آیا می‌دانید که نحوه عملکرد سامانه‌های ناوبری ماهوارهای جهانی چگونه است؟ چگونه دسته‌هایی کوچک از ماهواره‌ها می‌توانند موقعیت دقیق یک هدف را بر روی زمین مشخص کنند؟ در این مطلب توضیح مختصری در مورد این سامانه‌های مفید و ارزشمند ارائه شده است.
ناوبری ماهوارهای چیست؟
سامانه ناوبری ماهوارهای جهانی که به اختصار GNSS نامیده می‌شود، سامانه‌ای‌ست که از تعدادی ماهواره کوچک برای تشخیص موقعیت دقیق جغرافیایی دریافت‌کننده‌ای استفاده می‌کند که توسط کاربر حمل می‌شود. این فناوری ابتدا توسط نیروی هوایی ارتش آمریکا با عنوان سامانه موقعیت‌یابی جهانی (GPS) توسعه یافت. GPS در آغاز فعالیت خود فقط در دسترس نیروهای دفاعی آمریکا بود اما امروزه شهروندان عادی در سرتاسر جهان به آن دسترسی دارند.
ظهور و پیشرفت گوشی‌های همراه هوشمند، دسترسی به این فناوری را افزایش داد و همه‌گیر شدن استفاده از ناوبری ماهوارهای باعث ظهور سامانه‌های ناوبری جدید شد. ازاین‌جمله می‌توان به سامانه گلوناس (GLONASS) روسیه و سامانه گالیلئو (Galileo) متعلق به اتحادیه اروپا اشاره کرد. گالیلئو در سال ۲۰۲۰ به‌صورت کامل عملیاتی خواهد شد. غیر از سامانه‌های ذکرشده، سامانه‌های ناوبری کشورهای دیگر نیز راه‌اندازی شده‌اند که البته پوشش جهانی ندارند و فقط محدوده‌ای خاص را پوشش می‌دهند. سامانه بیدو (BeiDou) متعلق به چین، IRNSS متعلق به هند و سامانه QZSS ژاپن در این دسته قرار می‌گیرند.
در همین رابطه بخوانید: ناسا به‌دنبال بهره‌گیری از سامانه ماهوارهای ناوبری جهانی برای بازگشت به ماه
مبنای کار ناوبری ماهوارهای چیست؟
با وجود اینکه ماهواره‌های سامانه GNSS از لحاظ طول عمر و طراحی متفاوت هستند، اساس کار همه آن‌ها یکسان است. این ماهواره‌ها دو موج حامل را با عنوان L1 و L2 در باند L مخابره می‌کنند. امواج حامل، امواجی الکترومغناطیسی هستند که اطلاعات را از ماهواره به زمین منتقل می‌کنند. اکثر گیرنده‌های زمینی GNSS دارای دو بخش هستند؛ آنتن و واحد پردازش، آنتن سیگنال‌های ماهوارهای را دریافت کرده و واحد پردازش آن را ترجمه می‌کند. برای مشخص کردن موقعیت دریافت‌کننده، جمع‌آوری اطلاعات از حداقل سه ماهواره مورد نیاز است.
ماهواره‌های GNSS هر ۱۱ ساعت و ۵۸ دقیقه و ۲ ثانیه یک بار در مدار مئو به دور زمین گردش می‌کنند. هر ماهواره سیگنال‌های کدگذاری‌شده‌ای مخابره می‌کند که شامل اطلاعات دقیق مداری ماهواره و زمان دقیق مشاهده هدف مورد نظر می‌باشد که توسط ساعت اتمی و فوق دقیق ماهواره مشخص می‌شود.
اطلاعات زمانی منتشرشده توسط ماهواره به‌صورت کد به دریافت‌کننده فرستاده می‌شوند و سپس دریافت‌کننده زمان دقیقی را که سیگنال از ماهواره فرستاده شده تشخیص می‌دهد. این سیگنال شامل داده‌هایی است که دریافت‌کننده به‌کمک آن‌ها موقعیت ماهواره‌ها را تشخیص می‌دهد. سپس با‌توجه‌به اختلاف زمانی بین ارسال و دریافت سیگنال، فاصله از ماهواره تا دریافت‌کننده محاسبه می‌گردد. وقتی که دریافت‌کننده فاصله دقیق خود را نسبت به هر ماهواره محاسبه کند، موقعیت خود را در یک سامانه مختصاتی زمین-پایه ترجمه کرده و ارتفاع، عرض و طول جغرافیایی خود را بدست می‌دهد.
برای فهم بیشتر نحوه کار ماهواره‌های ناوبری می‌توانید ویدیو زیر را مشاهده کنید.
فواید و تهدیدات ناوبری ماهوارهای
امروزه ناوبری ماهوارهای کاربردهای زیادی دارد که رایج‌ترین آن مکان‌یابی با استفاده از گیرنده‌های زمینی مانند تلفن‌های همراه است. کشورها البته می‌توانند این فناوری را برای مقاصد نظامی و جاسوسی نیز به‌کار گیرند. در اینجا به چند نمونه از این موارد اشاره می‌کنیم.
در همین رابطه بخوانید: جنگ ناوبری فضایی آغاز شده است
ناوبری ماهوارهای در کشاورزی
از فناوری ناوبری ماهوارهای می‌توان در حوزه کشاورزی، کودپاشی و سم‌پاشی بهره گرفت. استفاده از ماهواره‌های سامانه موقعیت‌یاب جی‌پی‌اس برای هدایت تراکتورها در زمین‌های کشاورزی می‌تواند بازدهی مزارع را بهبود بخشد. به‌کارگیری جی‌پی‌اس برای هدایت دقیق تراکتورها در مزارع کوچک در فعالیت‌های مختلفی از جمله کاشت بذر، سم‌پاشی و کوددهی منجر به صرفه‌جویی اقتصادی و همچنین حفاظت بهتر از محیط زیست خواهد شد.
بهره‌گیری از این فناوری در زمین‌های زراعی مورد بحث، همپوشانی‌های فعالیت‌های کشاورزی را تا ۶ درصد و فضاهایی از زمین را که بی‌استفاده می‌مانند تا ۱۶ درصد کاهش خواهد داد. این موارد به‌خصوص در زمان چرخش تراکتورها در انتهای هر ردیف و آغاز ردیف بعد در زمین‌های کشاورزی، محاسبات را بهبود می‌بخشد.
هشدار زمین‌لرزه با ناوبری ماهوارهای
با استفاده از ناوبری ماهوارهای و بهره‌گیری از یک سامانه هشداردهنده زمین‌لرزه فضاپایه می‌توان به ارائه هشدارهای زلزله در سراسر جهان پرداخت. این سامانه با اندازه‌گیری میزان جابجایی ایستگاه‌های گیرنده سامانه ناوبری ماهوارهای GPS ایالات متحده هنگام تغییر شکل در پوسته زمین اعلام خطر می‌کند و می‌تواند نسبت به شبکه‌های لرزه‌نگاری معمول، هشدارهای به‌موقع و دقیق‌تری را ارائه داده، تعداد هشدارهای اشتباه را نیز کاهش دهد.
سامانه مورد بحث در مدت چند ثانیه بزرگی زمین‌لرزه را ارزیابی کرده و طی کمتر از دو دقیقه از زمان اولین تشخیص حرکت زمین، هشدار می‌دهد. محققان در تلاشند تا کشورهای مختلف جهان را برای به‌اشتراک‌کذاری داده‌های ایستگاه‌های خود به‌منظور پیشرفت این فناوری متقاعد کنند. بنابر اظهارات وی، سامانه یادشده ممکن است در آینده بتواند اطلاعات را از تلفن‌های همراه و ابزارهای ارتباطی سیار نیز دریافت کند.
ساعت‌های مچی ناوبری برای جاسوسی از ماهواره‌های خارجی
با بهره‌گیری از ساعت‌های مچی ناوبری با اتصال به ماهواره‌های خارجی می‌توان از آن‌ها جاسوسی کرد. خلبانان هواپیماهای آمریکایی لاکهید یو-۲ (Lockheed U-2) از ساعت‌هایی استفاده می‌کنند که به ماهواره‌های خارجی متصل شده و از آن‌ها پشتیبانی می‌گیرند. لاکهید یو-۲ نوعی هواپیمای شناسایی دوربرد و بلندپرواز است و نخستین بار در سال ۱۹۵۵ در ایالات متحده ساخته شد.
خلبانان لاکهید یو-۲، که در خط مقدم فناوری‌های مدرن جاسوسی آمریکا قرار دارند، دارای ابزاری پیشرفته همانند ساعت‌هایی هستند که مختصات ناوبری ماهوارهای را از ماهواره‌های روسی، چینی و اروپایی دریافت می‌کنند. در واقع این ساعت‌ها، در صورت عدم دسترسی به سیگنال، به‌عنوان پشتیبان ماهواره‌های سامانه GPS عمل می‌نمایند.
شما چه کاربردهای دیگری در مورد ناوبری ماهوارهای می‌شناسید؟ در قسمت نظرات برای ما بنویسید و سوالات خود را درباره این فناوری بپرسید. کارشناسان اسپاش پاسخگوی شما خواهند بود.
در همین رابطه بخوانید: ناوبری ماهوارهای با استفاده از منظومه‌های مخابراتی مدار لئو
سلام، من بسیار علاقه مند به همچین موضوعی هستم و واقعا برام جذاب هست، رشته دانشگاهی ای که میتونم با انتخاب اون در این زمینه تخصص کسب کنم کدوم رشته هست؟ ممنون میشم پاسخ بدید
سلام این موضوع بیشتر مرتبط با نجوم هست
از مطلب نجوم چیست می‌تونید شاخه‌های مختف اون رو مطالعه بفرمایید
خیلی ممنون، ولی منظورم مطالب مربوط به سیستم های ارتباطی ماهواره ای هستش، در اون مطلبی که فرمودید اشاره ای به این موضوع نشده
این مربوط به مخابرات ماهوارهای میشه
به مطلب مخابرات ماهواره ای رجوع بفرمایید