1397/01/09

تاریخچه ماهواره های مخابراتی

دانشمندان نوید می‌دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعی در نظام ارتباطات فضایی خواهد بود که در طی بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگی بشر خواهد شد. مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضروری به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایی والایی انجام خواهد گرفت. شبکه‌های اطلاعاتی با افق‌های...
 تاریخچه ماهواره های مخابراتی

دانشمندان نوید می‌دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعی در نظام ارتباطات فضایی خواهد بود که در طی بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگی بشر خواهد شد. مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضروری به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایی والایی انجام خواهد گرفت. شبکه‌های اطلاعاتی با افق‌های دورتر و فراگیرتر گسترش خواهد یافت تا همه عرصه‌های تجاری، صنعتی، کشاورزی، علمی و رفاهی را دربرگیرد. طی چند سال آینده شبکه‌هایی از ماهواره‌ها در فضا گسترش خواهند یافت که تعدادشان به هزاران هزار می‌رسد و کاربردهای گوناگونی خواهد داشت.
تا اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی غیر از چند ارتباط محدود که توسط دستگاه بی‌سیم برقرار شده بود مسئله انتخاب وجود نداشت و به علت ظرفیت کم و تقاضا برای ارتباطات بیشتر، انباشته بودن طیف‌های فرکانسی و ضعف سیستم انتقال صوتی تنها وسیله ارتباطی بین قاره‌ای کابل تلفنی زیردریایی بود. اما در سال ۱۹۶۰ میلادی یعنی تقریباً سه سال بعد از پرتاب اولین سفینه شوروی، آمریکایی‌ها نخستین قمر مصنوعی مخابراتی را در مدار زمین قرار دادند که قطر این قمر بزرگ ۳۰ متر بود و در ارتفاع ۱۵۰۰ کیلومتری زمین گردش می‌کرد. این قمر مجهز به نوعی آینه بود که امواج را از ایستگاه‌های فرستنده می‌گرفت و به ایستگاه‌های گیرنده که به علت کروی بودن زمین نمی‌توانستند آن‌ها را به صورت مستقیم دریافت کنند منعکس می‌کرد. به این ترتیب اولین ارتباط آزمایشی به وسیله ماهواره بین دو نقطه دوردست آمریکا یعنی از کالیفرنیا تا نیوجرسی برقرار شد و قسمت اعظم انرژی اشعه‌ای که از ایستگاه فرستنده ارسال می‌شد در فضا پخش و تنها قسمت کوچکی از آن توسط ماهواره منعکس می‌شد و برای اینکه اشعه منعکس شده قابل استفاده شود لازم بود به وسیله ایستگاه عظیم و پرقدرتی تقویت شود که نتیجه کار مطلوب نبود به همین دلیل آمریکایی‌ها شروع به ساختن قمر مصنوعی مخابراتی جدیدی کردند که امواج را به وسیله آنتن‌هایی از زمین دریافت و پس از تقویت به سوی ایستگاه‌های گیرنده زمینی ارسال کند.
اندیشه استفاده از ماهواره‌ها به صورت رله برای ارتباطات راه دور ابتدا از سوی نویسنده معروف داستان‌های علمی -تخیلی و یکی از بنیانگذاران انجمن انگلیسی بین ستاره‌ها، آرتور سی کلارک مطرح شد و در مقاله‌ای در اکتبر سال ۱۹۴۵ میلادی مجله جهان بی‌سیم چاپ شد که این مقاله سرآغازی برای شروع فعالیت‌های جدی ارتباطات ماهواره‌ای شد.
فعالیت‌های کلارک
کلارک با در نظر گرفتن سه ماهواره در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح زمین و روی محیط مدار دایره‌ای شکل دور کره زمین به فواصل مساوی از هم، پوشش ارتباط ماهواره‌ای تمام سطح زمین را میسر می‌ساخت. بعد از چاپ مقاله کلارک طی ده سال، سه اختراع مهم انجام شد که در ساخت ماهواره‌ها از آن‌ها استفاده شد.
اولی سلول‌های خورشیدی است که تبدیل کننده انرژی نوری خورشید به الکتریسیته است، دوم انواع مختلف ترانزیستور و سوم لامپ تقویت موج رادیویی است. در واقع این نوع تقویت کننده‌ها با طیف وسیع فرکانس و بازدهی حدود ۲۰ الی ۴۰ درصد از معمولی‌ترین نوع تقویت کننده در امواج مخابراتی ماهواره‌ای محسوب می‌شوند.
در سال ۱۹۶۲ میلادی، تاریخ ارتباطات ورق خورد و نخستین ماهواره از نوع رله و تقویت کننده‌ای به نام تله استار در دهم ژوئیه همین سال از سوی آمریکا در مدار قرار گرفت و برای اولین بار برنامه‌ای از تلویزیون آمریکا توسط این قمر مصنوعی که بر بالای اقیانوس اطلس قرار داشت منعکس و برای مردم نمایش داده شد و به دنبال آن دومین ماهواره از همین نوع چند ماه بعد پرتاب شد و ماهواره تله استار در مداری که فاصله آن بین ۹۰۰ تا ۵۵۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح دریا قرار داشت نصب شد. این ماهواره‌ها تقریباً هر دو ساعت و نیم یک بار کره زمین را دور می‌زدند و به دلیل اینکه کره زمین در هر ۲۴ ساعت یک بار به دور خود می چرخد ارتباط بین دو نقطه از زمین فقط چند بار در شبانه روز امکان پذیر بود و این ماهواره تنها مدت کوتاهی در یک نقطه قابل رویت می‌ماند. این مدت کم نیز به ارتفاع مدار قمر مصنوعی از سطح دریا وابسته بود.

تاریخچه ماهواره های مخابراتی

Telestar

 برای برقراری ارتباط دائمی، فقط یک راه به نظر می‌رسید و آن اینکه ماهواره باید در بالای یک نقطه از زمین در ارتفاع معینی ثابت بماند که ظاهراً خیلی مشکل بود. عملاً وقتی زمان گردش ماهواره به دور زمین ۲۴ ساعت باشد همزمان با کره زمین به دور آن خواهد گشت و از نظر ما در آسمان بی‌حرکت خواهد ماند چون این قمر مصنوعی در یک مدار دایره‌ای حرکت می‌کند که مرکز آن منطبق بر مرکز کره زمین و صفحه این دایره نیز عمود بر محور زمین است. این مدار دایره‌ای به موازات خط استوا خواهد بود و همین طور به دلیل سرعت قمر مصنوعی نمی‌تواند از مقدار معینی کمتر باشد به دلیل آنکه قمر مصنوعی باید در ۲۴ ساعت یک بار به دور زمین بچرخد، می بایست محیط دایره‌ای مسیر قمر مصنوعی و در نتیجه ارتفاع مدار آن را بیشتر کرد. محاسبات و تجربه‌های عملی نشان داده که برای این منظور، باید ارتفاع ماهواره از سطح دریا حدود ۳۶ هزار کیلومتر باشد؛ فاصله‌ای که در آن از طرف زمین نیروی جاذبه به ماهواره وارد نمی‌شود.
این مدار را در اصطلاح مدار ژئوسنکرون یا زمین آهنگ می‌نامند.
وقتی که ماهواره به ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح دریا رسید آن را به آرامی منحرف می‌کنند که در بالای نقاط انتخاب شده باقی بماند ولی در صورت انحراف از مسیر اصلی و دور شدن از نقطه دلخواه توسط موتورهای عکس العملی کوچکی که در آن‌ها تعبیه شده و از ایستگاه‌های کنترل زمین هدایت می‌شوند آن را دوباره به وضعیت مطلوب برمی‌گردانند. بدین ترتیب سیر تحولات ماهواره‌های مخابراتی ادامه پیدا کرد تا به امروز که شاهد به کارگیری تکنیک‌های بسیار پیشرفته در این سیستم‌ها جهت ارتقای سطح کیفیت و افزایش ظرفیت آن‌ها هستیم.

تاریخچه ماهواره های مخابراتی

ماهواره‌های مخابراتی
گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سیستم‌های مخابراتی را با ظرفیت بیشتر و پوشش وسیع تر و کیفیت بهتر طلب می‌کند. برای تامین این موارد یکی از روش‌هایی که می‌تواند به طور مناسب جواب‌گوی نیازهای فعلی و آتی بشر در این زمینه باشد استفاده از ماهواره‌های مخابراتی است.
ماهواره‌ مخابراتی، سفینه‌ای است که سیگنال‌های الکتریکی را از فرستنده‌ای زمینی دریافت می‌کند و بعد از تقویت و تغییر فرکانس‌های حامل به سمت ایستگاه‌های زمینی در نقاط دیگر ارسال می‌کند. چون ماهواره‌های مخابراتی سیگنال‌ها را تقویت کرده و سپس بازگشت می‌دهند، بیشتر به عنوان تکرارکننده و رله شناخته می‌شود. ماهواره‌های مخابراتی معمولاً در مدارهای خاصی از کره زمین قرار می‌گیرند که به نظر فرستنده‌ها و گیرنده‌های روی زمین ثابت به نظر می‌آیند. به کمک یک فرستنده بر روی زمین و یک ماهواره هم بر روی یک مدار، می‌توان حدود یک سوم سطح زمین را پوشش داد. اولین ماهواره مخابراتی بین‌المللی از سری اینتل است با ظرفیت ۲۴۰ کانال تلفنی  که در سال ۱۹۶۵ میلادی به فضا پرتاب شد و سرآغازی برای پوشش ارتباطات ماهواره‌ای در سطح بین‌المللی شد. موارد استفاده ماهواره‌های مخابراتی و تاثیر فراوان آن بر زندگی بشر باعث شده که روزبه روز توجه انسان به این وسیله ارتباطی افزایش یابد.
داشتن ماهواره مخابراتی مستقل برای هر کشوری باعث ایجاد تسهیلات در امر انتقال اطلاعات کامپیوتری از دانشگاه‌ها به مراکز تحقیقات و بالعکس، هر چه سریع‌تر انجام شدن امور اقتصادی، پوشش کلیه نقاط کشور از نظر برنامه‌های تلویزیونی، رادیویی و تلفنی با نصب سریع آنتن‌های گیرنده زمینی در نقاط مختلف کشور، آموزش کشاورزی و پزشکی از راه دور و کاربردهای وسیع و متنوع دیگری خواهد بود.
ماهواره‌های مخابراتی در مدار خاصی مستقر می‌شوند که حدود ۳۵۷۸۸ کیلومتر از خط استوا فاصله دارد. هر ماهواره با سرعت و جهتی همسان با کره زمین در حال حرکت است در این شرایط ماهواره در مکانی بالای خط استوا نسبت به زمین ثابت می‌شود. ماهواره‌های مخابراتی ابتدا برای ارتباطات تلفنی طراحی شدند ولی امروزه شاهد ارائه سرویس‌های گوناگونی از قبیل کاربردهای تلویزیونی تجاری و کنفرانس از راه دور از طریق ماهواره هستیم اما هنوز سرویس تلفنی بالاترین حجم را در بین دیگر سرویس‌ها دارد.
در حال حاضر از ۱۹ ماهواره مخابراتی بین‌المللی از سری اینتل ست، ده ماهواره بالای اقیانوس اطلس، چهار ماهواره بر روی اقیانوس آرام و پنج ماهواره دیگر بالای اقیانوس هند قرار دارد. این ماهواره‌ها یک ارتباط ماهواره‌ای بین‌المللی با زیر پوشش قرار دادن تقریباً کلیه نقاط دنیا به وجود آورده‌اند.
یک ماهواره مخابراتی که در واقع نوعی تکرارکننده فرکانس‌های رادیویی است در ساده‌ترین شکل خود عملیات را انجام می‌دهد.سیگنال‌های دریافت شده توسط آنتن ماهواره ابتدا به علت افت بسیار زیادی که بر اثر مسیر طولانی داشته تقویت و سپس با فرکانس نوسان‌ساز محلی مخلوط می‌شود و تغییر فرکانس می‌دهد و بالاخره پس از تقویت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده می‌شود تا به طرف ایستگاه‌های موردنظر و زیر پوشش ارسال شود.

تاریخچه ماهواره های مخابراتی

ماهواره‌های مخابراتی معمولاً بین ۸ تا ۱۲ سال عمر می‌کنند. در واقع میزان سوخت موردنیاز سیستم فرعی برای حفظ موقعیت ماهواره و همچنین از کارافتادن تدریجی سلول‌های خورشیدی که در سیستم فرعی تغذیه قدرت الکتریکی قرار دارند از عوامل محدود کننده عمر ماهواره هستند.

ویژگی های ماهواره‌های مخابراتی
▪ گسترش منطقه تحت پوشش
ارتباط بین نقاط مختلفی که در پوشش یک ماهواره قرار دارد به آسانی امکان پذیر است و وسعت زیر پوشش ماهواره بستگی به نوع آنتن ماهواره دارد که می‌تواند محلی نسبتاً کوچک یا یک کشور یا منطقه‌ای متشکل از چندین کشور یا یک نیم کره باشد.
▪ انعطاف پذیری
هر جا یک پایانه ماهواره‌ای وجود داشته باشد امکان استفاده از سیستم ماهواره‌ای فراهم خواهد بود. این پایانه‌ها را می‌توان بر روی سکوی کشتی، هواپیما و واحدهای متمرکز معینی قرار داد و از طریق آن با نقاط دیگر ارتباط برقرار کرد.
▪ پهنای باند زیاد
با توجه به این که در فرکانس‌های بالا مثل ۱۱ و ۱۴ گیگاهرتز پهنای باند بیشتری در اختیار ما قرار دارد می توان از برنامه‌های تلویزیونی با کیفیت بالا، کانال‌های زیاد تلفنی و انتقال اطلاعات با سرعت بالا برخوردار شویم.
▪ هزینه کم
با توجه به این که ایجاد ارتباط بین دو نقطه توسط ماهواره مستقل از فاصله بین آن‌ها است این نقاط می‌توانند در هر فاصله‌ای از یکدیگر در منطقه زیر پوشش واقع شده باشند لذا هزینه‌های مربوطه، به بعد مسافت بستگی ندارد و برای بسیاری از موارد از هزینه ایجاد یک شبکه زیرزمینی کمتر خواهد بود.
▪ ضریب اطمینان
ارتباط بین دو نقطه در شبکه ماهواره‌ای مخابرات دارای ضریب اطمینانی برابر یا بهتر از ارتباط از مسیرهای زمینی است.
▪ سرعت دریافت
به علت مسافت زیاد مثلاً بین ۷۲ هزار تا ۸۲ هزار کیلومتر بین دو پایانه ایستگاه ماهواره‌ای زمینی سیگنال فرستاده شده که با سرعت نور حرکت می‌کند حداقل ۳۰۰ میلی ثانیه طول می‌کشد تا به پایانه دیگر برسد.
▪ ایجاد اکو
بر اثر تبدیل خطوط انتقال از دو سیم به چهار سیم در قسمتی از مسیر شبکه زمینی، سیگنال با پدیده اکو روبه رو می‌شود به این معنی که بخشی از سیگنال‌های آن بازگشت داده می شود. برای کاهش این حادثه ناخواسته و مزاحم از تجهیزاتی به نام حذف کننده اکو استفاده می‌شود.
در زمینه مزیت‌های بیشتر ماهواره مخابراتی می‌توان گفت که سیگنال‌های رادیویی منتشر شده از ماهواره مخابراتی به طور همزمان می‌تواند توسط چندین ایستگاه زمینی زیر پوشش دریافت شود و این مسئله فقط از طریق ماهواره‌های مخابراتی امکان پذیر است و از راه کابل یا دیگر وسایل ارتباطی میسر نیست. در واقع ارتباطات ماهواره‌ای برای ایجاد ارتباط بین‌المللی بین کشورها و ارتباطات محلی بین شهرها و مناطق دورافتاده بسیار مناسب است و می توان با استفاده از ماهواره مخابراتی یک شبکه ارتباطی با کیفیت بالا و هزینه کم در سطحی گسترده ایجاد کرد.
ماهواره‌های رادیو و تلویزیونی
شکی نیست که وسایل ارتباط جمعی از قبیل رادیو و تلویزیون در پیشبرد هدف‌های اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و فنی تاثیر به‌سزایی دارد. در سال‌های اخیر پخش صدا و تصویر از طریق ماهواره به عنوان موثرترین وسیله در نیل به هدف‌های فوق، توجه همگان را به خود جلب کرده است. برای این منظور برنامه تلویزیونی از یک ایستگاه زمینی به ماهواره ارسال می‌شود و سپس ماهواره تصویر فوق را روی یک شعاع باریک که فقط ناحیه مشخص شده‌ای از زمین را می‌پوشاند برمی‌گرداند. ایستگاه زمینی با آنتن‌های بشقابی شکل تصویر را می‌گیرد و آن را دوباره پخش می‌کند. به عبارت دیگر می‌تواند در آن واحد و به طور همزمان مثلاً در ایران برنامه‌های تلویزیونی خیلی از کشورها را مشاهده کرد. این گونه ماهواره‌ها می‌توانند ارتباط برنامه‌های رادیو و تلویزیون را به طور مستقیم بین ماهواره و گیرنده‌های خانگی تلویزیون برقرار کنند. در ژاپن و فرانسه تصاویر تلویزیونی مستقیماً از ماهواره به گیرنده‌های خانگی که آنتن‌های کوچک و تقریباً ارزان قیمتی دارند انتقال پیدا می‌کند.
چنان چه قرار باشد این روش در سطوح وسیع خود به کار گرفته شود مسائل بغرنجی در زمینه حقوق فضایی و سیاسی به وجود می‌آید، بدین منظور کمیته‌های تخصصی سازمان ملل متحد مشغول بررسی هستند تا راه حل‌های مناسبی برای این مسئله پیدا کنند اما در حال حاضر در بسیاری از کشورها امکان دریافت سیگنال‌های صوتی و تصویری به کمک آنتن‌های معمولی وجود ندارد.

تاریخچه ماهواره های مخابراتی

منبع: تعبیرستان

مخابرات ماهواره‌ای |

نظر شما
اخبار مرتبط

ناسا آینده مخابرات فضایی را در لیزر می‌بیند

1396/11/03
امروزه ماموریت‌های فضایی به دلایلی از جمله محدودیت بودجه یا فناوری با محدودیت‌های مختلفی مواجه هستند. برای مثال محدودیت اندازه، کمیت و کیفیت قطعات بکاررفته در یک ماهواره. یکی دیگر از این...

پربازدیدکننده ترین خبر

ایستگاه فضائی سالیوت۶ گامی بلند در تاریخ فناوری فضایی

زمانی که رسانه‌های شوروی در ۲۹سپتامبر ۱۹۷۷از پرتاب ایستگاه فضایی سالیوت۶ (Salyut -6) خبر دادند کمتر کسی تصور می‌کرد این ایستگاه بتواند جایگاه ویژه‌ای در تاریخ فضانوردی برای خود باز کند. اما این پایگاه مداری, خود پایه‌ای شد بر بسیاری تجربه‌های نوین در عرصه فضانوردی. برخلاف ایستگاه‌های فضایی قبلی, سالیوت۶ به دو در ورودی مجهز بود که در قسمت انتهایی آن قرار داشت وجود این سکو قبلاً اعلام‌نشده بود اما از مدت‌ها قبل کارشناسان غربی منتظر چنین عملیاتی از جانب شوروی بودند. سالیوت۶ در دوران کار خود که از زمان پرتاب تا سال ۱۹۸۲ طول کشید, منزلگاه ۱۷گروه فضانورد اصلی و مهمان بود و به‌واسطه امکان تدارکات آن با ناوهای باربری بدون سرنشین پروگرس توانست طولانی‌ترین اقامت در فضا (در زمان خود) به مدت ۱۸۵روز را فراهم آورد.