مدار (سیاره)
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.
 |
در متن این مقاله از هیچ منبع و ماخذی نام برده نشده‌است. شما می‌توانید با افزودن منابع بر طبق اصول اثبات‌پذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به ویکی‌پدیا کمک کنید. مطالب بی‌منبع احتمالاً در آینده حذف خواهند شد. |
مدار، در فیزیک، به مسیر جسمی که در اثر نیرویی مرکز‌گرا (مانند گرانش) به دور جسم دیگر می‌گردد، گفته می‌شود.
فهرست مندرجات |
[ویرایش] مدار سیاره‌ها
مطالعه ریاضی در مورد مدار سیاره‌ها را نخستین بار یوهانس کپلر انجام داد. نیوتن نشان داد که قوانین مداری کپلر با نظریه گرانش او توضیح‌پذیر است.
[ویرایش] مدار ماهواره‌ها
ماهواره در یک مسیر بسته که آن را مدار ماهواره می‌نامند، به دور زمین در گردش است. این مسیر ممکن است دایره‌ای یا بیضی شکل باشد و مرکز زمین در مرکز این مسیر یا در یکی از کانون‌های بیضی آن قرار دارد. ماهواره درصورتی که تحت تأثیر نیروهای گرانشی دیگری قرارنگیرد، همواره درصفحه‌ای به نام صفحه مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می دهد. حرکت این صفحه مداری به پریود مدار و زاویه صفحه با صفحه استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین می‌شود. عموماً ماهواره‌ها بروی چهار نوع مدار که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می گیرند:
- مدار پائین زمین
- مدار قطبی
- مدار زمین‌ایست
- مدار بیضوی
[ویرایش] ماهواره‌های مدار پائین زمین
به ماهواره‌هایی که در در فاصله نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پائین زمین گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین بین ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است. مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و همجهت با دوران زمین بدور خود است.
بدلیل نزدیکی نسبی فاصله این نوع ماهواره‌ها به زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهواره‌ها به ۲۷۳۵۹ کیلومتر در ساعت نیز می رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.
برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
[ویرایش] ماهواره‌های مدار قطبی
ماهواره‌های مدار قطبی نوعی از ماهواره‌ها را گویند که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دوران از قطبهای شمال و جنوب می گذرد.
بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
[ویرایش] ماهواره های مدار زمین‌ایست
این در حالت کلی بروی مدار زمین‌ایست و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۳۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار داند .
این نوع ماهواره‌های در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و بدلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای‌پا») بر زمین هستند.
به مدار geosynchronous مدار مدار زمین‌ایست و یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود .
تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.
[ویرایش] ماهواره‌های مدار بیضوی
این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند.
دو نقطه مهم از مدار این ماهواره ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است: قسمتی که به سطح زمین نزدیک می شوند به نام نقطه حضیض نامیده می‌شود. قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج نامیده می‌شود .
مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهواره‌های قطبی از سمت شمال به جنوب است.
چون اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین‌ایست قرار گرفته‌اند، این ماهواره‌ها هیچ پوششی بروی قطبهای شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطبها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود. در واقع این نوع از ماهواره ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می دهند.
[ویرایش] انواع پوششهای ماهواره‌ای
برای اینکه بتوان هرنوع متقاضی را زیر پوشش قرار داد و تسهیلات لازم جهت ارائه سرویسهای مورد نیاز را فراهم کرد، بر روی ماهواره آنتنهای گوناگونی برای پوششهای مختلف در نظر گرفته می‌شود. این پوششها عبارت‌اند از:
- پوشش نقطه‌ای یا Spot برای ناحیه‌ای کوچک از زمین
- پوشش منطقه‌ای یا Zone
- پوشش نیمکره‌ای یا Hemisphere
از نظر نواحی و کشورهای زیرپوشش می توان ماهواره‌های مخابراتی را در سطح جهان به سه گروه تقسیم کرد:
گروه اول: ماهواره‌های بین المللی هستند که با استفاده از یک سری ماهواره تعبیه شده درفواصل مشخصی از یکدیگر و در مدار سنکرون، کلیه نقاط کره زمین را زیر پوشش قرار می دهند و به هم متصل می سازند. از این نوع ماهواره‌های بین المللی، (Intelsat) ماهواره‌های جهانی می توان ماهواره‌های بین المللی مخابراتی اینتلست را نام برد (Intersputnik) و ماهواره‌های مخابراتی بلوک شرق , اینتراسپوتنیک ( Inmarsat )اینمارست .
گروه دوم: ماهواره‌های منطقه‌ای هستند که برای پوشش دادن یک منطقه خاص طراحی شده و آنتنهای آنها به طریقی ساخته شده‌اند که حداکثر قدرت تشعشعی را درپرتو اصلی خود برروی منطقه مورد نظر متمرکز کنند.از این نوع می توان ماهواره های(Arabsat)را نام برد.
گروه سوم: ماهواره‌های محلی هستند که برای پوشش یک کشور ساخته شده اند.ازاین نوع ماهواره‌ها می توان در اندونزی پالاپا(Palapa) ایتالیا، ایتالست (Italsat)، آست (Asat) هند، (Insat) ماهواره اینست استرالیا رانام برد.
مدارهای پایین زمین :
ماهواره‌های مدارهای پایین زمین درارتفاعات چند صد کیلومتری سطح زمین قراردارند وزمان یک دورچرخش به دور زمین در این مدارها , حدود ۹۰ دقیقه است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند, درنتیجه می توان اجسام نسبتاً سنگین را با یک سیستم پرتاب کننده ساده در آنها قرارداد. بیشتر ماهواره‌هایی که در این مدارها مستقرند، درصد زیادی (حدود ۵۰ درصد) از وقت خود را در سایه زمین می گذرانند و باید مجهز به باتریهایی باشند که بتوانند وسایل الکترونیکی را در این مدت تغذیه کنند. این مدارها معمولاً برای مشاهدات و فعالیتهای ماهواره‌های نظامی به کاربرده می‌شود.
مدارهای هم‌زمان زمینی :
مدارهای هم‌زمان زمینی دارای پریودی درست برابر گردش زمین هستند. این مدار , مدار 24 ساعته نیز خوانده می‌شود.
مدارهای ثابت زمینی :
مدار ماهواره ثابت زمینی نوعی ازمدار هم‌زمان زمینی است که درآن , زاویه صفحه‌ای که مداردرآن قرار گرفته و صفحه‌ای که از استوای زمین می گذرد , صفر است. در نتیجه این دو صفحه بر هم منطبق می شوند. مدار ثابت زمینی و مدارهای هم‌زمان زمینی در فاصله 35788 کیلومتری زمین قراردارند.ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر درثانیه در مدارثابت زمینی حرکت می کنند.برای ردیابی ماهواره احتیاج به سیستم پیچیده‌ای نیست ماهواره‌ها درمدارثابت زمینی , با تعدادکم , امکان ایجاد پوشش زیادی را در روی زمین دارند.به عنوان مثال سه ماهواره در روی این مدار برای پوشش بیشتر سطح زمین ( به جز قطبها ) کافی هستند. بعضی مدارها بر اساس ارتفاع ماهواره‌ها از سطح زمین طبقه بندی می شوند. اگر ارتفاع ماهواره‌ها از سطح زمین تا ۱۰۰۰ کیلومتر باشدمداررا مدارپایین گویند.چنانچه ارتفاع ماهواره ازسطح زمین بین ۱۰۰۰ کیلومتر تا حدود ۲۰۰۰۰ کیلومتر باشد, ماهواره را در مدار متوسط نامند. اگر ارتفاع ماهواره از سطح زمین بیشتر از ۲۰۰۰۰ کیلومتر باشد , مدار را مدار بالا گویند.
استقرار ماهواره ها:
ماهواره‌های عملیاتی که برای دریافت و ارسال سیگنال‌ها اززمین مورداستفاده قرارمی گیرند, ازنقطه‌ای روی زمین پرتاب می شوند و در یک مدار خاص و ثابت قرار می گیرند . پس ازانکه ماهواره در مدار ثابت قرار گرفت، دستگاه فرعی دیگری هم در ماهواره فعال می‌شود تا قدرت الکتریکی مورد نیاز تکرار کننده‌ها و دیگر دستگا ههای ماهواره را تولید و تنظیم کند. مداری که برای ارتباط ماهواره‌های محلی از اهمیت بیشتری برخوردار است، مدار ژئوسنکرون نام دارد. در این حالت، سرعت گردش ماهواره با سرعت حرکت وضعی زمین برابر است. ارتفاع ماهواره از سطح زمین در این مدار 35788 کیلومتر است.
مزایای مدار ژئوسنکرون :
ماهواره نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می بیند, ثابت است، درنتیجه احتیاجی به تغییرجهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاههای زمینی می توانند پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرند به طوری که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر 42/4 درصد سطح کره زمین را بپوشاند.
معایب مدار ژئوسنکرون :
.نواحی قطبی یعنی مناطقی که دارای عرض جغرافیایی بیشتر از 41/3 درجه‌اند، زیر پوشش قرار نمی‌گیرند. زمان تاخیر انتشار به علت بعد مسافت رفت وبرگشت، زیاد است.
دستگاههاي ارتباطي ماهواره ها در باند مايكروويو عمل مي كنند در واقع ماهواره ها صرفاً ايستگاه مايكروويو غول پيكري است در مدار زمين كه با كمك پايگاه زميني بازپخش مي شود. اين مدار تقريبا دايره شكل در ارتفاع 36800 كيلومتري بالاي خط استوا قرار دارد و در اين فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمين برابر است و نيروي خود را به وسيله سلولهاي خورشيدي از خورشيد مي گيرد. نيروي جاذبه زمين شتاب زاويه شي قرار گرفته در مدار را دقيقا بي اثر مي سازد. در اين فاصله دور چرخش ماهواره ها با حركت دوراني زمين كاملا هم‌زمان و برابر است و باعث مي شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روي زمين ثابت بماند.
ايستگاه زميني در كشور اطلاعات را با فركانس 6 گيگاهرتز ارسال مي كند. اين فركانس فركانس UPLINK ناميده مي شود. سپس ماهواره امواج تابيده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه ديگر كه بر روي فركانس حامل متفاوت DownLink برابر 4 گيگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گيرنده را انجام مي دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقويت و رله مي كند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار هم‌زمان با زمين هر نقطه از زمين بجز قطبين در Line of sight است. و هر ماهواره مي تواند تقريبا 40 % از سطح زمين را بپوشاند. آنتن ماهواره ها را طوري مي شود طراحي كرد كه علائم پيام رساني ضعيف تر به تمام اين ناحيه فرستاده شود و يا علائم قويتر را در نواحي كوچكتري متمركز كند. بر حسب مورد اين امكان وجود دارد كه از ايستگاه زميني در كشوري فرضي به چندين ايستگاه زميني ديگر واقع در كشورهاي گوناگون علائم ارسال كرد. به طور مثال : وقتي برنامه اي تلويزيوني در تمام شهر ها و دهكده هاي يك يا چند كشور پخش شود در اين حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه است ولي وقتي علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده اي از زمين انتشار يابد ايستگاههاي زميني بايد آنتنهاي بسيار بزرگ و پيچيده اي داشته باشند. هنگامي كه علائم ارسالي ماهواره در محدوده كوچكترين متمركز مي شوند و به حد كافي قوي هستند مي توان از ايستگاههاي زميني كوچكتر ساده تر و ارزانتر استفاده كرد.
از آنجاييكه ماهواره ها براي جلوگيري از تداخل امواج راديويي بايد جدا از هم باشند لذا شماره مكان هاي مداري در مدار هم‌زمان با زمين كه امكان استفاده آن براي ارتباطات وجود دارد محدود است. از اين رو جاي شگفتي نيست كه وظيفه مديريت در امور دستيابي به مدار و استفاده از فركانس ها براي انواع روز افزون و متنوع كاربردهاي زميني و ماهواره اي بوسيله شمار روزافزوني از كشورها بي نهايت دشوار شده است. از سويي استفاده از ماهواره ها در كش.رهاي متمدن و پيشرفته به عملكرد دقيق و عمليات روز به روز دقيق تر نه تنها از نظر به كارگيري شيوه خودشان بلكه از نظر همسايگانشان در مدار هم‌زمان با زمين نياز مي باشد. برخي از ماهواره ها نيز در مدار ناهم‌زمان با چرخش زمين non- geosynchronous قرار داده مي شوند.در ماهواره هاي ناهم‌زمان با مدار زمين ماهواره ديگر در ديد ايستگاه زميني نيست زيرا كه سطح افق زمين را پشت سر مي گذارد و از ديررس خارج مي شود در نتيجه براي اينكه ارسال همواره ادامه يابد به چندين ماهواره از اين نوع نياز است و چون نگهداري و ادامه كار چنين شيوه ارتباطي بسيار پيچيده و گران است لذا كاربران و متخصصان طراحي ماهواره ها بيشتر جذب ماهواره هم‌زمان با زمين مي شود.
بخش تكنولوژي و ارتباطات صدا و سيما
ايده استفاده از ماهواره هاي ساخت دست بشر ، براي اولين بار در پايان جنگ جهاني دوم بر سر زبان ها افتاد .دانشمند ، رياضي دان و نويسنده مشهور انگليسي آرتور سي كلارك Arthur C Clarke يكي از بزرگ‌ترين خالقان داستان هاي تخيلي ، براي اولين بار پيشنهاد قرار دادن يك ماهواره ارتباطي را در مدار ژيوسنكرون زمين Geostationary Orbit يا مدار كلارك كه در فاصله تقريبا 36000 كيلومتري سطح زمين و بالاي خط استوا ( جايي كه قابليت دسترسي به تقريبا 40٪ سطح زمين در آن مكان وجود دارد ) قراردارد ، را جهت پوشش سيگنال هاي راديو يي و تلوزيوني را داد.
ماهواره اي كه در مدار ژيوسنكرون زمين و در بالاي خط استوا و هماهنگ با سرعت زمين و با زاويه اي ثابت ، حركت مي كند ، قسمت مشخصي از سطح زمين را بطور ثابت پوشش مي دهد.از يك ايستگاه زميني نيز بصورت يك نقطه ثابت ، قابل رويت است .ماه ، خورشيد ، و ديگر ستارگان و سيارات منظومه شمسي باعث تا ثير گذاري بروي ماهواره در مدار خود مي شود كه احتمال جابخايي از مكان خود را دارد . براي جلوگيري از اين مسيله ، موتور هاي مخصوصي كه بوسيله ايستگاه هاي زميني كنترل مي شوند ، كمك مي كنند كه ماهواره ها در مكان خود ثابت باقي بمانند.
جهت برقراري ارتباط از يك ايستگاه زميني ، معمولاً احتياج به يك ديش بزرگ كه بنام Uplink Antenna معروف است ، مي باشد و باعث تمركز اطلاعات ارسالي به ماهواره مي شود . در ارتباط بين ماهواره و ايستگاه زميني معمولاً از دو نوع موج و فركانس متفاوت استفاده مي شود .يكي براي Uplink و ديگري براي Downlink . ديش نصب شده بروي ماهواره ، سيگنال ارسالي ازايستگاه زميني را دريافت كرده و به يك دستگاه گيرنده مي رساند و پس از يك سري پردازش ، به فرستنده ماهواره انتقال ميدهد و از طريق آنتن فرستنده ماهواره ، مجدداً به سمت زمين باز تابش داده مي شود .
سيگنال ارسالي به سطح زمين ، بوسيله ديش هاي معمولي ، دريافت و جمع آوري شده و به دستگاه گيرنده ماهواره ، از طريق LNB انتقال پيدا مي كند .
قدرت سيگنال دريافتي بر روي زمين ، نسبت به فاصله و زاويه و .... ماهواره و نقطه گيرندگي ، متفاوت بوده و بصورت يك الگوي خاص به نام سايه ماهواره يا footprint معرفي مي شود .
هميشه قدرت سيگنال ماهواره در مركز سايه ، بيشترين مقدار را دارا مي باشد و در گوشه ها ، از كمترين مقدار ، برخوردار است . توجه به اين نكته لازم است كه دريافت سيگنال در خارج است سايه ، احتياج به ديش هاي بزرگ تر ، دارد . امواج سانتي متري ، جهت ارسال سيگنال ماهواره به زمين ، مورد استفاده قرار مي گيرد كه محدوده فركانسي آنها بين 3-30 MHz مي باشد .
دليل اصلي استفاده از اين امواج راديويي كوتاه ، انتشار راحت امواج و تاثيرات كم نويز و مزاحمت هاي فركانسي است . البته فركانسهاي بالاتر از 15 Ghz ، بصورت وحشتناكي بوسيله اكسيژن هواوبخار آب تضعيف مي گردند. ماهواره ها سيگنالهاي ارسالي خود را بصورت قطبي و با دو حالت افقي و عمودي ارسال مي كنندو گاهي اوقات نيز بصورت دوراني ، چپ گرد و راست گرد. در سيستمهاي ديجيتال ، امكان ارسال DATA و چندين شبكه تلوزيوني و راديويي بروي يك فركانس وجود دارد .
لغت ماهواره طبق تعريف , به سفينه اي گفته مي شود که درمداري به دوريک سياره معمولاً زمين درحال گردش باشد. در عصري که ما در آن زندگي مي کنيم , ماهواره وتکنولوژي وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشري نفوذکرده وبه پيش مي تازدکه نقش تعيين کننده آن درسيرتحولات تمدن بشري ,قابل توجه است .بخشي ازتحقيقات وپژوهشهاي علمي -تخصصي که درآزمايشگاههاي مسقتر در فضا انجام مي شود , هرگز نمي توانست روي کره زمين جنبه عملي به خود گيرد. اين تحقيقات که بسيارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهاي پزشکي , داروسازي , مهندسي مواد, مهندسي ژنتيک ودهها موردديگر, تا به حال دستاوردهاي بسيار ارزنده اي را به جوامع بشري عرضه کرده است .ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, مي توانند اطلاعات باارزشي در اختيارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفي در زمينه هاي گوناگون شود. ماهواره هاي کشف منابع زميني هواشناسي , مخابراتي , پژوهشي ونظامي ازاين نوعند.
اجزاي سيستم ماهواره اي مخابرات
سيستم ماهواره اي مخابرات مجموعه اي است از ايستگاههاي فضايي و ايستگاههاي زميني به منظور ايجادارتباطات راديويي .بخشي ازاين سيستم ماهواره اي مي تواند تنها ازيک ماهواره و .ايستگاههاي زميني مربوطه تشکيل مي شود. اين مجموعه , يک ( شبکه ماهواره اي ) ناميده مي شود
ايستگاههاي فضايي
ايستگاه فضايي شبکه ماهواره اي مخابرات , از ماهواره ( بخش اصلي شبکه ) و دستگاههاي . جانبي تشکيل شده است
ساختمان ماهواره
ماهواره از دوبخش تجهيزات مخابراتي وغيرمخابراتي تشکيل شده است . زيرسيستمهاي مخابراتي , آنتنها و تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتي , دستگاهي وجود دارد که وظيفه تکرارکننده هاي رله راديويي را .انجام مي دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد ترانسپاندرها سيگنالهاي فرستاده شده از زمين را دريافت وپس ازتقويت وتغييرفرکانس آنها را به زمين مي فرستند.آنتنهاي مربوط به اين ترانسپاندرها طوري طراحي شده اند که فقط قسمت‌هايي ازسطح زمين را که . درون شبکه ماهواره اي قرار دارند, پوشش مي دهد يک ماهواره معمولاً آنتني همه جهته دارد که براي دريافت سيگنالهاي فرمان صادره از زمين به کار مي رود زيرا آنتنهاي ديگر ماهواره احتمال دارد به سوي زمين نباشند . آنتن همه جهته همچنين براي کنترل سيستمهاي فرعي در زمان پرتاب ماهواره و تعيين موقعيت آن به کارمي رود.بخش غيرمخابراتي ماهواره که در واقع قسمت پشتيباني فنی آن است شامل سيستم کنترل حرارتي , سيستم کنترل موقعيت ومدار, ساختمان مکانيکي ,سيستم منبع تغذيه وموتور . اوج است
سيستم کنترل حرارتي ماهواره
اين سيستم بايد درجه حرارت دستگاهها و تجهيزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف .حفظ کند
سيستم کنترل موقعيت ومدار
کنترل موقعيت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهاي راديويي آنتن را براي منطقه .موردنظر درروي زمين ثابت نگه مي دارد
ساختمان مکانيکي
ساختمان ماهواره بايد به گونه اي طراحي شده باشد که بتواند نيروهايي را که بر اثر فشارهاي ديناميکي در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد مي شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولاً از آلياژ آلومينيوم سبک ساخته مي شود که شامل سلولهاي خورشيدي و منعکس کننده هاي آنتن نيز هست .اين قسمت ازترکيب موادي مانند فيبرکربن که داراي استحکام وثبات ساختماني خاصي است .ساخته مي شود
سيستم منبع تغذيه
منبع اصلي تغذيه معمولاً سلولهاي خورشيدي هستند. انرژي خورشيدي جذب شده براي شارژکردن .باتريهاي ذخيره نيزمورداستفاده قرارمي گيرد.اين باتريهاازنوع نيکل -کادميم هستند
موتوراوج
نقش موتوراوج ايجاد مدار دايره اي شکل وجلوگيري ازانحرافات مداري ماهواره است .بعضي مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمي کنند
ايستگاههاي زميني : ايستگاههاي زميني سيستمهاي ماهواره اي مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از: ايستگاههاي ثابت ,ايستگاههاي سيار.ايستگاههي زميني ماهواره معمولاً ازچند قسمت تشکيل شده اند. آنتن , فرستنده , گيرنده , سيستمهاي کنترل برقراري ارتباط ومنابع تغذيه مورد لزوم ايستگاه هر يک ازاجزاي فوق شامل قسمت‌هاي مختلفي اند که متناسب با نوع ايستگاه زميني , حجم وتجهيزات .آنها متفاوت خواهدبود
آنتن ايستگاههاي زميني
به طور کل آنتن فرستنده , انرژي الکتريکي حاصل از يک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطيسي پخش مي کند. سپس آنتن گيرنده اين امواج رامي گيردوبه انرژي الکتريکي تبديل مي کند . در هر سيستم مخابرات راديويي , آنتن نقش حساس و مهمي دارد, زيرا با انتخاب آنتنهاي مناسب ونصب وتنظيم صحيح آنهامي توان تاحدزيادي بازدهي سيستم رابالا برد. علايم و سيگنالهاي فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهاي بزرگ يا کوچک دريافت مي شودوسپس به دستگاه تقويت کننده انتقال مي يابد. ايستگاههاي زميني داراي دو نوع آنتن فرستنده و گيرنده به صورت بشقابي در اندازه هاي مختلــــــف هستنــــد . اين آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج راديويي به فضا مي فرستند يا از فضا دريافت مي کننـــد. آنتن ايستگا ههاي زميني در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانيکي معيني ساخته مي شوند که قطرنوع قديمي آنها به بيش از 300 تن مي رسد . از آنجا که فرکانس مورد نظر براي سرويس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهاي مگاهرتزوگيگاهرتزاست , آنتنهاي مورداستفاده .ماهواره تقريباهمه ازنوع آنتنهاي منعکس کننده هستند
سيستم هاي کنترل ورديابي فضايي
- اين سيستمهابه طورکلي چهارعمل راانجام مي دهند
فرمان ازراه دور: عبارت است ازفرستادن سيگنال جهت انجام کارهايي که ماهواره براي آن تنظيم شده است , مثلاً براي راه اندازي يک قسمت خاص يا فرمان براي تغيير
مسير يا پرتاب يک موشک
اندازه گيري از راه دور: عبارت است ازسيستمي که اطلاعات دريافت شده ازماهواره ياسفينه هاي فضايي رابه صورت علامتهايي مخصوص و قابل درک براي تجهيزات زميني در مي آورد واز اين طريق , اندازه گيري ازمسافتهاي خيلي دورانجام مي شود رديابي : بااين کارموقعيت مداري وسرعت ماهواره ومشخصه هاي ديگرآن گزارش مي شود کنترل : عبارت است ازهدايت وسايل وبالارودنده هاي فضايي وماهواره هادرمدار, به وسيله شبکه ايستگاههاي زميني بخصوصي که کنترل , يکي از کارهاي آنهاست ماهواره ها دقيقا در موقعيت خودنسبت به زمين ثابت نيستند و براي اينکه بتوان آنها را در موقعيت فضايي ازپيش تعيين شده خود ثابت نگه داشت , بايد از ايستگاههاي زميني به طور مرتب تنظيمهايي بروي موقعيت آنهاانجام گيردتابتوان ازانحراف مسيرماهواره جلوگيري کرد
عوامل موثردرهزينه تجهيزات ايستگاه زميني
قطرآنتن مهم‌ترين عاملي است که هزينه آنتن راتعيين مي کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگين ترمي شود و احتياج به نگهدارنده هايي قويتر پيدامي کند وهمچنان که شعاع کم مي شود تجهيزات ردياب پيچيده تر مي شود. براي آنتنهاي بزرگ مثلاً 11متري و 13 متري سيستمهاي . درياب کامپيوتري موردنيازوسيستم هدايت امواج آنتن , بزرگ‌تروپيچيده تر مي شود در سيستم ارسال , قدرت لازم براي تقويت کننده هاي سيگنال , يک عامل تعيين کننده در قيمت فرستنده است . نه تنها قيمت اين تقويت کننده هاي سيگنال گران است , تامين قدرت موردنياز آن نيز در مناطق دورافتاده بايد در نظر گرفته شود, زيرا بيشترين قدرت مصرفي در سيستم , صرف تغذيه تقويت کننده هاي سيگنال مي شود. پس عوامل عمده اي که درهزينه تجهيزات يک ايستگاه زميني موثرندعبارت‌انداز: قطرآنتن , مقدارقدرت تقويت کننده هاي سيگنال , سيستمهاي جايگزين .تجهيزات اصلي وقطعات يدکي
يک ماهواره شي اي است که بر مدار تقريبا بيضي شکل به دور زمين مي گردد. نخستين ماهواره در 4 اکتبر 1957 توسط اتحاديه ي جماهير شوروي به فضا پرتاب شد. اين ماهواره، اسپوتنيک 1 نام داشت. اين ماهواره کره اي به وزن 6/83 کيلوگرم . به قطر 58 سانتيمتر بود که زمين را بر مداري بيضوي با حضيض زميني 250 کيلومتر و اوج زميني 934 کيلومتر دور مي زد و هر بار گردش آن به دور زمين 96 دقيقه طول مي کشيد. اسپونتيک 1 در طول عمر خود راهي برابر با 590 کيلومتر را پيمود. عکس رو برو تصوير اين ماهواره را نشان مي دهد. براي پرتاب ماهواره، بايد: 1- آن را به ارتفاع لازم از سطح زمين رساند. 2- آن را در امتداد درست قرار داد. 3- تندي مناسب را به آن داد. ماهواره را بايد به ارتفاع چند صد کيلومتر برد تا اثر اصطکاک جوي بر حرکت مداريش حداقل شود. اگر بخواهيم ماهواره در مداري دايره اي شکل قرار گيرد بايد سرعتي عمود بر شعاع زمين به آن داده شود و اگر بخواهيم مدار ماهواره بيضي شکل باشد، سرعتي که به آن مي دهيم بايد اندکي از خط عمود انحراف داشته باشد. براي اينکه از سرعتي که حرکت وضعي زمين به ماهواره مي دهد بيشترين استفاده ممکن به عمل آيد بايد ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زيرا در اين صورت سرعت موجود حداکثر و حدود 1600 کيلومتر در ساعت خواهد بود. هر شي اي که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در 24 ساعت به دور زمين بچرخد داراي چنين سرعتي نسبت به فضا است. ( پيرامون زمين 40000 کيلومتر است. ) چنين ماهواره اي را تنها ناظراني مي توانند ببينند که در استوا يا در نزديکي آن هستند. اين ماهواره فقط اطلاعاتي درباره ي عرض جغرافيايي صفر درجه به ما خواهد داد. براي آنکه ماهواره اي را همه ي ناظران زميني ببينند، بايد ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولي اين وضعيت امکان استفاده از سرعت " موجود " را منتفي مي کند. سرعت افقي مناسب بين 30000 و 40000 کيلومتر در ساعت يا بين 2/8 تا 2/11 کيلومتر در ثانيه است. 8 کيلومتر در ثانيه براي مدارهاي کوچک و 11 کيلومتر در ثانيه مناسب مدارهاي بسيار بزرگ است. اگر سرعت افقي از 8 کيلومتر در ثانيه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمين سقوط خواهد کرد. اگر اين سرعت از 2/11 کيلومتر در ثانيه بيشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمين قرار نخواهد گرفت. ولي اين بار از ميدان گرانش زمين خواهد گريخت. معمولاً سه کاري را که براي پرتاب ماهواره بايد انجام داد با هم ترکيب مي کنند. ماهواره را معمولاً به کمک موشکي چند مرحله اي در مدار قرار مي دهند. غرض اصلي از مرحله ي نخست اين است که ماهواره از کوتاهترين مسير ممکن (يعني به خط مستقيم) از بخش غليظ جو خارج شود و به مناسب ترين سرعت دست يابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل مي رساند. مرحله هاي ديگر ماهواره را به حالت افقي در مي آورد و سرعت مورد نظر را به آن مي دهند. قبل از پرتاب، هر مرحله ي موشک با مقدار سوخت لازم پر مي شود. هر قسمت پس از آنکه وظيفه اش را انجام داد از بقيه ي موشک جدا مي شود. يک موشک نمونه براي پرتاب ماهواره، مکن است شامل سه قسمت و يک دماغه ي مخروطي باشد. ماهواره وقتي بر مدار قرار گرفت، الي الابد در آن خواهد ماند، زيرا نيروهايي که بر ماهواره وارد مي آيند، يکديگر را خنثي مي کنند، و نيروي کل صفر مي شود. در ارتفاع هاي زياد از سطح زمين، تنها دو نيرو بر ماهواره وارد مي شود: 1- نيروي گرانش زمين 2- نيروي گريز از مرکز. اين دو نيرو، در يک سرعت و يک ارتفاع معين، از نظر اندازه با يکديگر برابر و از نظر جهت، مخالف يکديگر هستند. بنابراين يکديگر را خنثي مي کنند. از اين رو ماهواره اي که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدار ش حرکت مي کند، زيرا نيرويي وجود ندارد تا آن را از مسير منحرف سازد. در داخل جو زمين، اصطکاک ميان جو و ماهواره تعادل نيروي گرانشي و گريز از مرکز را به هم مي زند. نيروي اصطکاک از سرعت ماهواره مي کاهد و زنجيره ي رويدادهاي زير را موجب مي شود: 1- کاهش تندي، سبب کاهش نيروي گريز از مرکز مي شود. 2- نيروي گرانشي که بزرگ‌تر از نيروي گريز از مرکز شده است، موجب مي شود که ماهواره در حالي که به سطح زمين نزديکتر مي شود مسيري مارپيچي را بپيمايد. 3- نيروي اصطکاک ممکن است به اندازه اي حرارت ايجاد کند که ماهواره پيش از رسيدن به زمين بسوزد. ماهواره ها براي مقاصد گوناگوني مورد استفاده قرار مي گيرند، که بعضي از اين موارد عبارت‌انداز: 1- ماهواره هاي مخابراتي 2- ماهواره هاي هواشناسي 3- ماهواره هاي زمين شناسي 4- ماهواره هاي نظامي
انواع پوششهاي ماهواره اي :
در ساختار ماهواره هاي مخابراتي براي اينکه بتوان هرنوع متقاضي را زير پوشش قرار داد و تسهيلات لازم جهت ارائه سرويسهاي مورد نياز را فراهم کرد , بر روي ماهواره آنتنهاي گوناگوني براي پوششهاي مختلف در نظر گرفته مي شود.اين پوششها عبارت‌اند از :
1) پوشش نقطه اي يا Spot براي ناحيه اي كوچك از زمين 2) پوشش منطقه اي يا Zone 3) پوشش نيمكره اي يا Hemisphere
ماهواره هاي مخابراتي را در سطح جهان مي توان ازنظرنواحي وکشورهاي زيرپوشش به سه گروه تقسيم کرد :
گروه اول : ماهواره هاي بين المللي هستند که با استفاده از يک سري ماهواره تعبيه شده درفواصل مشخصي از يکديگر و در مدار سنکرون , کليه نقاط کره زمين را زير پوشش قرار مي دهند و به هم متصل مي سازند. از اين نوع ماهواره هاي بين المللي , ( Intelsat ) ماهواره هاي جهاني مي توان ماهواره هاي بين المللي مخابراتي اينتلست را نام برد (Intersputnik) و ماهواره هاي مخابراتي بلوک شرق , اينتراسپوتنيک ( Inmarsat )اينمارست .
گروه دوم : ماهواره هاي منطقه اي هستند که براي پوشش دادن يک منطقه خاص طراحي شده و آنتنهاي آنها به طريقي ساخته شده اند که حداکثر قدرت تشعشعي را درپرتو اصلي خود برروي منطقه مورد نظر متمرکز کنند.از اين نوع مي توان ماهواره هاي(Arabsat)را نام برد.
گروه سوم : ماهواره هاي محلي هستند که براي پوشش يک کشور ساخته شده اند.ازاين نوع ماهواره ها مي توان در اندونزي پالاپا(Palapa) ايتاليا،ايتالست (Italsat) ,آست (Asat) هند , (Insat) ماهواره اينست استراليا رانام برد.
مدارهاي ماهواره اي :
از ماهواره ها به دور زمين دريک مسيربسته که آن را مدار مي نامند, درحال گردش هستند. ناظري که درخارج منظومه شمسي قرار گرفته و به زمين مي نگرد , مشاهده مي کند که ماهواره ها د ر مسيرهايي به دور زمين درحال چرخشند. اين مسيرهامي توانند دايره اي يا بيضي شکل باشند اما مرکززمين در هرحالت در مرکزاين مسيريا در نقطه کانوني آن قرار دارد. ماهواره درصورتي که تحت تاثير نيروهاي جاذبه ديگري قرارنگيرد,همواره درصفحه اي به نام صفحه مداري به گردش خودبه دور زمين ادامه مي دهد.حرکت اين صفحه مداري به پريود مدار وزاويه صفحه با مدار استوا بستگي دارد. اگر اين زاويه صفر باشد, صفحه مداري منطبق بر صفحه استوايي زمين مي شود. انواع مدارهايي که ماهواره ها در آن مستقر مي شوند , عبارت‌اند از:
1- LEO - Low earth orbit مدارهاي پايين زمين * 2- Geosynchronous earth orbit مدارهاي هم‌زمان زميني * 3- GEO -Geostationery earth orbit مدارهاي ثابت زميني *
مدارهاي پايين زمين :
ماهواره هاي مدارهاي پايين زمين درارتفاعات چند صد کيلومتري سطح زمين قراردارند وزمان يک دورچرخش به دور زمين در اين مدارها , حدود 90 دقيقه است . اين مدارها در ارتفاع نسبتاً کمي قرار دارند, درنتيجه مي توان اجسام نسبتاً سنگين را با يک سيستم پرتاب کننده ساده در آنها قرارداد.گفتني است که بيشتر ماهواره هايي که در اين مدارها مستقرند , درصد زيادي ( حدود 50 درصد) از وقت خود را در سايه زمين مي گذرانند و بايد مجهز به باتريهايي باشند که بتوانند وسايل الکترونيکي را در اين مدت تغذيه کنند. اين مدارها معمولاً براي مشاهدات و فعاليتهاي ماهواره هاي نظامي به کاربرده مي شود.
مدارهاي هم‌زمان زميني :
مدارهاي هم‌زمان زميني داراي پريودي درست برابر گردش زمين هستند . اين مدار , مدار24 ساعته نيز خوانده مي شود.
مدارهاي ثابت زميني :
مدار ماهواره ثابت زميني نوعي ازمدار هم‌زمان زميني است که درآن , زاويه صفحه اي که مداردرآن قرار گرفته و صفحه اي که از استواي زمين مي گذرد , صفر است . در نتيجه اين دو صفحه بر هم منطبق مي شوند . مدار ثابت زميني و مدارهاي هم‌زمان زميني در فاصله 35788 کيلومتري زمين قراردارند.ماهواره ها با سرعتي حدود سه کيلومتر درثانيه در مدارثابت زميني حرکت مي کنند.براي رديابي ماهواره احتياج به سيستم پيچيده اي نيست ماهواره ها درمدارثابت زميني , با تعدادکم , امکان ايجاد پوشش زيادي را در روي زمين دارند.به عنوان مثال سه ماهواره در روي اين مدار براي پوشش بيشتر سطح زمين ( به جز قطبها ) کافي هستند. بعضي مدارها بر اساس ارتفاع ماهواره ها از سطح زمين طبقه بندي مي شوند . اگر ارتفاع ماهواره ها از سطح زمين تا 1000 کيلومتر باشدمداررا مدارپايين گويند.چنانچه ارتفاع ماهواره ازسطح زمين بين 1000 کيلومتر تا حدود 20000 کيلومتر باشد, ماهواره را در مدار متوسط نامند. اگر ارتفاع ماهواره از سطح زمين بيشتر از 20000 کيلومتر باشد , مدار را مدار بالا گويند.
استقرار ماهواره ها:
ماهواره هاي عملياتي که براي دريافت و ارسال سيگنالها اززمين مورداستفاده قرارمي گيرند, ازنقطه اي روي زمين پرتاب مي شوند و در يک مدار خاص و ثابت قرار مي گيرند . پس ازانکه ماهواره درمدارثابت قرار گرفت , دستگاه فرعي ديگري هم در ماهواره فعال مي شود تا قدرت الکتريکي مورد نياز تکرار کننده ها و ديگر دستگا ههاي ماهواره را توليدوتنظيم کند.مداري که براي ارتباط ماهواره هاي محلي از اهميت بيشتري برخوردار است , مدار ژئوسنکرون نام دارد . ماهواره بايد حدالامکان در نقطه اي از مدار ژئوسنکرون قرارگيرد که نيروي جاذبه زمين روي آن اثري نداشته باشد اين مدار دايره اي شکل روي صفحه اي قرار دارد که از خط استوا ميگذرد. در اين حالت , سرعت زاويه اي ماهواره و زمين با هم برابر است . ارتفاع ماهواره از سطح زمين در اين مدار 35788 کيلومتر است.
مزاياي مدار ژئوسنکرون :
ماهواره نسبت به زاويه اي که ايستگاه زميني آن را مي بيند, ثابت است , درنتيجه احتياجي به تغييرجهت آنتن نيست ولي تنظيم آن ضروري است تعداد زيادي از ايستگاههاي زميني مي توانند پوشش يک ماهواره در اين مدار قرار گيرندبه طوري که آنتن هر ماهواره مي تواند حداکثر 42/4 درصد سطح کره زمين را بپوشاند.
معايب مدار ژئوسنکرون :
.نواحي قطبي يعني مناطقي که داراي عرض جغرافيايي بیشتر از 41/3 درجه اند , زير پوشش قرار نمي گيرند . زمان تاخير انتشار به علت بعد مسافت رفت وبرگشت , زياد است
در حالت كلي ، ماهواره ها بروي 4 نوع مدار يا Orbit كه بسته به نوع استفاده ماهواره دارد ، قرار مي گيرند : LEO : Low Earth Orbit POLAR : Polar orbit GEO : Geosynchronous Equatorial Orbit Elliptical : Elliptical Orbit
1) ماهواره هاي Low Earth Orbit يا LEO :
به ماهواره هايي كه در در فاصله كمي از سطح زمين قرار دارند ، گفته مي شود . بيشترين ارتفاع اين نوع ماهواره ها بين (320 - 800 kilometers) است .
بدليل نزديكي فاصله اين نوع ماهواره ها از سطح زمين ، سرعت حركت اين ماهواره ها خيلي بيشتر از سرعت دوران زمين بدور خود است تا سقوط نكنند .(چرا؟) گاهي سرعت اين نوع ماهواره ها به (27,359 kilometers per hour)! نيز مي رسد .
در واقع با اينه سرعت ، اين نوع از ماهواره ها مي توانند در هر 90 دقيقه ، يك دور كامل بدور زمين بگردند.
ماهواره هاي هواشناسي ، ماهواره هاي Remote Sensing و ماهواره هاي جاسوسي از اين نوع اند. مسير حركت از غرب به شرق و همجهت با دوران زمين بدور خود .
2) Polar Orbit :
نوعي از ماهواره هاي LEO را گويند كه مسير مدار حركت انها عمود بر خط استوا و مسير دوران از قطبهاي شمال و جنوب مي گذرد. مسير دوران از شمال به جنوب.
ماهواره هاي هواشناسي ، ماهواره هاي Remote Sensing و ماهواره هاي جاسوسي از اين نوع اند.
3) GEO :
در حالت كلي بروي مدار Geosynchronous Equatorial Orbit و بر بالاي خط استوا ، در فاصله 33600 كيلومتري از سطح زمين قرار داند .
اين نوع ماهواره هاي در فضا در مكاني ثابت قرار دارند و دوران زمين بدور خود ، هم‌زمان مي گردند و بدليل همين ثبات داراي سايه اي ثابت به نام Footprints بر زمين هستند.
به مدار geosynchronous مدار GeoSTATIONARY Orbit و يا مدار كلارك نيز گفته مي شود .
تمام ماهواره هاي مخابراتي و تلويزيوني بروه اين نام خوانده مي شوند .
4) Elliptical :
به معني بيضي بوده و ماهواره هايي كه داراي مداري بيضوي مانني شكل فوق هستند گفته مي شود .
اين ماهواره ها داراي دو قسمت مداري هستند : 1) قسمتي كه به سطح زمين نزديك مي شوند به نام نقطه حضيض يا perigee ناميده مي شود. 2) قسمتي كه از سطح زمين دور مي شود به نام نقطه اوج يا apogee ناميده مي شود .
مانند ماهواره هاي polar مسير حركت و دوران اين نوع ماهواره از سمت شمال به جنوب است .
همانطور كه گفتيم اكثر ماهواره هاي مخابراتي در مدار GEO قرار گرفته اند ، ولي اين ماهواره ها هيچ پوششي بروي قطب هاي شمال و جنوب ندارند . به همين دليل و جهت پوشش قطبها از اين نوع ماهواره ها استفاده مي شود .
در واقع اين نوع از ماهواره ها ، شمالي ترين و جنوبي ترين قسمت نيمكره ها hemispheres را پوشش مي دهند .
ARTMehr Eng. Group
