ماهواره دیدبانی زمین

یک ماهواره دیدبانی زمین یا ماهواره سنجش از دور زمین، ماهواره‌ای است که برای دیدبانی زمین (Earth Observation) از مدار زمین استفاده شده یا برای این منظور طراحی می‌شود. این ماهواره‌ها شامل ماهواره جاسوسی و موارد مشابهی می‌شوند که برای کاربردهای غیرنظامی مانند پایش زیست‌محیطی، هواشناسی، نقشه‌برداری و دیگر زمینه‌ها در نظر گرفته شده‌اند. رایج‌ترین نوع آن‌ها، ماهواره‌های تصویربرداری زمین هستند که تصاویر ماهواره‌ای، مشابه عکس‌های هوایی، ثبت می‌کنند؛ برخی از ماهواره‌های دیدبانی زمین ممکن است بدون تشکیل تصویر، به سنجش از دور بپردازند، مانند آنچه در اختفای رادیویی جی‌ان‌اس‌اس رخ می‌دهد.

نخستین نمونه سنجش از دور ماهواره‌ای را می‌توان به پرتاب نخستین ماهواره مصنوعی، اسپوتنیک ۱، توسط اتحاد جماهیر شوروی در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ نسبت داد. اسپوتنیک ۱ سیگنال‌های رادیویی ارسال می‌کرد که دانشمندان از آن برای مطالعه یونوسفر استفاده کردند.
آژانس موشک‌های بالستیک ارتش ایالات متحده، نخستین ماهواره آمریکایی، اکسپلورر ۱، را برای آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ پرتاب کرد. اطلاعات ارسال‌شده از آشکارساز تابش آن به کشف کمربندهای تابشی وان آلن زمین منجر شد. فضاپیمای تایروس-۱ که در ۱ آوریل ۱۹۶۰ به عنوان بخشی از برنامه ماهواره دیدبانی فروسرخ تلویزیونی (TIROS) ناسا پرتاب شد، نخستین تصاویر تلویزیونی از الگوهای آب و هوایی را از فضا ارسال کرد.

در سال ۲۰۰۸، بیش از ۱۵۰ ماهواره دیدبانی زمین در مدار قرار داشتند که با استفاده از حسگرهای فعال و غیرفعال، داده‌ها را ثبت کرده و روزانه بیش از ۱۰ ترابیت داده گردآوری می‌کردند. تا سال ۲۰۲۱، این تعداد به بیش از ۹۵۰ ماهواره افزایش یافت که بیشترین تعداد آن‌ها توسط شرکت آمریکایی پلنت لبز اداره می‌شود.

بیشتر ماهواره‌های دیدبانی زمین حامل ابزارهایی هستند که باید در ارتفاع نسبتاً کم‌کار کنند. اکثر این ماهواره‌ها در ارتفاعی بالاتر از 500 تا 600 کیلومتر در مدار قرار می‌گیرند. مدارهای پایین‌تر دارای کشش هوای قابل توجهی هستند که مانورهای مکرر بازافزایش ارتفاع مداری را ضروری می‌سازد. ماهواره‌های دیدبانی زمین ERS-1، ERS-2 و انویست متعلق به آژانس فضایی اروپا و همچنین فضاپیمای مت‌اپ متعلق به یومت‌ست، همگی در ارتفاع حدود  فعالیت می‌کنند. فضاپیماهای پروبا-۱، پروبا-۲ و ماهواره اسماس متعلق به آژانس فضایی اروپا، زمین را از ارتفاعی حدود  رصد می‌کنند. ماهواره‌های دیدبانی زمین امارات متحده عربی، دبی‌ست-۱ و دبی‌ست-۲ نیز در مدار پایینی زمین (LEO) قرار گرفته‌اند و تصاویر ماهواره‌ای از بخش‌های مختلف زمین ارائه می‌دهند.

برای دستیابی به پوشش جهانی با یک مدار پایین، از مدار قطبی استفاده می‌شود. یک مدار پایین، دوره مداری تقریباً ۱۰۰ دقیقه‌ای خواهد داشت و زمین بین هر دو مدار متوالی، حدود ۲۵ درجه حول محور قطبی خود می‌چرخد. مسیر زمینی در هر مدار ۲۵ درجه به سمت غرب جابجا می‌شود و این امکان را فراهم می‌کند که در هر مدار، بخش متفاوتی از کره زمین اسکن شود. بیشتر این ماهواره‌ها در مدار خورشیدآهنگ قرار دارند.

یک مدار زمین‌ثابت، در ارتفاع ، به ماهواره اجازه می‌دهد تا بر فراز یک نقطه ثابت بر روی زمین شناور بماند؛ زیرا دوره مداری در این ارتفاع ۲۴ ساعت است. این امر پوشش بی‌وقفه بیش از یک‌سوم زمین را برای هر ماهواره فراهم می‌کند، بنابراین سه ماهواره با فاصله ۱۲۰ درجه از یکدیگر می‌توانند کل زمین را پوشش دهند. این نوع مدار عمدتاً برای ماهواره‌های هواشناسی استفاده می‌شود.

 تاریخچه 

بندانگشتی|دریاچه لدنیتسکی (لهستان) از دید ماهواره شناسایی آمریکایی کرونا ۹۸، ۱۹۶۵
هرمان پوتوچنیک در کتاب خود به نام The Problem of Space Travel (مسئله سفر فضایی) در سال ۱۹۲۸، ایده استفاده از فضاپیماهای در حال گردش برای دیدبانی دقیق زمین با اهداف صلح‌آمیز و نظامی را بررسی کرد. او تشریح کرد که چگونه شرایط ویژه فضا می‌تواند برای آزمایش‌های علمی مفید باشد. این کتاب، ماهواره‌های زمین‌ثابت (که برای نخستین بار توسط کنستانتین تسیولکوفسکی مطرح شد) را توصیف کرد و به بحث ارتباط میان آن‌ها و زمین با استفاده از رادیو پرداخت، اما ایده استفاده از ماهواره‌ها برای پخش گسترده برنامه‌ها و به عنوان رله‌های مخابراتی را مطرح نکرد.

آغاز جنگ سرد، توسعه سریع سیستم‌های پرتاب ماهواره و فناوری دوربین با قابلیت دیدبانی کافی از زمین را برای کسب اطلاعات از زیرساخت‌های نظامی دشمن و ارزیابی وضعیت هسته‌ای آن‌ها، تسریع بخشید. به دنبال حادثه یو-۲ در سال ۱۹۶۰، که خطرات جاسوسی هوایی را آشکار ساخت، ایالات متحده برنامه‌های ماهواره‌های نظارتی مانند کرونا را شتاب بخشید. پس از سال ۱۹۶۰، ماهواره‌ها تا حد زیادی جایگزین پروازهای هواپیماها برای نظارت و جاسوسی شدند.

 کاربردها 
 هواشناسی 

بندانگشتی|300px|GOES-8، یک ماهواره هواشناسی متعلق به ایالات متحده آمریکا.

یک ماهواره هواشناسی نوعی ماهواره است که عمدتاً برای پایش آب‌وهوا و اقلیم زمین استفاده می‌شود.NESDIS, Satellites.  بازیابی در ۴ ژوئیه ۲۰۰۸  با این حال، این ماهواره‌های هواشناسی چیزی بیش از ابرها و سامانه‌های ابری را مشاهده می‌کنند. چراغ‌های شهر، آتش‌سوزیها، اثرات آلودگی، شفق‌های قطبی، طوفان‌های شن و غبار، پوشش برف، نقشه‌برداری از یخ، مرزهای جریان اقیانوسی، جریان‌های انرژی و غیره، از دیگر انواع اطلاعات زیست‌محیطی هستند که با استفاده از ماهواره‌های هواشناسی جمع‌آوری می‌شوند.

تصاویر ماهواره‌های هواشناسی به پایش ابر خاکستر آتشفشانی از کوه سنت هلن و فعالیت‌های سایر آتشفشان‌ها مانند کوه اتنا کمک کردند.NOAA, NOAA Satellites, Scientists Monitor Mt. St. Helens for Possible Eruption.  بازیابی در ۴ ژوئیه ۲۰۰۸  دود ناشی از آتش‌سوزی‌ها در غرب ایالات متحده، مانند کلرادو و یوتا نیز پایش شده است.

 پایش زیست‌محیطی 
بندانگشتی|چپ|تصویر ماهواره‌ای ترکیبی از زمین که کل سطح آن را در تصویر استوانه‌ای متساوی‌الفاصله نشان می‌دهد.

ماهواره‌های زیست‌محیطی دیگر می‌توانند با تشخیص تغییرات در پوشش گیاهی زمین، محتوای گازهای کمیاب جوی، وضعیت دریا، رنگ اقیانوس و میدان‌های یخی، به پایش زیست‌محیطی کمک کنند. با پایش تغییرات پوشش گیاهی در طول زمان، می‌توان خشکسالی‌ها را از طریق مقایسه وضعیت فعلی پوشش گیاهی با میانگین بلندمدت آن، رصد کرد.NASA, Drought.  بازیابی در ۴ ژوئیه ۲۰۰۸  برای مثال، نشت نفت سال ۲۰۰۲ در سواحل شمال غربی اسپانیا توسط ماهواره اروپایی انویست به دقت زیر نظر گرفته شد. این ماهواره، اگرچه یک ماهواره هواشناسی نیست، اما ابزاری (ASAR) را حمل می‌کند که می‌تواند تغییرات سطح دریا را مشاهده کند. انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی را می‌توان با ارزیابی داده‌های NO و SO در تروپوسفر پایش کرد.

این نوع ماهواره‌ها تقریباً همیشه در مدارهای خورشیدآهنگ و «مدار منجمد» قرار دارند. یک مدار خورشیدآهنگ در هر بار گذر، در زمان یکسانی از روز از روی هر نقطه از زمین عبور می‌کند، بنابراین مشاهدات هر گذر را می‌توان به راحتی با هم مقایسه کرد، زیرا خورشید در هر مشاهده در موقعیت یکسانی قرار دارد. یک «مدار منجمد» نزدیک‌ترین مدار ممکن به یک مدار دایره‌ای است که تحت تأثیر پخ‌شدگی زمین (بخشی از مدل ژئوپتانسیل)، جاذبه گرانشی خورشید و ماه، فشار تابش خورشیدی و نیروی پسار قرار نمی‌گیرد.

 نقشه‌برداری 
با استفاده از ماهواره‌هایی مانند رادارست-۱Grunsky, E.C. The use of multi-beam Radarsat-1 satellite imagery for terrain mapping. بازیابی در ۴ ژوئیه ۲۰۰۸ و تراستار-ایکس می‌توان عوارض زمین را از فضا نقشه‌برداری کرد.

 مقررات بین‌المللی 
بندانگشتی|250px|تصویر هنری از سامانه ماهواره‌ای دیدبانی زمین رپیدآی در حال فعالیت به دور زمین.

بر اساس اعلام اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU)، خدمت ماهواره‌ای دیدبانی زمین (همچنین: خدمت ارتباط رادیویی ماهواره‌ای دیدبانی زمین) طبق ماده ۱٫۵۱ از مقررات رادیویی اتحادیه بین‌المللی مخابرات (RR)ITU Radio Regulations, Section IV. Radio Stations and Systems – Article 1.51, definition: earth exploration-satellite service / earth exploration-satellite radiocommunication service این‌گونه تعریف می‌شود:
یک خدمت ارتباط رادیویی بین ایستگاه‌های زمینی و یک یا چند ایستگاه فضایی که ممکن است شامل پیوندهایی بین ایستگاه‌های فضایی نیز باشد و در آن:
 اطلاعات مربوط به ویژگی‌های زمین و پدیده‌های طبیعی آن، از جمله داده‌های مربوط به وضعیت محیط زیست، از حسگرهای غیرفعال یا فعال روی ماهوارهها به دست می‌آید؛
 اطلاعات مشابهی از سکوهای هوابرد یا مستقر بر روی زمین جمع‌آوری می‌شود؛
 چنین اطلاعاتی ممکن است در ایستگاه‌های زمینی درون سامانه مربوطه توزیع شود؛
 بازجویی از سکوها ممکن است بخشی از این خدمت باشد.
این خدمت همچنین می‌تواند شامل پیوندهای تغذیه‌کننده (feeder links) لازم برای عملیات خود باشد.

 طبقه‌بندی 
این خدمت ارتباط رادیویی مطابق با مقررات رادیویی اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ماده ۱) به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود:

 خدمت ثابت (ماده ۱٫۲۰)

 خدمت ثابت-ماهواره‌ای (ماده ۱٫۲۱)
 خدمت بین-ماهواره‌ای (ماده ۱٫۲۲)

 خدمت ماهواره‌ای دیدبانی زمین

 خدمت ماهواره‌ای هواشناسی (ماده ۱٫۵۲)چپ|250px|بندانگشتی| یک ماهوارهٔ هواشناسی آمریکا، GOES-8
 تخصیص فرکانس 
تخصیص فرکانس‌های رادیویی بر اساس ماده ۵ مقررات رادیویی اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ویرایش ۲۰۱۲) ارائه می‌شود.ITU Radio Regulations, CHAPTER II – Frequencies, ARTICLE 5 Frequency allocations, Section IV – Table of Frequency Allocations

به منظور بهبود هماهنگی در بهره‌برداری از طیف، اکثر تخصیص‌های خدماتی که در این سند ذکر شده‌اند، در جداول ملی تخصیص و استفاده از فرکانس‌ها گنجانده شده‌اند که این امر در حوزه مسئولیت نهاد ملی مربوطه است. تخصیص فرکانس ممکن است اولیه، ثانویه، انحصاری یا اشتراکی باشد.
 تخصیص اولیه: با حروف بزرگ نوشته می‌شود (نمونه زیر را ببینید).
 تخصیص ثانویه: با حروف کوچک نوشته می‌شود.
 استفاده انحصاری یا اشتراکی: در حوزه مسئولیت نهادهای ملی است.
با این حال، استفاده نظامی در باندهایی که استفاده غیرنظامی نیز دارند، مطابق با مقررات رادیویی اتحادیه بین‌المللی مخابرات خواهد بود.

 نمونه‌ای از تخصیص فرکانس
 تخصیص به خدمات منطقه ۱  منطقه ۲  منطقه ۳ ۴۰۱–۴۰۲ مگاهرتز کمک‌های هواشناسی
عملیات فضایی (فضا-به-زمین)
ماهواره دیدبانی زمین (زمین-به-فضا)
ماهواره هواشناسی (زمین-به-فضا)
خدمت ثابت
خدمت متحرک به جز متحرک هوانوردی ۱۳٫۴–۱۳٫۷۵ گیگاهرتز ماهواره دیدبانی زمین (فعال)
 موقعیت‌یابی رادیوییتحقیقات فضاییفرکانس استاندارد و سیگنال زمانی-ماهواره‌ای (زمین-به-فضا)

 جستارهای وابسته 

 کمیته ماهواره‌های دیدبانی زمین
 ماهواره گردآوری داده
 دیدبانی زمین
 فرکانس‌های انتقال ماهواره‌های دیدبانی زمین
 سامانه دیدبانی زمین - یک برنامه ناسا شامل مجموعه‌ای از مأموریت‌های ماهواره‌ای
 نخستین تصاویر زمین از فضا
 ماهواره‌های تصویربرداری
 فهرست ماهواره‌های دیدبانی زمین
 تلسکوپ فضایی
 تصویربرداری ماهواره‌ای
 اختفای رادیویی جی‌ان‌اس‌اس
 پرتوسنج ریزموج (فضابرد)
 ماهواره دیدبانی زمین راداری
 تصویربرداری راداری
 رادار دهانه ترکیبی
 رادار دهانه ترکیبی تداخل‌سنجی
 ارتفاع‌سنجی ماهواره‌ای

 پیوند به بیرون 
 فهرست پورتال EO 
 ایستگاه کنترل زمینی TIROS I و II که نخستین ماهواره دیدبانی زمین (TIROS I) اولین عکس‌های خود را از آنجا ارسال کرد

رده:تصویربرداری ماهواره‌ای
رده:ماهواره‌ها بر پایه نوع
رده:ماهواره‌های تصویربرداری زمین
رده:ماهواره‌های دیدبانی زمین

 منابع 

 پیوند به بیرون 

رده:تصویربرداری ماهواره‌ای
رده:ماهواره‌ها
رده:ماهواره‌ها بر پایه نوع
رده:ماهواره‌های دیدبانی زمین