ماهواره

ماهواره به دستگاه‌های ساخت بشر گفته می‌شود که به صورت عمدی به فضا فرستاده شده و در مدارهایی در فضا به گرد زمین یا سیارات دیگر می‌چرخند.
اهمیت ماهواره‌ها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است. بخشی از پژوهش‌های علمی و تخصصی که در آزمایشگاه‌های مستقر در فضا انجام می‌شود، هرگز نمی‌توانست روی کرهٔ زمین جنبهٔ عملی به خود گیرد.
نخستین ماهوارهٔ فضایی جهان اسپوتنیک-۱ (به معنی همسفر-۱ به زبان روسی) بود که در تاریخ ۱۲ مهر ۱۳۳۶ (۴ اکتبر ۱۹۵۷) به مدار زمین پرتاب شد. پرتاب اسپوتنیک-۱ به مدار زمین آغازگر عصر فضا و مسابقه فضایی شد. از آن زمان، حدود ۶۶۰۰ ماهوارهٔ بیش از ۴۰ کشور به وسیلهٔ ۱۰ ملت به فضا پرتاب شده‌اند. بنا بر تخمینی مربوط به ۲۰۱۳، ۳۶۰۰ تا در مدار باقی مانده‌اند. از این تعداد حدود ۱۰۰۰ تا فعال بوده‌اند و بقیه، عمر مفیدشان را پشت سر گذاشته و به زباله‌های فضایی تبدیل شده‌اند. تقریباً ۵۰۰ ماهواره عملیاتی در مدار زمین-پایین هستند؛ ۵۰ تا در مدار زمین-متوسط (در 20000 km)، و بقیه در مدار زمین-ثابت هستند (در 36000 km). تعداد کمی ماهواره بزرگ در قطعات جداگانه پرتاب و در مدار به هم متصل شده‌اند. بالغ بر یک دوجین سفینه کاوشگر در مدارات سایر اجرام قرار داده شده و تبدیل به ماهواره‌های مصنوعی ماه، تیر، ناهید، مریخ، برجیس(سیاره)، کیوان، تعدادی سیارک، و خورشید گشته‌اند.
اولین ماهوارهٔ ایالات متحده برای تقویت کردن مخابرات «پروژهٔ اسکور» در سال ۱۹۵۸ میلادی بود که از یک نوار برای ضبط و پخش پیام‌های صوتی استفاده می‌کرد. از این ماهواره برای پخش پیام تبریک کریسمس رئیس‌جمهور آمریکا «آیزن هاور» به سراسر دنیا استفاده می‌شد. در سال ۱۹۶۰ میلادی ناسا ماهوارهٔ «اکو» را پرتاب کرد.
تل استار اولین ماهوارهٔ فعال مخابرهٔ مستقیم ماهواره‌ای تجاری بود. وابسته‌های به «ای تی اند تی» به عنوان بخشی از توافق چند ملیتی بین «ای تی اند تی»، آزمایشگاه‌های تلفن بل، ناسا، ادارهٔ پست عمومی بریتانیا و دفتر پست ملی فرانسه برای گسترش ارتباطات ماهواره‌ای، آن ماهواره را از پایگاه فضایی کیپ کارناورال در ۱۰ ژوئیه ۱۹۶۲ میلادی توسط ناسا پرتاب کردند.
اولین و مهم‌ترین برنامهٔ ماهواره‌های مخابراتی در تلفن بلند برد میان قاره‌ای بود. پیشرفت‌ها در کابل‌های مخابراتی زیردریایی با استفاده از فیبرهای نوری باعث کاهش استفاده از ماهواره‌ها برای تلفن‌های ثابت در اواخر قرن بیستم شد، ولی هنوز برخی اقلیم‌ها یا قسمت‌هایی از برخی کشورها بودند که خطوط زمینی مخابرات در آن‌ها اندک بود یا موجود نبود مانند قطب جنوب، به علاوهٔ بخش عظیمی از استرالیا، آمریکای جنوبی، آفریقا، کانادای شمالی، چین، روسیه و گرین لند.
بعد از اینکه سرویس تلفن راه دور تجاری با استفاده از مخابرات ماهواره‌ای ایجاد شد، یک میزبان از دیگر ارتباطات راه دور تجاری با ماهواره‌های مشابه در سال ۱۹۷۹ میلادی شامل موبایل‌ها ی ماهواره‌ای، رادیوی ماهواره‌ای، تلویزیون ماهواره‌ای و دسترسی اینترنتی ماهوارهٔ تطبیق شد. اولین تطابق‌ها برای بیشتر سرویس‌ها در دههٔ ۱۹۹۰ میلادی اتفاق افتاد و درحالیکه قیمت‌گذاری برای کانال‌های تقویت
کنندهٔ ماهواره‌ای ادامه می‌یافت به‌طور قابل توجهی افت کرد.

کاربرد ماهواره‌ها

در عصری که ما در آن زندگی می‌کنیم، ماهواره و تکنولوژی وابسته به آن، آنچنان در تاروپود جوامع بشری نفوذ کرده که نقش تعیین‌کنندهٔ آن در سیر تحولات تمدن بشری، قابل توجه است.
بخشی از تحقیقات و پژوهش‌های علمی - تخصصی، که در آزمایشگاه‌های مستقر در فضا انجام می‌شود، هرگز نمی‌توانست روی کرهٔ زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات، که بسیار متعدد و متنوع است، در تخصص‌های پزشکی، داروسازی، مهندسی مواد، مهندسی ژنتیک و ده‌ها مورد دیگر، تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده‌ای را به جوامع بشری عرضه کرده‌است.
ماهواره‌ها که در فضا در حال گردشند، می‌توانند اطلاعات باارزشی در اختیار انسان قرار دهند که منجر به تحولات شگرفی، در زمینه‌های گوناگون شود. ماهواره‌های کشف منابع زمینی، هواشناسی، مخابراتی، پژوهشی و نظامی از این نوع می‌باشند.

وضعیت ماهواره و زمین

ماهواره‌ای که در مدار ژئوسنکرون 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، و از یک ایستگاه زمینی نیز به صورت یک نقطه ثابت، قابل دیدن است.
گرانش ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی روی ماهواره تأثیر می‌گذارد و می‌تواند ماهواره را از مدار خود جابجا کند. برای جلوگیری از این مسئله، موتورهای مخصوصی که به وسیلهٔ ایستگاه‌های زمینی کنترل می‌شوند، کمک می‌کنند که ماهواره‌ها در مدار خود باقی بمانند.

ایستگاه فضایی

ایستگاه فضایی، یک ساختار ساخته دست بشر می‌باشد که برای زندگی انسان در فضای خارج طراحی شده‌است. یک ایستگاه فضایی از انواع فضاپیماها به وسیله نقصش در نیرو محرکه زیاد یا امکانات بر زمین نشستن، متمایز می‌شود. به جای موتورهای دیگر به عنوان جا به جایی به و از ایستگاه استفاده می‌شود.
ایستگاه‌های فضایی برای باقی‌ماندن در مدار برای مدت کوتاهی طراحی شده‌اند، برای قسمتی از هفته یا ماه یا حتی سال.

ماهواره‌های مدار پایین زمین (LEO)

به ماهواره‌هایی که در فاصله نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پایین 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 دَوَران زمین به دور خودش است.
زمان یک دور چرخش به دور زمین در این مدارها، حدود ۹۰ دقیقه است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند، در نتیجه می‌توان اجسام نسبتاً سنگین را با یک سیستم پرتاب‌کنندهٔ ساده در آن مدارها قرار داد. گفتنی است که بیشتر ماهواره‌هایی که در این مدارها قرار دارند، درصد زیادی (حدود ۵۰ درصد) از وقت خود را در سایهٔ 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 کار برده می‌شوند.
به دلیل نزدیکی فاصلهٔ این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خودش است؛ سرعت این‌گونه ماهواره‌ها باید به حدی باشد تا به زمین سقوط نکنند. گاهی سرعت آن‌ها به ۲۷٬۰۰۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد. برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

ماهواره‌های مدار قطبی (Polar)

نوعی از ماهواره‌ها را می‌گویند که مسیر مدار حرکت آن‌ها عمود بر خط استوا و مسیر دَوران آن از قطبهای شمال و جنوب می‌گذرد. مدار قطبی بی شباهت به مدارات ارتفاع پایین نیست و تنها فرق اساسی آن‌ها در جهت دَوران ماهواره است، ماهواره‌های مدار قطبی از شمال به جنوب در گردشند؛ برخلاف ماهواره‌های دیگر که از شرق به غرب است.
ماهواره‌های مدارات قطبی جهت مشاهده سطح زمین مورد استفاده قرارمی‌گیرند. وقتی که یک ماهواره مدار قطبی در حال دوران از شمال به جنوب بدور زمین است و چون زمین نیز خود از شرق به غرب در حال گردِش به دور خود است، این نکته باعث جاروب تمام نقاط موجود بر روی سطح زمین می‌گردد. این کار شبیه پوست کندن یک پرتقال است؛ قسمت به قسمت و در نهایت یک شکلِ تصویرِ کروی از سطح زمین.
بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

ماهواره‌های مدار زمین ثابت (Geo)

این نوع ماهواره‌ها در حالت کلی به روی مدار زمین‌ایست و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۵۷۸۶ کیلومتری از سطح زمین قرار داند.
مدارهای زمین‌ایست دوره گردِشی، درست برابر گردش زمین دارند. این مدار، مدار۲۴ ساعته نیز خوانده می‌شود. این ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر درثانیه در مدار زمین‌ایست حرکت می‌کنند. برای ردیابی ماهواره احتیاج به سیستم پیچیده‌ای نیست ماهواره‌ها در مدار ثابت زمینی، با تعداد کم، 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.
ماهواره نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می‌بیند، ثابت است، در نتیجه احتیاجی به تغییر جهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاه‌های زمینی می‌توانند تحت پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرند به‌طوری‌که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر ۴۲/۴ درصد سطح کره زمین را بپوشاند. این نوع ماهواره‌های در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و به دلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای‌پا») بر زمین هستند. به مدار geosynchronous مدار مدار زمین‌ایست یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود.
تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.