مدار یک جسم کوچک که همراه با جسم بسیار بزرگی دور نقطه‌ای کانونی (+ سرخ) می‌گردند.
مدار، در فیزیک، به مسیر جسمی که در اثر نیرویی مرکزگرا (مانند گرانش) به دور جسم دیگر می‌گردد، گفته می‌شود.
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.
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 می‌دهد. 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 می‌گیرند:
مدار پائین زمین
مدار قطبی
مدار زمین‌ایست
مدار بیضوی
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 می‌رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می‌توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.
برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
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 میگذرد.
بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
ماهواره‌های 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.
ماهواره‌های مدار بیضوی
این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند.
دو نقطه مهم از مدار این ماهواره‌ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است: قسمتی که به سطح زمین نزدیک می‌شوند 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 ماهواره‌ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می‌دهند.
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 می‌توان 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 می‌دهند و به هم متصل می‌سازند. از این نوع ماهواره‌های بین المللی، (Intelsat) ماهواره‌های جهانی می‌توان 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 می‌توان ماهواره های(Arabsat)را نام برد.
گروه سوم: ماهواره‌های محلی هستند که برای پوشش یک کشور ساخته شده‌اند.ازاین نوع ماهواره‌ها می‌توان 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 دقیقه‌است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند, درنتیجه می‌توان 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 می‌گذرانند 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 ۲۴ 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 میگذرد , صفر است. در نتیجه این دو صفحه بر هم منطبق می‌شوند. مدار ثابت زمینی و مدارهای هم‌زمان زمینی در فاصله ۳۵۷۸۸ کیلومتری زمین قراردارند.ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر درثانیه در مدارثابت زمینی حرکت می‌کنند.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 می‌شوند. 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 ماهواره‌ها:
ماهواره‌های عملیاتی که برای دریافت و ارسال سیگنالها اززمین مورداستفاده قرارمی گیرند, ازنقطه‌ای روی زمین پرتاب می‌شوند و در یک مدار خاص و ثابت قرار می‌گیرند. 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 ۳۵۷۸۸ کیلومتر است.
مزایای مدار ژئوسنکرون :
ماهواره نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می‌بیند, ثابت است، درنتیجه احتیاجی به تغییرجهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاههای زمینی می‌توانند پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرند به طوری که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر ۴۲/۴ درصد سطح کره زمین را بپوشاند.
معایب مدار ژئوسنکرون :.نواحی قطبی یعنی مناطقی که دارای عرض جغرافیایی بیشتر از ۴۱/۳ درجه‌اند، زیر پوشش قرار نمی‌گیرند. زمان تاخیر انتشار به علت بعد مسافت رفت وبرگشت، زیاد است.
دستگاههای ارتباطی ماهواره‌ها در باند مایکروویو عمل می‌کنند در واقع ماهواره‌ها صرفاً ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می‌شود. این مدار تقریبا دایره شکل در ارتفاع ۳۶۸۰۰ کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله سلولهای خورشیدی از خورشید می‌گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شی قرار گرفته در مدار را دقیقا بی اثر می‌سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره‌ها با حرکت دورانی زمین کاملا هم‌زمان و برابر است و باعث می‌شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.
ایستگاه زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس ۶ گیگاهرتز ارسال می‌کند. این فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می‌شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر ۴ گیگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می‌دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می‌کند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار هم‌زمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است. و هر ماهواره می‌تواند تقریبا ۴۰ ٪ از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره‌ها را طوری می‌شود طراحی کرد که علائم پیام رسانی ضعیف تر به تمام این ناحیه فرستاده شود و یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به طور مثال : وقتی برنامه‌ای تلویزیونی در تمام شهر‌ها و دهکده‌های یک یا چند کشور پخش شود در این حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه‌است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده‌ای از زمین انتشار یابد ایستگاههای زمینی باید آنتنهای بسیار بزرگ و پیچیده‌ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین متمرکز می‌شوند و به حد کافی قوی هستند می‌توان از ایستگاههای زمینی کوچکتر ساده تر و ارزانتر استفاده کرد.
از آنجاییکه ماهواره‌ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند لذا شماره مکان‌های مداری در مدار هم‌زمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانس‌ها برای انواع روز افزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره‌ای بوسیله شمار روزافزونی از کشورها بی نهایت دشوار شده‌است. از سویی استفاده از ماهواره‌ها در کش.رهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیق تر نه تنها از نظر به کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار هم‌زمان با زمین نیاز می‌باشد. برخی از ماهواره‌ها نیز در مدار ناهم‌زمان با چرخش زمین non- geosynchronous قرار داده می‌شوند.در ماهواره‌های ناهم‌زمان با مدار زمین ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می‌گذارد و از دیررس خارج می‌شود در نتیجه برای اینکه ارسال همواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره‌ها بیشتر جذب ماهواره هم‌زمان با زمین می‌شود.
بخش تکنولوژی و ارتباطات صدا و سیما
ایده استفاده از ماهواره‌های ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد.دانشمند، ریاضی دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگ‌ترین خالقان داستان‌های تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژیوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریبا ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریبا ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنالهای رادیو یی و تلوزیونی را داد.
ماهواره‌ای که در مدار ژیوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه‌ای ثابت، حرکت می‌کند، قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش می‌دهد.از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است.ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیر گذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابخایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتور‌های مخصوصی که بوسیله ایستگاههای زمینی کنترل می‌شوند، کمک می‌کنند که ماهواره‌ها در مکان خود ثابت باقی بمانند.
جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، می‌باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود. در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود.یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می‌رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال می‌دهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود.
سیگنال ارسالی به سطح زمین، بوسیله دیش‌های معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می‌کند.
قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و.... ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود.
همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می‌باشد و در گوشه‌ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش‌های بزرگ تر، دارد. امواج سانتی متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می‌گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳-۳۰ MHz می‌باشد.
دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تاثیرات کم نویز و مزاحمت‌های فرکانسی است. البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی بوسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف می‌گردند. ماهواره‌ها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می‌کنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستمهای دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلوزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.
لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه‌ای گفته می‌شود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می‌کنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می‌تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه‌است.بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقتر در فضا انجام می‌شود , هرگز نمی‌توانست 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 ارزنده‌ای را به جوامع بشری عرضه کرده‌است.ماهواره‌ها که در فضا درحال گردشند, می‌توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه‌های گوناگون شود. ماهواره‌های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.
اجزای سیستم ماهواره‌ای مخابرات
سیستم ماهواره‌ای مخابرات مجموعه‌ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجادارتباطات رادیویی.بخشی ازاین سیستم ماهواره‌ای می‌تواند تنها ازیک ماهواره و.ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می‌شود. این مجموعه , یک (شبکه ماهواره‌ای) نامیده می‌شود
ایستگاههای فضایی
ایستگاه فضایی شبکه ماهواره‌ای مخابرات , از ماهواره (بخش اصلی شبکه) و دستگاههای. جانبی تشکیل شده‌است
ساختمان ماهواره
ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده‌است. زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده‌های رله رادیویی را.انجام می‌دهد و (ترانسپاندر) نام دارد ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می‌فرستند.آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی ازسطح زمین را که. درون شبکه ماهواره‌ای قرار دارند, پوشش می‌دهد یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می‌رود 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 می‌دارد
ساختمان مکانیکی
ساختمان ماهواره باید به گونه‌ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می‌شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولاً از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می‌شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده‌های آنتن نیز هست.این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است.ساخته می‌شود
سیستم منبع تغذیه
منبع اصلی تغذیه معمولاً سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن.باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند
موتوراوج
نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره‌ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره‌است.بعضی مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند
ایستگاههای زمینی : ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره‌ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از: ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولاً ازچند قسمت تشکیل شده‌اند. 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 می‌کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. 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 می‌شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می‌یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه‌های مختلــــــف هستنــــد. این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می‌فرستند یا از فضا دریافت می‌کننـــد. آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می‌شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می‌رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست , آنتنهای مورداستفاده.ماهواره تقریباهمه ازنوع آنتنهای منعکس کننده هستند
سیستمهای کنترل وردیابی فضایی
این سیستمهابه طورکلی چهارعمل راانجام می‌دهند
فرمان ازراه دور: عبارت است ازفرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره برای آن تنظیم شده‌است , مثلاً 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 یاسفینه‌های فضایی رابه صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می‌آورد واز این طریق , اندازه گیری ازمسافتهای خیلی دورانجام می‌شود ردیابی : بااین کارموقعیت مداری وسرعت ماهواره ومشخصه‌های دیگرآن گزارش می‌شود کنترل : عبارت است ازهدایت وسایل وبالارودنده‌های فضایی وماهواره هادرمدار, به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل , یکی از کارهای آنهاست ماهواره‌ها دقیقا در موقعیت خودنسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی ازپیش 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 می‌کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده‌هایی قویتر پیدامی کند وهمچنان که شعاع کم می‌شود تجهیزات ردیاب پیچیده تر می‌شود. برای آنتنهای بزرگ مثلاً ۱۱متری و ۱۳ متری سیستمهای. دریاب کامپیوتری موردنیازوسیستم هدایت امواج آنتن , بزرگ‌تروپیچیده تر می‌شود در سیستم ارسال , قدرت لازم برای تقویت کننده‌های سیگنال , یک عامل تعیین کننده در قیمت فرستنده‌است. نه تنها قیمت این تقویت کننده‌های 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 کننده‌های سیگنال می‌شود. پس عوامل عمده‌ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرندعبارت‌انداز: قطرآنتن , مقدارقدرت تقویت کننده‌های سیگنال , سیستمهای جایگزین.تجهیزات اصلی وقطعات یدکی
یک ماهواره شی ای است که بر مدار تقریبا بیضی شکل به دور زمین می‌گردد. نخستین ماهواره در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط اتحادیهٔ جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد. این ماهواره، اسپوتنیک ۱ نام داشت. این ماهواره کره‌ای به وزن ۶/۸۳ کیلوگرم. به قطر ۵۸ سانتیمتر بود که زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی ۲۵۰ کیلومتر و اوج زمینی ۹۳۴ کیلومتر دور می‌زد و هر بار گردش آن به دور زمین ۹۶ دقیقه طول می‌کشید. اسپونتیک ۱ در طول عمر خود راهی برابر با ۵۹۰ کیلومتر را پیمود. عکس رو برو تصویر این ماهواره را نشان می‌دهد. برای پرتاب ماهواره، باید:۱- آن را به ارتفاع لازم از سطح زمین رساند.۲- آن را در امتداد درست قرار داد.۳- تندی مناسب را به آن داد.ماهواره را باید به ارتفاع چند صد کیلومتر برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود. اگر بخواهیم ماهواره در مداری دایره‌ای شکل قرار گیرد باید سرعتی عمود بر شعاع زمین به آن داده شود و اگر بخواهیم مدار ماهواره بیضی شکل باشد، سرعتی که به آن می‌دهیم باید اندکی از خط عمود انحراف داشته باشد.برای اینکه از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره می‌دهد بیشترین استفاده ممکن به عمل آید باید ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر و حدود ۱۶۰۰ کیلومتر در ساعت خواهد بود. هر شی ای که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در ۲۴ ساعت به دور زمین بچرخد دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است. (پیرامون زمین ۴۰۰۰۰ کیلومتر است.) چنین ماهواره‌ای را تنها ناظرانی می‌توانند ببینند که در استوا یا در نزدیکی آن هستند. این ماهواره فقط اطلاعاتی دربارهٔ عرض جغرافیایی صفر درجه به ما خواهد داد.برای آنکه ماهواره‌ای را همهٔ ناظران زمینی ببینند، باید ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت «موجود» را منتفی می‌کند.سرعت افقی مناسب بین ۳۰۰۰۰ و ۴۰۰۰۰ کیلومتر در ساعت یا بین ۲/۸ تا ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه‌است. ۸ کیلومتر در ثانیه برای مدارهای کوچک و ۱۱ کیلومتر در ثانیه مناسب مدارهای بسیار بزرگ است. اگر سرعت افقی از ۸ کیلومتر در ثانیه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط خواهد کرد. اگر این سرعت از ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمین قرار نخواهد گرفت. ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت.معمولاً سه کاری را که برای پرتاب ماهواره باید انجام داد با هم ترکیب می‌کنند. ماهواره را معمولاً به کمک موشکی چند مرحله‌ای در مدار قرار می‌دهند. غرض اصلی از مرحلهٔ نخست این است که ماهواره از کوتاهترین مسیر ممکن (یعنی به خط مستقیم) از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب ترین سرعت دست یابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل می‌رساند. مرحله‌های دیگر ماهواره را به حالت افقی در می‌آورد و سرعت مورد نظر را به آن می‌دهند.قبل از پرتاب، هر مرحلهٔ موشک با مقدار سوخت لازم پر می‌شود. هر قسمت پس از آنکه وظیفه اش را انجام داد از بقیهٔ موشک جدا می‌شود.یک موشک نمونه برای پرتاب ماهواره، مکن است شامل سه قسمت و یک دماغهٔ مخروطی باشد. ماهواره وقتی بر مدار قرار گرفت، الی الابد در آن خواهد ماند، زیرا نیروهایی که بر ماهواره وارد می‌آیند، یکدیگر را خنثی می‌کنند، و نیروی کل صفر می‌شود. در ارتفاع‌های زیاد از سطح زمین، تنها دو نیرو بر ماهواره وارد می‌شود:۱- نیروی گرانش زمین.۲- نیروی گریز از مرکز.این دو نیرو، در یک سرعت و یک ارتفاع معین، از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت، مخالف یکدیگر هستند. بنابراین یکدیگر را خنثی می‌کنند. از این رو ماهواره‌ای که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدار ش حرکت می‌کند، زیرا نیرویی وجود ندارد تا آن را از مسیر منحرف سازد.در داخل جو زمین، اصطکاک میان جو و ماهواره تعادل نیروی گرانشی و گریز از مرکز را به هم می‌زند. نیروی اصطکاک از سرعت ماهواره می‌کاهد و زنجیرهٔ رویدادهای زیر را موجب می‌شود:۱- کاهش تندی، سبب کاهش نیروی گریز از مرکز می‌شود.۲- نیروی گرانشی که بزرگ‌تر از نیروی گریز از مرکز شده‌است، موجب می‌شود که ماهواره در حالی که به سطح زمین نزدیکتر می‌شود مسیری مارپیچی را بپیماید.۳- نیروی اصطکاک ممکن است به اندازه‌ای حرارت ایجاد کند که ماهواره پیش از رسیدن به زمین بسوزد.ماهواره‌ها برای مقاصد گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند، که بعضی از این موارد عبارت‌انداز:۱- ماهواره‌های مخابراتی۲- ماهواره‌های هواشناسی۳- ماهواره‌های زمین شناسی۴- ماهواره‌های نظامی
انواع پوششهای ماهواره‌ای :
در ساختار ماهواره‌های مخابراتی 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 :
۱) پوشش نقطه‌ای یا Spot برای ناحیه‌ای کوچک از زمین ۲) پوشش منطقه‌ای یا Zone ۳) پوشش نیمکره‌ای یا Hemisphere
ماهواره‌های مخابراتی را در سطح جهان می‌توان ازنظرنواحی وکشورهای زیرپوشش 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 می‌دهند و به هم متصل می‌سازند. از این نوع ماهواره‌های بین المللی , (Intelsat) ماهواره‌های جهانی می‌توان 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 می‌توان ماهواره های(Arabsat)را نام برد.
گروه سوم : ماهواره‌های محلی هستند که برای پوشش یک کشور ساخته شده‌اند.ازاین نوع ماهواره‌ها می‌توان در اندونزی پالاپا(Palapa) ایتالیا، ایتالست (Italsat) ,آست (Asat) هند , (Insat) ماهواره اینست استرالیا رانام برد.
مدارهای ماهواره‌ای :
از ماهواره‌ها به دور زمین دریک مسیربسته که آن را مدار می‌نامند, درحال گردش هستند. ناظری که درخارج منظومه شمسی قرار گرفته و به زمین می‌نگرد , مشاهده می‌کند که ماهواره‌ها د ر مسیرهایی به دور زمین درحال چرخشند. این مسیرهامی توانند دایره‌ای یا بیضی شکل باشند اما مرکززمین در هرحالت در مرکزاین مسیریا در نقطه کانونی آن قرار دارد. ماهواره درصورتی که تحت تاثیر نیروهای جاذبه دیگری قرارنگیرد,همواره درصفحه‌ای به نام صفحه مداری به گردش خودبه دور زمین ادامه می‌دهد.حرکت این صفحه مداری به پریود مدار وزاویه صفحه با مدار استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد, صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین می‌شود. انواع مدارهایی که ماهواره‌ها در آن مستقر می‌شوند , عبارت‌اند از:
۱- LEO - Low earth orbit مدارهای پایین زمین * ۲- Geosynchronous earth orbit مدارهای هم‌زمان زمینی * ۳- GEO -Geostationery earth orbit مدارهای ثابت زمینی *
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 دقیقه‌است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند, درنتیجه می‌توان اجسام نسبتاً سنگین را با یک سیستم پرتاب کننده ساده در آنها قرارداد.گفتنی است که بیشتر ماهواره‌هایی که در این مدارها مستقرند , درصد زیادی (حدود ۵۰ درصد) از وقت خود را در سایه زمین می‌گذرانند 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 , مدار۲۴ 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 میگذرد , صفر است. در نتیجه این دو صفحه بر هم منطبق می‌شوند. مدار ثابت زمینی و مدارهای هم‌زمان زمینی در فاصله ۳۵۷۸۸ کیلومتری زمین قراردارند.ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر درثانیه در مدارثابت زمینی حرکت می‌کنند.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 می‌شوند. 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 ماهواره‌ها:
ماهواره‌های عملیاتی که برای دریافت و ارسال سیگنالها اززمین مورداستفاده قرارمی گیرند, ازنقطه‌ای روی زمین پرتاب می‌شوند و در یک مدار خاص و ثابت قرار می‌گیرند.پس ازانکه ماهواره درمدارثابت قرار گرفت , دستگاه فرعی دیگری هم در ماهواره فعال می‌شود تا قدرت الکتریکی مورد نیاز تکرار کننده‌ها و دیگر دستگا ههای ماهواره را تولیدوتنظیم کند.مداری که برای ارتباط ماهواره‌های محلی از اهمیت بیشتری برخوردار است , مدار ژئوسنکرون نام دارد. ماهواره باید حدالامکان در نقطه‌ای از مدار ژئوسنکرون قرارگیرد که نیروی جاذبه زمین روی آن اثری نداشته باشد این مدار دایره‌ای شکل روی صفحه‌ای قرار دارد که از خط استوا میگذرد. در این حالت , سرعت زاویه‌ای ماهواره و زمین با هم برابر است. ارتفاع ماهواره از سطح زمین در این مدار ۳۵۷۸۸ کیلومتر است.
مزایای مدار ژئوسنکرون :
ماهواره نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می‌بیند, ثابت است , درنتیجه احتیاجی به تغییرجهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاههای زمینی می‌توانند پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرندبه طوری که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر ۴۲/۴ درصد سطح کره زمین را بپوشاند.
معایب مدار ژئوسنکرون :.نواحی قطبی یعنی مناطقی که دارای عرض جغرافیایی بیشتر از ۴۱/۳ درجه‌اند , زیر پوشش قرار نمی‌گیرند. زمان تاخیر انتشار به علت بعد مسافت رفت وبرگشت , زیاد است
در حالت کلی، ماهواره‌ها بروی ۴ نوع مدار یا Orbit که بسته به نوع استفاده ماهواره دارد، قرار می‌گیرند : LEO : Low Earth Orbit POLAR : Polar orbit GEO : Geosynchronous Equatorial Orbit Elliptical : Elliptical Orbit
۱) ماهواره‌های Low Earth Orbit یا LEO :
به ماهواره‌هایی که در در فاصله کمی از سطح زمین قرار دارند، گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها بین (۳۲۰ - ۸۰۰ kilometers) است.
بدلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خود است تا سقوط نکنند.(چرا؟) گاهی سرعت این نوع ماهواره‌ها به (۲۷٬۳۵۹ kilometers per hour)! نیز می‌رسد.
در واقع با اینه سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می‌توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.
ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های Remote Sensing و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع اند. مسیر حرکت از غرب به شرق و همجهت با دوران زمین بدور خود.
۲) Polar Orbit :
نوعی از ماهواره‌های LEO را گویند که مسیر مدار حرکت انها عمود بر خط استوا و مسیر دوران از قطبهای شمال و جنوب میگذرد. مسیر دوران از شمال به جنوب.
ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های Remote Sensing و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع اند.
۳) GEO :
در حالت کلی بروی مدار Geosynchronous Equatorial Orbit 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 دوران زمین بدور خود، هم‌زمان می‌گردند و بدلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت به نام Footprints بر زمین هستند.
به مدار geosynchronous مدار GeoSTATIONARY Orbit و یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود.
تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی بروه این نام خوانده می‌شوند.
۴) Elliptical :
به معنی بیضی بوده و ماهواره‌هایی که دارای مداری بیضوی ماننی شکل فوق هستند گفته می‌شود.
این ماهواره‌ها دارای دو قسمت مداری هستند : ۱) قسمتی که به سطح زمین نزدیک می‌شوند به نام نقطه حضیض یا perigee نامیده می‌شود. ۲) قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج یا apogee نامیده می‌شود.
مانند ماهواره‌های polar مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره از سمت شمال به جنوب است.
همانطور که گفتیم اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار GEO قرار گرفته‌اند، ولی این ماهواره‌ها هیچ پوششی بروی قطبهای شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطبها از این نوع ماهواره‌ها استفاده می‌شود.
در واقع این نوع از ماهواره‌ها، شمالی ترین و جنوبی ترین قسمت نیمکره‌ها hemispheres را پوشش می‌دهند.
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر