ماهواره های مسیریاب, GPS

تاریخ مسیریابی قدمتی برابر با تاریخ تمدن بشر دارد از همان روزهایی که انسانها جهت تهیه غذا از محل زیستگاه خود جنگل یا غارها خارج شدند نیاز به وسیله ای داشتند که مسیر را به آنها نشان دهد, برعکس بعضی از پرندگان و حیوانات که بطور غریزی مسیر خود را مشخص می نمایند, انسانها دارای چنین غریزه ای نیستند و همیشه نیاز به وسیله و ابزاری دارند که مسیر را برایشان مشخص نماید

تاریخ مسیریابی قدمتی برابر با تاریخ تمدن بشر دارد. از همان روزهایی که انسانها جهت تهیه غذا از محل زیستگاه خود (جنگل یا غارها) خارج شدند. نیاز به وسیله‌ای داشتند که مسیر را به آنها نشان دهد،‌ برعکس بعضی از پرندگان و حیوانات که بطور غریزی مسیر خود را مشخص می‌نمایند،‌ انسانها دارای چنین غریزه‌ای نیستند و همیشه نیاز به وسیله و ابزاری دارند که مسیر را برایشان مشخص نماید. در آغاز شروع مسافرت با کشتی این مسافرت‌ها منحصراً یا در امتداد رودخانه‌ها و یا موازی با ساحل انجام می‌گرفت و از علائم مشخص جهت راهنمایی استفاده می‌گردید.

کلمه Navigation از دو کلمه لاتین به معنی کشتی (Ship) و حرکت (Move) گرفته شده است و اساساً به معنی پیدا نمودن مسیر در دریا می‌باشد. اما بعدها با شروع مسافرت در فضا و خشکی این کلمه به مفهوم مسیریابی در هوا، ‌خشکی و دریا بکار برده شد. مسیریابی اولیه توسط اجرام سماوی و قطب‌نماهای مغناطیسی انجام می‌گردید، با پیشرفت عدم و تکنولوژی امروزه از سیستم‌های پیشرفته ماهواره‌ای استفاده می‌شود. ماهواره‌های مسیریاب قادر به مشخص نمودن طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، سرعت، فاصله و زمان با دقت بسیار بالا می‌باشند.

NAVSTAR یکی از سیستم‌های ماهواره‌ای مسیریاب می‌باشد که این اطلاعات را در اختیار قرار می‌دهد. این سیستم دقتی در ۱۵ متر را دارا می‌باشد. سیستم NAVSTAR جایگزین سیستم سری TRANSCT گردید که اطلاعات مسیریابی را جهت استفاده‌های نظامی و کاربردهای غیرنظامی و مشخص تهیه می‌نمود. خصوصاً برای دریانوردی.

یکی از مهمترین سیستم‌های مسیریاب ماهواره‌ای سیستم GPS می‌باشد که در ذیل توضیح داده می‌شود.

● GPS چیست؟

GPS یا (Golobal Positining System) یک سیستم ماهواره‌ای است که توسط وزارت دفاع امریکا ساخته شده است. و اطلاعات دقیقی از محل، و زمان را در سراسر دنیا در اختیار کاربرها قرار می‌دهد. سیستم GPS سیگنال‌هایی را ارسال می‌نماید که توسط گیرنده‌های GPS دریافت می‌شود و موقعیت مکانی،‌ سرعت و زمان را در هر جای کره زمین در هر موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می‌نماید. سیستم مکان‌یاب جهانی یا GPS یک منبع ملی و مورد استفاده بین‌المللی برای یافتن موقعیت محل،‌ مسیریابی و زمان سنجی می‌باشد. و از سه قسمت تشکیل یافته است.

▪ فضا، کاربر، کنترل( Space , User , Control )

سیستم GPS شامل ۳ بخش،‌ فضا، کنترل و کاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) می‌باشد. اولین سری این ماهواره‌ها در سال ۱۹۷۸ در مدار قرار داده شد. و در سال ۱۹۸۶ توسعه و تکمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه ۱۹۸۹ آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با ۲۴ یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار کامل و فعال گردید. سیستم کنترل توسط ارتش آمریکا انجام می‌گیرد که ردیابی و نگهداری آنها را در مدار کنترل می‌نماید.

بخش کاربرها، شامل کاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. کاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشکی استفاده می‌نمایند و کاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده کنند.

▪ بخش فضایی( Space Segment )

ماهواره‌های GPS در حدود ۹۰۰ kg وزن و ۵ متر با نیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای۵/۷ سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود.

در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر ۲۰۰۱ تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار ۲۷ عدد بوده است.

▪ مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )

شامل ۶ مدار با فاصله ۶۰ درجه و در هر مدار ۴ ماهواره وجود دارد و این امکان را فراهم می‌سازد که با وجود اشکال و خرابی ۲ ماهواره در هر مدار سیستم کار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با ۵۵ درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km ۲۰۰۰۰) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود.

ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را ۲ بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).

● سیگنال‌های ماهواره( Satellite Signals )

هر ماهواره یک سیگنال مسیریابی که شامل عناصر مداری، وضعیت ساعت (Clock)‌، زمان سیستم و وضعیت پیام‌ها می‌باشد را ارسال می‌نماید. به علاوه یک تقویم نجومی (almanac) تهیه می‌شود که اطلاعات (تقریبی) را برای هر ماهواره فعال ارسال نماید. سیگنال‌های رادیویی با سرعت نور منتشر می‌شوند. سیصد هزار کیلومتر در ثانیه، مدت زمان ۰۶/۰ ثانیه طول می‌کشد که سیگنال ارسالی از ماهواره GPS به زمین برسد. این سیگنال‌ها با قدرت کم (حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ وات در طیف مایکروویو) ارسال می‌گردند.

کد C/A (Coarse A qwsition Cood) برای استفاده کاربرهای شخصی در دسترس می‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining Service)مسیریابی استاندارد.

مهندس ترابیان

---