ماهواره (Satellite)
ماهواره (Satellite) یعنی هر جسمی که به دور جسم دیگر در گردش باشد و ریشه اصلی این لغت در زبان لاتین نیز بهمعنای همراه، وابسته و ملازم است. 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، چراکه در این زمان باید با یک تعریفی جدید، ماهوارههای طبیعی از ماهوارههای مصنوعی و ساخته دست بشر متمایز میشد و بر این اساس قرار شد به ماهوارهای که در مدارهایی در فضا به دور زمین یا سیارات دیگر میچرخد، ماهوا/ره 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 را در مدار ژیوسنکرون (کلارک) زمین را داد. ماهواره مدنظر وی قرار بود در فاصله ۳۶ هزار کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا قرار گیرد، بهگونهای که قابلیت دسترسی به ۴۰ درصد سطح زمین را داشته باشد و بتوان از آن برای پوشش سیگنالهای رادیویی و تلویزیونی استفاده کرد. اهمیت ماهوارهها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است. بخشی از پژوهشهای علمی و تخصصی که در آزمایشگاههای مستقر در فضا انجام میشود، هرگز نمیتوانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد
تاریخچه
ظاهرا نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشتهای از ادوارد اورت هیل است. او در سال ۱۸۶۹ در داستانی بنام «ماه آجری» از ماهوارهای حامل انسان نام میبرد که به دور زمین میگردد. ژول ورن نیز در داستان «میلیونهای بگم» در سال ۱۸۷۹ از گلوله توپی نام میبرد که بطور ناخواسته در مدار زمین به گردش درآمده است. کنستانتین سیولخوسکی نیز در رساله خود بنام «اکتشاف فضای کیهانی با وسائل عکسالعملی» در میان انبوهی از اندیشههای نو در مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام میبرد. در سال ۱۹۴۵ آرتور سی. کلارک نویسنده داستانهای علمی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهوارههای ارتباطی برای تامین ارتباط در سراسر زمین در مدار ژئوسنکرون زمین قرار گیرند.نخستین ماهواره اسپوتنیک ۱ بود که در سال ۱۹۵۷ در مدار زمین قرار گرفت. نخستین ماهواره مخابراتی تلهاستار بود که در سال ۱۹۶۲ در مدار قرار گرفت و ارسال و دریافت برنامههای تلویزیونی را بین آمریکا و اروپا ممکن کرد. به هر حال ۱۲ 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 ۱۹۵۷ و با نام “اسپوتنیک۱” (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 ۸۳ کیلوگرم بود.
“اسپوتنیک ۱” دارای دو فرستنده رادیویی در طول موجهای ۲۰ و۴۰ مگاهرتز بود و در مداری بیضوی و در ارتفاع متوسط ۲۵۰ کیلومتری به مدت ۹۸ دقیقه به دور کره زمین میچرخید. ولی 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 “ایتیاندتی” بود، در سال ۱۹۶۲ با یک موشک دلتا به فضا پرتاب شد. تله استاد که برای مخابره برنامههای تلویزیونی طراحی شده بود، توانست امکان ارسال و دریافت برنامههای تلویزیونی را بین آمریکا و اروپا فراهم کند، در عین حال به انتقال مکالمات تلفنی نیز میپرداخت.
جدول نخستین پرتاب ، سال پرتاب
جماهیر شوروی ( روسیه) : ۱۹۵۷ اسپوتنیک ۱
ایالات متحده : ۱۹۵۷ اکسپلورر ۱
فرانسه : ۱۹۶۵ آستریکس
ژاپن : ۱۹۷۰ اسومی
چین : ۱۹۷۰ دونک فانگ هونگ ۱
انگلستان : ۱۹۷۱ پراسپرو ایکس-۳
هند : ۱۹۸۰ روهینی
رژیم صهیونیستی : ۱۹۸۸ اوفک -۱
اوکراین : ۱۹۹۵ سیچ -۱
ایران : ۲۰۰۹ امید ۱
گروه بندی ماهوارهها
شاید پس از پرتاب نخستین ماهواره تخصصی جهان در سال ۱۹۶۲ 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 “کاربرهای آنها” تقسیم میکنند. بر این اساس، ماهوارههای “کمارتفاع”، “ارتفاع متوسط”، “مدار همگردش” و “مدار همگردش- 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 ۱۰ گروه تقسیم میکنند:
ماهواره های 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.
ماهواره های آب و هوایی
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 ۱۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم است که نخستین ماهواره ایرانی که در فضا قرار دارد (سینا۱) جزء این گروهاز 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 ۵۰ هزار سال دیگر است که قرار بوده در سال جاری میلادی با پشتیبانی و نظارت یونسکو و سازمان فضایی اروپا به فضا پرتاب شود.
انواع ماهواره از نظر کاربرد
ماهوارهها از نظر کاربرد به چند دسته تقسیم میشوند:
ماهوارههای مخابراتی
ماهوارههای هواشناسی
ماهوارههای منابع زمینی
ماهوارههای موقعیتیاب
ماهوارههای ستارهشناسی
ماهوارههای جاسوسی یا نظامی
ایستگاههای فضایی
مدار 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 درصورتی که تحت تاثیر نیروهای گرانشی دیگری قرارنگیرد، همواره درصفحهای 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 بروی چهار نوع مدار که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می گیرند:
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 .۳۲ تا ۸۰۰ کیلومتر است. مسیر حرکت این ماهوارهها از غرب به شرق و همجهت 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 ۲۷۳۵۹ کیلومتر در ساعت نیز می رسد. با این سرعت، این نوع از ماهوارهها می توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.برخی از ماهوارههای هواشناسی، ماهوارههای سنجش از دور و ماهوارههای جاسوسی از این نوعاند.
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.
ماهواره های مدار زمینایست
این ماهواره ها در حالت کلی بروی مدار زمینایست و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۳۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند .این نوع ماهوارههای 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.به مدار geosynchronous مدار مدار زمینایست و یا مدار کلارک نیز گفته میشود .تمام ماهوارههای 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 نامیده میشود. 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 و 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. یک ماهواره را می توان به دو بخش کلی تقسیم کرد :
بار مفید یا محموله
سکو یا جایگاه
بار مفید یا محموله قسمتی از ماهواره است که ماهواره بدان منظور ساخته و در مدار قرار داده می شود برای مثال ماهواره ای که به منظور هواشناسی فرستاده می شود از ابزارهای دقیق جهت محاسبات جریانهای هوایی و تعیین جهت حرکت احتمالی آنها استفاده می کنند.در نتیجه این قسمت از ماهواره در هر ماموریت متفاوت می باشد.
وقتی یک ماهواره در مدار قرار می گیرد دسترسی بدان آسان نیست بنابراین باید از بهترین عملکرد از نظر جنس سازه مورد استفاده و نیز طراحی بهینه سازه برخوردار باشد اگر به هنگام کار یک ماهواره برای آن مشکلی پیش بیاید چه کار باید کرد؟چون زمان زیادی برای طراحی یک ماهواره صرف شده و نیز از ساخت ماهواره هدفی دنبال می شده بنابراین باید قسمتی در ماهواره تعبیه شود که بتوان در مواقع اضطراری برای تعمیر قطعات فرسوده یا ناکارآمد و نیز کنترل ، مراقبت ، پشتیبانی فنی و در برخی موارد اتصال به فضاپیما از آن استفاده نمود این قسمت به سکو یا جایگاه محموله معروف است.
نخستین ماهواره جهان
۱۲ سال از مطرح شدن بحثهای ابتدایی درباره ماهواره گذشته بود که شوروی سابق برای نخستین بار در دنیا ماهواره را با نام (اسپوتنیک)به معنای ماهواره در زبان روس در سال ۱۹۷۵ به فضا پرتاب کرد . کشور شوروی با پرتاب این ماهوارذه در زمان جنگ سرد باعث شگفتی کشورهای غرب و آمریکا شد.پرتاب این ماهواره بخشی از برنامه ماهواره شوروی بود و باعث آغاز عصر فضا و مسابقه فضایی دردنیا شد .
این ماهواره به اندازه توپ بسکتبال و وزن آن در حدود ۸۳ کیلوگرم بود .اسپوتنیک ۱دو فرستنده رادیویی در طول موجهای ۲۰و ۴۰ مگاهرتز داشت و در مداری بیضوی و در ارتفاع متوسط ۲۵۰کیلومتری به مدت ۹۸ دقیقه به به دورکره زمین میچرخید وای نخستین ماهواره با کاربرد تخصصی که د رمدار زمین قرا رگرفت از نوع مخابراتی و با نام تله استاد بود این ماهواره متعلق به به شرکت ((ای تی اندتی))بود و د رسال ۱۳۴۱ با 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 و در عین حال به انتقالات مکالمات تلفنی نیز می پرداخت .