معرفی ماهواره ها

ماهواره چیست؟

تصور کنید که یک شب تابستانی در چمن ها دراز کشیده و به آسمان بزرگ و تاریک نگاه می کنید. شما چندین ستاره چشمک زن را می بینید، اما آنچه واقعاً چشم شما را به خود جلب می کند، ماه کامل و روشن است. در حالی که شما به آن توپ سفید روشن در آسمان نگاه می کنید، شاید به این فکر نکرده باشید که به دور زمین می چرخد و یک ماهواره است. اینها ماهواره های طبیعی هستند. ماهواره هر چیزی است که در مدار قرار می گیرد و به دور یک شی بزرگتر می چرخد.

حتی ممکن است متوجه نشوید که در یک ماهواره زندگی می کنید. زمین به دور خورشید می چرخد پس زمین ما هم یک ماهواره است.

اما به بیان مرسوم، ماهواره جسمی است که توسط انسان به فضا فرستاده می شود و به دور زمین یا سایر سیارات دیگر می چرخد. در نجوم، ماهواره شیء است که به دور سیاره دیگر می چرخد. در منظومه شمسی ما، چند صد ماهواره طبیعی یا قمر وجود دارد. هزاران ماهواره مصنوعی (ساخته شده توسط انسان) نیز از سال 1957 راه اندازی شده اند. اینها دارای کاربردهای مختلفی از جمله عکس گرفتن از خورشید، زمین و سایر سیارات می باشند. همچنین نگاه کردن به اعماق فضا در سیاه چاله ها و ستاره های دور و کهکشان یکی از جالب ترین کاربردهای آنها است.

آیا می دانید؟

• اولین ماهواره مصنوعی، Sputnik 1 نام داشت که در سال 1957 توسط اتحاد جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد. بسیار ساده بود. یک توپ کوچک آلومینیومی، به اندازه یک توپ ساحلی، با چهار آنتن طولانی و باتری های مخصوص. در داخل اسپوتنیک، فرستنده های رادیویی بودند که صدای بوق خاصی را به زمین می فرستادند. راه‌اندازی این ماهواره کوچک و ساده نشانگر آغاز عصر فضا بود.

ماهواره اسپوتنیک-1

این رویداد، در آن زمان، منجر به آغاز "مسابقه فضایی" بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده گردید. ماهواره Sputnik 2، که در نوامبر 1957 راه اندازی شد، اولین موجود زنده، سگی به نام لائیکا، را به مدار منتقل کرد.

ماهواره اسپوتنیک-2

ماهواره های مدرن بسیار پیچیده تر هستند. بیشتر ماهواره ها به گونه ای طراحی شده اند که ممکن است سنگین و سبک باشند اما همگی با استفاده از همان مدل اولیه ساخته می شوند. انرژی مورد نیاز برای ماهواره ها، معمولاً با استفاده از آرایه های خورشیدی (پنل خورشیدی) بزرگ پوشیده از سلول های خورشیدی حساس به نور، انجام می شود. سلولهای خورشیدی چندین کیلووات برق را می توانند تأمین کنند. بیشتر این باتری های خورشیدی می توانند به گونه ای چرخانده شوند که هر چه بیشتر نور خورشید را جمع کنند. وقتی ماهواره به سایه می رود، انرژی خود را از این باتری های قابل شارژ می گیرد.

سمت ماهواره رو به خورشید بسیار داغ می شود، در حالی که سمت سایه دار بسیار سرد می شود. این یک مشکل است زیرا بیشتر تجهیزات ماهواره ای نسبت به گرمای شدید یا سرما حساس هستند. راه های محافظت از ابزارها، می تواند شامل استفاده از پتو های لایه ای باشد که مانند فویل آلومینیومی برای نگه داشتن گرما مورد استفاده قرار می گیرد.

چرا ماهواره ها مهم هستند؟

• ماهواره ها می توانند مناطق بزرگی از زمین را همزمان با هم ببینند. این امر به آنها امکان می دهد سریعتر از ابزارهای موجود در روی زمین داده های بیشتری را جمع آوری کنند.
• ماهواره ها می توانند از فضا، داده های مفیدی، برای پشتیبانی از ارتباطات جهانی، انتقال تماس تلفنی، کمک به پیش بینی وضعیت هوا، ناوبری کشتی ها و هواپیماها، نظارت بر محصولات زراعی، اقتصاد، پشتیبانی از فعالیت های نظامی، امنیت و دفاع، ایمنی و مدیریت بحران، محیط زیست و بهداشت و ... ارائه نمایند.
• ماهواره ها در جمع آوری داده، محدودیت مرزهای سیاسی و جغرافیایی ندارند.
• با کمک ماهواره ها، امکان دستیابی به داده های بروز وجود دارد.
• استفاده از ماهواره ها برای جمع آوری داده، در مقایسه با سایر روش ها، هزینه کمتری (جانی و مالی) در بر دارد.
• ...

قطعات یک ماهواره چیست؟

ماهواره ها در اشکال و اندازه های بسیاری وجود دارند. بیشتر آنها حداقل دو بخش مشترک دارند، آنتن و منبع تغذیه. آنتن، اطلاعات را جمع آوری و به سمت زمین ارسال می کند. منبع انرژی می تواند یک پنل خورشیدی یا باتری باشد. پنل های خورشیدی با تبدیل نور خورشید به برق، انرژی مورد نیاز ماهواره را تامین می کنند. بسیاری از ماهواره ها دارای دوربین و سنسورهای علمی هستند. بعضی اوقات این ابزارها به جهت جمع آوری اطلاعات در مورد زمین، هوا و آب و ... هستند. در بعضی مواقع نیز، آنها برای جمع آوری داده هایی از منظومه شمسی و جهان فراتر از آن، مورد استفاده قرار می گیرند.

اجزای اصلی ماهواره

کاربرد ماهواره ها

انواع ماهواره ها و برنامه های کاربردی آنها را می توان به موارد کلی زیر طبقه بندی نمود.

• ماهواره ارتباطی که به ما کمک می کنند تا با مردم در سراسر جهان ارتباط برقرار کنیم.
• ماهواره مشاهده زمین که اطلاعات مفیدی را از سطح زمین جمع آوری می کنند که در موارد بیشماری نظیر هواشناسی، مدیریت بحران، محیط زیست، کشاورزی و ... کاربرد فراوان دارند.
• ماهواره های تعیین موقعیت که با کمک آنها می توانید موقعیت و سایر اطلاعات مفید وابسته به آن را بدست آوریم.
• تلسکوپ ها و ایستگاه های فضایی. ماهواره هایی مانند تلسکوپ فضایی هابل، ایستگاه فضایی بین المللی و ایستگاه فضایی میر روسی به دانشمندان کمک می کنند تا فضاها را به روش های جدید و هیجان انگیز کشف کنند.

چرا ماهواره ها به یکدیگر برخورد نمی کنند؟

فضا بسیارجادار است! در مقایسه با اندازه گیری های ما روی زمین، اندازه فضا بی نهایت به نظر می رسد. ناسا و سایر سازمان های بین المللی، ماهواره ها را در فضا، بطور مداوم، ردیابی می کنند. برخورد بسیار نادر است زیرا وقتی یک ماهواره راه اندازی می شود، برنامه ریزیهای لازم برای قرارگیری و حرکت در مدار مشخص، انجام می شود. ماهواره ها در مسافت های مختلف از زمین به مدار پرتاب می شوند. برخی ممکن است به اندازه 150 مایل از زمین فاصله داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است تا فاصله 20000 مایل یا بیشتر باشند. اما مدارها با گذشت زمان می توانند تغییر کنند و با افزایش ماهواره های بیشتر در فضا، احتمال سقوط و برخورد آنها نیز ممکن است افزایش یابد.
در فوریه سال 2009، دو ماهواره ارتباطی، یکی آمریکایی و دیگری روسی، در فضا با هم برخورد کردند. با این حال، اعتقاد بر این است که اولین بار است که دو ماهواره مصنوعی به طور تصادفی با هم برخورد می کنند.

چگونه ماهواره ها در مدار خود می مانند؟

یک ماهواره با دو عامل اصلی در مدار خود باقی می ماند: اول سرعت آن (سرعت لازم برای سفر در یک خط مستقیم) و همچنین کشش گرانشی که زمین بر روی آن دارد. یک مدار ماهواره ای که به زمین نزدیکتر است، برای مقاومت در برابر نیروی گرانشی قوی تر، نیاز به سرعت بیشتری دارد.
یک ماهواره با راکت پرتاب شده از زمین، با انرژی کافی، به فضا فرستاده می شوند تا از جو خارج شود. هنگامی که موشک به مکان تعیین شده خود رسید، ماهواره را به مدار خود پرتاب می کند. سرعت اولیه ماهواره ای که از وسیله نقلیه پرتاب، جدا می شود، کافی است تا ماهواره برای صدها سال در مدار خود باقی بماند.
•
مدار ماهواره ها

مدار ماهواره، مسیری است که ماهواره در اطراف یک جسم در فضا دنبال می‌کند. کشش نیروی جاذبه زمین باعث می‌شود که ماهواره‌ها در یک مسیر دایره‌ای یا بیضی شکل قرار گیرند. یک مدار ممکن است در ارتفاعات مختلفی از زمین قرار داشته باشد. اما در هر صورت، زمین در مرکز صفحه مدار مذکور واقع می‌شود و این بخاطر نیروی جاذبه زمین است که همه چیز را به طرف مرکز خود می‌کشد.

ماهواره ها در مدارهای متفاوتی به دور زمین می چرخند :

• ماهواره های مدار پایینی زمین (LEO( Low Earth Orbit)

ماهواره‌هایی را که در فاصله نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پایینی زمین یا لئو می‌نامند. گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها بین ۱۶۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر از سطح زمین است. مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و هم جهت با جهت گردش زمین به دور خودش است. به دلیل نزدیکی مدار این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت این گونه ماهواره‌ها باید به حدی باشد تا به زمین سقوط نکنند. سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خودش است. گاهی سرعت آنها به ۲۷۰۰۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد. برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

• ماهواره های مدار میانی( MEO: Medium Earth Orbit )

مدارهای بین ۲۰۰۰ کیلومتر و ۳۶۰۰۰ کیلومتر را مدارهای میانی یا مئو می‌نامند. در این مدارها معمولاً ماهواره‌های تعیین موقعیت مانند سامانه جی‌پی‌اس قرار می‌گیرند. ماهواره‌های مخابراتی پوشش دهنده قطب‌های شمال و جنوب نیز در این مدارها مستقر می‌شوند.

مدار لئو و مئو

• ماهواره های مدار بیضوی بالا( HEO: Highly Elliptical Orbit )

مدارهای بیضوی با نام اختصاری هئو با این مشخصه بارز شناخته می‌شوند که ارتفاع نقطه حضیض آنها بسیار کم و ارتفاع نقطه اوج‌شان بسیار زیاد است.

مدار هئو

این ویژگی سبب می‌شود ماهواره مدت زیادی را برای رسیدن و عبور از نقطه اوج، در آسمان محل، طی کند و مدتی طولانی را در آسمان منطقه مورد نظر، به سر برد. این در حالی است که عبور از نقطه حضیض به سرعت انجام می‌گیرد و طی این مرحله بسیار کوتاه‌تر است. این مدارها برای پاره‌ای از کاربردهای مخابراتی مناسب هستند.

• ماهواره زمین آهنگ:

این ماهواره ها با فاصله حدود 35800 کیلومتری از سطح زمین در مدار قرار می گیرند. آنها در جهت مشابه زمین می چرخند و یک چرخش چنین ماهواره هایی، برابر با یک روز روی زمین است (تقریباً 24 ساعت). این به این معنا است که این ماهواره ها نسبت به یک نقطه خاص بر روی زمین و نیز نسبت به ایستگاه‌های زمینی همیشه در یک نقطه خاص در آسمان باقی می‌مانند. در نتیجه گیرنده‌های زمینی این ماهواره‌ها نیاز به جابه‌جایی نداشته و می‌توانند در یک جهت ثابت باشند. ماهواره‌های زمین‌آهنگ اغلب برای اهداف مخابراتی و برنامه های مبتنی بر آب و هوا به‌کار می‌روند.

• ماهواره قطبی:

ماهواره های قطبی در جهت شمال و جنوب در اطراف زمین به دور زمین می چرخند. آنها بیشتر در مواردی که دید از کل زمین در یک روز واحد، مورد نیاز است، بسیار مفید هستند. به عنوان مثال در هواشناسی مانند پیش بینی آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرند.

مدار قطبی و مدار زمین آهنگ