ماهواره و مدار های زمين

ماهواره (Satellite) يعني هر جسمي كه به دور جسم ديگر در گردش باشد. ريشة اصلي اين لغت در زبان لاتين نيز به معناي همراه، وابسته و ملازم است. تا قبل از اينكه گاليله قمر های سيارة مشتري (ژوپيتر) را كشف نكرده بود، كلمه «ماه» دقيقاً مفهوم ماهواره را داشت.

 پس از كشف چهار«ماه» در سياره مشتري، يوهانس كپلر از گاليله خواست تا نام ماه ساير كرات را به ماهواره تغيير دهد و فقط ماه كرة زمين به نام «ماه» باقي بماند. اما اين نام در سال 1957 و زماني كه اسپوتنيك 1 به عنوان نخستين ماهواره دنيا در مدار زمين قرار گرفت، بار ديگر دچار تغيير شد؛ چرا كه در اين زمان بايد با يك تعريفي جديد، ماهواره های طبيعي از ماهواره های مصنوعي و ساخته دست بشر متمايز مي شد و بر اين اساس قرار شد به ماهواره اي كه در مدار هایي در فضا به دور زمين يا سيارات ديگر مي چرخد، ماهوارة مصنوعي (قمر مصنوعي) گفته شود. براي اولين بار در دنيا، ايدة استفاده از ماهوارة مصنوعي در پايان جنگ جهاني دوم بر سر زبان ها افتاد.

آرتور سي كلارك، دانشمند و نويسندة انگليسي كه از او به عنوان يكي از بزرگ ترين خالقان داستان های تخيلي نيز ياد مي كنند، نخستين پيشنهاد قرار دادن يك ماهواره ارتباطي را در مدار ژيوسنكرون (كلارك) زمين را داد. ماهوارة مدنظر وي قرار بود در ة فاصل 36 هزار كيلومتري سطح زمين و بالاي خط استوا قرار گيرد، به گونه اي كه قابليت دسترسي به 40 درصد سطح زمين را داشته باشد و بتوان از آن براي پوشش سيگنال های راديويي و تلويزيوني استفاده كرد. براساس اطلاعات موجود، از سال 1975 تاكنون بيش از 10000 ماهوارة ثبت شده در فضا وجود دارد كه متعلق به 42 كشور دنياست. از ميان كشور های داراي ماهواره تنها 18 كشور توسعه يافته هستند و در ميان كشور های آسيايي نيز تنها 9 كشور داراي اين تكنولوژي هستند كه شش كشور آسيايي داراي ماهواره، در همسايگي ايران قرار دارند. تركيه، روسيه، امارات، پاكستان و عربستان كشور های همسايه ايران هستند كه از تكنولوژي ماهواره اي بهره مند هستند. به اعتقاد برخي از كارشناسان سرمايه گذاري جهاني، به ويژه قدرت های بزرگ در امور فضايي، عملياتي بودن صدها ماهوارة تجاري مخابراتي در مدار ثابت همزمان، درخواست ثبت هزاران نقطه مداري در باند های مختلف فركانسي از طرف كشور های جهان، تاسيس و بهره برداري از ايستگاه بين المللي فضايي و پخش صدها كانال تلويزيوني هم زمان در سراسر جهان، جمع آوري اطلاعات محيطي و منابع طبيعي، همگي حكايت از درجة اهميت فوق العاده اين صنعت استراتژيك دارد.

به هرحال 12 سال از زمان مطرح شدن بحث  های اوليه درباره ماهواره ها گذشته بود كه شوروي سابق، براي نخستين بار در دنيا ماهواره اي را در تاريخ چهارم اكتبر سال 1957 و با نام اسپوتنيك1( اسپوتنيك در زبان روسي يعني ماهواره) به فضا پرتاب كرد. كشور شوروي با پرتاب اين ماهواره به فضا در دوران جنگ سرد، باعث شگفتي كشور های غرب و آمريكا شد. پرتاب اين ماهواره كه بخشي از برنامة ماهواره اي شوروي بود، باعث آغاز عصر فضا و مسابقة فضايي در دنيا شد. اين ماهواره به اندازه توپ بسكتبال و وزن آن در حدود 83 كيلوگرم بود. داراي دو فرستندة راديويي در طول موج  های 20 و40 مگاهرتز بوده و در مداري بيضوي و در ارتفاع متوسط 250 كيلومتري به مدت 98 دقيقه به دور كرة زمين چرخيد. ولي نخستين ماهواره با كاربرد تخصصي كه در مدار زمين قرار گرفت، از نوع مخابراتي و با نام تله استار بود. اين ماهواره در سال 1962 با يك موشك دلتا به فضا پرتاب شد. تله استار كه براي مخابره برنامه های تلويزيوني طراحي شده بود، توانست امكان ارسال و دريافت برنامه های تلويزيوني را بين آمريكا و اروپا فراهم كند، در عين حال به انتقال مكالمات تلفني نيز مي پرداخت.

در ابتدا ماهواره ها براي منعكس كردن امواج الكترومغناطيسي به كار مي رفتند ، ضمن آنكه بصورت پسيو[1] عمل كرده و در فركانس 20 و40 مگاهرتز كار مي كردند ؛ بنابراين نياز به آنتن های بزرگ در گيرنده وجود داشت ؛ هم چنین ماهواره های اوليه به دليل آن كه در يك مكان ثابت نبودند رديابي آنها مشكل بود؛ لذا به آنها ماهواره های غيرفعال مي گفتند. درسال 1960 مؤسسة تحقيقات فضايي آمريكايي[2] اولين ماهوارة مخابراتي پسيو خود را به نام اكوي[3] به فضا پرتاب كرد كه اين ماهواره نيز مشكل ماهوارة فوق را همچنان درپي داشت. در سال 1963 اولين ماهوارة ساكن[4] بنام سينكام2 [5] توسط NASA  به فضا پرتاپ شد.

اين موفقيت سبب تأسيس يك سازمان بين المللي به نام اينتلست[6] جهت ارتباطات ماهواره اي شد. مأموريت های مختلفي براي ماهواره ها در نظر گرفته می شود كه در يك دسته بندي كلي ، نوع ارتباطات ماهواره ها، ، ارسال و تبادل اطلاعات با زمين تبادل اطلاعات با ساير ماهواره ها و ايستگاه های فضايي و ارسال و دريافت دو سوي اطلاعات با زمينه است . برخي از كاربرد های ماهواره ها عبارتند از: پخش صدا و تصوير، هواشناسي، ، تحقيقات فضايي نظامي و.... اما ماهواره ها بنا به نوع مأموريتي كه دارند در يكي ازلايه های مداري كرة زمين مستقر می شوند. زمين داراي سه لاية مداري مختلف است كه با عبور از جو زمين به ترتيب عبارتند از: لاية مداري LEO كه در ارتفاع 300-1500كيلومتر از سطح زمين قراردارد. ماهواره هایي كه در اين لايه قرار ميگيرند ، عمدتاً به منظور تصويربرداري، هواشناسي جاسوسي و ساير اموري كه نياز به دقت بالاي ارسال و دريافت سيگنال دارد در لاية مداري LEO جاي گذاري و از طريق ايستگاه های كنترل زميني رصد مي شوند.  

ماهواره های اين مدار با توجه به ارتفاع كمتر از مدار های ديگر ، مقطع كوچك تري از سطح زمين را پوشش می دهند؛ لذا به منظور پوشش گسترده مناطق و قاره ها نياز به تعداد بيشتري ماهواره در اين مدار است. لاية مداري بعدي كرة زمين، مدارMEO  يا مدار مياني زمين است كه در فاصله بين 20000-8000 كيلومتري از سطح زمين قرار گرفته است. كه البته عموماً ماهواره های اين مدار زير 13000كيلومتر قرار دارند (به دليل دوري از كمربند  [7]Van Allen).

سيگنال های با توان كمتر و تاخير زماني بيشتر نسبت به ماهواره های مدار LEO از تفاوت های ماهواره های اصطلاحاًMEO  گَرد است. ماهواره هایي كه قصد پوشش محدودة بيشتري از سطح زمين را دارند معمولاً بنا به نوع مأموريت در اين مدار جايگزين می شوند. شبكه های موقعيت يابي ماهواره ای و تعداد ديگري از ماهواره های راديويي و مخابراتي از جمله ماهواره هایي هستند كه در مدارMEO  يا مدار مياني زمين مشغول انجام وظيفه و چرخش به دور كرة زمين هستند. در اين مدار چون ارتفاع بيشتري از سطح زمين وجود دارد به منظور پوشش محدودة وسيع از زمين نياز به تعداد كمتري ماهواره جهت پوشش كامل كرة زمين است؛ لذا ملاحظه مي كنيم كه در سيستم های موقعيت ياب ماهواره اي با تعداد بيست و چند ماهواره مي توان كل سطح زمين را تحت پوشش سيگنال های ماهواره اي قرار داد.

مدار سوم يا مدار بزرگ كرة زمين، مدار زمين آهنگ يا مدارGEO  است. اين مدار در فاصلة 36000 كيلومتر از سطح زمين واقع شده است كه داراي مزاياي زيادي از جمله پوشش وسيع حدود نيمي از كرة زمين تنها با يك ماهواره است.

[1] Passive

[2] NASA

[3] ECHOI

[4] Stationary GEO

[5] Syncom 2

[6] Intel sat

[7]van allen Belts

اگر شما دارای شرکت و یا موسسه هستید و یا علاقمند هستید تا با انواع شنود و روشهای مقابله با آن آشنا شوید میتوانید در دوره های امنیت و حفاظت اطلاعات مخابراتی آ د پارس شرکت کنید.