناعية التابع لوكالة ناسا أول قمر صناعي يُستخدم للاتصالات الترحيلية السلبية، وهو القمر إيكو 1، في 12 أغسطس 1960. كان إيكو 1 عبارة عن قمر صناعي على شكل بالون مصنوع من الألومنيوم، يعمل كعاكس سلبي لإشارات الميكروويف . كانت إشارات الاتصال تُنقل من نقطة على سطح الأرض إلى أخرى. سعت هذه التجربة إلى إثبات جدوى البث العالمي لإشارات الهاتف والراديو والتلفزيون. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

كان تيلستار أول قمر صناعي تجاري نشط للاتصالات الترحيلية المباشرة، وشكّل أول بثّ لإشارات التلفزيون عبر المحيط الأطلسي. كان تيلستار تابعًا لشركة AT&T بموجب اتفاقية متعددة الجنسيات بين AT&T ومختبرات بيل للهاتف ووكالة ناسا ومكتب البريد البريطاني العام وهيئة البريد الفرنسية (PTT) لتطوير الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. أطلقته ناسا من كيب كانافيرال في 10 يوليو 1962، في أول عملية إطلاق فضائي ممولة من القطاع الخاص. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

كان مشروع ويست فورد ، الذي قاده مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، تجربة أخرى للترحيل السلبي، وكان الهدف الرئيسي منها الاتصالات العسكرية. ^{[ 16 ]} بعد فشل أولي في عام 1961، أطلق المشروع في 9 مايو 1963، حيث تم توزيع 350 مليون ثنائي قطب إبري نحاسي لإنشاء حزام عاكس سلبي. على الرغم من أن نصف ثنائيات الأقطاب فقط انفصلت بشكل صحيح عن بعضها البعض، ^{[ 17 ]} فقد تمكن المشروع من إجراء تجارب ناجحة والتواصل باستخدام ترددات في نطاق التردد العالي جدًا X. ^{[ 18 ]}

كان القمر الصناعي Syncom 2 التابع لشركة هيوز للطائرات ، والذي أُطلق في 26 يوليو 1963، سلفًا مباشرًا للأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض. وكان Syncom 2 أول قمر صناعي للاتصالات يدور في مدار متزامن مع الأرض . كان يدور حول الأرض مرة واحدة يوميًا بسرعة ثابتة، ولكن نظرًا لاستمراره في الحركة شمالًا وجنوبًا، فقد استلزم الأمر معدات خاصة لتتبعه. ^{[ 19 ]} أما خليفته، Syncom 3 ، الذي أُطلق في 19 يوليو 1964، فكان أول قمر صناعي للاتصالات ثابت بالنسبة للأرض. وقد حقق Syncom 3 مدارًا متزامنًا مع الأرض، دون حركة شمالية جنوبية، مما جعله يبدو من الأرض كجسم ثابت في السماء. ^{[ 20 ]}

كان برنامج لينكولن التجريبي للأقمار الصناعية امتدادًا مباشرًا للتجارب السلبية لمشروع ويست فورد ، وقد أجراه مختبر لينكولن نيابةً عن وزارة الدفاع الأمريكية . ^{[ 16 ]} أُطلق قمر الاتصالات النشط LES-1 في 11 فبراير 1965 لاستكشاف جدوى الاتصالات العسكرية بعيدة المدى النشطة ذات الحالة الصلبة في نطاق X. وتم إطلاق تسعة أقمار صناعية في المجمل بين عامي 1965 و1976 ضمن هذه السلسلة. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

في الولايات المتحدة، شهد عام 1962 تأسيس شركة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية (COMSAT)، وهي شركة خاصة تخضع لتوجيهات الحكومة الأمريكية فيما يتعلق بمسائل السياسة الوطنية. ^{[ 23 ]} وعلى مدى العامين التاليين، أفضت المفاوضات الدولية إلى اتفاقيات إنتلسات، والتي بدورها أدت إلى إطلاق القمر الصناعي إنتلسات 1، المعروف أيضًا باسم إيرلي بيرد، في 6 أبريل 1965، والذي كان أول قمر صناعي تجاري للاتصالات يُوضع في مدار متزامن مع الأرض. ^{[ 24 ] [ 25 ]} ووفرت عمليات إطلاق إنتلسات اللاحقة في الستينيات خدمة متعددة الوجهات وخدمات الفيديو والصوت والبيانات للسفن في عرض البحر (إنتلسات 2 في 1966-1967)، واكتملت شبكة عالمية بالكامل مع إنتلسات 3 في 1969-1970. بحلول ثمانينيات القرن العشرين، ومع التوسعات الكبيرة في سعة الأقمار الصناعية التجارية، كانت شركة إنتلسات في طريقها لتصبح جزءًا من صناعة الاتصالات الخاصة التنافسية، وبدأت تواجه منافسة من شركات مثل بانامسات في الولايات المتحدة، والتي من المفارقات أنها اشترتها منافستها اللدودة في عام 2005. ^{[ 23 ]}

عند إطلاق إنتلسات، كانت الولايات المتحدة المصدر الوحيد للإطلاق خارج الاتحاد السوفيتي ، الذي لم يشارك في اتفاقيات إنتلسات. ^{[ 23 ]} أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي للاتصالات في 23 أبريل 1965 كجزء من برنامج مولنيا . ^{[ 26 ]} تميز هذا البرنامج آنذاك باستخدامه ما عُرف لاحقًا بمدار مولنيا ، وهو مدار بيضاوي الشكل للغاية ، مع نقطتي أوج عاليتين يوميًا فوق نصف الكرة الشمالي. يوفر هذا المدار فترة بقاء طويلة فوق الأراضي الروسية، وكذلك فوق كندا عند خطوط عرض أعلى من المدارات الثابتة بالنسبة للأرض فوق خط الاستواء. ^{[ 27 ]}

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، أدى انتشار أقمار الإنترنت الفضائية في المدار الأرضي المنخفض، والتي توفر خدمات إنترنت منخفضة التكلفة نسبياً، إلى انخفاض الطلب على أقمار الاتصالات الجديدة في المدار الثابت بالنسبة للأرض . ^{[ 28 ]}

المدار الأرضي المنخفض (LEO) هو مدار دائري عادةً ما يكون على ارتفاع يتراوح بين 160 و2000 كيلومتر (99 إلى 1243 ميل) فوق سطح الأرض، وبالتالي، تكون فترة الدوران (الوقت اللازم للدوران حول الأرض) حوالي 90 دقيقة. ^{[ 30 ]} 

بسبب انخفاض مدارها، لا يمكن رؤية هذه الأقمار الصناعية إلا من مسافة لا تتجاوز 1000 كيلومتر (620 ميلاً) من نقطة القمر الفرعي. إضافةً إلى ذلك، تُغير الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض مواقعها بالنسبة للأرض بسرعة. لذا، حتى في التطبيقات المحلية، يلزم وجود عدد كبير من الأقمار الصناعية لضمان استمرارية الاتصال دون انقطاع. 

تُعدّ الأقمار الصناعية التي تدور في مدار أرضي منخفض أقل تكلفةً في الإطلاق من الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض، وبسبب قربها من سطح الأرض، لا تتطلب قوة إشارة عالية (تتناقص قوة الإشارة مع مربع المسافة من المصدر، لذا يكون التأثير كبيرًا). وبالتالي، توجد مفاضلة بين عدد الأقمار الصناعية وتكلفتها.

بالإضافة إلى ذلك، هناك اختلافات مهمة في المعدات الموجودة على متن المركبة والمعدات الأرضية اللازمة لدعم نوعي المهام.

تُعرف مجموعة الأقمار الصناعية التي تعمل بتناغم باسم كوكبة الأقمار الصناعية . ومن هذه الكوكبات، التي تهدف إلى توفير خدمات الهاتف عبر الأقمار الصناعية وخدمات البيانات منخفضة السرعة، وخاصةً للمناطق النائية، نظاما إيريديوم وجلوبال ستار . يضم نظام إيريديوم 66 قمراً صناعياً، بزاوية ميل مدارية تبلغ 86.4 درجة، وتوفر روابط بين الأقمار الصناعية تغطيةً شاملةً لسطح الأرض. أما ستارلينك، فهي كوكبة أقمار صناعية للإنترنت تُشغلها شركة سبيس إكس ، وتهدف إلى توفير تغطية عالمية لشبكة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية .

من الممكن أيضاً توفير تغطية متقطعة باستخدام قمر صناعي في مدار أرضي منخفض، قادر على تخزين البيانات المستلمة أثناء مروره فوق جزء من الأرض، ثم إرسالها لاحقاً أثناء مروره فوق جزء آخر. هذا ما سيحدث مع نظام CASCADE التابع لقمر الاتصالات CASSIOPE الكندي . ومن الأنظمة الأخرى التي تستخدم طريقة التخزين والإرسال هذه نظام Orbcomm .

المدار الأرضي المتوسط ​​هو مدار يدور فيه قمر صناعي على ارتفاع يتراوح بين 2000 و35786 كيلومترًا (1243 و22236 ميلًا) فوق سطح الأرض. تتشابه أقمار المدار الأرضي المتوسط ​​مع أقمار المدار الأرضي المنخفض في وظائفها. إلا أن أقمار المدار الأرضي المتوسط ​​تظل مرئية لفترات أطول بكثير من أقمار المدار الأرضي المنخفض، تتراوح عادةً بين ساعتين وثماني ساعات. كما تتميز أقمار المدار الأرضي المتوسط ​​بتغطية أوسع. وبفضل مدة الرؤية الأطول ونطاق التغطية الأوسع، يتطلب نظام المدار الأرضي المتوسط ​​عددًا أقل من الأقمار الصناعية مقارنةً بنظام المدار الأرضي المنخفض. ومن عيوب نظام المدار الأرضي المتوسط ​​أن بُعده يُسبب تأخيرًا زمنيًا أطول وإشارة أضعف من أقمار المدار الأرضي المنخفض، مع العلم أن هذه القيود ليست بنفس حدة تلك الموجودة في أقمار المدار الأرضي الثابت بالنسبة للأرض. 

على غرار الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض، لا تحافظ هذه الأقمار على مسافة ثابتة من الأرض. وهذا يختلف عن المدار الثابت بالنسبة للأرض، حيث تكون الأقمار الصناعية دائماً على بعد 35,786 كيلومتراً (22,236 ميلاً) من الأرض. 

عادةً ما يكون مدار القمر الصناعي في مدار أرضي متوسط ​​على ارتفاع حوالي 16000 كيلومتر (10000 ميل) فوق سطح الأرض. ^{[ 31 ]} وتستغرق هذه الأقمار الصناعية، في أنماط مختلفة، ما بين ساعتين إلى ثماني ساعات لإكمال دورتها حول الأرض. 

بالنسبة لمراقب على الأرض، يبدو القمر الصناعي في مدار ثابت بالنسبة للأرض ساكناً، في موقع ثابت في السماء. وذلك لأنه يدور حول الأرض بنفس سرعتها الزاوية (دورة واحدة في اليوم النجمي ، في مدار استوائي ).

يُعد المدار الثابت بالنسبة للأرض مفيدًا للاتصالات، إذ يُمكن توجيه الهوائيات الأرضية نحو القمر الصناعي دون الحاجة إلى تتبع حركته. وهذا غير مكلف نسبيًا.

في التطبيقات التي تتطلب العديد من الهوائيات الأرضية، مثل توزيع DirecTV ، يمكن أن تفوق الوفورات في المعدات الأرضية تكلفة وتعقيد وضع قمر صناعي في مداره.

يجب أن تعمل الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض فوق خط الاستواء، ولذلك تظهر منخفضة في الأفق كلما ابتعد جهاز الاستقبال عن خط الاستواء. سيؤدي هذا إلى مشاكل في خطوط العرض الشمالية القصوى، مما يؤثر على الاتصال ويسبب تداخلًا متعدد المسارات (ناتج عن انعكاس الإشارات من الأرض إلى الهوائي الأرضي).

لذا، في المناطق القريبة من القطب الشمالي (والجنوبي)، قد يظهر القمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض تحت الأفق. ولذلك، تم إطلاق أقمار مولنيا المدارية، وخاصة في روسيا، للتخفيف من هذه المشكلة.

قد تُشكّل مدارات مولنيا بديلاً جذاباً في مثل هذه الحالات. يتميز مدار مولنيا بميله الشديد، مما يضمن ارتفاعاً جيداً فوق مواقع مُحددة خلال الجزء الشمالي من المدار. (الارتفاع هو مدى ارتفاع موقع القمر الصناعي فوق الأفق. وبالتالي، يكون ارتفاع القمر الصناعي عند الأفق صفراً، بينما يكون ارتفاع القمر الصناعي المُحلق فوق الرأس مباشرةً 90 درجة).

صُمم مدار مولنيا بحيث يقضي القمر الصناعي معظم وقته فوق أقصى خطوط العرض الشمالية، حيث لا يتحرك نطاق تغطيته للأرض إلا قليلاً. تبلغ دورة مداره نصف يوم، مما يتيح له العمل فوق المنطقة المستهدفة لمدة تتراوح بين ست وتسع ساعات كل دورة ثانية. وبهذه الطريقة، يمكن لمجموعة من ثلاثة أقمار صناعية من طراز مولنيا (بالإضافة إلى أقمار احتياطية في المدار) توفير تغطية متواصلة.

أُطلق أول قمر صناعي من سلسلة مولنيا في 23 أبريل 1965 ، واستُخدم في بث تجريبي لإشارات التلفزيون من محطة استقبال في موسكو إلى محطات استقبال في سيبيريا والشرق الأقصى الروسي، في نوريلسك وخاباروفسك وماغادان وفلاديفوستوك . وفي نوفمبر 1967 ، ابتكر المهندسون السوفييت نظامًا فريدًا لشبكة تلفزيونية وطنية عبر الأقمار الصناعية ، أُطلق عليه اسم أوربيتا ، والذي اعتمد على أقمار مولنيا الصناعية.

في الولايات المتحدة، أُنشئ النظام الوطني للأقمار الصناعية البيئية التشغيلية ذات المدار القطبي (NPOESS) عام 1994 لتوحيد عمليات الأقمار الصناعية القطبية التابعة لوكالة ناسا (الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء) والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). يدير NPOESS عددًا من الأقمار الصناعية لأغراض متنوعة؛ على سبيل المثال، قمر METSAT للأرصاد الجوية، وقمر EUMETSAT للفرع الأوروبي من البرنامج، وقمر METOP للعمليات المتعلقة بالأرصاد الجوية.

هذه المدارات متزامنة مع الشمس، مما يعني أنها تعبر خط الاستواء في نفس التوقيت المحلي كل يوم. على سبيل المثال، ستعبر الأقمار الصناعية في مدار NPOESS (المدني) خط الاستواء، متجهة من الجنوب إلى الشمال، في الأوقات 1:30 مساءً، و5:30 مساءً، و9:30 مساءً.

توجد خطط ومبادرات لإطلاق أقمار صناعية مخصصة للاتصالات خارج المدارات الثابتة بالنسبة للأرض. اقترحت وكالة ناسا مشروع LunaNet كشبكة بيانات تهدف إلى توفير "إنترنت قمري" للمركبات الفضائية والمنشآت الموجودة في مدارات قريبة من القمر . وتُعد مبادرة Moonlight مشروعًا مماثلًا لوكالة الفضاء الأوروبية ^{[ 33 ] [ 34 ]} ، ويُقال إنها متوافقة وتوفر خدمات ملاحية لسطح القمر. ويتكون كلا البرنامجين من كوكبات أقمار صناعية متعددة تدور في مدارات مختلفة حول القمر.

يُخطط أيضاً لاستخدام مدارات أخرى. كما تُقترح مواقع في نقاط التوازن بين الأرض والقمر لأقمار الاتصالات التي تغطي القمر، على غرار أقمار الاتصالات في المدار المتزامن مع الأرض التي تغطي الأرض. ^{[ 35 ] [ 36 ]} كذلك، يُنظر في إنشاء أقمار اتصالات مخصصة في مدارات حول المريخ لدعم مهام مختلفة على سطحه وفي مدارات أخرى، مثل مركبة الاتصالات المدارية للمريخ .

كان أول استخدام للأقمار الصناعية للاتصالات، وأهمها تاريخيًا، في مجال الاتصالات الهاتفية العابرة للقارات . تقوم شبكة الهاتف العامة الثابتة بتحويل المكالمات الهاتفية من الهواتف الأرضية إلى محطة أرضية ، حيث تُرسل بدورها إلى قمر صناعي ثابت بالنسبة للأرض. ويتبع الإرسال مسارًا مشابهًا. وقد أدى تحسين كابلات الاتصالات البحرية باستخدام الألياف الضوئية إلى انخفاض استخدام الأقمار الصناعية للاتصالات الهاتفية الثابتة في أواخر القرن العشرين.

لا تزال الاتصالات عبر الأقمار الصناعية مستخدمة في العديد من التطبيقات حتى اليوم. فالجزر النائية مثل جزيرة أسنسيون ، وسانت هيلينا ، ودييغو غارسيا ، وجزيرة إيستر ، حيث لا توجد كابلات بحرية، تحتاج إلى هواتف تعمل بالأقمار الصناعية. كما توجد مناطق في بعض القارات والدول حيث تندر أو تنعدم الاتصالات الأرضية، على سبيل المثال مناطق واسعة من أمريكا الجنوبية، وأفريقيا، وكندا، والصين، وروسيا، وأستراليا. وتوفر الاتصالات عبر الأقمار الصناعية أيضًا اتصالًا بحواف القارة القطبية الجنوبية وغرينلاند . ومن الاستخدامات البرية الأخرى للهواتف التي تعمل بالأقمار الصناعية منصات الاتصالات البحرية، وأنظمة الدعم الاحتياطية للمستشفيات، والجيش، والأنشطة الترفيهية. وغالبًا ما تستخدم السفن في عرض البحر، وكذلك الطائرات، الهواتف التي تعمل بالأقمار الصناعية. ^{[ 37 ]}

يمكن إنشاء أنظمة الهاتف عبر الأقمار الصناعية بعدة طرق. على نطاق واسع، غالبًا ما يكون هناك نظام هاتف محلي في منطقة معزولة متصل بنظام الهاتف في منطقة رئيسية. كما توجد خدمات تربط إشارة الراديو بنظام الهاتف. في هذا المثال، يمكن استخدام أي نوع من الأقمار الصناعية تقريبًا. تتصل هواتف الأقمار الصناعية مباشرةً بمجموعة من الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض أو الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض. ثم تُحوّل المكالمات إلى محطة أرضية عبر الأقمار الصناعية متصلة بشبكة الهاتف العامة.

مع تحول التلفزيون إلى السوق الرئيسية، أصبح الطلب على البث المتزامن لعدد قليل نسبيًا من الإشارات ذات النطاق الترددي الواسع إلى العديد من أجهزة الاستقبال أكثر ملاءمةً لقدرات الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض . يُستخدم نوعان من الأقمار الصناعية للبث التلفزيوني والإذاعي في أمريكا الشمالية: البث المباشر عبر الأقمار الصناعية (DBS)، والبث عبر الأقمار الصناعية الثابتة (FSS).

تُعدّ تعريفات أقمار البث الفضائي المباشر (DBS) وأقمار البث الفضائي الثابت (FSS) خارج أمريكا الشمالية، وخاصة في أوروبا، أكثر غموضًا. فمعظم الأقمار الصناعية المستخدمة للبث التلفزيوني المباشر للمنازل في أوروبا تتمتع بنفس القدرة العالية التي تتمتع بها أقمار البث الفضائي المباشر في أمريكا الشمالية، ولكنها تستخدم نفس الاستقطاب الخطي المستخدم في أقمار البث الفضائي الثابت. ومن أمثلة هذه الأقمار: أسترا ، ويوتلسات ، وهوتبيرد ، التي تدور في مدار فوق القارة الأوروبية. ولهذا السبب، يُستخدم مصطلحا البث الفضائي الثابت والبث الفضائي المباشر على نطاق أوسع في أمريكا الشمالية، بينما يُعدّان غير شائعين في أوروبا.

تستخدم أقمار الخدمة الثابتة النطاق C والأجزاء السفلية من النطاق _Ku . وتُستخدم عادةً لبثّ المحتوى من وإلى شبكات التلفزيون والمحطات المحلية التابعة لها (مثل بثّ البرامج للشبكات والبرامج المشتركة، والبث المباشر ، وشبكات النقل )، بالإضافة إلى استخدامها في التعليم عن بُعد في المدارس والجامعات، وتلفزيون الأعمال ، ومؤتمرات الفيديو ، والاتصالات التجارية العامة. كما تُستخدم أقمار الخدمة الثابتة لتوزيع قنوات الكابل الوطنية على محطات البث الرئيسية لتلفزيون الكابل.

تُبث قنوات التلفزيون الفضائية المجانية عادةً عبر أقمار FSS في نطاق _التردد Ku . وتوفر أقمار Intelsat Americas 5 و Galaxy 10R و AMC 3 فوق أمريكا الشمالية عددًا كبيرًا من القنوات المجانية على أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بها في نطاق التردد _Ku .

كما استخدمت خدمة البث الفضائي المباشر الأمريكية Dish Network مؤخرًا تقنية FSS أيضًا لحزم البرامج الخاصة بها والتي تتطلب هوائي SuperDish الخاص بها ، وذلك بسبب حاجة Dish Network إلى سعة أكبر لحمل محطات التلفزيون المحلية وفقًا للوائح "الحمل الإلزامي" الصادرة عن لجنة الاتصالات الفيدرالية ، ولعرض نطاق ترددي أكبر لحمل قنوات HDTV .

قمر البث المباشر هو قمر اتصالات يبث إلى أطباق استقبال صغيرة (يتراوح قطرها عادةً بين 45 و60  سم). تعمل أقمار البث المباشر عمومًا في الجزء العلوي من نطاق _{الموجات} الميكروية Ku . تُستخدم تقنية البث المباشر لخدمات التلفزيون الفضائي الموجهة للبث المباشر إلى المنازل ، مثل DirecTV وDISH Network وOrby TV ^في الولايات المتحدة، ^و Bell Satellite TV و ^Shaw Direct في كندا، و Freesat و Sky في المملكة المتحدة وأيرلندا ونيوزيلندا، و DSTV في جنوب إفريقيا.

تعمل أقمار FSS بترددات وطاقة أقل من أقمار البث الفضائي المباشر (DBS)، لذا فهي تتطلب طبق استقبال أكبر بكثير (قطره من 1 إلى 2.5 متر لنطاق Ku _، و3.6 متر أو أكبر لنطاق C). تستخدم هذه الأقمار استقطابًا خطيًا لكل من مدخلات ومخرجات الترددات اللاسلكية لأجهزة الإرسال والاستقبال (بدلاً من الاستقطاب الدائري المستخدم في أقمار DBS)، إلا أن هذا فرق تقني بسيط لا يلاحظه المستخدمون. استُخدمت تقنية أقمار FSS في الأصل لبث التلفزيون الفضائي المباشر (DTH) في الولايات المتحدة من أواخر السبعينيات إلى أوائل التسعينيات، وذلك على شكل أجهزة استقبال وأطباق استقبال تلفزيوني فقط ( TVRO ). كما استُخدمت أيضًا في نطاق Ku _لخدمة Primestar التلفزيونية الفضائية التي توقفت عن العمل .

أُطلقت بعض الأقمار الصناعية المزودة بأجهزة إرسال واستقبال في نطاق التردد K _a ، مثل قمر SPACEWAY-1 التابع لشركة DirecTV، وقمر Anik F2 . كما أطلقت وكالة ناسا ومنظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO) ^{[ 39 ] [ 40 ]} _{مؤخرًا أقمارًا صناعية تجريبية تحمل إشارات في نطاق التردد K a} . ^{[ 41 ]}

وقد طرحت بعض الشركات المصنعة هوائيات خاصة لاستقبال قنوات البث الفضائي المباشر (DBS) عبر المركبات. وباستخدام تقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كمرجع، تعيد هذه الهوائيات توجيه نفسها تلقائيًا نحو القمر الصناعي بغض النظر عن موقع المركبة (التي تُركّب عليها الهوائي) أو وضعيتها. تحظى هذه الهوائيات الفضائية المتنقلة بشعبية لدى بعض مالكي المركبات الترفيهية . كما تستخدم خطوط طيران جيت بلو هذه الهوائيات المتنقلة لخدمة DirecTV (التي توفرها شركة LiveTV ، وهي شركة تابعة لجيت بلو)، والتي يمكن للركاب مشاهدتها على شاشات LCD مثبتة في المقاعد.

توفر إذاعة الأقمار الصناعية خدمات البث الصوتي في بعض البلدان، ولا سيما الولايات المتحدة. وتتيح خدمات الهاتف المحمول للمستمعين التنقل في جميع أنحاء القارة، والاستماع إلى نفس البرامج الصوتية في أي مكان.

الراديو الفضائي أو الراديو المدفوع (SR) هو إشارة راديو رقمية يتم بثها بواسطة قمر صناعي للاتصالات، والذي يغطي نطاقًا جغرافيًا أوسع بكثير من إشارات الراديو الأرضية.

يُتاح لهواة اللاسلكي الوصول إلى أقمار صناعية مخصصة لنقل إشاراتهم. تعمل معظم هذه الأقمار كمحطات تقوية إشارة فضائية، ويتصل بها عادةً هواة مجهزون بأجهزة راديو UHF أو VHF وهوائيات عالية التوجيه مثل هوائيات ياغي أو هوائيات الطبق. ونظرًا لتكاليف الإطلاق، تُطلق معظم الأقمار الصناعية الحالية في مدارات أرضية منخفضة نسبيًا، وهي مصممة للتعامل مع عدد محدود من الاتصالات القصيرة في أي وقت. كما توفر بعض الأقمار خدمات إعادة توجيه البيانات باستخدام بروتوكول X.25 أو بروتوكولات مشابهة.

بعد التسعينيات، استُخدمت تقنية الاتصالات عبر الأقمار الصناعية كوسيلة للاتصال بالإنترنت عبر اتصالات البيانات ذات النطاق العريض. وهذا مفيد للغاية للمستخدمين الموجودين في المناطق النائية، والذين لا يستطيعون الوصول إلى اتصال النطاق العريض ، أو الذين يحتاجون إلى توافر عالٍ للخدمات.

تُستخدم أقمار الاتصالات في تطبيقات الاتصالات العسكرية ، مثل أنظمة القيادة والسيطرة العالمية . ومن أمثلة الأنظمة العسكرية التي تستخدم أقمار الاتصالات: نظام MILSTAR ، ونظام DSCS ، ونظام FLTSATCOM التابع للولايات المتحدة، وأقمار حلف شمال الأطلسي ( الناتو )، وأقمار المملكة المتحدة (مثل سكاي نت )، وأقمار الاتحاد السوفيتي السابق . أطلقت الهند أول قمر صناعي للاتصالات العسكرية لها ، GSAT-7 ، وتعمل أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة به في نطاقات التردد _UHF و F و C و Ku . [ ^{42 ] عادةً} ما تعمل الأقمار الصناعية العسكرية في نطاقات التردد UHF أو SHF ( المعروف أيضًا باسم نطاق X ) أو EHF (المعروف أيضًا باسم _نطاق Ka ).

قد تستخدم معدات الرصد البيئي القريبة من سطح الأرض أقمار الاتصالات لنقل البيانات في اتجاه واحد أو للتشغيل في اتجاهين ( القياس عن بعد ، والتحكم عن بعد ، والتشخيص عن بعد ). ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]}

قد يعتمد ذلك على حمولة ثانوية لقمر صناعي للأرصاد الجوية (كما هو الحال مع GOES و METEOSAT وغيرهما في نظام Argos ) أو على أقمار صناعية مخصصة (مثل SCD ). ويكون معدل نقل البيانات المطلوب عادةً أقل بكثير من معدل نقل البيانات في خدمة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية ذات النطاق العريض .

تشمل التطبيقات تخصصات مثل علم المياه، وعلم المحيطات، والأرصاد الجوية، وعلم الزلازل، وما إلى ذلك. وتشمل الأجهزة مقاييس المد والجزر ، ومحطات الأرصاد الجوية ، وعوامات الأرصاد الجوية ، ومجسات الراديو . ^{[ 46 ] [ 47 ]}