فناوری فضایی

هر فناوری برای ایجاد و حفظ بقایش نیازمند نیروها و زیرساختهایی می باشد كه در اجزای تشكیل دهندهٔ آن فناوری باید به بلوغ و پویایی دست یابند تا بتوان از هر فناوری استفاده كرده و آن را توسعه داد

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.

---