اولین ماهواره مخابراتی در سال ۱۹۵۳ توسط شخصی به‌نام آرتور سی. کلارک (Arthur C. Clarke) در آمریکا ساخته شد. پس‌ازآن در سال ۱۹۵۷ روسیه ماهواره اسپوتنیک (Sputnik) را ساخت و به فضا فرستاد و البته چند ماه پس از اسپوتنیک، روسیه نسخه ۲ این ماهواره را که حامل موجود زنده (سگ) بود، به فضا فرستاد. جالب است که بدانیم طول عمر ماهواره‌ها در آن زمان حدود ۲ هفته بود.
در همین رابطه بخوانید: مخابرات ماهواره‌ای
در سال ۱۹۵۸ آمریکایی‌ها ماهواره‌ای جدید با نام اکسپلورر (Explorer) را به فضا فرستادند که هدفشان توسعه پرتاب‌کننده‌های موشکی و همچنین توسعه امواج ماکروویو بود. از حدود سال‌های ۱۹۵۸ به بعد حدود ۴۸ پرتاب ماهواره موفق انجام شد که سهم روس‌ها ۲۴ پرتاب بود و موفقیت بزرگی را داشتند. در سال ۱۹۵۹ اولین ماهواره جاسوسی آمریکا با نام کورونا به فضا فرستاده شد و سال بعد یعنی ۱۹۶۰ هم آمریکا اولین ماهواره مخابراتی خود یعنی اکو (Echo) را به فضا فرستاد. در سال ۱۹۶۱ روس‌ها اولین انسان را به فضا فرستادند (یوری گاگارین) (Yuri Gagarin) و در همان سال پیشنهاد قدم گذاشتن به ماه مطرح شد و سرانجام اولین سفر به کره ماه در سال ۱۹۶۹ توسط سه فضانورد آمریکایی صورت گرفت.
تقسیم‌بندی ماهواره‌ها:
ماهواره‌ها به‌طورکلی به ۳ دسته تقسیم می‌شوند:
- بر اساس وزن
- بر اساس مدار
- بر اساس کاربرد
تقسیم‌بندی بر اساس وزن:
پیکو: ماهواره‌های کوچکتر از ۱ کیلوگرم
نانو: ماهواره‌هایی با وزن بین ۱ تا ۱۰ کیلوگرم
میکرو: ماهواره‌هایی با وزن بین ۱۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم
مینی: ماهواره‌هایی با وزن بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم
متوسط: ماهواره‌هایی با وزن بین ۵۰۰ تا هزار کیلوگرم
همچنین ماهواره‌های بزرگ که وزنشان بیشتر از هزار کیلوگرم است، معمولا شامل ماهواره‌های مخابراتی، تلویزیونی، تصویربرداری و … هستند.
تقسیم‌بندی بر اساس مدار:
- مدار لئو (LEO سرواژه LOW EARTH ORBIT): این مدار معمولا در فاصله‌ای بین ۲۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. ماهواره‌هایی که در این مدار قرار می‌گیرند با سرعت بسیار زیادی دور زمین می‌چرخند، افت سیگنال بسیار کمی نیز دارند و تاخیر زمانی هم در این ماهواره‌ها کم است، اما عیب اصلی این ماهواره‌ها این است که ازآنجایی‌که سرعت عبورشان زیاد است، آنتن‌های گیرنده ایستگاه‌های زمینی باید سر متحرک داشته باشند تا بتوانند سیگنال ماهواره را به‌خوبی دنبال و دریافت کنند.
- مدار مئو (MEO سرواژه MEDIUM EARTH ORBIT): این مدار در ارتفاع ۱۰ هزار تا ۲۰ هزار کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. ماهواره‌هایی که در این مدار قرار می‌گیرند، دارای تاخیر و افت متوسط هستند و مدت‌زمان گردش هر ماهواره به دور زمین نزدیک به ۱۲ ساعت است و سرعت تقریبا خوبی دارند. اما دلیل اینکه از فاصله ۲۵۰۰ تا ۱۰ هزار کیلومتری مداری وجود ندارد چیست؟ دلیل کمربند ون آلن است؛ این کمربند به‌دلیل وجود میدان مغناطیسی و تشعشعات ذرات باردار اطراف زمین وجود دارد که اثر سو روی مدارات الکتریکی ماهواره‌ها می‌گذارد.
- مدار ژئو (GEO سرواژه GREAT EARTH ORBIT): این مدار در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و به مدار هم‌زمان یا سنکرون معروف است، چراکه ماهواره‌ها در این مدار هر ۲۴ ساعت یکبار دور زمین می‌چرخند و با زمین همگام هستند. مزایای این مدار این است که ایستگاه زمینی نیاز به آنتن با سر متحرک ندارد و ۲۴ ساعته در دید ماهواره قرار دارد. اکثر ماهواره‌های مخابراتی، تلویزیونی و… در این مدار قرار دارند.
- مدار هئو (HEO سرواژه HIGH EARTH ORBIT): برخلاف دیگر مدارات که دایره‌ای شکل بودند، این مدار به‌صورت بیضوی است که انواع و اقسام زیادی دارند؛ مانند ماهواره‌های سری مولینیا (Molniya) که روسی‌ها ساختند. دلیل هم این است که بیشترین گسترش جغرافیایی روسیه در نیم‌کره شمالی واقع‌شده است و توسط ماهواره‌های سنکرون به‌خوبی پوشش داده نمی‌شد. قسمتی از این مدار که به زمین نزدیک‌تر است فاصله‌ای حدود هزار کیلومتر و قسمت دیگر بیضی حدود ۴۶ هزار کیلومتر فاصله دارد.
تقسیم‌بندی بر اساس ماموریت:
- ماهواره‌های مخابراتی: این ماهواره‌ها بیشتر از باند VHF و UHF استفاده می‌کنند. وظیفه برقراری ارتباطات سیگنال بین دو یا چند نقطه روی زمین را برعهده دارند و تمام ایستگاه‌هایی که در داخل پوشش این ماهواره قرار می‌گیرند و با مشخصات آن ماهواره ساخته شده‌اند و می‌توانند باهم ارتباط برقرار کنند.
- ماهواره‌های سنجش از راه دور (REMOTE SENSING): هدف این ماهواره‌ها مشاهده زمین در راستای کشف منابع زمین مثل جنگل‌ها، پوشش‌های گیاهی، اقیانوس‌شناسی و … است. این ماهواره‌ها برای تصویربرداری دارای دو نوع حسگر فعال و غیرفعال هستند. حسگرهای غیرفعال: از انعکاس نور خورشید تشخیص می‌دهد که مثلا کجا و کدام منطقه کوه است و جنگل و دریا و … و حسگر فعال در اینجا خود ماهواره باید یک سیگنال به سمت زمین بفرستد و از انعکاس سیگنال دریافتی اطلاعات را دریافت می‌کند. این ماهواره‌ها ازنظر وزن و سایز خیلی کوچک هستند و در حدود میکرو و نانو هستند. و در مدار لئو قرار می‌گیرند.
- ایستگاه‌های فضایی: یک پایگاه فضایی که به‌صورت یک آزمایشگاه مجهز است که امکان استقرار تعدادی فضانورد را به‌وجود می‌آورد که در مدت طولانی در فضا اسکان پیدا کنند و برای آزمایش‌های علمی در دور زمین تلاش می‌کنند. معروف‌ترین ایستگاه‌های فضایی MIR برای روس‌ها و SKYLAB برای آمریکایی‌ها است.
- ناوبری (NAVIGATION): این ماهواره‌های منظومه‌ای از ماهواره‌ها هستند که در مدارات مختلف قرار می‌گیرند و سیگنال‌های معینی را ارسال و دریافت می‌کنند و اگر ما در یک ایستگاه زمینی قرار گرفته باشیم از روی اطلاعات دریافتی از سه یا چهار ماهواره و پردازش آن‌ها می‌توانیم اطلاعات مکانی و زمانی آن نقطه را داشته باشیم. مانند GPS – مدار این ماهواره‌ها مئو است.
بلوک دیاگرام یک سامانه مخابرات ماهواره‌ای:
شامل سه بخش اصلی است:
- بخش فضایی که شامل ماهواره‌های درون فضا است که بخشی از آن‌ها فعال هستند و بعضی هم یدکی قرار دارند تا در صورت نیاز به کار گرفته شوند
- بخش زمینی که شامل ایستگاه‌ها و شبکه‌های زمینی و واسط هستند و ارتباطات را بسته به نوع شبکه خود ایجاد می‌کنند.
- بخش کنترل که وظیفه کنترل ماهواره‌ها را برعهده دارند. این کنترل می‌تواند از کنترل مسیر حرکت و یا کنترل تغذیه و یا بسیاری موارد دیگر باشد.
پایان قسمت اول