اخیرا اخبار زیادی در مورد
پرتاب دو ماهواره پیام و دوستی که هر دو ساخت ایران بوده‌اند منتشر شده‌است. شاید پیگیری این اخبار سوالات زیادی در مورد ماهواره‌ها برای شما ایجاد کرده باشد. در این
مقاله سعی بر این است که به بسیاری از سوالات شما در مورد این اجسام با فناوری بسیار پیشرفته
پاسخ داده شود.
به طور کلی ماهواره به هر
جسمی در فضا گفته می‌شود که به دور یک جسم بزرگتر گردش می‌کند. ماهواره‌ها در دو
گروه دسته‌بندی می‌شوند. ماهواره‌های طبیعی مثل ماه که به دور زمین گردش می‌کند و
ماهواره‌های مصنوعی مثل ایستگاه فضایی بین‌المللی.
هزاران ماهواره طبیعی در منظومه شمسی وجود دارد به طوری که
هر سیاره حداقل یک قمر دارد. ماهواره‌های مصنوعی تا نیمه قرن بیستم به واقعیت
نپیوسته بودند. اولین ماهواره مصنوعی جهان اسپوتنیک-۱ (sputnik-1)بود که در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ پرتاب شد. این اتفاق بسیاری از کشور های غربی
را شوکه کرد چرا که آنها فکر نمی‌کردند شوروی توانایی ارسال ماهواره را
داشته‌باشد.
تاریخچه‌ای
کوتاه از ماهواره‌ها
در ادامه کار شوروی در ۳
نوامبر ۱۹۵۷ یک ماهواره بزرگتر را آزمایش کرد. اسپوتنیک-۲ (sputnik-2) دومین ماهواره شوروی بود که اولین موجود زنده فضانورد تاریخ را
(سگی به نام لایکا) به فضا برد.اولین ماهواره آمریکا اکسپلورر-۱
(explorer-1) نام داشت که در تاریخ ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ به فضا
پرتاب شد. اکسپلورر بر خلاف اسپوتنیک در زمان خودش ماهواره سبکی بود و با ۱۳
کیلوگرم وزن تنها ۱۵ درصد اسپوتنیک-۲ وزن داشت.
اسپوتنیک و
اکسپلورر-۱ آغازگر رقابت فضایی بین شوروی و آمریکا شدند که تا پایان دهه ۶۰
میلادی به طول انجامید. تمرکز بر روی ماهواره‌ها به عنوان یک ابزار سیاسی هر
دوکشور را ترغیب به ارسال انسان به فضا کرد. هر دو کشور در سال ۱۹۶۱ اولین
فضانورد خود را به فضا فرستادند. بعد از این دو کشور تصمیم گرفتند راهبرد
خود را در صنعت فضایی عوض کنند. در حالی که آمریکا اقدام به فرستادن انسان به سطح
ماه و ساخت شاتل فضایی کرد شوروی تصمیم به ساخت اولین ایستگاه فضایی دنیا گرفت که
سالیوت-۱ (salyut-1) نام داشت
و در سال ۱۹۷۱ پرتاب شد.
پس از آن دیگر کشورها نیز شروع به ارسال ماهواره به دلایل
مختلف کردند. ماهواره‌های هواشناسی پیش‌‌ینی‌های هواشناسی را حتی برای مناطق
دورافتاده بسیار بهبود بخشیدند. ماهواره‌های سنجش ازدور تغییرات جنگل‌ها٬ اقیانوس‌ها
و دیگر نقاط کره زمین را رصد کردند. ماهواره‌های مخابراتی امکان ایجاد تماس‌های
تلفنی بین نقاط مختلف و همچنین داشتن تلویزیون را فراهم کردند. نسل‌های بعدی
ماهواره‌ها باعث به‌وجود آمدن اینترنت شدند.
به لطف کوچک‌تر شدن کامپیوترها و دیگر سخت‌افزارها، اکنون
این امکان وجود دارد که ماهواره‌های کوچک‌تر با امکانات سابق را به فضا بفرستیم.
اکنون برای دانشگاه‌ها و شرکت‌ها این امکان وجود دارد که کیوب‌ست یا همان ماهواره‌های
مکعب شکل کوچک کاربردی بسازند و آنها را به منظورهای متفاوت در مدار لئو مستقر
کنند. کیوب‌ست‌ها را یا به‌وسیله ماهواره‌بر‌های کوچک به مدار ارسال می‌کنند
و یا به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال می‌شوند تا در آنجا به وسیله دستگاهی به
نام موبایل لانچر در مدارشان قرار بگیرند.
ایستگاه فضایی بین‌المللی (international space
station) بزرگ‌ترین ماهواره مصنوعی زمین است که ساخت آن بیش
از یک دهه به طول انجامید. مراحل ساخت ایستگاه فضایی به این صورت بوده است که در
ابتدا قسمت‌های مختلف آن توسط کشورهای مختلف ساخته شده و پس از آن این قسمت‌ها در
مدار به هم‌دیگر متصل شده‌اند. این فرایند از سال ۱۹۹۸ تا ۲۰۱۱ میلادی طول
کشید. ایستگاه فضایی بین‌المللی برای حداقل تا سال ۲۰۲۴ برنامه‌ریزی شده است.
قسمت
های مختلف یک ماهواره
هر ماهواره از اجزا مختلفی تشکیل می‌شود. اصلی‌ترین اجزای
هر ماهواره شامل سامانه برق٬ سامانه‌ای برای کنترل حرکت آن در مدار٬ یک آنتن برای
ارسال و دریافت داده‌ها و یک محموله برای جمع‌آوری داده‌ها مثل دوربین‌ها در
ماهواره‌های سنجش از دور می‌شوند.
همانطور که در ادامه خواهید دید همه ماهواره‌های مصنوعی
الزاما ماهواره‌های کاربردی نیستند حتی یک پیچ یا یک قسمت از یک ماهواره بازنشسته
که همچنان در مدار زمین گردش می‌کند نوعی ماهواره مصنوعی حساب می‌شود.
دسته
بندی ماهواره‌ها مصنوعی
ماهواره‌ها بر اساس کاربریشان به چندین دسته تقسیم می‌شوند.
به ماهواره‌هایی که از آنها برای عکس‌برداری و مشاهده زمین استفاده می‌شود
ماهواره‌های سنجش‌ازدور گفته می‌شود.
ماهواره‌هایی
که از آنها برای برقراری ارتباطات زمینی استفاده می‌شود در دسته ماهواره‌های
مخابراتی قرار می‌گیرند و ماهواره‌هایی که از آنها برای مسیریابی استفاده می‌شود در دسته ماهواره‌های ناوبری قرار می‌گیرد ره‌یاب‌های ماهواره‌ای خودرو ها و تلفن‌های هوشمند با این ماهواره‌ها کار می‌کنند. علاوه بر این سه دسته مهم٬ ماهواره‌های دیگری هستند که از
آنها برای انجام آزمایشات علمی و صنعتی استفاده می‌شود که به آنها ماهواره‌های
آزمایشی گفته می‌شود.
چه چیزی
مانع سقوط یک ماهواره به زمین می‌شود؟
یک ماهواره بهترین نمونه برای اجسام تک نیرویی است (در
اینجا تک نیرو همان جاذبه زمین است). به طور قراردادی هر شی که در ارتفاع بیش از
۱۰۰کیلومتر باشد در فضا است.
چرخش ماهواره به دور زمین از نظر فیزیکی نوعی سقوط حساب می‌شود
که ناشی از شتاب مرکزگرا زمین است. برای این که سقوط ماهواره حالت چرخشی به خود
بگیرد باید حداقل با سرعت ۸ کیلومتر بر ثانیه حرکت کند. ماهواره‌هایی که در ارتفاع
کمتری قرار دارند ریسک سقوط آنها بیشتر است چرا که اصطکاک بین ماهواره و جو
ناچیز این ارتفاع باعث کاهش سرعت تدریجی این ماهواره‌ها شده و با رسیدن سرعت آنها
به کمتر از ۸کیلومتر بر ثانیه سقوط آنها اتفاق می‌افتد. به همین ترتیب امکان سقوط
ماهواره‌هایی که در ارتفاع بالاتر قرار دارند بسیار کمتر است.
مدارهای
ماهواره‌ها
چندین مدار برای زمین در نظر گرفته شده است. اولین مدار، لئو
نام دارد که از ارتفاع ۱۶۰کیلومتری از سطح دریا تا ارتفاع ۲۰۰۰کیلومتری را
شامل می‌شود. ایستگاه فضایی بین‌المللی در همین مدار قرار دارد. در واقع تمام
ماموریت‌های فضایی به جز آپولو که انسان‌ها را به ماه فرستاد در همین مدار
قرار دارند.
مدار ژئو بهترین مکان برای قرار گیری ماهواره‌های مخابراتی
است در واقع به ارتفاع ۳۵۷۸۶کیلومتری مدار ژئو گفته می‌شود. در این ارتفاع سرعت
چرخش ماهواره به دور زمین دقیقا به اندازه سرعت چرخش زمین به دور خود است که این
امر باعث می‌شود ماهواره همواره بالای یک منطقه ثابت از زمین باقی بماند. بدین
ترتیب ماهواره یک ارتباط دائمی با یک ایستگاه زمینی برقرار می‌کند. وقتی عمر
ماهواره‌های ژئو به اتمام می‌رسد آنها را پایین می‌اورند تا ماهواره‌ای جدید در
آن نقطه مداری قرار گیرد چراکه ظرفیت مدار ژئو محدود است.
در حالی که بعضی از ماهواره ها مناسب برای مدارهای موازی
با خط استوا هستند. بسیاری از ماهواره‌ها مناسب برای مدار قطبی هستند(مدار‌هایی که
در آن ماهواره‌ها از قطب شمال به قطب جنوب می‌روند). بهترین مثال‌ها
برای ماهواره‌های قطبی ماهواره‌های هواشناسی هستند.
چه چیزی
از برحورد ماهواره‌ها با یکدیگر جلوگیری می‌کند؟
تخمین زده می‌شود که حدود نیم میلیون جسم ساخت بشر در مدار
زمین هستند که اندازه‌هایشان از یک مهره کوچک تا ایستگاه فضایی بین‌المللی که به
اندازه یک زمین فوتبال است متغیر است. سرعت این اجسام به هزاران مایل در ساعت می‌رسد.
تنها کسر کوچکی از این اجسام، ماهواره‌های کاربردی هستند که به این معنی است که
تعداد بسیار زیادی زباله فضایی در فضا وجود دارد. با وجود سرعت و تعداد زیاد زباله‌های
فضایی شانس تصادف بین آنها بسیار زیاد است.
آژانس‌های فضایی هنگام انجام پرتاب‌های خود باید مراقب
زباله‌های فضایی باشند تا به آنها برخورد نکنند. بعضی سازمان‌ها مثل شبکه نظارت
فضایی ایالات متحده آمریکا وظیفه دارند که بر روی زباله‌های فضایی نظارت داشته
باشند. و اگر تشخیص دادند که ماهواره‌ای در خطر برخورد با زباله‌ای فضایی قرار
دارد به اپراتور ماهواره اخطار بدهند تا از مسیر آن زباله کنار برود.
ایستگاه فضایی باید هر چند وقت یک بار مسیر گردش خود به مدار زمین را تغییر بدهد
تا با زباله‌های فضایی برخورد نکند.
