دسته بندی:ماهواره

  مدارهای زمین به چند دسته تقسیم می شوند؟

پاسخ 1 : مدارهای گوناگونی در اطراف زمین وجود دارند. در یک دسته بندی، مدارهای زمین را به سه نوع تقسیم می کنند:

مدار پایینی زمین، «اِل ای اُ» یا لئو (LEO = Low Earth Orbit)

یک ماهواره در «مدار پایینی زمین» یا «لئو» در ارتفاع 100 تا 300 مایلی از سطح زمین (حدود 160 تا 480 کیلومتری) دور آن می چرخد. به این دلیل که این مدار به زمین بسیار نزدیک است، ماهواره ای که در آن قرار می گیرد باید خیلی سریع حرکت کند تا نیروی گرانش زمین آن را از مدار خارج نکند و به سمت زمین سقوط نکند. ماهواره ها با سرعتی حدود 17500 مایل در ساعت حرکت می کنند. این ماهواره های می توانند در مدت یک ساعت و نیم، یک دور کامل، دور زمین بچرخند.

مدار میانی زمین، «اِم ای اُ» یا مئو (MEO = Medium Earth Orbit)

ماهواره های مخابراتی و ارتباطی که قطب شمال و جنوب را پوشش می دهند در یک مدار بیضوی در ارتفاع میانه، قرار می گیرند. گیرنده های زمینی باید این ماهواره ها را که در مسیرهای بیضوی حرکت می کنند، دنبال کنند. این گونه ماهواره ها در ارتفاعات 6000 تا 12000 مایلی زمین قرار می گیرند.

مدار زمین آهنگ، «جی ای اُ» یا ژئو (GEO = Geostationary Earth Orbit)

یک ماهواره در مدار زمین آهنگ، در هر 24 ساعت یک بار به دور زمین می چرخد و همواره بالای یک نقطه از زمین قرار دارد. اگر این ماهواره ها درست بالای خط استوا قرار گیرند و در یک مدار زمین آهنگ چرخش کنند، به نظر می آید که به نقطه ای از زمین پیوند خورده اند و همزمان با چرخش زمین به دور محور خود، آن ها نیز می چرخند. جتماً تا به حال چرخش فانوس دریایی را دیده اید. با چرخش فانوس، انتهای نور آن نیز می چرخد. این چرخش کاملاً شبیه به چرخش ماهواره در مدار زمین آهنگ است. ماهواره ها در مدار ژئو، در ارتفاع 22282 مایلی به دور زمین می چرخند.

پاسخ 2 : از دیدگاه ماهواره برها و سامانه هایی که باید آن ها را در مدار قرار دهد، مدارهای گوناگونی برای ماهواره ها تعریف می شوند که عبارتند از:

مدار کم ارتفاع

با استفاده از کم تربن انرژی می توان به این مدار رسید. به همین دلیل است که ماهواره های سنگین تر دسترسی بیشتری به این مدار دارند.

مدارهای غیرعادی (بیضوی)

مدارهای غیرعادی بر خلاف مدارهای دایره ای از طول بیشتر و عرض کم تری برخوردار هستند. قسمت هایی از این مدار به زمین نزدیک و قسمت هایی نیز از آن دور هستند. این امر باعث می شود، ماهواره ها در برخی از بخش های مدار به زمین نزدیک تر و در دیگر بخش ها، آن از زمین دور شوند. (برخی از ماهواره های مخابراتی روسیه، در این مدار قرار گرفته اند. مداری با زاویه ی 60 درجه نسبت به خط استوا امکان دسترسی ماهواره ها به نقاط شمالی روسیه را فراهم می کند.) ماهواره هایی که در مدارهای غیرعادی قرار دارند برخلاف ماهواره های مستقر در مدار زمین آهنگ، همراه با یک نقطه ی زمینی حرکت نمی کنند. به این دلیل آنتن های زمینی برای برقراری ارتباط همیشگی با آن ها، باید مرتباً تغییر جهت دهند و نسبت به محل ماهواره بچرخند. در این حالت برای پوشش همیشگی، بایستی از دو یا سه ماهواره با فاصله های مشخص از هم، در هر مدار استفاده کرد.

مدارهای زمین آهنگ انتقالی

مدارهای زمین آهنگ انتقالی، مدارهای موقتی هستند که برای انتقال یک ماهواره از مدارهای نزدیک زمین به مدارهای دورتر زمین آهنگ مورد استفاده قرار می گیرند. ماهواره های مخابراتی، ابتدا به مدارهای کم ارتفاع پرتاب شده سپس موتورهایشان روشن می شود و آن ها را به ندار رمین آهنگ انتقالی می برد. ماهواره ها پس از رسیدن به دورترین نقطه ی این مدار (نقطه ی اوج)، تغییر مسیر داده، وارد مدار دایره ای شکل زمینی می شوند. روش دیگر این است که ماهواره را از همان اول در مدار زمین آهنگ انتقالی قرار دهند و پس از آن به مدار زمین آهنگ مناسب و از پیش تعیین شده، هدایت می کنند.

پاسخ 3 : ماهواره ها بیش تر بر روی چهار نوع مدار (بسته به نوع کاربرد ماهواره) قرار می گیرند:

ماهواره های مدار پایین زمین

به ماهواره هایی که در فاصله ب نسبتاً کمی از زمین قرار دارند، ماهواره های مدار پایین زمین گفته می شود. بیش ترین ارتفاع این نوع ماهواره ها از سطح زمین بین 320 تا 800 کیلومتر است. مسیر حرکت این ماهواره ها از غرب به شرق و هم جهت با دوران زمین به دور خود است. به دلیل نزدیکی فاصله ی این نوع ماهواره ها به سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره ها خیلی بیش تر از سرعت دوران زمین به دور خود می باشد. گاهی سرعت این نوع ماهواره ها به 27359 کیلومتر در ساعت نیز می رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره ها می توانند در هر 90 دقیقه، یک دور کامل به دور زمین بگردند. برخی از ماهواره های هواشناسی، ماهواره های سنجش از دور، و ماهواره های جاسوسی از این نوع اند.

ماهواره های مدار زمین آهنگ

این ماهواره ها در حالت کلی، روی مداری همسان گرد با زمین و بر بالای خط استوا، در فاصله ی 33600 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. این نوع ماهواره ها در فضا، در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران محوری زمین، می گردند و به دلیل همین ثبات، دارای سایه ای ثابت بر زمین هستند. تمام ماهواره های مخبراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.

ماهواره های مدار بیضوی

این ماهواره ها دارای مداری بیضوی هستند. دو نقطه ی مهم از مدار این ماهواره ها، نقطه ی اوج و نقطه ی حضیض آن ها است. نقطه ای که در آن ماهواره به نزدیک ترین فاصله از سطح زمین می رسد، نقطه ی حضیض نامیده می شود و نقطه ای که در آن ماهواره به دورترین فاصله از سطح زمین می رسد، نقطه ی اوج. مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره ها، مانند ماهواره های قطبی از سمت شمال به جنوب است.

ماهواره های مدار قطبی  (PEO = Polar Earth Orbit)

ماهواره های مدار قطبی به نوعی از ماهواره ها گفته می شود که مسیر مدار حرکت آن ها، عمود بر خط استوا و مسیر دوران آن ها از قطب های شمال و جنوب می گذرد. برخی از ماهواره های هواشناسی،  ماهواره های سنجش از دور و ماهواره های جاسوسی از این نوع اند. چون اگثر ماهواره های مخابراتی در مدار زمین آهنگ قرار گرفته اند، این ماهواره ها هیچ پوششی روی قطب های شمال و جنوب زمین ندارند؛ از این رو برای پوشش قطب ها، از ماهواره های مدار قطبی استفاده می شود. در واقع این نوع از ماهواره ها شمالی ترین و جنوبی ترین قسمت نیم کره های زمین را پوشش می دهند.

چرا یک ماهواره در مدار خود باقی می ماند؟

پاسخ : به دلیل تعادل بین دو عامل است که یک ماهواره در مدار خود باقی می ماند. یکی عامل تندی یا سرعتی که ماهواره با آن سرعت در مسیر مستقیم در حرکت است و دیگری عامل نیروی کشش گرانش، که بین ماهواره و زمین وجود دارد.

برای فهم بهتر موضوع، شما می توانید یک توپ را به انتهای یک طناب ببندید. با گرفتن انتهای دیگر طناب توپ را در یک مسیر دایره ای شکل در هوا بچرخانید. اگر طناب پاره شود، توپ در یک مسیر مستقیم (مماس بر همان دایره ی چرخش خود) پرتاب می شود. اما اگر طناب پاره نشود، چون توپ با نیروی کشش طناب نگه داشته شده است، به دور دست شما در مسیر دایره ای خواهد چرخید. نیروی گرانش زمین نیز همانند نیروی کشش طناب به ماهواره ها وارد می شود و با تعادلی که با عامل سرعت ماهواره برقرار می سازد، ماهواره را در مدار نگه می دارد. اما این سرعت ماهواره که ما از آن سخن می گوییم از کجا می آید؟ این سرعت همان سرعتی است که ماهواره بر (یا موشک حامل) در لحظه ی قرار دادن ماهواره در مدار داشته است؛ دقیقاً مانند سرعت سیبی که در یک قطار در حال حرکت در دست شماست!

منبع : ماهنامه «صنایع هوافضا»، شماره 27

ماهواره ها از نطر کاربرد به چند دسته تقسیم می شوند؟

ماهواره ها کاربردهای گوناگونی دارند، برخی از ماهواره ها برای فرستادن و گرفتن سیگنال های تلویزیونی ساخته شده اند. سیگنال از پایگاهی بر روی سطح زمین فرستاده می شود، ماهواره که در مدار زمین قرار دارد سیگنال را دریافت می کند و دوباره آن را به مکان های دیگری بر روی سطح زمین می فرستد. اینگونه است که یک برنامه تلویزیونی در سراسر جهان به نمایش در می آید.

برخی از ماهواره ها با هدف ارتباطی و ماهواره ای ساخته شده اند. این گونه از ماهواره ها با دریافت و فرستادن سیگنال های ویژه این امکان را فراهم می کنند تا افراد در هر جای جهان با تلفن، دورنگار، اینترنت و یا رایانه با هم در ارتباط باشند.

برخی دیگر از این ماهواره ها آب و هوای دنیا را بررسی می کنند. این گونه از ماهواره ها با فرستادن اطلاعاتی درباره ی شرایط آب و هوایی به رایانه های ویژه ی هواشناسی، به کارشناسان این امکان را می دهد تا آب و هوا را پیش بینی کنند. شاید شما هم یکی از طرفداران بخش پیش بینی آب و هوا در اخبار تلویزیون یا رادیو باشید. افرادی که این بخش را اجرا می کنند اطلاعات خود را از ماهواره ها می گیرند.

برخی از ماهواره ها هم عکس هایی بسیار دقیق از سطح ماهواره ها می گیرند.این عکس ها به دانشمندان اطلاعات زیادی می دهند؛ از وضعیت محصولات کشاورزی گرفته تا وضعیت آب و سایر منابع زمین.

برخی از ماهواره ها می توانند موقعیت و مکان را مشخص کنند. این ماهواره ها با فرستادن و گرفتن داده هایی، می توانند متحرک های زمینی، دریایی و یا هوایی را در پیدا کردن مسیر راهنمایی کنند. با کمک این ماهواره ها بشر در هر جای جهان که باشد، می تواند موقعیت دقیق خود را نسبت به یک مبدأ ثابت پیدا کند.

برخی دیگر از ماهواره ها اطلاعات مفیدی درباره ی فضا و پدیده هایی که در آن روی میدهد به ما می دهند. این ماهواره ها (مدارگردها) ممکن است در مدار سیاره های دیگری همچون سیاره ی مریخ باشند.برخی از ماهواره ها هم برای جاسوسی به مدار فرستاده شده اند تا با عکس گرفتن از مناطق نظامی و مهم، اطلاعاتی را در اختیار دولت ها قرار دهند.

اکنون با دسته بندی آن چه که بیان شد می توان از دیدگاه کاربرد دسته بندی زیر را برای ماهواره ها ارایه نمود:

·         ماهواره های ارتباطی و مخابراتی

·         ماهواره های هواشناسی

·         ماهواره های سنجش از دور (ماهواره های مشاهده ی زمینی و یا ماهواره های شناسایی منابع زمینی)

·         ماهواره های ردیابی (موقعیت یابی، مکان یابی)

·         ماهواره های ستاره شناسی (فضاشناسی)

·         ماهواره های جاسوسی (نظامی)

·         نکته: در برخی از گروه بندی ها ایستگاه های فضایی نیز دسته ای از ماهواره ها به شمار می آیند.

تاریخچه

ظاهراً نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشته ای از ادوارد اورت هیل است. او در سال 1869 در داستانی به نام «ماه آجری» از ماهواره ی حامل انسان نام می برد که به دور زمین می چرخد. ژول ورن نیز در داستان «بگومز میلیونر» در سال 1879 از گلوله ی توپی نام می برد که به طور ناخواسته در مدار زمین به گردش در آمده است. کنستانتین سالکوفسکی نیز در رساله ی خود به نام «اکتشاف فضای کیهانی یا ابزارهای واکنشی» در میان انبوهی از اندیشه های نودر مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام می برد. در سال 1945 آرتور سی کلارک نویسنده ی داستان های علمی تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهواره های ارتباطی برای برقراری ارتباط در سراسر زمین در مدار زمین قرار گیرند.

نخستین ماهواره اسپوتنیک-1 بود که در سال 1957 در مدار زمین قرار گرفت. نخستین ماهواره ی مخابراتی نیز تله استار بود که در سال 1962 در مدار قرار گرفت. این ماهواره ارسال و دریافت برنامه های تلویزیونی بین آمریکا و اروپا را ممکن ساخت. ماهواره های هواشناسی اولین بار توسط آمریکایی ها و در سال 1960 برای مشاهده و دریافت اطلاعات واقعی هواشناسی به آسمان پرتاب شدند. در ماه آگوست همان سال، نخستین تصویر زمین از فضا در روزنامه ی ملی ژئوگرافیک منتشر گردید. از این تاریخ به بعد ماهواره های بیشتری به فضا پرتاب شد.

مدار ماهواره چیست؟

پاسخ 1: هنگامی که یک ماهواره پرتاب می شود، در یک مدار پیرامون زمین قرار می گیرد. نیروی گرانش زمین، ماهواره را در یک مسیر خاص گرداگرد زمین نگه می دارد که به آن مسیر مدار می گویند.

پاسخ 2: ماهواره در یک مسیر بسته که آن را مدار ماهواره می نامند، به دور زمین در گردش است. این مسیر ممکن است دایره ای یا بیضوی باشد. مرکز زمین در مرکز این مسیر یا در یکی از کانون های آن بیضی قرار دارد. در صورتی که ماهواره تحت تأثیر نیروهای گرانشی دیگری قرار نگیرد، ماهواره در صفحه ای به نام صفحه ی مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می دهد. حرکت این صفحه مداری به دوره ی زمانی مدار (پریود) و زاویه ی آن با صفحه ی استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحه ی مداری منطبق بر صفحه ی زمین می شود.

پاسخ 3: همان گونه که زمین و دیگر سیاره ها در مدار خاص خود به دور خورشید می گردند، ماهواره های مصنوعی نیز در مدارهای خاصی در حال چرخش اند. انتخاب این مدارها برای ماهواره ها بستگی به مأموریتی دارد که ماهواره برای آن هدف به فضا پرتاب شده است. می توان مداری را انتخاب نمود که در مسیر قطب شمال و جنوب قرار می گیرد و یا مداری که حول خط استوا می باشد و یا هر مداری ما بین این دو حالت. همچنین در انتخاب مدار ماهواره، عامل ارتفاع نیز ممکن است در نظر گرفته شود.

پاسخ 4:مدار ماهواره مسیری است که ماهواره در اطراف یک جسم در فضا دنبال می کند. کشش نیروی گرانش زمین باعث می شود که ماهواره ها، در یک مدار دایره ای یا بیضی شکل قرار گیرند. یک مدار ممکن است در ارتفاعات متغیری نسبت به خط استوا قرار داشته باشد. اما در هر صورت، زمین در مرکز صفحه مدار مذکور واقع می شود و این به خاطر نیروی گرانش زمین است که همه چیز را به طرف مرکز خود می کشد. بسیاری از ماهواره های مخابراتی در مدار مرتفع زمین مرکز (این مدار به مدار زمین مرکز نیز مشهور است) قرار دارند. برخی از ماهواره های علمی در مدار کم ارتفاع به فعالیت مشغولند. ماهواره های ردیابی در مدارهای تقریباً دایره ای شکل حرکت می کنند.ماهواره های شناسایی منابع زمینی و برخی از ماهواره های هواشناسی در مدارهای قطبی زمین در حال گردش هستند. بیشتر ماهواره ها در یک فاصله ثابت نسبت به زمین در حال گردش می باشند. ولی برای برخی از ماهواره ها مدارهایی وجود دارند که فاصله های نقاط مختلف آن نسبت به زمین با هم برابر نیستند. ماهواره ای که در مدار قطبی قرار دارد همگام با حرکت وضعی زمین حرکت می کند و به دو قطب زمین می رسد. در این حالت ماهواره می تواند تقریباً تمام سطح زمین را مشاهده کند.

منبع: ماهنامه ی «صنایع هوافضا، شماره 26

واژه نامه

ماهواره چیست؟ ماهواره برگردان واژه ی Satellite است. سعی می کنیم با جستجو در چند فرهنگ معتبر، این کلمه را بیابیم.

فرهنگ American Heritage

در این فرهنگ برای ماهواره عبارات ذیل به چشم می خورد:

1-      در ستاره شناسی: یک جسم سماوی که دور سیاره می چرخد.

2-      در علم هوافضا: جسمی که به مدار زمین یا یک صورت فلکی دیگر فرستاده می شود.

در این واژه نامه معانی دیگری نیز برای واژه ی ماهواره آمده است که خارج از بحث می باشند؛ به عنوان مثال در علوم ژنتیک، میکروب شناسی و علوم سیاسی برای واژه ی Satellite تعاریف ویژه ای وجود دارد.

دایرة المعارف علمی فنی ماهواره (منظومه ی شمسی، خورشید و سیارات) ، قمر (ماه طبیعی):

یک جسم کوچک که به دور جسم بزرگ تری می گردد، جسم بزرگ تر خود نیز به دور یک ستاره می چرخد. در منظومه ی شمسی تمامی سیارات به جز تیر (عطارد) و زهره دارای قمر می باشند. تاکنون بیش از 1000 قمر سیاره ای شناخته شده است.

قمرهای شناخته شده ی منظومه ی شمسی تا ژولای 2004 میلادی:

زمین:1 ، مریخ:2 ، مشتری:38 ، زحل:30 ، اورانوس:21 ، نپتون:8 و پلوتون:1 (گرچه دیگر پلوتون رسماً در شمار سیاره های منظومه ی شمسی نیست)

ماهواره (مهندسی هوافضا):

یک فضا پیما که در مدار یک سیاره قرار داد(معمولاً زمین). این گونه فضا پیماها، وسیله هایی برای انجام مشاهدات، پژوهش ها و کارهای مخابراتی در فضا می باشند.

علوم نوین

هر جسمی که در مدار یک جسم دیگر قرار دارد و به دور آن می چرخد و نیروی گرانشی را بکار می گیرد. ماهواره های مصنوعی در مدار زمین، کاربردهای فراوانی دارند که شامل بازپخش کردن سیگنال های مخابراتی، بررسی، نقشه برداری و کنترل دقیق سطح زمین ئ ایجاد الگو و نقشه های هواشناسی و حمل تجهیزات علمی می باشد.

دایرة المعارف Britannica

جسمی طبیعی (قمر) یا فضاپیما (ماهواره ی مصنوعی) که به دور یک جسم سماوی بزرگ تر می چرخد. ماه زمین، آشکارترین مثال است. ماه زمین تنها قمر شناخته شده پیش از شناخته شدن و اکتشاف قمرهای گالیله ی سیاره ی مشتری در سال 1610 میلادی است. برخی از شهاب های آسمانی و ستارک ها و سیارک ها نیز دارای قمر هستند. نخستین ماهواره ی مصنوعی، اسپوتنیک-1 درسال 1957 به سوی مدار زمین فرستاده شد. پس ار آن هزاران ماهواره به مدار زمین و سایر سیارات همچون مشتری، مریخ، ماه ِ زمین و سایر صوَر فلکی فرستاده شده است.

منبع: ماهنامه ی «صنایع هوافضا»، شماره 25