تاريخچه ماهواره
لغت ماهواره طبق تعريف , به سفينه اي گفته مي شود که درمداري به دوريک سياره معمولا زمين درحال گردش باشد. در عصري که ما در آن زندگي مي کنيم , ماهواره وتکنولوژي وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشري نفوذکرده وبه پيش مي تازدکه نقش تعيين کننده آن درسيرتحولات تمدن بشري ,قابل توجه است .بخشي ازتحقيقات وپژوهشهاي علمي -تخصصي که

درآزمايشگاههاي مسقتر در فضا انجام مي شود , هرگز نمي توانست روي کره زمين جنبه عملي به خود گيرد. اين تحقيقات که بسيارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهاي پزشکي , داروسازي , مهندسي مواد, مهندسي ژنتيک ودهها موردديگر, تا به حال دستاوردهاي بسيار ارزنده اي را به جوامع بشري عرضه کرده است .ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, مي توانند اطلاعات باارزشي در اختيارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفي در زمينه هاي گوناگون شود. ماهواره هاي کشف منابع زميني هواشناسي , مخابراتي , پژوهشي ونظامي ازاين نوعند.

 

اجزاي سيستم ماهواره اي مخابرات

سيستم ماهواره اي مخابرات مجموعه اي است از ايستگاههاي فضايي و ايستگاههاي زميني به
منظور ايجادارتباطات راديويي .بخشي ازاين سيستم ماهواره اي مي تواند تنها ازيک ماهواره و .ايستگاههاي زميني مربوطه تشکيل مي شود. اين مجموعه , يک ( شبکه ماهواره اي ) ناميده مي شود

ايستگاههاي فضايي

ايستگاه فضايي شبکه ماهواره اي مخابرات , از ماهواره ( بخش اصلي شبکه ) و دستگاههاي . جانبي تشکيل شده است

ساختمان ماهواره

ماهواره از دوبخش تجهيزات مخابراتي وغيرمخابراتي تشکيل شده است . زيرسيستمهاي مخابراتي , آنتنها و تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتي , دستگاهي وجود دارد که وظيفه تکرارکننده هاي رله راديويي را .انجام مي دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد

ترانسپاندرها سيگنالهاي فرستاده شده از زمين را دريافت وپس ازتقويت وتغييرفرکانس آنها را به زمين مي فرستند.آنتنهاي مربوط به اين ترانسپاندرها طوري طراحي شده اند که فقط قسمتهايي ازسطح زمين را که . درون شبکه ماهواره اي قرار دارند, پوشش مي دهد يک ماهواره معمولا آنتني همه جهته دارد که براي دريافت سيگنالهاي فرمان صادره از زمين به کار مي رود زيرا آنتنهاي ديگر

ماهواره احتمال دارد به سوي زمين نباشند . آنتن همه جهته همچنين براي کنترل سيستمهاي فرعي در زمان پرتاب ماهواره و تعيين موقعيت آن به کارمي رود.بخش غيرمخابراتي ماهواره که در واقع قسمت پشتيباني فنی آن است شامل سيستم کنترل حرارتي , سيستم کنترل موقعيت ومدار, ساختمان مکانيکي ,سيستم منبع تغذيه وموتور . اوج است

سيستم کنترل حرارتي ماهواره

اين سيستم بايد درجه حرارت دستگاهها و تجهيزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف .حفظ کند

سيستم کنترل موقعيت ومدار

کنترل موقعيت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهاي راديويي آنتن را براي منطقه .موردنظر درروي زمين ثابت نگه مي دارد

ساختمان مکانيکي

ساختمان ماهواره بايد به گونه اي طراحي شده باشد که بتواند نيروهايي را که بر اثر فشارهاي ديناميکي در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد مي شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولا از آلياژ آلومينيوم سبک ساخته مي شود که شامل سلولهاي خورشيدي و منعکس کننده هاي آنتن نيز هست .اين قسمت ازترکيب موادي مانند فيبرکربن که داراي استحکام وثبات ساختماني خاصي است .ساخته مي شود

سيستم منبع تغذيه

منبع اصلي تغذيه معمولا سلولهاي خورشيدي هستند. انرژي خورشيدي جذب شده براي شارژکردن .باتريهاي ذخيره نيزمورداستفاده قرارمي گيرد.اين باتريهاازنوع نيکل -کادميم هستند

موتوراوج

نقش موتوراوج ايجاد مدار دايره اي شکل وجلوگيري ازانحرافات مداري ماهواره است .بعضي مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمي کنند

ايستگاههاي زميني :
ايستگاههاي زميني سيستمهاي ماهواره اي مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از:
ايستگاههاي ثابت ,ايستگاههاي سيار.ايستگاههي زميني ماهواره معمولا ازچند قسمت تشکيل شده اند. آنتن , فرستنده , گيرنده , سيستمهاي کنترل برقراري ارتباط ومنابع تغذيه مورد لزوم ايستگاه هر يک ازاجزاي فوق شامل قسمتهاي مختلفي اند که متناسب با نوع ايستگاه زميني , حجم وتجهيزات .آنها متفاوت خواهدبود

آنتن ايستگاههاي زميني

به طور کل آنتن فرستنده , انرژي الکتريکي حاصل از يک منبع را در فضا به صورت امواج
الکترومغناطيسي پخش مي کند. سپس آنتن گيرنده اين امواج رامي گيردوبه انرژي الکتريکي تبديل مي کند . در هر سيستم مخابرات راديويي , آنتن نقش حساس و مهمي دارد, زيرا با انتخاب آنتنهاي مناسب ونصب وتنظيم صحيح آنهامي توان تاحدزيادي بازدهي سيستم رابالا برد. علايم و سيگنالهاي فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهاي بزرگ يا کوچک دريافت مي شودوسپس به

دستگاه تقويت کننده انتقال مي يابد. ايستگاههاي زميني داراي دو نوع آنتن فرستنده و گيرنده به صورت بشقابي در اندازه هاي مختلــــــف هستنــــد . اين آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج راديويي به فضا مي فرستند يا از فضا دريافت مي کننـــد. آنتن ايستگا ههاي زميني در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانيکي معيني ساخته مي شوند که قطرنوع قديمي آنها به بيش از ۳۰۰ تن مي رسد . از آنجا که فرکانس مورد نظر براي سرويس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهاي مگاهرتزوگيگاهرتزاست , آنتنهاي مورداستفاده .ماهواره تقريباهمه ازنوع آنتنهاي منعکس کننده هستند

سيستم هاي کنترل ورديابي فضايي

: اين سيستمهابه طورکلي چهارعمل راانجام مي دهند
فرمان ازراه دور: عبارت است ازفرستادن سيگنال جهت انجام کارهايي که ماهواره براي آن تنظيم شده است , مثلا براي راه اندازي يک قسمت خاص يا فرمان براي تغيير

مسير يا پرتاب يک موشک

اندازه گيري از راه دور:
عبارت است ازسيستمي که اطلاعات دريافت شده ازماهواره ياسفينه هاي فضايي رابه صورت علامتهايي مخصوص و قابل درک براي تجهيزات زميني در مي آورد واز اين طريق , اندازه گيري ازمسافتهاي خيلي دورانجام مي شود
رديابي :
بااين کارموقعيت مداري وسرعت ماهواره ومشخصه هاي ديگرآن گزارش مي شود

کنترل :
عبارت است ازهدايت وسايل وبالارودنده هاي فضايي وماهواره هادرمدار, به وسيله
شبکه ايستگاههاي زميني بخصوصي که کنترل , يکي از کارهاي آنهاست ماهواره ها دقيقا در موقعيت خودنسبت به زمين ثابت نيستند و براي اينکه بتوان آنها را در موقعيت فضايي ازپيش تعيين شده خود ثابت نگه داشت , بايد از ايستگاههاي زميني به طور مرتب
تنظيمهايي بروي موقعيت آنهاانجام گيردتابتوان ازانحراف مسيرماهواره جلوگيري کرد

عوامل موثردرهزينه تجهيزات ايستگاه زميني
قطرآنتن مهمترين عاملي است که هزينه آنتن راتعيين مي کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگين ترمي شود و احتياج به نگهدارنده هايي قويتر پيدامي کند وهمچنان که شعاع کم مي شود تجهيزات ردياب پيچيده تر مي شود. براي آنتنهاي بزرگ مثلا ۱۱متري

و ۱۳ متري سيستمهاي . درياب کامپيوتري موردنيازوسيستم هدايت امواج آنتن , بزرگتروپيچيده تر مي شود در سيستم ارسال , قدرت لازم براي تقويت کننده هاي سيگنال , يک عامل تعيين کننده در قيمت فرستنده است . نه تنها قيمت اين تقويت کننده هاي سيگنال گران است , تامين قدرت موردنياز آن نيز در مناطق دورافتاده بايد در نظر گرفته شود, زيرا بيشترين قدرت مصرفي در سيستم , صرف تغذيه تقويت کننده هاي سيگنال مي شود. پس عوامل عمده اي که درهزينه تجهيزات يک ايستگاه زميني موثرندعبارتنداز:

قطرآنتن , مقدارقدرت تقويت کننده هاي سيگنال , سيستمهاي جايگزين .تجهيزات اصلي وقطعات يدکي

يک ماهواره شي اي است که بر مدار تقريبا بيضي شکل به دور زمين مي گردد. نخستين ماهواره در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط اتحاديه ي جماهير شوروي به فضا پرتاب شد. اين ماهواره، اسپوتنيک ۱ نام داشت. اين ماهواره کره اي به وزن ۶/۸۳ کيلوگرم . به قطر ۵۸ سانتيمتر بود که زمين را بر مداري بيضوي با حضيض زميني ۲۵۰ کيلومتر و اوج زميني ۹۳۴ کيلومتر دور مي زد و هر بار گردش آن به دور زمين ۹۶ دقيقه طول مي کشيد. اسپونتيک ۱ در طول عمر خود راهي برابر با ۵۹۰ کيلومتر را پيمود.
عکس رو برو تصوير اين ماهواره را نشان مي دهد.
براي پرتاب ماهواره، بايد:
۱- آن را به ارتفاع لازم از سطح زمين رساند.
۲- آن را در امتداد درست قرار داد.
۳- تندي مناسب را به آن داد.

ماهواره را بايد به ارتفاع چند صد کيلومتر برد تا اثر اصطکاک جوي بر حرکت مداريش حداقل شود. اگر بخواهيم ماهواره در مداري دايره اي شکل قرار گيرد بايد سرعتي عمود بر شعاع زمين به آن داده شود و اگر بخواهيم مدار ماهواره بيضي شکل باشد، سرعتي که به آن مي دهيم بايد اندکي از خط عمود انحراف داشته باشد.

براي اينکه از سرعتي که حرکت وضعي زمين به ماهواره مي دهد بيشترين استفاده ممکن به عمل آيد بايد ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زيرا در اين صورت سرعت موجود حداکثر و حدود ۱۶۰۰ کيلومتر در ساعت خواهد بود. هر شي اي که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در ۲۴ ساعت به دور زمين بچرخد داراي چنين سرعتي نسبت به فضا است. ( پيرامون زمين

۴۰۰۰۰ کيلومتر است. ) چنين ماهواره اي را تنها ناظراني مي توانند ببينند که در استوا يا در نزديکي آن هستند. اين ماهواره فقط اطلاعاتي درباره ي عرض جغرافيايي صفر درجه به ما خواهد داد.
براي آنکه ماهواره اي را همه ي ناظران زميني ببينند، بايد ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولي اين وضعيت امکان استفاده از سرعت ” موجود ” را منتفي مي کند.
سرعت افقي مناسب بين ۳۰۰۰۰ و ۴۰۰۰۰ کيلومتر در ساعت يا بين ۲/۸ تا ۲/۱۱ کيلومتر در ثانيه است. ۸ کيلومتر در ثانيه براي مدارهاي کوچک و ۱۱ کيلومتر در ثانيه مناسب مدارهاي بسيار بزرگ است. اگر سرعت افقي از ۸ کيلومتر در ثانيه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمين سقوط خواهد کرد. اگر اين سرعت از ۲/۱۱ کيلومتر در ثانيه بيشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمين قرار نخواهد گرفت. ولي اين بار از ميدان گرانش زمين خواهد گريخت.

معمولا سه کاري را که براي پرتاب ماهواره بايد انجام داد با هم ترکيب مي کنند. ماهواره را معمولا به کمک موشکي چند مرحله اي در مدار قرار مي دهند. غرض اصلي از مرحله ي نخست اين است که ماهواره از کوتاهترين مسير ممکن (يعني به خط مستقيم) از بخش غليظ جو خارج شود و به مناسب ترين سرعت دست يابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل مي رساند. مرحله هاي ديگر ماهواره را به حالت افقي در مي آورد و سرعت مورد نظر را به آن مي دهند.

قبل از پرتاب، هر مرحله ي موشک با مقدار سوخت لازم پر مي شود. هر قسمت پس از آنکه وظيفه اش را انجام داد از بقيه ي موشک جدا مي شود.
يک موشک نمونه براي پرتاب ماهواره، مکن است شامل سه قسمت و يک دماغه ي مخروطي باشد. ماهواره وقتي بر مدار قرار گرفت، الي الابد در آن خواهد ماند، زيرا نيروهايي که بر ماهواره وارد مي آيند، يکديگر را خنثي مي کنند، و نيروي کل صفر مي شود.
در ارتفاع هاي زياد از سطح زمين، تنها دو نيرو بر ماهواره وارد مي شود:
۱- نيروي گرانش زمين
۲- نيروي گريز از مرکز.
اين دو نيرو، در يک سرعت و يک ارتفاع معين، از نظر اندازه با يکديگر برابر و از نظر جهت، مخالف يکديگر هستند. بنابراين يکديگر را خنثي مي کنند. از اين رو ماهواره اي که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدار ش حرکت مي کند، زيرا نيرويي وجود ندارد تا آن را از مسير منحرف سازد.
در داخل جو زمين، اصطکاک ميان جو و ماهواره تعادل نيروي گرانشي و گريز از مرکز را به هم مي زند. نيروي اصطکاک از سرعت ماهواره مي کاهد و زنجيره ي رويدادهاي زير را موجب مي شود:
۱- کاهش تندي، سبب کاهش نيروي گريز از مرکز مي شود.
۲- نيروي گرانشي که بزرگتر از نيروي گريز از مرکز شده است، موجب مي شود که ماهواره در حالي که به سطح زمين نزديکتر مي شود مسيري مارپيچي را بپيمايد.
۳- نيروي اصطکاک ممکن است به اندازه اي حرارت ايجاد کند که ماهواره پيش از رسيدن به زمين بسوزد.
ماهواره ها براي مقاصد گوناگوني مورد استفاده قرار مي گيرند، که بعضي از اين موارد عبارتنداز:
۱- ماهواره هاي مخابراتي

۲- ماهواره هاي هواشناسي
۳- ماهواره هاي زمين شناسي
۴- ماهواره هاي نظامي