مقاله های تخصصی

ماهواره چیست؟ – اطلاعاتی مفید در مورد ماهواره ها

ماهواره چیست؟ – اطلاعاتی مفید در مورد ماهواره‌ها

ماهواره (Satellite) یعنی هر جسمی که به دور جسم دیگر در گردش باشد و ریشه اصلی این لغت در زبان لاتین نیز به‌ معنای همراه، وابسته و ملازم است.

لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می شود که در مداری به دور یک سیاره در حال گردش باشد؛ که معمولا این سیاره، زمین است!

در عصری که ما در آن زندگی می کنیم ماهواره و تکنولوژی وابسته به آن، آنچنان در تار و پود جوامع بشری نفوذ کرده و به پیش می تازد که نقش تعیین کننده آن در سیر تحولات تمدن بشری، بسیار قابل توجه است.

ماهواره‌هایی که در فضا در حال گردشند، می توانند اطلاعات با ارزشی در اختیار انسان قرار دهند؛ که منجر به تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود.

در دنیای پرتحول و پرتحرک امروز، انسان کنجکاو و جستجوگر همواره در پی یافتن پاسخ به نیازهای خود است؛ و اگر نتواند خواسته های خود را در روی زمین بیابد، آنها را در قعر دریاها، اقیانوسها و یا درفضای بیکران جستجو خواهد کرد.

این تلاش پیوسته و پیگیر این نوید را به ما می دهد که در آینده، بسیاری از رازهای نهفته دیگر آشکار، و در مسیر رشد و تکامل نوع بشر به کار گرفته خواهند شد. امید است که دسترسی به این آیات الهی که ذره ای در مقابل بینهایت است، انسان را به عظمت و شکوه خالق این شگفتیها آگاه سازد و او را در ارتقای جلوه عبودیت خویش راهنما باشد.

ماهواره چیست؟

تاریخچه

تا قبل از اینکه گالیله ماه‌های سیاره مشتری (ژوپیتر) را کشف نکرده بود، کلمه “ماه” دقیقا مفهوم ماهواره را داشت.

پس از کشف چهار”ماه” در سیاره مشتری، “جانز کپلر” از گالیله خواست تا نام “ماه” سایر کرات را به ماهواره تغییر دهد و فقط “ماه” کره ‌زمین به نام “ماه” باقی بماند؛ اما این نام در سال 1957 و زمانی که “اسپوتنیک 1” به‌عنوان نخستین ماهواره دنیا در مدار زمین قرار گرفت، بار دیگر دچار تغییر شد، چرا که در این زمان باید با یک تعریف جدید، ماهواره‌های طبیعی از ماهواره‌های مصنوعی و ساخته دست بشر متمایز می‌شد.

بر این اساس قرار شد به ماهواره‌ای که در مدارهایی در فضا به دور زمین یا سیارات دیگر می‌چرخد، ماهواره مصنوعی (قمر مصنوعی) گفته شود.

برای اولین بار در دنیا، ایده استفاده از ماهواره مصنوعی (قمر مصنوعی) در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد. ” آرتور سی‌کلارک”، دانشمند و نویسنده انگلیسی که از او به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین خالقان داستان‌های تخیلی نیز یاد می‌کنند، نخستین پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی در مدار ژیوسنکرون (کلارک) زمین را داد.

ماهواره مدنظر وی قرار بود در فاصله 36 هزار کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا قرار گیرد، به‌ گونه‌ای که قابلیت دسترسی به 40 درصد سطح زمین را داشته باشد و بتوان از آن برای پوشش سیگنال‌های رادیویی و تلویزیونی استفاده کرد.

نخستین ماهواره‌های جهان

12 سال از زمان مطرح شدن بحث‌های اولیه درباره ماهواره‌ها گذشته بود که شوروی سابق، برای نخستین بار در دنیا ماهواره‌ای را در تاریخ چهارم اکتبر سال 1957 و با نام “اسپوتنیک1” (اسپوتنیک در زبان روسی یعنی ماهواره) به فضا پرتاب کرد.

کشور شوروی با پرتاب این ماهواره به فضا در دوران جنگ‌ سرد، باعث شگفتی کشورهای غرب و آمریکا شد. پرتاب این ماهواره که بخشی از برنامه ماهواره‌ای شوروی بود، باعث آغاز عصر فضا و مسابقه فضایی در دنیا شد.

این ماهواره به اندازه توپ بسکتبال و وزن آن در حدود 83 کیلوگرم بود. “اسپوتنیک 1” دارای دو فرستنده رادیویی در طول موج‌های 20 و 40 مگاهرتز بود و در مداری بیضوی و در ارتفاع متوسط 250 کیلومتری به مدت 98 دقیقه به دور کره ‌زمین می‌چرخید.

اما نخستین ماهواره با کاربرد تخصصی که در مدار زمین قرار گرفت، از نوع مخابراتی و با نام “تله استاد” بود.

این ماهواره که متعلق به شرکت “AT&T” بود، در سال 1962 با یک موشک دلتا به فضا پرتاب شد. تله استاد که برای مخابره برنامه های تلویزیونی طراحی شده بود، توانست امکان ارسال و دریافت برنامه های تلویزیونی را بین آمریکا و اروپا فراهم کند؛ در عین حال به انتقال مکالمات تلفنی نیز می‌پرداخت.

همچنین ببینید:  مدار مجتمع یا IC چیست؟ - بخش دوم : انواع مدارهای مجتمع

نیم نگاهی به آمار ماهواره‌ها از ابتدا تا کنون

بر اساس اطلاعات موجود، از سال 1975 تا کنون بیش از چهار هزار و 949 ماهواره ثبت شده در فضا وجود دارد که متعلق به 42 کشور دنیاست.

از میان کشورهای دارای ماهواره تنها 18 کشور توسعه‌ یافته هستند و در میان کشورهای آسیایی نیز تنها 9 کشور دارای این تکنولوژی هستند؛ که شش کشور آسیایی دارای ماهواره، در همسایگی ایران قرار دارند.

ترکیه، روسیه، امارات متحده عربی، پاکستان و عربستان کشورهای همسایه ایران هستند که از تکنولوژی ماهواره‌ای بهره‌مند هستند.

به اعتقاد برخی از کارشناسان سرمایه‌گذاری جهانی، به ویژه قدرت‌های بزرگ در امور فضا، عملیاتی بودن بیش از 260 ماهواره تجاری مخابراتی در مدار ثابت همزمان، درخواست ثبت هزاران نقطه مداری در باندهای مختلف فرکانسی از طرف کشورهای جهان، تأسیس و بهره‌برداری از ایستگاه بین‌المللی فضایی و پخش صدها کانال تلویزیونی همزمان در سراسر جهان، جمع‌آوری اطلاعات محیطی و منابع طبیعی، همگی حکایت از درجه اهمیت فوق‌العاده این صنعت استراتژیک دارد.

گروه ‌بندی ماهواره‌ها

شاید پس از پرتاب نخستین ماهواره تخصصی جهان در سال 1962 بود که بحث دسته‌بندی ماهواره‌ها آغاز شد.

کارشناسان نیز در حال حاضر ماهواره‌ها را با توجه به معیارهای مختلفی از قبیل “ارتفاع آن‌ها از کره ‌زمین” و “کاربردهای آنها” تقسیم می‌کنند.

بر این اساس، ماهواره‌های “کم ارتفاع”، “ارتفاع متوسط”، “مدار هم گردش” و “مدار هم گردش بدون حرکت” از انواع ماهواره‌ها با توجه به ارتفاع آن‌ها از کره ‌زمین محسوب می‌شوند.

در عین حال کارشناسان ماهواره‌ها را بر اساس کاربرد به 10 گروه تقسیم می‌کنند:

ماهواره‌های نجومی

ماهواره نجومی که جهت کشف کهکشان‌ها، سیارات و دیگر کرات آسمانی به فضا پرتاب می‌شود.

ماهواره‌های ارتباطاتی

ماهواره‌های ارتباطاتی که عمدتا برای ارتباطات مخابراتی و رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرد و گفته می‌شود که این ماهواره‌ها معمولا در مدار GEO قرار می‌گیرند. ماهواره‌های تلویزیونی، رادیویی و اینترنتی در این دسته‌بندی قرار می‌گیرند.

ماهواره‌های اکتشافی زمینی

ماهواره‌های اکتشافی زمینی که جهت اکتشافات غیرنظامی از زمین نظیر تهیه نقشه، بررسی‌های محیطی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ماهواره‌های مکان‌یاب

ماهواره‌های مکان‌یاب که برای مشخص کردن مکان اشیا یا وسایل مانند مکانی‌یابی کشتی‌ها، استفاده می‌شود.

ماهواره‌های جاسوسی

ماهواره‌های شناسایی و اکتشافی که نام دیگرشان ماهواره‌های جاسوسی است. این نوع از ماهواره‌ها عملکردی مشابه ماهواره‌های اکتشافی زمینی دارند با این تفاوت که کاربرد نظامی نیز دارند.

ماهواره‌های خورشیدی

 که به‌منظور قرار گرفتن در مدارهای با ارتفاع بسیار بالا از سطح زمین ساخته می‌شوند.

 ایستگاه‌های فضایی

ایستگاه‌های فضایی در واقع این ایستگاه‌ها نیز نوعی ماهواره محسوب می‌شوند که جهت استقرار فضانوردان در فضا ساخته می‌شود.

ماهواره‌های آب‌وهوایی

ماهواره‌های آب‌وهوایی نیز همان‌طور که از نامشان پیداست مختص آب‌وهوا هستند.

ماهواره‌های کوچک

ماهواره‌های کوچک که در وزن و حجم‌های خیلی کوچک درست می‌شوند و وزن آن‌ها بین 10 تا 500 کیلوگرم است؛ که نخستین ماهواره ایرانی که در فضا قرار دارد (سینا1) جزء این گروه‌ از ماهواره‌ها محسوب می‌شود.

ماهواره “کاو”

ماهواره “کاو”  نام دیگر این ماهواره “کپسول زمان” است. کار آن ضبط پیغام‌های اهل کره‌ زمین در زمان حال برای اهالی کره‌ زمین در 50 هزار سال دیگر است؛ که قرار بوده با پشتیبانی و نظارت یونسکو و سازمان فضایی اروپا به فضا پرتاب شود.

مدار حرکتی ماهواره‌ها

ماهواره در یک مسیر بسته که آن را مدار ماهواره می‌نامند، به دور زمین در گردش است. این مسیر ممکن است دایره‌ای یا بیضی شکل باشد و مرکز زمین در مرکز این مسیر یا در یکی از کانون‌های بیضی آن قرار دارد.

ماهواره در صورتی که تحت تاثیر نیروهای گرانشی دیگری قرارنگیرد، همواره در صفحه‌ای به نام صفحه مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می دهد. حرکت این صفحه مداری به پریود مدار و زاویه صفحه با صفحه استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین می‌شود.

عموما ماهواره‌ها روی 4 نوع مدار که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می‌گیرند:

  • مدار پائین زمین
  • مدار قطبی
  • مدار زمین‌ایست
  • مدار بیضوی

ماهواره‌های مدار پائین زمین

به ماهواره‌هایی که در در فاصله نسبتا کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پائین زمین گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین بین ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است.

همچنین ببینید:  خرید سیستم صوتی خودرو - راهنمای کامل انتخاب و خرید

مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و هم جهت با دوران زمین بدور خود است.

بدلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهواره‌ها به ۲۷۳۵۹کیلومتر در ساعت نیز می رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می توانند در هر ۹۰دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.

برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوعند.

ماهواره‌های مدار قطبی

ماهواره‌های مدار قطبی نوعی از ماهواره‌ها را گویند که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دوران از قطبهای شمال و جنوب می گذرد.

بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

ماهواره‌های مدار زمینی

این ماهواره‌ها در حالت کلی بر روی مدار زیر زمینی و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۳۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.

این نوع ماهواره‌ها در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و بدلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای‌پا») بر زمین هستند.

تمام ماهواره های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.

ماهواره‌های مدار بیضوی

این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند.

دو نقطه مهم از مدار این ماهواره ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است: قسمتی که به سطح زمین نزدیک می شوند به نام نقطه حضیض، و قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج نامیده می‌شود.

مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهواره‌های قطبی از سمت شمال به جنوب است.

چون اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین‌ایست قرار گرفته‌اند، این ماهواره‌ها هیچ پوششی بروی قطب‌های شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل جهت پوشش قطب‌ها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود.

در واقع این نوع از ماهواره ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می دهند.

ساختمان ماهواره

ماهواره از دو بخش تجهیزات مخابراتی و غیرمخابراتی تشکیل شده است.

زیر سیستمهای مخابراتی، آنتنها و تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتی، دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را انجام می دهد و ( ترانسپوندر ) نام دارد. ترانسپوندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت و پس ازتقویت و تغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.

آنتنهای مربوط به این ترانسپوندرها طوری طراحی شده اند که فقط قسمتهایی از سطح زمین را که درون شبکه ماهواره ای قرار دارند، پوشش می دهند. یک ماهواره معمولا آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کارمی رود؛ زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند.

آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.

بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی، سیستم کنترل موقعیت و مدار، ساختمان مکانیکی، سیستم منبع تغذیه و موتور اوج است.

در ادامه به معرفی این سیستم ها خواهیم پرداخت.

سیستم کنترل حرارتی ماهواره

این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.

سیستم کنترل موقعیت و مدار

سیستم کنترل موقعیت ماهواره جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد.

ساختمان مکانیکی

ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می شود، تحمل کند.

بدنه ماهواره معمولا از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست. این قسمت از ترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام و ثبات ساختمانی خاصی است ساخته می شود.

سیستم منبع تغذیه

منابع اصلی تغذیه معمولا سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژ کردن باتریهای ذخیره نیز مورد استفاده قرار می گیرد. این باتریها از نوع نیکل کادمیم هستند.

موتور اوج

نقش موتور اوج، ایجاد مدار دایره ای شکل و جلوگیری از انحرافات مداری ماهواره است. بعضی مواقع با استفاده از موتور اوج، ماهواره‌ها را در مدار ثابت مستقر می کنند.

همچنین ببینید:  نگهداری از باتری لپ تاپ با رعایت 5 نکته مهم و کاربردی

ایستگاههای زمینی

ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات، بر اساس نوع استفاده از آنها عبارتند از:
ایستگاههای ثابت و ایستگاههای سیار.

ایستگاه های زمینی ماهواره معمولا از چند قسمت تشکیل شده اند:

آنتن، فرستنده، گیرنده، سیستمهای کنترل برقراری ارتباط و منابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه.

هر یک از اجزای فوق شامل قسمتهای مختلفی هستند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی، حجم و تجهیزات آنها متفاوت خواهد بود.

آنتن ایستگاههای زمینی

به طور کل، آنتن فرستنده، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده، این امواج را می گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

در هر سیستم مخابرات رادیویی، آنتن نقش حساس و مهمی دارد؛ زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب و نصب و تنظیم صحیح آنها می توان تا حد زیادی بازدهی سیستم را بالا برد.

علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می شود و سپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد.

ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد. این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد.

آنتن ایستگاههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که وزن نوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می رسد.

از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره در محدوده فرکانسهای مگاهرتز و گیگاهرتز است، آنتنهای مورد استفاده ماهواره تقریبا همه از نوع آنتنهای منعکس کننده هستند.

سیستم های کنترل و ردیابی فضایی

این سیستمها به طور کلی چهار عمل را انجام می دهند:

فرمان از راه دور

عبارت است از فرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره به وسیله فضایی برای آن تنظیم شده است؛ مثلا برای راه اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک.

اندازه گیری از راه دور

عبارت است از سیستمی که اطلاعات دریافت شده از ماهواره یا سفینه های فضایی را به صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می آورد؛ و از این طریق، اندازه گیری از مسافتهای خیلی دور انجام می شود.

ردیابی

با این کار موقعیت مداری و سرعت ماهواره و مشخصه های دیگر آن گزارش می شود.

کنترل

عبارت است از هدایت وسایل و بالا رونده های فضایی و ماهواره‌ها در مدار، به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل، یکی از کارهای آنهاست.

ماهواره‌ها دقیقا در موقعیت خود نسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی از پیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت، باید از ایستگاههای زمینی به طور مرتب تنظیمهایی بر روی موقعیت آنها انجام گیرد تا بتوان از انحراف مسیر ماهواره جلوگیری کرد.

عوامل موثر در هزینه تجهیزات ایستگاه زمینی

قطر آنتن مهمترین عاملی است که هزینه آنتن را تعیین می کند؛ چون با بزرگ بودن قطر، وزن آنتن سنگین تر می شود و احتیاج به نگهدارنده هایی قویتر پیدا می کند؛ و همچنان که شعاع کم می شود تجهیزات ردیاب پیچیده تر می شود.

برای آنتنهای بزرگ، مثلا ۱۱ متری و ۱۳ متری، سیستمهای ردیاب کامپیوتری مورد نیاز و سیستم هدایت امواج آنتن، بزرگتر و پیچیده تر می شود.

در سیستم ارسال، قدرت لازم برای تقویت کننده های سیگنال، یک عامل تعیین کننده در قیمت فرستنده است.

نه تنها قیمت این تقویت کننده های سیگنال گران است، تامین قدرت مورد نیاز آن نیز در مناطق دور افتاده باید در نظر گرفته شود؛ زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم، صرف تغذیه تقویت کننده های سیگنال می شود.

پس عوامل عمده ای که در هزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرند عبارتند از:

  • قطرآنتن
  • مقدار قدرت تقویت کننده های سیگنال
  • سیستمهای جایگزین تجهیزات اصلی
  • قطعات یدکی

موفق و پیروز باشید…

منابع: مطالعات ارتباطی، آسمونی، و دیگر مقالات سطح وب

 

برچسب ها

مدیر سایت

من سید سجاد فخری، از بچگی عاشق الکترونیک بودم و عاشق کارهای عملی هستم. حتما نظرات خودتون رو در آخر نوشته ها اعلام کنید. مطمئن باشید در کوتاه ترین زمان به دیدگاههای شما پاسخ داده میشه.

مطالب زیر را هم بخوانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن

بلوک تبلیغ حذف شد

با غیرفعال کردن بلوک تبلیغات از ما حمایت کنید.