این روزها اسم ماهواره برای همه تداعیکننده یک دیش ماهواره و اتصال آن به تلویزیون و درنهایت ورود به دنیا جادویی برنامههای ناتمام تلویزیونی است؛ دنیایی پررنگ و لعاب با تنوع و جذابیت بالا. اما این فقط بخش کوچکی از مفهوم ماهوارهها است که برای عامه مردم قابلدرک و فهم است.
اولین ماهواره تصویربرداری، حدود ۵۰ سال پیش به فضا پرتاب شد. امروزه تعداد محدودی ماهواره به تصویربرداری از زمین مشغول هستند.با توجه به اینکه هزینه پرتاب ماهوارهها به فضا بسیار بالا (در حد چند صد میلیون دلار برای هر پرتاب) است، تاکنون ماهوارهها بهندرت به فضا پرتاب میشدند و شرکتها سعی میکردند تا حد امکان قابلیتهای بیشتری را در یک ماهواره تعبیه کنند که خود این موضوع باعث بزرگتر و گرانتر شدن ماهوارهها میشد. در حال حاضر هر یک از این ماهوارهها چندین تن وزندارند و قیمت تمامشده ساخت آنها حدود یک میلیارد دلار است.
ابعاد و قیمت فضاپیماها به کاربرد آنها بستگی دارد. بعضی فضاپیماها در کف دست جا میشوند و برخی مانند تلسکوپ فضایی هابل به بزرگی یک اتوبوس هستند. ماهوارههای کوچک، دستهای از فضاپیماها هستند که در ابعاد تقریبی یک یخچال آشپزخانه و کمتر از ۵۰۰ کیلوگرم جرمدارند. این ماهوارهها طی سالهای اخیر اهمیت روزافزونی یافتهاند که البته دلایل موجهی نیز برای این امر وجود دارد: به دلیل کوچک بودن، هزینه طراحی آنها پایینتر است و با استاندارد شدن قطعات ماهوارهها تولید انبوه آنها آسانتر و ارزانتر است.علاوه بر این، به دلیل داشتن وزن کم، هزینه پرتاب آنها نیز کمتر است. درعینحال، این ماهوارهها توانایی پوشش دهی به مناطق وسیعتری را دارند و در بعضی کاربردها، مانند جمعآوری اطلاعات علمی یا رله سیگنال، مؤثرتر از ماهوارههای عادی عمل میکنند.
ازجمله مأموریتهای اختصاصی که برای ماهوارههای کوچک تعریف میشود، میتوان به جمعآوری داده بهطور همزمان از چند نقطه توسط مجموعهای از ماهوارههای کوچک، بررسی ماهوارههای بزرگتر در مدار و تحقیقات دانشگاهی اشاره کرد.چندین ماهواره کوچک را میتوان بهطور همزمان به فضا پرتاب کرد و یا بهعنوان محموله دوم در کنار محموله اصلی یک موشک قرارداد تا به همراه آن سفر فضایی خود را آغاز کند. البته امروزه با پیچیدهتر شدن ماهوارههای کوچک و نیاز آنها به مدار و زمان پرتاب ویژه، شرکتهای مختلفی مانند: «Virgin Orbit»، «Rocket La» و «PLD Spaceکیو» برای پرتاب اختصاصی ماهوارههای کوچک برنامهریزی میکنند. هماکنون امکان خرید ماهوارههای کوچکِ آماده، و پرتاب آنها به فضا باقیمتی بین ۱۲ تا ۱۸ هزار دلار وجود دارد.
تأخیر زمانی در انتقال اطلاعات با ماهوارههای بزرگ
درگذشته ماهوارههای مخابراتی بزرگ در مدار GEO ،در فاصله ۳۶ هزار کیلومتری از زمین، قرار میگرفتند و با استفاده از سه ماهواره تمام نقاط کره زمین پوشش داده میشد. ولی به دلیل فاصله زیاد از زمین، انتقال اطلاعات با تأخیر زمانی ،Latency، روبرو بود.امروزه ماهوارههای مخابراتی در حال گذار به منظومههای ارتفاع پایین LEO ،در فاصله کمتر از دو هزار کیلومتری از زمین، هستند. البته در این ارتفاع تعداد ماهوارههای بیشتری برای پوشش کامل زمین لازم خواهد بود و به همین دلیل این کار توسط مجموعهای از ماهوارههای کوچک انجام میگیرد. ولی با این روش، سرعت انتقال اطلاعات در فواصل زیاد روی زمین، حتی از فیبر نوری هم بیشتر میشود.
هماکنون به دلیل هزینه بالا، تعداد ماهوارههای تصویربرداری موجود در فضا محدود است و درنتیجه تصاویر گرفتهشده از زمین قدیمی هستند. تصاویر ماهوارهای از اکثر نقاط زمین تنها یکبار در سال تهیه میشود و در نقاط دیگر تصاویر هرچند ماه یکبار گرفته میشوند. با بهکارگیری ماهوارههای کوچکتر و ارزانتر، امکان تهیه عکسهای بیشتر در فواصل زمانی کمتر مهیا میشود و تصویربرداری ماهوارهای بهنگام از زمین به شرکتهای بینالمللی امکان رصد داراییهایشان را داده و تصاویر باکیفیتی را برای استفاده شرکتها و دولتها فراهم میکند.
کیوبست
کیوبست نوعی نانو ماهواره است که ابعاد استاندارد دارد. واحد استاندارد اندازه کیوبستها، 1U است که ۱۰x۱۰x۱۰ سانتیمتر طراحیشده است. البته کیوبستهای بزرگتری در اندازههای 1.5، 2، 3، 6 و 12U هم وجود دارند. کیوبست اولین بار در سال ۱۹۹۹ توسط دانشگاه ایالتی پلیتکنیک کالیفرنیا و دانشگاه استنفورد بهعنوان پلتفرمی برای آموزش و کاوش فضایی توسعه داده شد. امروزه توسعه کیوبست به یک صنعت تبدیلشده است و دولتها، صنایع و دانشگاهها برای افزایش قابلیتهای کیوبستها با یکدیگر همکاری میکنند. منظومهای از کیوبستها یک پلتفرم ارزانقیمت برای تحقیقات علمی، اثبات فناوریهای جدید و مأموریتهای پیشرفته فراهم میآورد.
سرمایهگذاری
بین سالهای ۲۰۰۰ و ۲۰۰۵ کمتر از ۱۵ ماهواره کوچک به فضا پرتاب شدند، در سال ۲۰۱۳ این تعداد به ۹۲ ماهواره رسید و پیشبینی میشود بین سالهای ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۹ بیش از ۵۰۰ ماهواره کوچک به مدار فرستاده شوند. بااینکه سرمایه اولیه موردنیاز برای فعالیت در حوزه فضایی بالاست ولی امکان رشد اقتصادی در این حوزه، بسیار بیشتر از تجارتهای دیگر است. در کنار این موارد، پتانسیل عظیم موجود در اینترنت فضایی و تصویربرداری به هنگام (Real-Time) از زمین، توجه سرمایهگذاران را به تجارت فضایی جلب کرده است.
چالشها
ماهوارههای کوچک برای پیشرانش، کنترل وضعیت، ارتباطات و پردازش نیازمند دستگاههای بروز هستند. بهعنوانمثال برخلاف پیشرانهای پیچیده و حجیم مورداستفاده در ماهوارههای بزرگ، ماهوارههای کوچک نیازمند پیشرانهای ساده، کوچک و ارزان هستند. همچنین ماهوارههای کوچک به دلیل در اختیار داشتن توان کم و ابعاد کوچک، برای برقراری ارتباط نیازمند استفاده از فناوریهای بهروز مینیاتوری هستند. چالش اصلی که این صنعت را تهدید میکند، ظرفیت و قابلیت اطمینان پرتابگرهاست. پرتابهای ناموفق گذشته یادآور این مسئله هستند که فضا همچنان یک صنعت خطرپذیر است.