به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ همه انواع ماهوارهها که چه براساس مدار و چه براساس عملکرد طبقهبندی شدهاند، برای زندگی روزمره ما حیاتی شدهاند. آنها علاوه بر تسهیل ارتباطات، ناوبری، تجزیه و تحلیل فضایی، پیشبینی آب و هوا، مدیریت بلایا و کسب دانش نجومی، به ما کمک میکنند تا شناخت عمیقتری از مکان خود در زمین و کیهان داشته باشیم.
به لطف پیشرفتهای تکنولوژیکی، به ویژه کوچک شدن کامپیوترها و سایر قطعات، پرتاب انواع مختلف ماهوارههای سنجش از دور آسانتر شده است. از این رو به نظر میرسد که سرمایهگذاری روی فناوریهای فضایی باید تداوم یابد، زیرا روشهای وسیعی وجود دارد که از طریق آن میتواند زندگی انسان را بهبود بخشد. ماهوارهها نظارت و جمعآوری دادهها را در زمان واقعی از مناطق غیرقابل دسترس امکانپذیر میکنند و به ما امکان میدهند درباره مسائل مبرمی مانند تغییرات آب و هوا و بلایای طبیعی تصمیمگیری آگاهانه بگیریم. آنها با گسترش اتصال به مناطق روستایی و توسعه نیافته میتوانند رشد اقتصادی را ارتقا دهند و به پر کردن شکاف دیجیتالی کمک کنند و به آیندهای عادلانهتر و پایدار برای همه منجر شوند.
کاربرد ماهوارهها در طی سالهای اخیر به حدی افزایش یافته است که وجود آنها برای هر کشوری ضروری به شمار میآید. این ماهوارهها فعالیتهای متفاوتی دارند؛ از تصویربرداری و ناوبری گرفته تا سنجش از دور سیاره. هر کدام از ماهوارهها اهداف خاص خود را دنبال میکنند. در نتیجه طبقهبندی آنها بسته به عملکردشان معمول است.
به طور کلی باید گفت که چندین نوع مدار ماهواره وجود دارد که هر کدام مجموعهای از ویژگیهای منحصر بهفرد خود را دارند و برای ماموریتهای مختلف استفاده میشوند. در عین حال، همه انواع مختلف ماهوارهها صرف نظر از اینکه برای چه ماموریتی استفاده میشوند، به ما کمک میکنند تا درباره سیاره زمین بیشتر بدانیم، مردم را در مکانهای دوردست به هم متصل کنیم، بلایای طبیعی و انسانی را کاهش دهیم و فرصتهای تکنولوژیکی جدید را به نفع انسانها ایجاد کنیم.
ماهوارههای مصنوعی چه هستند و چرا انواع زیادی از آنها وجود دارد؟
ماهواره مصنوعی به دستساختههایی گفته میشود که به وسیله موشک در مدار زمین قرار میگیرند. چرا به آنها مصنوعی میگویند؟ زیرا به طور کلی ۲ نوع ماهواره داریم: یکی ماهواره طبیعی مانند ماه که به دور زمین میچرخد و یکی ماهواره مصنوعی مانند ایستگاه فضایی بینالمللی که به دور زمین میچرخد.
دهها ماهواره طبیعی در منظومه شمسی وجود دارد. تقریباً هر سیاره حداقل یک قمر دارد. برای مثال، زحل حداقل ۵۳ ماهواره طبیعی دارد و بین سالهای ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ یک ماهواره مصنوعی نیز به آنها اضافه شد که همان فضاپیمای «کاسینی» است که این سیاره حلقهدار و قمرهای آن را کاوش میکرد.
این ماهوارهها به ابزار و دوربینهای حساس مجهزند تا بتوانند ماموریتهایی مانند مطالعه زمین و سیارات دیگر، کمک به ارتباطات و حتی رصد کیهان دوردست را انجام دهند. این ماهوارهها به دلیل میدان دید گسترده و وضوح فضایی بهبود یافته، میتوانند اطلاعات را بسیار سریعتر از حسگرهای زمینی جمعآوری کنند. علاوه براین، برخلاف رصدخانههای زمینی، ابهامات جوی مانند ابر و گرد و غبار نمی توانند مانع دید فضا از سوی ماهوارهها شوند.
هر فضاپیما برای انجام کار خاصی به فضا فرستاده میشود؛ ارتباطات مخابراتی، تحقیقات علمی، پیشبینی آب و هوا یا مشاهده میدانی. و همین هدف ماهواره اندازه، نوع مدار و طرح کلی آن را تعیین میکند. اگرچه انواع مختلفی از ماهوارههای مصنوعی و مدار آنها وجود دارد، اما همه آنها پس از رسیدن به فضا به قوانین فیزیکی و محاسبات ریاضی مشابهی پایبندند.
انواع مختلف ماهوارهها بر اساس مدار کدامند؟
در بیشتر موارد، یک ماهواره پس از پرتاب در یکی از چندین مدار از پیش تعیین شده به دور زمین قرار میگیرد. اما در برخی موارد، ممکن است به سفر بین سیارهای هدایت شود و مسیری به دور خورشید را دنبال کند تا به مقصد نهایی خود برسد.
ماهوارهها معمولاً براساس ارتفاع مداریشان (فاصله از سطح زمین) طبقهبندی میشوند که مستقیماً بر پوشش آنها و سرعت حرکت آنها در اطراف سیاره تأثیر میگذارد. توسعهدهندگان فضاپیما هنگام انتخاب نوع مدار باید هدف مورد نظر، دادههایی که به دست میآورند و خدماتی که ارائه میدهند، و همچنین هزینه، منطقه تحت پوشش و امکانپذیری مدارهای مختلف را در نظر بگیرند.
به طور کلی باید گفت که پنج نوع اصلی ماهواره بر اساس مدار آنها وجود دارند که عبارت است از:
- مدار پایینی زمین یا لئو (low Earth orbit)
- مدار میانی زمین یا مئو (medium Earth orbit)
- مدار زمینایستا یا ژئو (geostationary orbit)
- مدار خورشیدهمگام یا خورشیدآهنگ (Sun-synchronous orbit)
- مدار انتقالی زمینایستا یا GTO (Geostationary transfer orbit)
در ادامه ماهیت این پنج مدار ماهواره را عمیقتر بررسی میکنیم تا درباره ویژگیها و کاربردهای بالقوه آنها بیشتر بدانیم:
در شکل زیر میتوانید مدارهای زمین از لئو تا مدار انتقالی زمینایستا را با توجه به ارتفاع آنها از سطح زمین مشاهده کنید:
ماهوارههای مدار پایینی زمین
ماهوارههای مدار پایینی زمین در ارتفاع تقریباً ۱۶۰ تا هزار و ۵۰۰ کیلومتری از سطح زمین حرکت میکنند. آنها دوره مداری کوتاهی دارند که بین ۹۰ تا ۱۲۰ دقیقه است؛ به این معنی که در طول یک روز ۱۶ بار دور زمین میچرخند. این امر باعث میشود که آنها به ویژه برای همه انواع سنجش از دور، رصد زمین با وضوح بالا و تحقیقات علمی مناسب باشند، زیرا دادهها را میتوانند به سرعت به منتقل کنند.
همه انواع ماهوارهها در لئو میتوانند زاویه صفحه خود را نسبت به سطح زمین تغییر دهند. نوع مدار پایینی زمین بسیار رایج است، زیرا مسیرهای بالقوه بیشتری را برای فضاپیماها فراهم میکند. با این حال، به دلیل نزدیکی آنها به زمین، منطقه پوشش کمتری نسبت به سایر انواع ماهواره دارند.
گفتنی است که اغلب منظومهای از فضاپیماها -که به صورت فلکی ماهوارهای معروفند- به مدار لئو پرتاب میشوند تا نوعی شبکه را در اطراف زمین تشکیل دهند. این شبکه به آنها امکان میدهد تا با همکاری همزمان مناظق بزرگی را پوشش دهند.
ماهوارههای مدار میانی زمین
یک نوع مدار به نام مدار میانی زمین بین مدارهای پایین زمین و مدارهای زمینایستا وجود دارد که معمولاً در ارتفاع حدود پنج هزار تا ۲۰ هزار کیلومتری قرار دارد. سرویسهای موقعیتیابی و ناوبری، مانند GPS، به طور گسترده از ماهوارههای نوع مئو استفاده میکنند. اخیراً، صور فلکی ماهوارهای مئو با توان عملیاتی بالا (HTS) برای فعال کردن ارتباطات دادهای با تأخیر کم به ارائهدهندگان خدمات، سازمانهای تجاری و دولتی راهاندازی شدهاند.
این ماهوارهها با دوره زمانی بین ۲ تا ۱۲ ساعت در مدار خود میچرخد و از این رو میتواند پوششدهی و نرخ انتقال داده خوبی داشته باشد. در مقایسه با فضاپیماهای مدار پایینی زمین، فضاپیماهای مئو به دستگاههای کمتری برای پوشش جهانی نیاز دارند، اما تأخیر زمانی آنها طولانیتر و سیگنالهای آنها ضعیفتر است.
ماهوارههای مدار زمینایستا
فضاپیماها در مدار زمینایستا در ارتفاع ۳۵ هزار و ۷۸۶ کیلومتری سطح زمین و دقیقاً بر فراز استوا قرار دارند. سه ماهواره با فاصله مساوی در ژئو میتوانند به لطف منطقه عظیمی که روی زمین پوشش میدهند، تقریباً در سراسر جهان پوشش دهند.
اجرام در زمینایستا از زمین بیحرکت به نظر میرسند، زیرا دوره مداری آنها با چرخش زمین یکسان است (۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و چهار ثانیه). این امر به یک آنتن زمینی امکان میدهد همیشه به سمت یک ماهواره در فضا اشاره کند. به همین دلیل این نوع ماهوارهها برای سرویسهای ارتباطی همیشه روشن مانند تلویزیون و تلفن مناسب هستند. همچنین، از این نوع میتوان در هواشناسی برای زیر نظر گرفتن آب و هوا در مناطق خاص و ردیابی توسعه الگوهای محلی استفاده کرد. نقطه ضعف فضاپیماهای ژئو برای ارتباطات بلادرنگ تاخیر سیگنال بیشتر ناشی از فاصله زیاد آنها از زمین است.
ماهوارههای مدار خورشیدآهنگ
نوع ماهوارههای مدار خورشیدآهنگ از شمال به جنوب در سراسر مناطق قطبی در ارتفاع ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتری از زمین حرکت میکنند. شیب مداری و ارتفاع فضاپیمای مدار خورشیدآهنگ به گونهای کالیبره شده است که آنها همیشه از هر مکان معینی دقیقاً در همان زمان محلی خورشیدی عبور میکنند. بنابراین، شرایط نور برای تصویربرداری سازگار است و این نوع ماهواره را برای رصد زمین و نظارت بر محیط ایدهآل میکند.
این امر همچنین نشان میدهد که تصاویر ماهوارهای فعلی و تاریخی مدار خورشیدآهنگ برای تشخیص تغییرات مناسب هستند. دانشمندان از این توالی تصویر برای یادگیری در مورد توسعه الگوهای آب و هوا، پیشبینی طوفان، نظارت و جلوگیری از آتشسوزی و سیل و جمعآوری اطلاعات در مورد مسائل طولانی مدت مانند جنگلزدایی و تغییرات خط ساحلی استفاده میکنند. اما به دلیل ارتفاع مداری کمتر، فضاپیماهای نوع مدار خورشیدآهنگ فقط میتوانند یک منطقه کوچکتر را در یک زمان پوشش دهند و به ماهوارههای بیشتری برای انجام این کار به طور مداوم نیاز دارند.
ماهوارههای مدار انتقال زمینایستا
متداولترین نوع مدار انتقال ماهوارهای، مداری است که برای مهاجرت از مدار انتقال به ژئو استفاده میشود. فضاپیماها زمانی که از زمین توسط وسایل پرتابی مانند فالکون ۹ به فضا پرتاب میشوند، همیشه مستقیماً در مدار نهایی خود قرار نمیگیرند. موشکهایی که محموله را به ژئو میبرند، آن را در مدارهای انتقال رها میکنند که در نیمههای راه در مسیر رسیدن به موقعیت نهایی هستند. سپس موتور ماهواره روشن میشود تا به مدار مقصد برسد و شیب خود را تنظیم کند. این میانبر به ماشین اجازه میدهد تا با حداقل منابع به مدار زمینایستا برسد.
سایر انواع مدارهای کمتر رایج عبارتند از: مدار بسیار بیضی (HEO)، مدار قطبی و نقطه لاگرانژ (نقطه L). اهداف و وظایف فضاپیما نوع مداری انتخاب شده را تعیین میکند. به همین دلیل، باید در مورد انواع ماهوارهها توسط برنامهها فکر بیشتری شود.
انواع مختلف ماهوارهها بر اساس عملکردشان
ارائه خدمات ارتباطی و تلویزیونی تنها نوک کوه یخ در مورد استفاده از فناوری مبتنی بر فضا است. بسیاری از انواع ماهوارهها در سالهای اخیر برای اهداف علمی متنوعی از رصد زمین، مطالعه هواشناسی، ناوبری، گرفته تا مطالعه اثرات پرواز فضایی بر موجودات زنده و دستیابی به بینش در مورد کیهان به فضا پرتاب شده اند.
امروزه رایجترین چهار نوع ماهواره بر اساس کاربرد آنها عبارتند از:
• ارتباطات
• رصد زمین
• ناوبری
• نجومی
ماهوارههای ارتباطی
یک فضاپیمای ارتباطی که معمولاً در ژئو قرار دارد و مجهز به یک فرستنده یا گیرنده سیگنالهای رادیویی است، ممکن است سیگنالهایی را از زمین دریافت و دوباره به آن ارسال کند. در نتیجه، کانالهای تعامل بین مناطقی را باز میکند که قبلاً به دلیل فواصل زیاد یا موانع دیگر قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نبودند. انواع مختلف ماهوارههای ارتباطی اشکال مختلف انتقال رسانهها مانند رادیو، تلویزیون، تلفن و اینترنت را تسهیل میکنند.
با استفاده از نوع ارتباطی فضاپیما، میتوانید سیگنالهای زیادی را به طور همزمان رله کنید. فضاپیماها برای پخش و توزیع سیگنال تلویزیونی به ایستگاههای زمینی معمولاً دارای فرستندههای جداگانه برای هر حامل هستند. با این حال، در بیشتر موارد، چندین حامل توسط یک فرستنده واحد رله میشوند. این نوع از ماهوارهها به دلیل سازگاری با پایانههای تلفن همراه، برای ارتباط از راه دور بسیار مناسب هستند.
ماهوارههای رصد زمین
هدف از ماهوارههای رصد زمین، نظارت بر زمین از فضا و گزارش هرگونه تغییری است که مشاهده میکنند. این نوع فناوری فضایی، نظارت مداوم و تکرارپذیر محیطی و همچنین تجزیه و تحلیل سریع رویدادها را در مواقع اضطراری مانند بلایای طبیعی و درگیریهای مسلحانه ممکن میسازد.
اهداف ماموریت نظارتی نوع سنسورهای ماهوارهای مورد استفاده برای رصد زمین را تعیین میکند. اطلاعات جمعآوری شده بسته به نوع سنسور و باندهای فرکانسی موجود متفاوت است.
اولین ماهواره صورت فلکی EOS SAT-۱ نام دارد که با هدف بهبود مدیریت کشاورزی و جنگل از طریق فناوری دقیق، به دور زمین میچرخد. ۱۱ باند طیفی این صورت فلکی به طور خاص برای نظارت بر جنبههای مختلف کشاورزی و جنگلداری، از وجود بیماریهای محصول گرفته تا رطوبت خاک، طراحی شدهاند.
فضاپیماهای رصد زمین به انواع زیر طبقه بندی میشوند:
- ماهوارههای هواشناسی که برای نظارت و پیشبینی روند آب و هوا و ارائه دادههای واقعی آب و هوا استفاده میشوند. مدار ژئو برای انواع مختلف ماهوارههای آب و هوایی ایدهآل است، زیرا منظر ثابتی را ارائه میدهد که دانشمندان را قادر میسازد الگوهای ابر را ردیابی و حرکات آنها را پیشبینی کنند.
- کاربردهای اصلی ماهوارههای سنجش از دور همه انواع نظارت بر محیط زیست و نقشهبرداری جغرافیایی است. ماهوارههایی که برای انواع مختلف سنجش از دور استفاده میشوند دور زمین در یکی از سه مدار میچرخند: قطبی، غیرقطبی لئو و ژئو. ماهوارههای سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) نوعی فضاپیمای سنجش از دور هستند که وظیفه اصلی آن ارائه تصاویر مناسب برای نقشهبرداری و تحلیل فضایی بیشتر است.
ماهوارههای ناوبری
صورت فلکی سیستم ناوبری بین ۲۰ هزار تا ۳۷ هزار کیلومتر از سطح زمین قرار دارد. این نوع ماهواره سیگنالهایی را ارسال میکند که زمان، موقعیت در فضا و وضعیت سلامت آنها را نشان میدهد.
۲ نوع عمده از سیستمهای ناوبری فضایی وجود دارد:
- فضاپیمای سیستم ماهوارهای ناوبری جهانی (GNSS) سیگنالهایی را پخش میکند که گیرندههای GNSS آنها را میگیرند و برای اهداف مکانیابی استفاده میکنند و پوشش جهانی را فراهم میکنند. ماهواره گالیله در اروپا، FPS در آمریکا و «بیدو» در چین از این نوع هستند.
- سیستم ناوبری ماهوارهای منطقهای(RNSS) یک سیستم ناوبری منطقهای مستقل است که پوشش را در مقیاس منطقهای فراهم میکند. به عنوان مثال، پروژه IRNSS هند با هدف ارائه خدمات قابل اعتماد مبتنی بر مکان به شهروندان هندی است.
ماهوارههای نجومی
یک ماهواره نجومی اساساً یک تلسکوپ غولپیکر در مدار است. این ماهواره میتواند بدون تداخل جو زمین به خوبی ببیند و فناوری تصویربرداری مادون قرمز آن میتواند بدون فریب دمای سطح سیاره به طور عادی کار کند. نوع ماهوارهای که برای ستارهشناسی استفاده میشود، دیدی تا ۱۰ برابر بهتر از قویترین تلسکوپ روی زمین دارد.
فضاپیماهای مورد استفاده در نجوم را میتوان به چند نوع متمایز تقسیم کرد:
- ماهوارههای نجومی برای بررسی انواع اجرام آسمانی و پدیدهها در فضا، از ایجاد نقشههای سطح ستارهها و سیارهها و گرفتن تصاویر از سیارات منظومه شمسی تا مطالعه سیاهچالهها استفاده میشوند.
- استفاده از ماهوارههای تحقیقاتی آب و هوایی مجهز به انواع خاصی از حسگرها به دانشمندان اجازه میدهد تا دادههای جامع و چندوجهی در مورد اقیانوسها و یخ، زمین، زیستکره و جو جهان جمعآوری کنند.
- مطالعات فضایی روی سلولها و ساختارهای گیاهی و جانوری به لطف ماهوارههای زیستی امکانپذیر است. از آنجایی که آنها به دانشمندان مناطق مختلف اجازه میدهند با هم کار کنند، این نوع فضاپیما نقش مهمی در پیشرفت پزشکی و زیستشناسی ایفا میکند.
اکثریت قریب به اتفاق ماهوارهها میتوانند بیش از یک عملکرد را به طور همزمان انجام دهند. با این حال، توصیه رایج این است که محققان انواع ماهوارههایی را که استفاده میکنند متنوع کنند تا نتایج جامعتر و دقیقتری از مطالعات خود به دست آورند.
انتهای پیام/
نظر شما