مینی بانک اطلاعاتی

ماهواره چیست؟

        به زبان ساده، ماهواره به هر شی‌ء که حول مدار شی‌ء دیگرگردش می‌کند، گفته می‌شود.     

به زبان ساده، ماهواره به هر شی‌ء که حول مدار شی‌ء دیگر گردش می‌کند، گفته می‌شود. اجزای ابتدایی ماهواره‌ها یکسان است ولی کاربردهای متفاوتی دارند. انواع ماهواره‌ها عبارتند از:۱ – ماهواره مخابراتی ۲ –ماهواره هواشناسی ۳ – ماهواره منابع طبیعی ۴ – ماهواره ستاره‌شناسی ۵ – ماهواره ردیابی ۶ –ماهواره‌های نظامی و جاسوسی (ماهواره‌های GPS از نوع ماهواره‌های دریایی هستند.)اولین کشورهایی که ماهواره به فضا پرتاب کرده‌اند

۱) USSR ، ۱۹۵۷ Oct ۴

۲) USA، ۱۹۵۸ Jan ۳۱

۳) France، ۱۹۶۵ Nov ۲۶

۴) Japan، ۱۹۷۰ Feb ۱۱

۵) China، ۱۹۷۰ Apr ۲۴

۶) Great Britain، ۱۹۷۱ Oct ۲۸

۷) Europe، ۱۹۷۹ Dec ۲۴

۸) India، ۱۹۸۰ Jul ۱۸

انسان از دیرباز مشتاق دانستن موقعیت مکانی خود نسبت به یک مرجع بود که پیشتر از طریق ستارگان، خورشید یا سایر پدیده‌های طبیعت انجام می‌گرفت و با گسترش و پیشرفت برق‌آسای ابعاد گوناگون زندگی، این آرزو به نیازی مبرم بدل شد که حتما باید واقعیت پیدا می‌کرد. با پیدایش چاپار، جاده، کجاوه، بالاخره دریانوردی نیز آغاز شد و در نهایت پیشرفته‌ترین و شگفت‌انگیزترین فناوری عصر، یعنی هوانوردی نیز پا به عرصه وجود گذاشت که البته در مراحل اولیه این صنعت، نظر انسان بیشتر به بعد نظامی آن معطوف شد ولی خیلی سریع فراگیر شده و به صورت نظامی – تجاری درآمد. حال سرعت، دقت می‌طلبید و دقت ایمنی. برای حصول به این مقصود، جهت‌یابی و رهیابی (به نام ناوبری) به صورت یک اصل مهم جلوه کرد.با کشف آهنربا، ناوبری از طریق قطب‌نمای مغناطیسی آغاز شد و پس از طی مراحل زمانی و بالا رفتن سرعت و سقف پرواز و تعداد چشمگیر پروازها و ضرورت توجه شدید به مسائل ایمنی آسمان، دستگاه‌ها و وسایل پیچیده و دقیق ناوبری الکترونیکی متولد شدند اما به دلیل ورود سیستم‌های پیچیده الکترونیکی و به وجود آمدن میدان‌های مغناطیسی مصنوعی، قطب‌نما تا حدی کارایی خود را از دست داد و ناوبری سنتی دریا که محدود بود به رغم اختراع و ابداع سیستم‌های ناوبری الکترونیکی مدرن و شگفت‌انگیز، به علت اختلالات جوی، شرایط آب و هوا، فزونی شدید تعداد پروازها و پیچیدگی خاص وسایل ناوبری بالاخص در حیطه هواپیمایی نظامی، با مشکلاتی رو به رو بود. در سال ۱۹۷۲ وزیر دفاع وقت ایالات متحده خطاب به پژوهشگران جوان گفت ما چرا نباید یک سیستم موقعیت‌یاب دقیق هواپیمای نظامی را در اختیار داشته باشیم. به این ترتیب، پیشرفته‌ترین و جدیدترین سیستم ناوبری جهانی، یعنی GPS متولد شد که در راستای تعیین مکان و زمان جغرافیایی در بستر هوانوردی به سرعت فراگیر شد. جالب است بدانیم تولد GPS به ظهور اینترنت خیلی شبیه بود. یعنی در سال ۱۹۷۸ فقط یک ماهواره به فضا پرتاب شد و به مرور به دوازده فروند رسید که امروزه این تعداد به ۲۴ فروند رسیده است. در سال ۱۹۸۰ دولت آمریکا استفاده از GPS را که برای مقاصد نظامی طرح شده بود در سطح بین‌المللی و فراگیر بلامانع اعلام کرد که امروزه با استفاده از چهار ماهواره در پرواز، اطلاعات دریافتی آنالیز شده و روی مونیتور و کابین خلبان به صورت دیجیتالی به نمایش درمی‌آید. به علت نوپا بودن GPS تصور می‌شود که فقط در هواپیمایی کاربرد دارد در صورتی که امروزه در نقشه‌برداری، توزیع برق، تلفن، مخابرات، مدیریت شهری، دریاها، اکتشافات نفت و گاز، مهم‌تر از همه در ناوگان‌های هوایی – دریایی و اخیرا زمینی نقش موثری دارد. شگفت آنکه امروزه اشخاص معمولی را هم می‌توان در صف استفاده‌کنندگان از GPS مشاهده کرد. (ایمنی مراکز مهم، اتومبیل، انسان، ...)

چون هدف از GPS دسترسی مقامات و کاربران به آن در تمام مدت شبانه‌روز و در کلیه نقاط کره زمین است و در هر لحظه دسترسی حداقل به چهار ماهواره ضروری است بنابراین، تعداد ۲۴ ماهواره در شش مدار و در فاصله ۷۵/۲۶۵۶۱ کیلومتری زمین قرار گرفته‌اند. شکل اسمی مدار دایره‌ای و با خروج از مرکز e=۰ است کلیه شش مدار زاویه شیب ۵۵ درجه دارند و در یک دایره ۳۶۰ درجه تقسیم شده‌اند و اختلاف طول جغرافیایی صفحات دو مدار از هم ۶۰ درجه است. اساس اندازه‌گیری و عملکرد GPS به شرح زیر است:

۱ – اساس کار آن، روش اندازه‌گیری مثلث‌بندی با ماهواره‌هاست.

۲ – در اندازه‌گیری مثلث‌بندی، فاصله از طریق طی مسیر و به وسیله یک پیام الکترومغناطیسی (سیگنال) اندازه‌گیری می‌شود.

۳ – وقتی که فاصله از ماهواره مشخص شد باید بدانیم که ماهواره در کدام نقطه فضا قرار دارد.

۴ – اندازه‌گیری زمان مسیر طی شده به ساعت‌های دقیق و در نتیجه گران قیمت نیاز دارد.

۵ – باید در نظر داشت که سیگنال GPS هنگام عبور از یونیسفر و اتمسفر با تاخیر زمانی مواجه است.

عملکرد مثلث‌بندی به عنوان اساس کار فرض شود که ما در نقطه O در فضا قرار داشته باشیم و از موقعیت خود اطلاع نداریم اما می‌دانیم که فاصله ما از نقطه A برابر a است و می‌دانیم که نقطه O روی کره‌ای به شعاع a و مرکزیت A قرار دارد و همین سلسله را تا نقاط D (A B C D) نیز به کار ببریم و برای به دست آوردن فاصله از ماهواره، به مثال زیر توجه شود: - ش ۳ – شما و دوستتان در نقاط شمالی و جنوبی یک زمین فوتبال ایستاده‌اید و هر دو همزمان در ساعت ۴ می‌گویید "یک" چهار و یک ثانیه بگویید "دو" ...

حال اگر "یک" گفتن دوستتان را هنگام گفتن ۴ توسط خودتان بشنوید و محاسبه کنید، رسیدن صدای "یک" دوست شما "سه" ثانیه طول کشیده است و اگر این "سه" ثانیه را در سرعت صوت و در دمای مشخص ضرب کنید، فاصله به دست می‌آید. در ماهواره نیز گیرنده‌های هواپیما و ماهواره همزمان سیگنال ارسال می‌کنند و با اختلاف زمانی برگشت سیگنال‌ها فاصله به شمار می‌رود. – ش ۲ – اما زمان کلید اندازه‌گیری در ماهواره است زیرا یک ثانیه اشتباه یعنی ۰۰۰/۳۰۰ کیلومتر اختلاف مکانی. بنابراین از ساعت‌های اتمی با دقت عمل ۹- ۱۰ ثانیه استفاده می‌شود. البته اغتشاشاتی در مسیر ناشی از جاذبه خورشید، ماه، اجرام سماوی ... وجود دارد که GPS برای مقاصد نظامی انحرافات را محاسبه، تصحیح و مخابره می‌کند.

●درجه دسترسی

الف) عمومی

جالب اینکه در امور شخصی نیز به جای دزدگیرهای فعلی که ضد آن ساخته شده و کم کم کارایی لازم را از دست می‌دهد، استفاده می‌شود. کافی است یک گیرنده مینیاتوری داخل اتومبیل گران‌قیمت و یا لباس انسان جاگذاری شود، می‌توان اتومبیل یا شخصی که صدها کیلومتر دور از ما هست را با استفاده از روش ردیابی GPS و اینترنت کشف و گزارش کرد.

ب ) هواپیما (چراغ علاءالدین)

سال‌ها قبل اگر به کابین خلبان و یا ناوبر سر می‌زدید، خلبان، مهندس پرواز و ناوبر همگی به طور دائم در حال بررسی وضعیت ناوبری، موتور، ... بودند که در پروازهای طولانی خسته‌کننده بود. خلبان خودکار (اتوپایلوت) نیز کاربری محدود دارد اما در هواپیماهای مدرن امروزی، کامپیوتری به نام سیستم مدیریت پرواز FMS (Flight Management (System به طور هوشمند وجود دارد که خلبان دستورات دریافتی پروازی از مرکز Despatch زمین را به حافظه این کامپیوتر وارد می‌کند. شما حتما در داستان علا‌ءالدین و چراغ جادو ملاحظه کرده‌اید که غول معروف داستان، علاء الدین را هر جا که اراده می‌کرد، می‌برد این مثال در مورد ماهواره و خلبان نیز صدق می‌کند. خلبان هم اطلاعات پروازی Flightplan را از طریق FMS به حافظه ماهواره وارد کرده و از GPS می‌خواهد که او را به فرودگاه موردنظرش راهنمایی کند (مقصد). با توجه به اینکه مشخصات و مختصات کلیه فرودگاه‌های دنیا در حافظه اصلی ماهواره ثبت است، بنابراین ماهواره اطلاعات دریافتی از هواپیما را پردازش کرده و مختصات مسیر پرواز (طول و عرض جغرافیایی – زمان، ارتفاع، سرعت ...) را روی مونیتور خلبان به نمایش درمی‌آورد (نصب این مونیتور در کابین مسافران در پروازهای برون‌مرزی اجباری است).حال، خلبان پس از بلند شدن از زمین کافی است که فرمان را روی خلبان خودکار قرار دهد و استراحت کند و یا به کابین مسافران رفته و با آنها صحبت کند. زیرا FMS با دریافت اطلاعات لحظه‌ای از ماهواره، ارتفاع، جهت و مسیر مناسب را انتخاب می‌کند. شگفت آنکه GPS به خاطر ارتباط با رادار هوا Weather Radar در صورت بدی هوا، مسیر هواپیما را تغییر می‌دهد و پرواز را ایمن می‌سازد. آری، حال شما کافی است در کابین مسافران به صندلی خود تکیه داده و استیک خود را با خیال راحت میل کنید و یا از خواب عمیق لذت ببرید زیرا شما در پناه تکنولوژی قرن بیست و یکم پرواز می‌کنید .

ماهواره های مصنوعی

ماهواره های مصنوعی بر اساس ماموریت هایشان طبقه بندی می شوند. شش نوع اصلی ماهواره وجود دارند.        

ماهواره ی مصنوعی شی ایست كه توسط انسان ساخته شده و به طور مداوم در حال حركت در مداری حول زمین یا اجرام دیگری در فضا می باشد. بیشتر ماهواره های ساخته شده تاكنون حول كره زمین در حركتند و در مواردی چون مطالعه كائنات، ایستگاه های هوا شناسی، انتقال تماس های تلفنی از فراز اقیانوس ها، ردیابی و تعیین مسیر كشتی ها و هواپیماها و همینطور امور نظامی به كار می روند...... ماهواره هایی نیز وجود دارند كه دور ماه، خورشید، اجزام نزدیك به زمین و سیاراتی نظیر زهره، مریخ و مشتری در حال گردش می باشند. این ماهواره ها اغلب اطلاعات مربوط به جرم آسمانی كه حول آن در گردشند را جمع آوری می كنند.

به جز ماهواره های مصنوعی مذكور اشیای در حال گردش دیگری نیز در فضا وجود دارند از جمله فضا پیما ها، كپسول های فضایی و ایستگاه های فضایی كه به آنها نیز ماهواره می گوییم. البته اجرام دیگری نیز در فضا وجود دارند به نام زباله های فضایی شامل بالابرنده های مستهلك راكت ها، تانك های خالی سوخت و ... كه به زمین سقوط نكرده اند و در فضا در حركتند. در این مقاله به این اجرام نمی پردازیم.

اتحادیه سویت پرتاب كننده اولین ماهواره مصنوعی، اسپاتنیك ۱، در سال ۱۹۵۷ بود. از آن زمان ایالات متحده و حدود ۴۰ كشور دیگر سازنده و پرتاب كننده ماهواره به فضا بوده اند. امروزه قریب به ۳۰۰۰ ماهواره فعال و ۶۰۰۰ زباله فضایی در حال گردش به دور زمینند.

●انواع مدارها

مدارهای ماهواره ها اشكال گوناگونی دارند. برخی دایره شكل و برخی به شكل بیضی می باشند. مدارها از لحاظ ارتفاع (فاصله از جرمی كه ماهواره حول آن در گردش است) نیز با یكدیگر تفاوت دارند. برای مثال بعضی از ماهواره در مداری دایره شكل حول زمین خارج از اتمسفر در ارتفاع ۲۵۰ كیلومتر(۱۵۵ مایل) در حركتند و برخی در مداری حركت می كنند كه بیش از ۳۲۲۰۰ كیلومتر (۲۰۰۰۰ مایل) از زمین فاصله دارد. ارتفاع بیشتر مدار برابر است با دوره گردش ( مدت زمانیكه ماهواره یك دور كامل در مدار خود حركت می كند) طولانی تر. یك ماهواره زمانی در مدار خود باقی می ماند كه بین شتاب ماهواره ( سرعتی كه ماهواره می تواند در طی یك مسیر مستقیم داشته باشد ) و نیروی گرانش ناشی از جرم آسمانی كه ماهواره تحت تاثیر آن می باشد و دور آن در گردش است تعادل وجود داشته باشد. چنانچه شتاب ماهواره ای بیشتر از گرانش زمین باشد ماهواره در یك مسیر مستقیم از زمین دور می شود و چنانچه این شتاب كمتر باشد ماهواره به سمت زمین برخواهد گشت.

برای درك بهتر تعادل بین گرانش و شتاب، جسم كوچكی را در نظر بگیرید كه به انتهای یك رشته طناب متصل و در حال چرخش است. اگر طناب پاره شود جسم متصل به آن در یك مسیر صاف به زمین می افتد. طناب در واقع كار گرانش را انجام می دهد تا شی بتواند به چرخش خود ادامه دهد. ضمنا وزن شی و طناب میتوانند نشانگر رابطه بین ارتفاع ماهواره و دوره گردش آن باشد. طناب بلند مانند ارتفاع بلند است. هر چه طناب بلندتر باشد زمان بیشتری نیاز است تا شی متصل به آن یك دور كامل بچرخد. طناب كوتاه مانند ارتفاع كوتاه است و در زمان كمتری شی مذكور یك دور كامل در مدار خود گردش خواهد كرد. انواع گوناگونی از مدارها وجود دارند اما اغلب ماهواره هایی كه حول زمین در گردشند در یكی از این چهار گونه مدار حركت میكنند. (۱) ارتفاع بلند،ژئوسینكرنوس. (۲) ارتفاع متوسط. (۳) سان سینكرنوس، قطبی. (۴) ارتفاع كوتاه . شكل اغلب این گونه مدارها دایره ایست.

مدارهای ارتفاع بلند، ئوسینكرنوس بر فراز استوا و در ارتفاع ۳۵۹۰۰ كیلومتر(۲۲۳۰۰ مایل) قرار دارند. ماهواره های اینگونه مدارها حول محور عمودی زمین با سرعت و جهت برابر حركت زمین حركت می كنند. بنابراین هنگام رصد آنها از روی زمین همواره در نقطه ای ثابت به نظر می رسند. برای پرتاب و ارسال این ماهواره ها انرژی بسیار فراوانی لازم است.

ارتفاع یك مدار متوسط حدود ۲۰۰۰۰ كیلومتر (۱۲۴۰۰ مایل) و دوره گردش ماهواره های آن ۱۲ ساعت است . مدار خارج از اتمسفر زمین و كاملا پایدار است. امواج رادیویی كه از ماهواره های موجود در این مدارها ارسال می گردد در مناطق بسیارزیادی از زمین قابل دریافت است. پایداری و وسعت مناطق تحت پوشش این گونه مدارها آنها را برای ماهواره های ردیاب مناسب می نماید.

مدارهای سان سینكرنوس، قطبی، ارتفاع نسبتا كوتاهی دارند. آنها تقریبا از فراز هر دو قطب زمین عبور می كنند.مكان این مدارها متناسب با حركت زمین به دور خورشید در حركت است به گونه ایكه ماهواره ی این مدار خمواره در یك ساعت محلی ثابت از استوا عبور می كند. از آنجاییكه این ماهواره ها از همه عرض های جغرافی زمین می گذرند قادرند كه اطلاعات را از تمامی سطح زمین دریافت نمایند. در اینجا می توان ماهواره TERRA را به عنوان مثال نام برد. وظیفه این ماهواره مطالعه اثرات چرخه ها ی طبیعی و فعالیت های انسان بر روی آب و هوای كره زمین است. ارتفاع مدار این ماهواره ۷۰۵ كیلومتر (۴۳۸ مایل) و دوره گردش آن ۹۹ دقیقه است. زمانیكه این ماهواره از استوا عبور می كند ساعت محلی همیشه ۱۰:۳۰ صبح و یا ۱۰:۳۰ شب است.

یك مدار ارتفاع كوتاه درست بر فراز جو زمین قرار دارد جاییكه تقریبا هوایی برای ایجاد تماس و اصطكاك وجود ندارد. برای ارسال ماهواره به این نوع مدارها انرژی كمتری نسبت به سه نوع مدار مذكور دیگر لازم است. ماهواره ها ی مطالعاتی كه مسئول دریافت اطلاعات از اعماق فضا می باشند غالبا در این مدارها در حركتند. برای مثال تلسكوپ هابل كه در ارتفاع ۶۱۰ كیلومتر(۳۸۰ مایل) با دوره گردش ۹۷ دقیقه در حركت است.

●انواع ماهواره ها

ماهواره های مصنوعی بر اساس ماموریت هایشان طبقه بندی می شوند. شش نوع اصلی ماهواره وجود دارند.

۱) تحقیقات علمی،

۲) هواشناسی،

۳) ارتباطی،

۴) ردیاب،

۵) مشاهده زمین،

۶) تاسیسات نظامی.

ماهواره های تحقیقات علمی اطلاعات را به منظور بررسی های كارشناسی جمع آوری می كنند. این ماهواره ها اغلب به منظور انجام یكی از سه ماموریت زیر طراحی و ساخته می شوند.

۱) جمع آوری اطلاعات مربوط به ساختار، تركیب و تاثیرات فضای اطراف كره زمین.

۲) ثبت تغییرات در سطح و جو كره زمین. این ماهواره ها اغلب در مدارهای قطبی در حركتند.

۳) مشاهده سیارات، ستاره ها و اجرام آسمانی در فواصل بسیار دور. بیشتر این ماهواره ها در ارتفاع كوتاه در حركتند. ماهواره های مخصوص تحقیقات علمی حول سیارات دیگر، ماه و خورشید نیز حضور دارند.

ماهواره های هواشناسی به دانشمندان برای مطالعه بر روی نقشه های هواشناسی و پیش بینی وضعیت آب و هوا كمك می كنند. این ماهواره ها قادر به مشاهده وضعیت اتمسفر مناطق گسترده ای از زمین می باشند. بعضی از ماهواره های هواشناسی در مدارهای سان سینكرنوس، قطبی، در حركتند كه توانایی مشاهده بسیار دقیق تغییرات در كل سطح كره زمین را دارند. آنها می توانند مشخصات ابرها، دما، فشار هوا، بارندگی و تركیبات شیمیایی اتمسفر را اندازه گیری نمایند. از آنجا كه این ماهواره ها همواره هر نقطه از زمین را در یك ساعت مشخص محلی مشاهده می كنند .