لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می شود که درمداری به دوریک سیاره معمولا زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می کنیم ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه است. بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقر در فضا انجام می شود , هرگز نمی توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده است.
ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قراردهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود. ماهواره های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند. این ماهواره هابسیاری ازناشناخته های جهان آفرینش را آشکار ساخته اند و تسهیلات گوناگونی نصیب جوامع بشری کرده اند. در دنیای پرتحول وپرتحرک امروز, انسان کنجکاووجستجوگرهمواره درپی یافتن پاسخ به نیازهای خوداست واگر نتواند خواسته های خودرادرروی زمین بیابد, آنها رادرقعر دریاها, اقیانوسها یا درفضای بیکران جستجو خواهدکرد. این تلاش پیوسته وپیگیر این نوید را به ما می دهد که درآینده , بسیاری از رازهای نهفته دیگرآشکار و درمسیر رشد وتکامل نوع بشر به کارگرفته می شوند. امیداست که دسترسی به این آیات الهی که ذره ای درمقابل بینهاین است ,انسان رابه عظمت وشکوه خالق این .شگفتیها آگاه سازد واورادرارتقای جلوه عبودیت خویش راهنما باشد.
اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات
سیستم ماهواره ای مخابرات مجموعه ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجادارتباطات رادیویی .بخشی ازاین سیستم ماهواره ای می تواند تنها ازیک ماهواره و ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می شود. این مجموعه , یک ( شبکه ماهواره ای ) نامیده می شود.
ایستگاههای فضایی
ایستگاه فضایی شبکه ماهواره ای مخابرات , از ماهواره ( بخش اصلی شبکه ) و دستگاههای جانبی تشکیل شده است.
ساختمان ماهواره
ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده است . زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را انجام می دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد .ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.
آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده اند که فقط قسمتهایی ازسطح زمین را کهدرون شبکه ماهواره ای قرار دارند, پوشش می دهد. یک ماهواره معمولا آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کارمی رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند . آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی , سیستم کنترل موقعیت ومدار, ساختمان مکانیکی ,سیستم منبع تغذیه وموتور اوج است.
سیستم کنترل حرارتی ماهواره
این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.
سیستم کنترل موقعیت ومدار
کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد.
ساختمان مکانیکی
ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولا از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است ساخته می شود.
سیستم منبع تغذیه
منبع اصلی تغذیه معمولا سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن .باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند.
موتوراوج
نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره است .بعضی مواقع با استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند.
ایستگاههای زمینی
ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از:
ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولا ازچند قسمت تشکیل شده اند. آنتن , فرستنده , گیرنده , سیستمهای کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمتهای مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی , حجم وتجهیزات آنها متفاوت خواهدبود.
آنتن ایستگاههای زمینی
به طور کل آنتن فرستنده , انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می کند . در هر سیستم مخابرات رادیویی , آنتن نقش حساس و مهمی دارد, زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد . این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد. آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می رسد . از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست , آنتنهای مورداستفاده .ماهواره تقریباهمه ازنوع آنتنهای منعکس کننده هستند.
سیستم های کنترل وردیابی فضایی
این سیستمهابه طورکلی چهارعمل راانجام می دهند :
فرمان ازراه دور :
عبارت است ازفرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره به وسیله فضایی برای آن تنظیم شده است , مثلا برای راه اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک .
اندازه گیری از راه دور :
عبارت است ازسیستمی که اطلاعات دریافت شده ازماهواره یاسفینه های فضایی رابه صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می آورد واز این طریق , اندازه گیری ازمسافتهای خیلی دورانجام می شود.
ردیابی :
بااین کارموقعیت مداری وسرعت ماهواره ومشخصه های دیگرآن گزارش می شود.
کنترل :
عبارت است ازهدایت وسایل وبالارودنده های فضایی وماهواره هادرمدار, به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل , یکی از کارهای آنهاست ماهواره ها دقیقا در موقعیت خودنسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی از پیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت , باید از ایستگاههای زمینی به طور مرتب تنظیمهایی بروی موقعیت آنهاانجام گیردتابتوان ازانحراف مسیرماهواره جلوگیری کرد .
عوامل موثردرهزینه تجهیزات ایستگاه زمینی
قطرآنتن مهمترین عاملی است که هزینه آنتن راتعیین می کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده هایی قویتر پیدامی کند وهمچنان که شعاع کم می شود تجهیزات ردیاب پیچیده تر می شود. برای آنتنهای بزرگ مثلا ۱۱متری و ۱۳ متری سیستمهای دریاب کامپیوتری موردنیازوسیستم هدایت امواج آنتن , بزرگتروپیچیده تر می شود .در سیستم ارسال , قدرت لازم برای تقویت کننده های سیگنال , یک عامل تعیین کننده در قیمت فرستنده است.
نه تنها قیمت این تقویت کننده های سیگنال گران است , تامین قدرت موردنیاز آن نیز در مناطق دورافتاده باید در نظر گرفته شود, زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم , صرف تغذیه تقویت کننده های سیگنال می شود. پس عوامل عمده ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرندعبارتنداز: قطرآنتن , مقدارقدرت تقویت کننده های سیگنال , سیستمهای جایگزین تجهیزات اصلی وقطعات یدکی.
