సమాచార ఉపగ్రహం
సమాచార ఉపగ్రహం అంటే రేడియో టెలికమ్యూనికేషన్లను రిలే చేసే కృత్రిమ ఉపగ్రహం. దీనిలో ఉండే ట్రాన్స్‌పాండరు ద్వారా భూమ్మీద వేరువేరు స్థలాల్లో ఉండే ట్రాన్స్‌మిట్టరు, రిసీవరుల మధ్య ఒక సమాచార కాలువను సృష్టిస్తుంది. టెలివిజను, టెలిఫోను, రేడియో, అంతర్జాలం, సైనిక అవసరాల కోసం సమాచార ఉపగ్రహాలను  వాడుతున్నారు.  ప్రస్తుతం వివిధ కక్ష్యల్లో ఉన్న 2,000 పైచిలుకు సమాచార ఉపగ్రహాలను వివిధ ప్రభుత్వ, ప్రభుత్వేతర సంస్థలు వాడుతున్నాయి.
వైర్‌లెస్ సమాచార వ్యవస్థ, సిగ్నళ్ళ ప్రసారం కోసం విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను వాడుతుంది. ఈ తరంగాలు ప్రయాణం చేసేందుకు గాను మూలము, గమ్యమూ రెండూ కూడా ఒకదానికొకటి "కనబడే " రేఖలో (దృగ్రేఖ - లైన్ ఆఫ్ సైట్) ఉండాలి. అంచేత గోళాకారపు భూమి యొక్క వక్రత వీటిని అడ్డగిస్తుంది. సమాచార ఉపగ్రహం, మూలం  నుండి (ఈ రెండూ దృగ్రేఖలో ఉంటాయి కాబట్టి) ఈ సిగ్నళ్ళను స్వీకరించి, తిరిగి గమ్యానికి పంపిస్తుంది (ఈ రెండూ కూడా దృగ్రేఖలోనే ఉంటాయి కాబట్టి). తద్వారా సమాచార సిగ్నళ్ళు భూమి వక్రతను అధిగమిస్తాయి.
సమాచార ఉపగ్రహాలు విస్తృతమైన రేడియో, మైక్రోవేవ్ పౌనఃపున్యాలను (ఫ్రీక్వెన్సీ) వాడుతాయి. వివిధ సిగ్నళ్ళు ఒకదానికొకటి అడ్డగించుకోకుండా ఉండేందుకు ఏయే సంస్థలు ఏయే పౌనఃపున్యాల బ్యాండ్లను వాడవచ్చుననే విషయమై నిబంధనలను ఏర్పరచారు. ఈ బ్యాండ్ల కేటాయింపు కారణంగా సిగ్నళ్ళ అడ్డగింపు బాగా తగ్గిపోయింది.
భూస్థిర సమాచార ఉపగ్రహ భావనను మొదటగా ఆర్థర్ సి క్లార్క్ కల్పన చేసాడు. ఈ భావనను ఆయన కాన్‌స్తాంతిన్ త్సియోల్కోవ్‌స్కీ, హెర్మన్ నూర్డంగ్‌లు చేసిన పరిశోధనలపై, వ్యాసాలపై ఆధారపడి చేసాడు. 1945  అక్టోబరులో క్లార్క్, "వైర్‌లెస్ వరల్డ్" అనే బ్రిటిషు పత్రికలో "ఎక్స్‌ట్రా టెరెస్ట్రియల్ రిలేస్" అనే వ్యాసాన్ని ప్రచురించాడు. భూస్థిర కక్ష్య (జియోస్టేషనరీ ఆర్బిట్) లో ఉపగ్రహాలను ప్రక్షేపించి, రేడియో సిగ్నళ్ళను ప్రసారం చేసే  విషయమై మౌలికాంశాలను అందులో వివరించాడు. అందుచేత క్లార్క్‌ను సమాచార ఉపగ్రహ ఆవిష్కర్తగా పేర్కొంటారు. ఆయన కల్పన చేసిన కక్ష్యను క్లార్క్ బెల్ట్ అని అంటారు.
కొన్ని దశాబ్దాల తరువాత అమెరికా నౌకాదళం "కమ్యూనికేషన్ మూన్ రిలే" అనే ప్రాజెక్టును చేపట్టింది. దాని ధ్యేయం, చంద్రుణ్ణి అద్దంగా వాడి వైర్‌లెస్ సిగ్నళ్ళను భూమికి తిరిగి ప్రతిఫలించేలా చెయ్యడం.
ప్రపంచపు మొట్టమొదటి కృత్రిమ ఉపగ్రహం, సోవియట్ యూనియన్ ప్రయోగించిన స్పుత్నిక్ 1. 1957 అక్టోబరు 4 న దాన్ని కక్ష్యలో ప్రవేశపెట్టారు. అందులో రెండు ఫ్రీక్వెన్సీలలో -20.005, 40.002 MHz-  పనిచేసే రేడియో ట్రాన్స్‌మిట్టరు ఉంది. అంతరిక్ష పరిశోధన, రాకెట్ల అభివృద్ధిలో భాగంగా స్పుత్నిక్-1 ను ప్రయోగించారు తప్ప, సమాచార ప్రసారాల కోసం కాదు.
సమాచార ప్రసారం కోసం వాడిన మొట్టమొదటి కృత్రిమ ఉపగ్రహం ఎకో-1 (Echo 1) అనే బెలూను. 1960 ఆగస్టు 12 న నాసా ప్రయోగించిన ఈ బెలూను 1,600 కి.మీ. ఎత్తుకు వెళ్ళింది. 30 మీ. వ్యాసం కలిగిన ఈ బెలూన్ను అల్యూమినియం పూతపూసిన PET ఫిల్ముతో తయారు చేసారు. గాలి ఊది తయారుచేసిన ఈ ఉపగ్రహమే - దీన్ని సాటెలూన్ పిలుచుకున్నారు - నేటి సమాచార ఊపగ్రహాలకు పునాది వేసింది. భూమి నుండి  వచ్చిన సిగ్నలును తిరిగి భూమ్మీదే మరో ప్రదేశానికి పంపించడం అనే సమాచార ఉపగ్రహ ప్రాథమిక భావనను, 10 అంతస్తులంత ఎత్తున్న ఎకో-1, ఒక పెద్ద అద్దంలా పనిచేసి ఆచరణలో చూపింది.
1968 లో ప్రయోగించిన ప్రాజెక్ట్ SCORE అమెరికా వారి మొదటి సమాచార ఉపగ్రహం. దానిలో ఒక టేపు రికార్డరును ఉంచి మౌఖిక సందేశాలను రికార్డు చేసి తిరిగి ప్రసారం చేసారు. అమెరికా అధ్యక్షుడు డ్వైట్ ఐసెన్‌హోవర్ ప్రపంచానికి క్రిస్ట్‌మస్ శుభాకాంక్షలను దాని ద్వారా ప్రసారం చేసారు. ఫిల్కో నిర్మించిన కొరియర్ 1B, మొట్టమొదటి తక్షణ రిపీటర్ ఉపగ్రహం.
సమాచార ఉపగ్రహాల్లో రెండు రకాలున్నాయి - పాసివ్, యాక్టివ్. పాసివ్ ఉపగ్రహాలు తమ వద్దకు వచ్చిన స్సిగ్నలును రిసీవరు దిశగా ప్రతిఫలిస్తాయి, అంతే. అవి సిగ్నలును ఉద్దీపనం (యాంప్లిఫై) చెయ్యవు. అందుచేత ట్రాన్స్‌మిట్టరు వద్ద సిగ్నలులో ఉన్న శక్తి రిసీవరు వద్దకు చేరుకునేసరికి బాగా క్షీణించి చాలా బలహీనంగా ఉంటుంది. ఉపగ్రహం భూమినుండి చాలా ఎత్తులో ఉండడం చేత, అంతరిక్షంలో ప్రయాణించేటపుడు శక్తిని కోల్పోవడం చేత ఇలా జరుగుతుంది. యాక్టివ్ ఉపగ్రహాలు తమ వద్దకు వచ్చిన సిగ్నలును ఉద్దీపించి, తిరిగి రిసీవరుకు ప్రసారం చేస్తాయి. తొలి సమాచార ఉపగ్రహాలు, పాసివ్ ఉపగ్రహాలే. అయితే ఇవి ప్రస్తుతం అంతగా వినియోగంలో లేవు. AT&T కి చెందిన టెల్‌స్టార్, రెండవ సమాచార ఉపగ్రహం. ఉపగ్రహ సమాచారాన్ని అభివృద్ధి చెయ్యాలని వివిధ దేశాలకు చెందిన సంస్థలు చేసుకున్న అంతర్జాతీయ ఒప్పందానికి అనుగుణంగా దీన్ని తయారుచేసి, ప్రయోగించారు. 1962 జూలై 10 న నాసా దీన్ని కేప్ కానెవరల్ నుండి ప్రయోగించింది. ఇది ప్రైవేటు సంస్థలు స్పాన్సరు చేసిన మొట్టమొదటి ఉపగ్రహం. 1962 డిసెంబరు 13 న ప్రయోగించిన రిలే 1, 1963 నవంబరు 22 న మొట్టమొదటిసారిగా పసిఫిక్ మహా సముద్రం ఒకవైపు నుండి రెండో వైపుకు సిగ్నలును ప్రసారం చేసింది.
భూస్థిర ఉపగ్రహాల కంటే కొద్దిగా ముందు వచ్చింది, సింకామ్ 2. 1963 జూలై 26 న ప్రయోగించిన సింకామ్ 2, భూ సమన్వయ కక్ష్య (జియోసింక్రొనస్ ఆర్బిట్) లోని మొట్టమొదటి సమాచార ఉపగ్రహం. ఇది భూభ్రమణ వేగంతో సమానమైన కోణీయ వేగంతో పరిభ్రమించినప్పటికీ భూ సమన్వయ కక్ష్యలో ఉండడం చేత, దీనికి ఉత్తర-దక్షిణ చలనం ఉండేది. ఈ కారణంగా దీన్ని రిసీవర్లు సరిగా అనుసరించడం కోసం ప్రత్యేక పరికరాలు వాడాల్సి వచ్చేది. దాని తర్వాత వచ్చిన సింకామ్ 3, మొట్టమొదటి భూస్థిర సమాచార ఉపగ్రహం.
అంగారక గ్రహంపై దిగిన ల్యాండర్లు, రోవర్లు, ప్రోబులూ భూమికి సమాచారాన్ని రిలే చెయ్యడం కోసం భూకక్ష్యల్లో ఉన్న అంతరిక్ష నౌకలను సమాచార ఉపగ్రహాలుగా వాడుకున్నాయి. ల్యాండర్లు తమ శక్తిని ఆదా చేసుకునే విధంగా ఈ నౌకలను తయారుచేసారు. ఈ నౌకల్లో ఉన్న అధిక శక్తిమంతమైన ట్రాన్స్‌మిట్టర్లు, యాంటెనాలూ ల్యాండర్లు పంపే సిగ్నళ్ళను బాగా ఉద్దీపించి భూమికి పంపిస్తాయి. ల్యాండర్లు తమంత తాము నేరుగా అలా పంపలేవు.
Communications satellites usually have one of three primary types of , while other are used to further specify orbital details.
మధ్యమ, నిమ్న కక్ష్యల్లో తిరిగే ఉపగ్రహాలు భూభమణ వేగంకంటే ఎక్కువ కోణీయ వేగంతో పరిభ్రమిస్తూంటాయి. అందుచేత భూస్థిర కక్ష్యలోని ఉపగ్రహాల్లా స్థిరంగా ఉండవు. భూమినుండి చూసే పరిశీలకునికి అవి ఆకాశంలో ప్రయాణిస్తూ కనిపిస్తాయి. ఉపగ్రహం భూమి వెనక్కు వెళ్ళినపుడు సిగ్నలు అసలే అందదు. నిరంతర సమాచార ప్రసారాలు జరిగేందుకు గాను, ఈ కక్ష్యల్లో చాలా ఎక్కువ ఉపగ్రహాలు అవసరమౌతాయి. కనీసం ఒక్క ఉపగ్రహమైనా ఎల్లప్పుడూ కనబడుతూంటుంది. అయితే, భూమికి దగ్గరగా ఉండడం చేత సిగ్నలు శక్తి క్షీణత తక్కువగా ఉంటుంది.
భూ నిమ్న కక్ష్యలు భూతలం నుండి 2,000 కి.మీ. ఎత్తు వరకూ ఉండే వర్తుల కక్ష్యలు. కక్ష్యాకాలం 90 నిముషాల వరకూ ఉంటుంది.
తక్కువ ఎత్తులో ఉండడం చేత ఈ కక్ష్యల్లోని ఉపగ్రహం 1,000 కి.మీ. వ్యాసార్థంగల వృత్త విస్తీర్ణంలో మాత్రమే కనిపిస్తుంది. పైగా, ఈ కక్ష్యల్లోని ఉపగ్రహాలు వేగంగా పరిభ్రమిస్తూ ఉండడం వలన, చాలా వేగంగా వీటి స్థానం మారుతూంటుంది. అందుచేత, నిరంతరాయ కనెక్టివిటీ ఉండాలంటే పెద్ద సంఖ్యలో ఉపగ్రహాలుండాల్సిన అవసరం ఉంది.
నిమ్న కక్ష్య ఉపగ్రహాలను ప్రయోగించడం, భూ స్థిర ఉపగ్రహాల కంటే చౌక. భూమికి దగ్గరగా ఉండడాన సిగ్నలు శక్తి క్షీణత తక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి, తక్కువ శక్తి గల సిగ్నలు పంపితే సరిపోతుంది. ఈ విధంగా ఉపగ్రహాల అధిక సంఖ్యకు, తక్కువ ప్రయోగ, నిర్వహణ ఖర్చుకూ సరిపోతుంది.
అంతేకాక, ఈ రెండు రకాల ఉపగ్రహాలలో వాడే పరికరాల్లోను, భూస్థిత పరికరాల్లోను ముఖ్యమైన తేడాలు కొన్ని ఉన్నాయి కూడాను.
పరస్పర సమంవయంతో పనిచేసే ఉపగ్రహాల సమూహాన్ని ఉపగ్రహ మండలం అంటారు. ఉపగ్రహ ఫోను సేవలు అందిస్తున్న అలాంటి ఉపగ్రహ మండలాలు రెండు: ఇరిడియమ్‌, గ్లోబల్‌స్టార్. ఇరిడియమ్‌ భూనిమ్న కక్ష్యలో 66 ఉపగ్రహాలను నిర్వహిస్తోంది.
భూనిమ్న కక్ష్యనుండి అంతరాయంతో పనిచేసే సమాచార ప్రసార ఉపగ్రహాలు కూడా ఉన్నాయి. అందుబాటులో లేని సమయంలో డేటాను రికార్డు చేసుకుని తిరిగి అందుబాటులోకి వచ్చినపుడు దీన్ని ప్రసరాం చేస్తుంది. ఈ పద్ధతిని వాడుతున్న ఉపగ్రహం కెనడాకు చెందిన . అలాంటిదే మరొకటి .
భూతలం నుండి 2,000 నుండి 35,786 కి.మీ. మధ్య ఎత్తులో పరిభ్రమించే ఉపగ్రహాలు భూ మధ్య కక్ష్య ఉపగ్రహాలు. పనితీరులో ఇవి భూ నిమ్న కక్ష్య ఉపగ్రహాల్లాంటివే. భూ మధ్య కక్ష్య ఉపగ్రహాలు భూ నిమ్న కక్ష్య ఉపగ్రహాల కంటే ఎక్కువ సేపు కనబడతాయి -2 నుండి 8 గంటల సేపు ఇవి కనబడతాయి. ఇవి కవరు చేసే భూభాగం కూడా ఎక్కువే. ఎక్కువ సేపు కనబడడం, ఎక్కువ భూభాగాన్ని కవరు చెయ్యడం అనే ఈ రెండు కారణాల వలన, భూ మధ్య కక్ష్యలోని ఉపగ్రహాల ద్వారా ఏర్పాటు చేసే సమాచర నెట్‌వర్కు కోసం తక్కువ ఉపగ్రహాలు అవసరమౌతాయి. భూమి నుండి ఈ కక్ష్యల దూరం ఎక్కువగా ఉండడం వలన సిగ్నలు ప్రసాఅరానికి ఎక్కువ సమయం తీసుకోవడం, సిగ్నలు బలహీనంగా ఉండడం దీని ప్రతికూలతలు. అయితే భూస్థిర ఉపగ్రహాలతో పోలిస్తే ఈ ప్రతికూలత పెద్ద ఎక్కువేమీ కాదు.
భూ మధ్య కక్ష్య లోని ఉపగ్రహాలు సాధారణంగా 16,000 కి.మీ. ఎత్తున ఉంటాయి. వీటి పరిభ్రమణ సమయం 2 నుండి 112 గంటలు ఉంటంది.
1962 లో మొట్ట మొదటి సమాచార ఉపగ్రహం టెల్‌స్టార్‌ను ప్రయోగించారు. అది భూ మధ్యస్థ కక్ష్య ఉపగ్రహం.
భూ స్థిర కక్ష్య లోని ఉపగ్రహం భూమి కోణీయ వేగంతో సమానమైన కోణీయ వేగంతో పరిభ్రమిస్తూ ఉంటుంది కాబట్టి, భూమితో పోలిస్తే ఇది స్థిరంగా, చలనం లేకుండా ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది. ఈ కక్ష్యలో పరిభ్రమించే ఉపగ్రహాన్ని అనుసరించేందుకు భూమిపై ఉన్న యాంటెన్నాలను కదిలించాల్సిన అవసరం లేదు, ఒకే స్థానంలో, ఒకే దిశలో స్థిరంగా ఉంచితే సరిపోతుంది. తద్వారా యాంటెన్నాల ఖర్చు తక్కువ అవుతుంది.
అధిక సంఖ్యలో యాంటెన్నాలు వాడే టీవీ ప్రసారాల వంటి అప్లికేషన్లలకు సంబంధించి, యాంటేన్నాల విషయంలో ఆదా అయ్యే ఖర్చుతో పోలిస్తే, ఉపగ్రహాన్ని కక్ష్యలో ప్రతిక్షేపించేందుకు అయ్యే ఖర్చు పెద్ద లెక్కలోది కాదు.
సమాచార ఉపగ్రహాలను తయారుచేసే సంస్థల్లో ప్రధానమైనవి: బోయింగ్ సాటిలైట్ డెవలప్‌మెంట్ సెంటరు, స్పేస్ సిస్టమ్స్/లోరల్, ఇస్రో, ఆర్బిటాల్ స్పేస్ సైన్సెస్, లాక్‌హీడ్ మార్టిన్, నార్త్‌రాప్ గ్రుమ్మన్, ఏస్ట్రియమ్.
భూ స్థిర ఉపగ్రహాలు భూమధ్యరేఖపైననే ఉండాలి - అంటే భూమధ్య రేఖాతలానికి ఉపగ్రహ కక్ష్య సున్నా డిగ్రీలకోణంలో ఉండాలి. ఈ కారణంగా భూమధ్య రేఖ నుండి దూరంగా, ఉన్నత అక్షాంశాల వైపు పోయే కొద్దీ ఉపగ్రహం దిక్చక్రంపై (హొరైజన్) దిగువన ఉన్నట్లుగా రీసీవరుకు కనిపిస్తుంది. భూమధ్య రేఖకు బాగా దూరంగా ఉండే అక్షాంశాల వద్ద సిగ్నళ్ళు భూమిని తాకి ప్రతిఫలించడం కారణంగా సిగ్నల్ ఇంటర్‌ఫియరెన్స్ కలుగుతుంది. ధ్రువాలకు దగ్గరగా ఉన్న ప్రాంతాల్లో భూస్థిర ఉపగ్రహం దిక్చక్రంకంటే దిగువన ఉన్నట్టు కనిపిస్తుంది. ఈ సమస్యకు పరిష్కారంగా మోల్నియా కక్ష్యలోకి ఉపగ్రహాలను ప్రయోగించారు. ముఖ్యంగా భౌగోళిక పరిస్థితుల రీత్యా రష్యాకు ఈ అవసరం కలిగింది.
మోల్నియా కక్ష్యలు, ఉన్నత అక్షాంశాల వద్ద అధిక ఎలివేషన్‌ను కలిగి ఉంటాయి. మోల్నియా ఉపగ్రహాలు తమ పరిభ్రమణ సమయంలో ఎక్కువ భాగం, ఉన్నత అక్షాంశాలపై విహరించేలా కక్ష్యను ఎంచుకుంటారు. ఆ సమయంలో భూమిపై దాని ముద్ర నిదానంగా కదులుతూ ఉంటుంది. మూడు మోల్నియా ఉపగ్రహాలతో ఈ ప్రాంతాలను నిరంతరాయంగా కవరేజీ చెయ్యవచ్చు.
1965 ఏప్రిల్ 23 న మోల్నియా కక్ష్యలోకి మొదటి ఉపగ్రహాన్ని ప్రయోగించారు. దీని ద్వారా మాస్కోలోని టీవీ స్టేషన్ నుండి సిగ్నళ్ళను సైబీరియాకు, తూర్పు రష్యాలోని ప్రాంతాలకూ ప్రసారం చేసారు. 1967 లో రష్యా మోల్నియా ఉపగ్రహాలతో కూడిన సమాచార వ్యవస్థ, "ఆర్బిటా"ను తయారుచేసిది.
ఇవి సౌర సమన్వయ కక్ష్యలు -ఈ కక్ష్యలో తిరిగే ఉపగ్రహాలు భూమధ్యరేఖను ప్రతిరోజూ ఒకే సమయంలో దాటుతాయి. ఉదాహరణకు, అమెరికాకు చెందిన జాతీయ ధ్రువ కక్ష్యలో పరిభ్రమించే పర్యావరణ ఉపగ్రహాల వ్యవస్థ (NPOESS) కు చెందిన ఉపగ్రహాలు దక్షిణం నుండి ఉత్తరాలకి వెళ్తూ, మధ్యాహ్నం 1:30 గంటలకు, సాయం 5:30 గంటలకు, రాత్రి 9:30 గంటలకూ భూమధ్య రేఖను దాటుతాయి.
సాధారణంగా సమాచార ఉపగ్రహాల్లో కింది ఉపవ్యవస్థలుంటాయి:
ఉపగ్రహ బ్యాండ్‌విడ్త్ సామర్థ్యం అందులో ఉన్న ట్రాన్స్‌పాండర్ల సంఖ్యను బట్టి ఉంటుంది. టీవీ, మౌఖిక, అంతర్జాల, రేడియో వంటి సేవల ప్రసారానికి ఒక్కొక్కదానికీ ఒక్కో బ్యాండ్‌విడ్త్ ఉండాలి.