1396/12/23

ماهواره ها چه طور در فضا می مانند؟

ماهواره‌ها در فضا به دور زمین می‌چرخند. فاصله آن‌ها از زمین آن قدر زیاد است که ما نمی‌توانیم آن‌ها را ببینیم. ساخت و پرتاب هر ماهواره میلیاردها تومان هزینه دارد. هم اکنون حدود ۱۱۰۰ ماهواره در حال چرخش به دور زمین هستند. وظیفه این ماهواره‌ها ناوبری، پیش‌بینی وضع آب و هوا، مشاهده زمین، ارسال سیگنال‌های...
ماهواره ها چه طور در فضا می مانند؟

ماهواره‌ها در فضا به دور زمین می‌چرخند. فاصله آن‌ها از زمین آن قدر زیاد است که ما نمی‌توانیم آن‌ها را ببینیم. ساخت و پرتاب هر ماهواره میلیاردها تومان هزینه دارد. هم اکنون حدود ۱۱۰۰ ماهواره در حال چرخش به دور زمین هستند. وظیفه این ماهواره‌ها ناوبری، پیش‌بینی وضع آب و هوا، مشاهده زمین، ارسال سیگنال‌های تلویزیونی و... است. ولی این ماهواره‌ها چه‌طور به ارتفاعات بالا می‌رسند و چه‌طور در آنجا باقی می‌مانند؟
اجازه دهید قبل از این که درباره ماهواره‌برها صحبت کنیم، درباره توپ‌های جنگی صحبت کنیم. فرض کنید یک گلوله توپ به صورت افقی از بالای یک کوه شلیک شود. گلوله توپ، مدتی به طور موازی با سطح زمین پرواز می‌کند تا این که در اثر نیروی جاذبه به زمین می‌افتد. حال فرض کنید قدرت توپ را بیشتر و بیشتر کنیم. گلوله توپ پس از شلیک فاصله بیشتر و بیشتری را طی می کند.

ماهواره ها چه طور در فضا می مانند؟
با افزایش سرعت شلیک، مسیر حرکت گلوله توپ برای مدتی با انحنای زمین یکسان است و سپس گلوله به دلیل وجود جاذبه و اصطکاک هوا به زمین می‌افتد. حال فرض کنید که هوا وجود نداشته باشد. مثلا فرض کنید که این توپ روی کره ماه نصب شده. می‌دانیم که اطراف کره ماه هیچ هوایی وجود ندارد که سرعت گلوله را کم کند. اگر قدرت توپ را به مقدار لازم تنظیم کنیم، مسیر حرکت گلوله کاملا منطبق بر انحنای سطح کره ماه خواهد شد و گلوله پس از یک دور چرخش به دور ماه، از پشت به توپ برخورد خواهد کرد! در واقع در حین این چرخش، گلوله دائما در حال افتادن است، ولی به دلیل انحنای سطح کره ماه، هرگز به سطح ماه برخورد نمی‌کند! عجیب است، نه؟ این فکر که اولین بار توسط نیوتن مطرح شد، اولین قدم برای دستیابی به توانایی ارسال ماهواره به مدار زمین بود.
روی کره ماه واقعا می‌توانیم ماهواره‌هایی در ارتفاع بسیار پایین داشته باشیم که به دور ماه بچرخند، و حتی می‌توانیم از یک توپ جنگی برای پرتاب آن‌ها استفاده کنیم! ولی در مورد زمین، کار به این سادگی نیست، چون ابتدا باید ماهواره‌ها به ارتفاع بالایی برسند تا از جو زمین خارج شده و سپس بتوانند در فضا به دور زمین بچرخند. ارتفاع لازم برای چرخش ماهواره‌ها به دور زمین حدود۳۲۰ کیلومتر است. تلسکوپ فضایی هابل در ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری زمین قرار دارد.
ماهواره ها چه طور در فضا می مانند؟
برای این منظور ماهواره‌ها روی ماهواره‌بر سوار می‌شوند. این ماهواره‌برها ابتدا برای مدت کوتاهی به طور عمودی به سمت بالا پرواز می‌کنند و سپس به آرامی مسیر حرکتشان انحنا می‌یابد و موازی سطح زمین می‌شود. پس از رسیدن به ارتفاع لازم، جاذبه زمین ماهواره را به سمت پایین می‌کشد و سرعت ماهواره آن را به جلو می‌برد. بسته به ارتفاع مدار مورد نظر، یافتن حد تعادل بین سرعت ماهواره و قدرت جاذبه زمین حیاتی است. اگر سرعت ماهواره خیلی زیاد باشد، ماهواره بر جاذبه زمین غلبه کرده و به سمت فضای بی‌نهایت پرواز می‌کند. اگر سرعت ماهواره کم باشد، به سمت زمین کشیده می‌شود و هنگام بازگشت به زمین با برخورد با جو از بین می‌رود. هرچه ماهواره به زمین نزدیک‌تر باشد، باید سریع‌تر حرکت کند تا بتواند اثر جاذبه زمین را خنثی نماید.
بیشتر ماهواره‌ها در مدار پایین (‌LEO) در ارتفاعی بین ۲۰۰۰-۱۵۰ کیلومتر حرکت می‌کنند. ماهواره‌هایی که در ارتفاع ۳۰۰ کیلومتری پرواز می‌کنند، برای باقی ماندن در این ارتفاع باید با سرعت ۲۸۰۰۰ کیلومتر بر ساعت به دور زمین بچرخند. در حالی که ماهواره‌هایی که در ارتفاع ۱۰۰۰ کیلومتری هستند، باید با سرعت ۲۵۰۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کنند.
ماهواره‌ها با مشکل دیگری به نام پسای اتمسفری هم روبرو هستند که در اثر برخورد ماهواره با مولکول‌های گاز درون فضا باعث کاهش ارتفاع آن‌ها می‌گردد. به عنوان مثال، ایستگاه فضایی بین المللی که در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری به دور زمین می‌چرخد، روزانه حدود ۹۰ متر از ارتفاعش کاسته می‌شود. البته با روشن کردن موتور پیشران در مواقع خاص، این کاهش ارتفاع جبران می‌گردد.
در ارتفاعات پایین‌تر، این مشکل جدی‌تر است. در ارتفاع پایین چگالی اتمسفر بیشتر بوده (تعداد مولکول های گازی در فضا بیشتر است) و باعث کاهش ارتفاع ماهواره‌ها می‌گردد. با کاهش ارتفاع، چگالی باز هم افزایش می‌یابد و ارتفاع ماهواره بیشتر کاهش می‌یابد. این پدیده باعث پایین آمدن «اسکای لب Skylab» (اولین ایستگاه فضایی ناسا در دهه ۱۹۷۰) شد.
در نهایت همه ماهواره‌ها به همین سرنوشت دچار خواهند شد. گاهی در نزدیکی زمان پایان عمر یک ماهواره، با کمک موتور مخصوصی ماهواره به سمت زمین سرعت می‌گیرد و پس از ورود به جو زمین، از بین می‌رود. ولی معمولا ماهواره‌ها با پایان عمر مفید خود، توسط موتور پیشران به ارتفاع بالاتری هدایت می‌شوند و در مداری به نام قبرستان ماهواره‌ها قرار می‌گیرند تا در مسیر حرکت ماهواره‌های دیگر مزاحمتی ایجاد نکنند. این مدار حدود ۳۰۰ کیلومتر بالاتر از دورترین ماهواره‌های فعال قرار دارد. در حال حاضر صدها ماهواره در این مدار به دور زمین در گردشند.
البته با توجه به اینکه همه این ماهواره‌ها هم تحت تاثیر جو زمین هستند، در آینده دور با کاهش ارتفاع به زمین باز خواهند گشت. ماهواره‌های موجود در مدارهای پایین پس از ۱ یا ۲ سال به جو زمین وارد می‌شوند ولی ماهواره‌هایی که در ارتفاعات بالاتر پرواز می‌کنند، ممکن است ده‌ها یا صدها سال طول بکشد تا به جو زمین برسند. بیشتر ماهواره‌های کوچک، به دلیل داشتن سرعت بسیار بالا، پس از ورود به جو در مواجهه با اصطکاک هوا داغ شده و می‌سوزند، و در مورد ماهواره‌های بزرگ تر فقط می‌توانیم بگوییم همه‌اش تقصیر نیوتن بود!

ماهواره‌بر و پرتاب | آموزش |

نظرات بینندگان
احسان محمدیان
1397/8/8 20:03:06
سلام .اگر ماهواره ای در فضا باشه به دوره زمین بچرخه و با سرعت زمین برابر نباشه تمام گیرنده های ماهواره در زمین هر لحضه باید جهت و درجه و زاویه گیرنده خوشون رو تغییر بدن ...میشه گفته زمین نمیچرخه اگه زود قضاوت نکید من میتونم بیشتر توضییح بدم
نظر شما

پربازدیدکننده ترین خبر

فرانسه سومین ماهواره سیراکیوس ۴ را به ناوگان مخابرات ماهواره‌ای نظامی آینده خود اضافه می‌کند

بر اساس اعلام یک مقام وزارت دفاع فرانسه در ۱۶ آبان ۹۷، این کشور ماهواره جدیدی را به نسل نوین منظومه ماهواره‌ای زمین ثابت خود که در آینده به مدار زمین می‌رود اضافه می‌کند. مسئول برنامه ارتباط‌های ماهواره‌ای در اداره کل ارتش فرانسه، که پشتیبانی نیروهای مسلح این کشور را برعهده دارد، اعلام کرد که لزوم ارتباط ماهواره‌ای پهبادها و هواپیماهای نظامی نیاز به ماهواره سیراکیوس۴ (Syracuse 4) متفاوتی را ایجاد کرده است که حداکثر تا سال ۲۰۳۰ به فضا فرستاده خواهد شد. در ناوگان نوین مخابرات ماهواره‌ای نظامی فرانسه ابتدا دو ماهواره پیش‌بینی شده بود. ماهواره‌های سیراکیوس۴آ و ۴بی برای حمل بارهای مفیدی که در باند X و کا-بند (Ka-band) کار می‌کنند طراحی‌شده‌اند و قابلیت مقاومت در برابر تهدیدهای گوناگون را ازجمله حمله‌های سایبری، پارازیت و حملات هسته‌ای در ارتفاع‌های بالا دارد. موضوعی که باعث شده است فرانسه در اندیشه اضافه کردن ماهواره دیگری بیفتد این است که ماهواره‌های سیراکیوس۴آ و ۴بی دارای پرتوهای نقطه‌ای هستند که سیگنال‌های ماهواره را روی یک منطقه جغرافیایی محدود متمرکز می‌کند. این نوع پرتوهای متمرکز معمولا برای نیروهای زمینی که نسبتا آرام حرکت می‌کنند و تا هنگام رسیدن به محدوده درگیری نیاز به ارتباط ماهواره‌ای ندارند مناسب است، اما برای هواپیماهای نظامی که ممکن است صدها یا حتی هزاران کیلومتر را حین عملیات طی کنند مناسب نیست.