لغت ماهواره طبق تعریف ، به سفینه أی گفته می شود که در مداری به دور یک سیاره (معمولاً زمین) در حال گردش باشد.
بخشی از تحقیقات و پژوهشهای علمی تخصصی که در آزمایشگاههای مستقر در فضا انجام می شود ، هرگز نمی توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.
ماهواره ها که در فضا و مدارهای مختلفی مستقر و به دور زمین در حال گردشند ، می توانند اطلاعات با ارزشی در اختیار انسان قرار دهند که منجر به تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود . ماهواره های کشف منابع زمینی ، هواشناسی ، مخابراتی ، پژوهشی و نظامی از این نوعند.
اجزای سیستم ماهواره أی مخابرات
سیستم ماهواره های مخابرات مجموعه أی است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجاد ارتباطات رادیویی . بخشی از این سیستم ماهواره أی می توانند تنها از یک ماهواره و ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل شود. این مجموعه ، یک «شبکه ماهواره أی» نامیده می شود.
ایستگاه فضایی
ایستگاه فضایی شبکه ماهواره أی مخابرات ، از ماهواره (بخشی اصلی شبکه ) و دستگاههای جانبی تشکیل شده است .
ساختمان ماهواره
ماهواره از دو بخش تجهیزات مخابراتی و غیر مخابراتی تشکیل شده است. زیر سیستمهای مخابراتی ، آنتنها و تکرار کننده ها هستند. در بخش مخابراتی ، دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرار کننده های رله رادیویی را انجام می دهد و «ترانسپاندر» نام دارد. ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت و پس از تقویت و تغییر فرکانس ، آنها را به زمین می فرستند .
آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها ، طوری طراحی شده اند که فقط قسمتهایی از سطح طمین را که درون شبکه ماهواره أی قرار دارند ، پوشش می دهد.
یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می رود ، زیرا آنتنهای دیگر ماهوره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کار می رود.
بخش غیر مخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است ، شامل سیستم کنترل حرارتی ، سیستم کنترل موقعیت و مدار ، ساختمان مکانیکی ، سیستم منبع تغذیه و موتور اوج است.
سیستم کنترل حرارتی ماهواره
این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات درون ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.
سیستم کنترل موقعیت و مدار
کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه مورد نظر در روی زمین ثابت نگه می دارد.
ساختمان مکانیکی
ساختمان ماهواره باید به گونه أی 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 معمولاً از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست. این قسمت از ترکیب موادی مانند فیبر کربن که دارای استحکام و ثبات ساختمانی خاصی است ، ساخته می شود.
سیستم منبع تغذیه
منبع اصلی تغذیه معمولاً سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن باتریهای ذخیره نیز مورد استفاده قرار می گیرد. این باتریها از نوع نیکل ، کادمیم هستند.
موتور اوج
نقش موتور اوج ایجاد مدار دایره أی شکل و جلوگیری از انحرافات مداری ماهواره است. بعضی مواقع با استفاده از موتور اوج ، ماهواره ها را در مدار ثابت مستقر می کنند.
ایستگاههای زمینی
ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره أی مخابرات بر اساس نوع استفاده از آنها عبارت اند: ایستگاههای ثابت ، ایستگاههای سیار ، ایستگاههای زمینی ماهواره معمولاُ از چند قسمت تشکیل شده اند : آنتن ، فرستنده ، گیرنده ، سیستمهای کنترل بر قراری ارتباط و منابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه . هر یک از اجزای فوق شامل قسمتهای مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی ، حجم و تجهیزات آنها متفاوت خواهد بود.
آنتن ایستگاههای زمینی
بطور کلی آنتن فرستنده ، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده این امواج را می گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل می کند . در هر سیستم مخابرات رادیویی ، آنتن نقش حساس و مهمی دارد ، زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب و نصب و تنظیم صحیح آنها می توان تا حد زیادی بازدهی سیستم را بالا برد.
ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلف هستند. این آنتنها اطلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کنند. آنتن ایستگاههای زمینی در ابعاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطر نوع قدیمی آنها گاه به 30 تا 32 متر و وزن آنها به بیش از 300 تن می رسد.
سیستم های کنترل و ردیابی وسایل فضایی
این سیستمها به طور کلی چهار عمل زیر را انجام می دهند:
فرمان از راه دور : عبارت است از فرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره یا هر وسیله فضایی برای آن تنظیم شده است .
اندازه گیری از راه دور : عبارت است از سیستمی که اطلاعات دریافت شده از ماهواره یا سفینه های فضایی را به صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می آورد و از این طریق ، اندازه گیری از مسافتهای خیلی دور انجام می شود.
ردیابی : با این کار موقعیت مداری و سرعت ماهواره و مشخصه های دیگر آن گزارش می شود .
کنترل : عبارت است از هدایت وسایل و بالا رونده های فضایی و ماهواره ها در مدار به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل ، یکی از کارهای آنها است.
ماهواره ها دقیقاً در موقعیت خود نسبت 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 بطور مرتب تنظیمهایی بر روی موقعیت آنها انجام گیرد تا بتوان از انحراف مسیر ماهواره جلوگیری کرد.
عوامل موثر در هزینه تجهیزات ایستگاه زمینی
قطر آنتن مهمترین عاملی است که هزینه آنتن را تعیین می کند ، چون با بزرگ بودن قطر ، وزن آنتن سنگین تر می شود و احتیاج به نگهدارنده هایی قویتر پیدا می کند و همچنان که شعاع کم می شود تجهیزات ردیاب پیچیده 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 مورد نیاز آن نیز در مناطق دور افتاده باید در نظر گرفته شود ، زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم ، صرف تغذیه تقویت کننده های سیگنال می شود .
پس عوامل عمده أی که در هزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرند عبارتند از : قطر آنتن ، مقدار قدرت تقویت کننده های سیگنال ، سیستمهای جایگزین تجهیزات اصلی و قطعات یدکی .
انواع پوششهای ماهواره أی
در ساختار ماهواره های مخابراتی برای
آنآنت
اینکه بتوان هر نوع 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 می شود. این پوششها عبارتند از : پوشش نقطه أی (Spot) برای ناحیه أی کوچک از زمین ، پوشش منطقه أی (Zone) و پوشش نیمکره أی ( Hemisphere) که در شبکه ماهواره أی اینتلست ، به کار گرفته می شود.
ماهواره های مخابراتی را در سطح جهان می توان از نظر نواحی و کشورهای زیر پوشش به سه گروه تقسیم کرد .
گروه اول : ماهواره های بین المللی هستند که با استفاده از یک سری ماهواره تعبیه شده در فواصل مشخصی از یکدیگر و در مدار سنکرون کلیه نقاط زمین را زیر پوشش قرار می دهند و به هم مرتبط می سازند. از این نوع ماهواره های جهانی می توان ماهواره های بین المللی مخابراتی اینتلست ، ماهواره های بین المللی ، اینمارست و ماهواره های مخابراتی بلوک شرق ، اینتراسپوتنیک را نام برد .
گروه دوم : ماهواره های منطقه أی هستند که برای پوشش دادن یک منطقه خاص طراحی شده و انتهای آنها به طریقی طراحی و ساخته شده اند که حداکثر قدرت تشعشعی را در پرتو اصلی خود بر روی منطقه مورد نظر متمرکز کنند. از این نوع می توان ماهواره های عربست را نام برد.
گروه سوم : ماهواره های محلی هستند که برای پوشش یک کشور ساخته شده اند. از این نوع ماهواره ها می توان ماهواره اینست هند ، آست استرالیا ، ایتالست ایتالیا و پالاپا در اندونزی را نام برد.
مدارهای ماهواره أی
ماهواره ها به دور زمین در یک مسیر بسته که آن را مدار می نامند ، در حال گردش هستند. مسیرها می توانند دایره أی یا بیضی شکل باشند ، اما مرکز نوین در هر حالت در مرکز این مسیر یا در نقطه کانونی آن قرار دارد. ماهواره در صورتی که تحت تاثیر نیروهای جاذبه دیگری قرار نگیرد. همواره در صفحه أی به نام صفحه مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می دهد. حرکت این صفحه مداری به پریود مدار و زاویه صفحه با مدار استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد ، صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین می شود. انواع مدارهای یکه ماهواره ها در آن مستقر می شوند ، عبارتند از : مدارهای پایین زمین ، مدارهای همزمان زمینی ، مدارهای ثابت زمینی .