فناوری فضایی

صنعت و تکنولوژی هوافضا به علت خصوصیات ویژه و کاربردهای خاص و منحصر به فرد همواره از پراهمیت‌ترین و ارزشمندترین صنایع و فناوری‌ها در جهان بوده است به‌طور معمول پیشرفته‌ترین محصولات و فناوری‌ها ابتدا در این حوزه تولید و یا استفاده شده‌اند فناوری فضایی به‌علت ویژگی‌هایش از فناوری هوایی پیچیده‌تر ودستیابی به آن از لحاظ اقتصادی و نظامی و حتی سیاسی ارزشمند و حائز اهمیت می‌باشد. اما در همین‌جا باید این نکته یادآوری شود که چنین صنعت و فناوری پیشرفته‌ای هزینهٔ بسیار زیادی را هم برای صاحبان خود داشته است که این امر لزوم دقت‌نظر و توجه در تصمیم‌گیری‌های مربوط به این صنعت را چند برابر می‌کند.
● فناوری فضا
هر فناوری برای ایجاد و حفظ بقایش نیازمند نیروها و زیرساختهایی می‌باشد كه در اجزای تشكیل‌دهندهٔ آن فناوری باید به بلوغ و پویایی دست یابند تا بتوان از هر فناوری استفاده كرده و آن را توسعه داد. استفاده از فضا نیازمند دستیابی به فناوری لازم در سه عرصهٔ مختلف می‌باشد
▪ اول: سیستم پرتاب و هدایت برای دستیابی به موقعیت مورد نظر در فضا
▪ دوم: تامین تجهیزات و امکانات مورد نیاز در فضا مطابق نیاز و كاربرد استفاده كننده
▪ سوم: ایستگاه و پایگاه‌های زمینی پرتاب و کنترل و استفاده از تجهیزات فرستاده شده به فضا.
در حال حاضر روش پرتاب منحصراً استفاده از موشک‌ها است و روش‌های دیگر در مراحل تحقیقاتی هستند. وظیفهٔ موشک‌ها عمدتاً حمل تجهیزات و وسایل موردنیاز طبق مأموریت مورد نظر می‌باشند که قسمت اول را تشکیل می‌دهند. قسمت دوم تجهیزات و امکانات موردنیاز در فضا است که شامل تجهیزات آزمایشگاهی، تحقیقاتی و مخابراتی و تجهیزات مورد نیاز انسان‌ها در صورت حضورشان در فضا خواهد بود و قسمت سوم شامل پایگاه‌ها و ایستگاه‌های زمینی مورد نیاز برای پرتاب است كه وظیفهٔ کنترل مسیر پرتاب و فرود، هدایت تجهیزات و ارتباط و استفاده از تجهیزات پرتاب‌شده را نیز بر عهده دارند.
در این گفتار ما به بررسی قسمت دوم از این سه قسمت می‌پردازیم زیرا هدف این صنعت و فناوری در این قسمت تبلور می‌یابد. اما همواره باید توجه داشت که دو قسمت دیگر اجزای جداناپذیر قسمت دوم هستند و در نگاه به حوزه فضا نباید این دو قسمت را از نظر دور کرد.
عمدهٔ قسمت دوم به غیر از مأموریت‌های خاص فضایی همچون خورشید و کرات منظومه شمسی و سفر به کرهٔ ماه شامل ماهواره‌هایی می‌شود که به دور زمین در مدارهایی مشخص قرار داده می‌شوند.
● مدارهای ماهواره‌ای به مرکزیت زمین
ماهواره‌ها طبق قوانین جاذبهٔ حاكم بر طبیعت هرچه ارتفاع كمتری داشته باشند در مدت زمان كمتری یك دور از مدار خود را طی می‌نمایند البته به علت وجود هوا در جو زمین، پایداری ماهواره‌ها در ارتفاع بسیار پایین غیرممكن و یا مقرون به صرفه نمی‌باشد. یک ماهواره با ارتفاع ۲۰۰ کیلومتر در کمتر از ۹۰ دقیقه یک دور به دور کره زمین خواهد چرخید و در ارتفاع ۳۰۰۰ کیلومتری این زمان در حدود ۱۵۰ دقیقه می‌باشد. برای درك بهتر موقعیت مكانی ماهواره‌ها می‌توان به مطالب ذیل اشاره نمود. بلندترین ارتفاع زمین حدود ۹ کیلومتر است و بلندپرواز‌ترین هواپیماها به ارتفاع ۳۰ کیلومتر می‌رسند؛ لایه ازن در ارتفاع ۲۵ تا ۵۵ کیلومتری زمین واقع شده است و غلظت هوا در ارتفاع ۶۰ کیلومتری به کمتر از یک هزارم سطح زمین می‌رسد.
▪ در ادامه چند نوع از انواع مدارها به اختصار ذکر می‌شوند:
۱- مدارهای با ارتفاع کم ( LEO ) که می‌توان آن‌ها را مدارهایی با ارتفاع کمتر از ۳۰۰۰ کیلومتر در نظر گرفت ضمناً اکثر ماهواره‌های موجود در این محدوده قرار دارند.
۲- دوم مدارهای با ارتفاع متوسط كه شامل ارتفاع ۳۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ کیلومتری می‌شود که ۲۴ ماهواره‌ معروف تعیین موقعیت جهانی با ارتفاع تقریبی ۱۷۷۰۰ کیلومتر از سطح زمین در این مدار قرار دارند و هر ۱۲ ساعت، یک‌بار به دور زمین می‌گردند.
۳- مدار زمین ثابت در این مدار سرعت گردش ماهواره به‌دور زمین دقیقاً به اندازه سرعت گردش زمین به دور خود می‌باشد که در این صورت از دیدگاه ناظر زمینی، این ماهواره همواره در جای ثابتی در آسمان قرار دارد كه مزیت فوق‌العاده‌ای برای این مدار می‌باشد. این مدار به علت ثابت بودن مکان ماهواره در آسمان زمین برای ارتباطهای مخابراتی بسیار مناسب می‌باشند. قابل ذكر است كه ماهواره‌ ایرانی زهره قرار است از این مدار استفاده نماید. ارتفاع این مدار حدود ۳۵۸۰۰ کیلومتر می‌باشد و ماهواره هر ۲۳ ساعت ۵۶ دقیقه و مطابق با جهت سرعت زمین یك بار به دور کره زمین می‌چرخد البته بعضاً ماهواره‌ها در این مدار نسبت به محور چرخش زمین مقداری زاویه دارند که در این صورت از دیدگاه ناظر زمینی مقداری بالا و پایین می‌روند ولی در بالای منطقه مورد نظر باقی‌ می‌مانند.
۴- مدار قطبی در این مدار ماهواره از بالای دو قطب كره زمین عبور می‌نماید. مدار خورشیدآهنگ یك نوع مدار قطبی می‌باشد كه همواره نسبت به زمین در یک ساعت خاص قرار دارد یعنی بطور مثال در این مدار ماهواره نیمی از مدار در ساعت ده‌ونیم صبح و در نیم دیگر در ساعت ده‌ونیم شب قرار دارد. این مدار برای ماهواره‌هایی استفاده می‌شود که ماهواره برای انجام مأموریتش نیازمند یک حالت خاص از نور می‌باشند و یا مطابق ماموریتشان باید از بالای قطبهای زمین عبور نمایند.
۵- مدارهای دیگر انواعی دیگر از مدارها نیز در منابع ذكر می‌شوند كه برای اختصار از آنها صرف‌نظر می‌شود بعضی از این مدارها بسیار کشیده هستند و یا حتی شکل سهمی و یا هذلولی دارند که در بعضی از مأموریت‌های فضایی از آن‌ها استفاده می‌شود.
● کاربرد ماهواره‌ها
همانطور که ذکر شد ماهواره‌ها بخش عمدهٔ استفاده از صنعت فضا هستند در این قسمت انواع ماهواره‌ها و کاربرد ‌آن‌ها را بررسی می‌نماییم. در یك دسته‌بندی كلی ماهواره‌ها را می‌توان به شش دسته تقسیم نمود:
۱. ماهواره‌های ارتباطی ( Communications Satellites )
اولین دسته، ماهواره‌های ارتباطی هستند كه برای ارتباطات رادیویی، تلویزیونی و اینترنتی و كلاً ارتباطات مخابراتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین ماهوارهٔ ارتباطی با نام Echo۱ بود كه در سال ۱۹۶۰ توسط یك بالن به هوا رفت و برای انعكاس سیگنال‌های رادیویی بود و بعد از آن دو ماهواره با نام‌های Relay۱ و Telstar۱ در سال ۱۹۶۲ به فضا پرتاب شدند كه مسؤولیت تقویت سیگنال‌ و ارسال آن به یك نقطه دیگر را برعهده داشتند.
اما اولین ماهواره با مدار زمین ثابت با نام Syncom۳ در سال ۱۹۶۴ یعنی هفت سال بعد از پرتاب اولین ماهواره به فضا، در مدار قرار گرفت این ماهواره بازی‌های المپیك توكیو همان سال را از فراز اقیانوس‌آرام به آمریكا ارسال كرد و اولین ماهواره تجاری زمین ثابت نیز به نام Intelsat۱ در سال ۱۹۶۵ آغاز به كار نمود قابل ذكر است از سال ۱۹۷۹ شبكه بین‌المللی ماهواره‌ای Inmost برای برقراری ارتباط تلفن همراه ماهواره‌ای در سراسر جهان راه‌اندازی شده است كه بیش از ۸۰ كشور جهان در آن عضویت دارند.
۲. ماهواره‌های هواشناسی ( Weather Satellites )
دسته دوم از ماهواره‌‌ها ماهواره‌هایی هستند برای مطالعات جوی و هواشناسی بكار برده می‌شوند و بوسیلهٔ داده‌های آن‌ها نظیر موقعیت ابرها و پروفیل دما و غیره وضعیت هوا برای آینده پیش‌بینی می‌شود. اولین ماهواره‌ هواشناسی به نام Tiros در سال ۱۹۶۰ به فضا فرستاده شد كه تصویر مادون قرمز از ابرها برای زمین ارسال می‌كرد و توانایی شناسایی توفان‌ها ومسیر آن‌ها را داشت و بعد ازآن سری ماهواره‌های Nimbus و Itos نیز به فضا فرستاده شد هم‌اكنون ماهواره‌های زمین ثابت ( GOES ) اطلاعات و تصاویر هواشناسی را برای زمین ارسال می‌كنند ماهواره‌های كنونی قابلیت تمركز بر یك منطقه و همچنین قدرت مانور در فضا برای بهترین پوشش را دارا هستند.
۳. ماهواره‌های هدایت و ناوبری ( Navigation Satellites )
این ماهواره‌ها برای تعیین موقعیت و كمك به هدایت و ناوبری وسایل نقلیه هوایی، دریایی و زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرند و با تجاری شدن این ماهواره‌ها افراد بطور شخصی نیز از این قابلیت می‌توانند استفاده نمایند. اولین ماهواره از این نوع با نام Transit ۵A در سال ۱۹۶۳ به فضا پرتاب شد كه سیگنال‌های ثابتی را ارسال می‌كرد و هواپیماها و كشتی‌ها می‌توانستند به وسیله آن مكان خود را شناسایی نمایند البته این سری از ماهواره‌های Transit به‌علت تعداد كم ومدارهای قطبی نمی‌توانست همه جای زمین را در یك زمان پوشش دهند. و به همین علت بعد از مدتی سری ماهواره‌های Navstar یا GPS كه شامل ۲۴ ماهواره با فاصله ۱۷۷۰۰ كیلومتری از زمین در ۶ صفحه مداری مختلف به فضا پرتاب شدند بطوریكه استفاده كننده در زمین همواره ۵ ماهواره را رؤیت می‌كند و قادر است مكان خود را از لحاظ طول وعرض جغرافیایی و همچنین ارتفاع با دقت بسیار خوبی در حدود چند متر معین نماید. البته شوروی سابق هم نمونه‌‌ای مشابه سیستم GPS را با نام GLONASS را به فضا پرتاب كرده است و هم‌اكنون استفاده از این سیستم هم ممكن می‌باشد و این ماهواره‌ها هر ۱۲ ساعت یك دور مدار خود را طی می‌نمایند.
۴. ماهواره‌های شناسایی ( Reconnaissance Satellites )
همانطور كه از نام این ماهواره‌ها پیداست این دسته توسط سنسورهای مختلف از اطلاعات گوناگونی را از زمین دریافت و به مراكز كنترل ارسال می‌نمایند. این اطلاعات بطور مثال می‌تواند تصاویر با طیف نوری در محدوده بینایی و یا مادون قرمز و حتی اطلاعات راداری باشد. ماهواره‌های Landsat و Spot از جملهٔ این ماهواره‌ها هستند كه عكس‌‌هایی با دقت بالا از زمین تهیه می‌كنند. ماهواره‌های شناسایی استفاده‌های گسترده‌ای دارند و درجاهای مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود.در زیر به دسته‌بندی كاربردهای این دسته از ماهواره‌ها به‌طور اختصار می‌پردازیم.
▪ زمین‌شناسی
در این كاربرد مشخصه‌های زمین‌شناسی بطور مثال مشخصات گسل‌ها و آتشفشان‌ها مشخص می‌شود؛ با استفاده از این ماهواره‌ها تركیب ساختار زمین بررسی و نقشه‌های زمین شناسی تهیه می‌گردد. از اطلاعات بدست آمده در اكتشاف معادن مختلف ازجمله نفت و گاز و زغال‌سنگ و طلا و غیره استفاده می‌شود.
▪ منابع آبی
ارزیابی و شناسایی منابع آبی سطحی و حتی كمك برای شناسایی آب‌های زیرسطحی، مطالعه شبكه آبراهها و سدها و جزر و مد و پوشش برفها از استفاده‌های ماهواره در این بخش هستند.
▪ كشاورزی
ارزیابی و شناسایی مناطق زیر سطح كشت، وضعیت محصول و همچنین تعیین بافت سطوح زمین از نظر نوع كیفیت برای كشاورزی مقدور می‌باشد.
▪ جنگل‌داری و مراتع
استفاده از ماهواره‌ها برای ارزیابی وشناسایی جنگل‌ها و مراتع و بررسی تراكم و كیفیت جنگل‌ها راه را برای نظارت و تحقیقات مؤثر بر نگل‌ها را فراهم كرده است.
▪ شیلات و دریاشناسی
ارزیابی و مطالعه آب دریاها و اقیانو‌س‌ها، بررسی جریان‌های آبی و همچنین پیش‌بینی تجمع ماهی‌ها و غیره از دیگر كاربردهای این ماهواره‌ها هستند
▪ مطالعات زیست محیطی
بررسی ومطالعه در مورد تنوع زیست‌محیطی و زیستگاه‌های حیات وحش
▪ حفاظت از محیط زیست
شناسایی آلودگی‌های مواد آلاینده از جمله آلودگی‌های نفتی در دریاها و غیره كه به كمك ماهواره‌ها صورت می‌پذیرد.
▪ بررسی بلای‌های طبیعی
مطالعه و بررسی وحتی پیش‌بینی بلای‌های طبیعی از جمله طوفان، گردباد، سیل، زلزله و آتش‌سوزی از موارد دیگر این كاربردها هستند.
▪ نقشه‌برداری
نقشه‌برداری از كلیه سطوح روی زمین حتی دریاها توسط ماهواره‌‌ها امری سهل‌الوصول شده است كه كیفیت و دقت نقشه‌ها را بسیار افزایش داده است و هزینهٔ انجام آن را نیز كاهش داده است.
▪ مطالعات شهری
مطالعه و بررسی بر روی مناطق شهری از جمله بافت‌های مختلف شهر، فضای سبز شهرها و غیره از كاربردهای ماهواره در این بخش هستند.
▪ حمل‌ونقل
مطالعه و تهیه راه‌های حمل‌ونقل و همچنین مطالعه برای طراحی راه‌های جدید جاده‌ای و ریلی
▪ شناسایی فعالیت‌‌های نظامی
بررسی و مطالعهٔ فعالیت‌های نظامی از جمله ایجاد استحكامات، تغییر مواضع و فعالیت‌های هسته‌ای كشورها از جملهٔ این كاربردها است.
۵. ماهواره‌های تحقیقاتی ( Research Satellites )
این ماهواره‌ها اكثراً برای بررسی و اندازه‌گیری خواص مختلف در فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند خواصی مانند میدان‌های مغناطیسی، تشعشعات كیهانی و مشخصه‌های اجرام فضایی كه از زمین امكان اندازه‌گیری آنها مقدور نیست. مطالعه انتشار امواج از خورشید و امواج نوری و رادیویی از ستارگان دور و از اتمسفر زمین نمونه‌های این تحقیقات هستند. تلسكوپ فضایی هابل ( Hubble )، ایستگاه‌های فضایی سایلوت و میر ( Salyut, Mir ) شوروی و Skylab امریكا و اخیراً ایستگاه فضایی بین‌المللی از جمله ماهواره‌های تحقیقاتی هستند.
۶. ماهواره‌های نظامی ( Military Satellites )
این ماهواره‌ها می‌توانند نقش‌های جاسوسی، دفاعی و حتی حمله را بر عهده بگیرند. استفاده‌هایی مثل دریافت و شنود اطلاعات و مكالمات اهداف نظامی، شناسایی حملات موشكی، شناسایی مراكز نظامی، هدایت نیروها، ایجاد اغتشاش در ارتباطات دشمن و حتی حمله به اهداف زمینی و یا حتی فضایی دشمن از جمله كاربردهای ماهواره‌های نظامی هستند. البته اطلاعات زیادی از این ماهواره‌ها در دنیا منتشر نمی‌شود.
● موقعیت كشور
كشور ما كه مدت زیادی از فعالیتهای فضایی آن نمی‌گذرد با پشت سر گذاشتن یك انقلاب و یك جنگ مدتی است كه در حال شكل‌گیری و سازماندهی می‌باشد. با بوجود آمدن سازمان فضایی ایران به عنوان متولی این بخش و محلی كه تصمیم‌گیری، اجرا و پاسخگویی در این مورد را بر عهده دارد، گام بزرگی در این بخش برداشته شده است. وجود یك دورنما و استراتژی مناسب در مدتی نه‌چندان دور می‌تواند كشور را به اهداف خود در بدست آوردن فناوری فضایی كمك نماید. داشتن ماهواره‌ای مستقل در بخش مخابرات، اولین گام در راه رسیدن به این فناوری است. داشتن یك ماهوارهٔ مستقل مانند ماهوارهٔ زهره، باعث قطع وابستگی برای استفاده از كاربردهای مخابراتی آن، حداقل در محدوده غرب آسیا، اروپا و شمال آفریقا می‌باشد. مسأله دیگر اجاره دادن بخشی از پهنای باند مخابراتی آن به كشورهای دیگر است كه با افزایش روزافزون كاربران فناوری اطلاعات و ارتباطات مخابراتی امری دور از دسترس نیست و مسأله سوم از لحاظ سیاسی و عزت ملی وجود یك ماهواره ملی با اهمیت می‌باشد. داشتن یك ماهواره مستقل اگرچه از بعد حركت در بدست آوردن فناوری فضایی هرچند قدم كوچكی است، ولی مقدمه‌ای در وارد شدن صنایع داخلی كشور در این بخش، برای كسب این فناوری می‌تواند باشد به شرط اینكه در این زمینه برنامه‌ریزی مناسب و دقیقی داشته باشیم.
البته همانطور كه در ابتدای این مقاله ذكر شد، نباید از دو بخش دیگر این فناوری غافل شد. در بخش فرستادن ماهواره به فضا گفتن همین نكته كافی است كه كشوری با توانایی فرستادن ماهواره به فضا، قابلیت پرتاب موشك به تمام نقاط كره زمین را خواهد داشت و از لحاظ دفع تهدیدات نظامی و بالا بردن قدرت نظامی كشور با توجه به شرایط كشور بسیار با اهمیت می‌باشد و احتمالاً سپردن این قسمت به بخش نظامی كشور مناسب خواهد بود زیرا بخش نظامی كشور ضمن داشتن تجربه در پرتاب موشك می‌تواند بدست آوردن این فناوری را در برنامه خود قرار دهد و ضمن استفاده نظامی از آن، در اختیار بخش غیر نظامی برای استفاده نیز قرار دهد. قسمت بعدی تجهیزات زمینی ماهواره است كه در این بخش هم كشور باید به سمت خودكفایی حركت نماید؛ زیرا استفاده از تمام امكانات این فناوری محتاج وجود این بخش است.
مطلب بعدی استفاده از توان‌های موجود و بالقوه كشور در این بخش است كه وجود یك انجمن هوافضایی می‌تواند كمك مؤثری باشد و به عنوان پلی برای ارتباط مؤثر و كارا بین شركت‌ها و سازمان‌ها عمل نماید. كشور باید به سمتی حركت نماید كه بتواند خود ماهواره مورد نیاز خود را طراحی نماید و قطعات مورد نیاز ماهواره‌اش را یا بسازد و یا از سازندگان دیگر كشورها تأمین نماید و سرانجام در صورت نیاز با توجه به موقعیت كشور به سمت خودكفایی هرچه بیشتر در اجزای این فناوری حركت كند و حتی از محصولاتش به دیگر كشورها نیز صادر نماید. در انتها این نكته قابل ذكر است كه در صورت بالندگی در بخش فضا به علت پیشرو بودن این صنعت و فناوری می‌توان از نتایج بدست آمده در این بخش در صنایع دیگر همچون صنایع هوایی، خودروسازی و دیگر صنایع كشور نیز استفاده نمود.

منبع : تحلیلگران تکنولوژی هوا فضای ایران