ماهواره‌های مخابراتی-قسمت دوم
ماهواره مخابراتی (كه به طور مختصر، كام‌ست خوانده می‌شود)، قمری مصنوعی است كه با هدف دریافت، تقویت و ارسال مجدد طیف رادیویی از محدوده امواج الكترومغناطیس به فضا فرستاده می‌شود. ماهواره‌های مخابراتی معمولاً در مدار زمین‌ثابت (ژئو) و یا مدار مولنیا قرار می‌گیرند، اما در سامانه‌های مخابراتی جدید، ناوگان‌های از ماهواره‌های مستقر در مدارهای كم‌ارتفاع زمینی (لئو) نیز در زمینه مخابرات فعالیت می‌كنند. مخابرات ماهواره‌ای به عنوان عضو مكملی در كنار فناوری انتقال اطلاعات از طریق كابل‌های مسی، فیبرهای نوری و یا مخابرات رادیویی عمل می‌كند. این ماهواره‌ها همچنین برای كاربران متحرك مانند كشتی‌ها و هواپیماها كه استفاده از فناوری‌های دیگر مانند به‌كارگیری كابل برای آنها غیرعملی و ناممكن است، خدماتی حیاتی ارائه می‌دهند.
ماهواره‌های مخابراتی واقع در مدارهای كم‌ارتفاع (لئو)
مدارهای كم‌ارتفاع زمینی، به مدارهایی واقع در ارتفاع 200 تا 2000 كیلومتری سطح زمین اطلاق می‌شود. سرعت گردش ماهواره‌ها به دور زمین با كاهش ارتفاع مداری، افزایش می‌یابد. برای مثال، زمان یك دور گردش ماهواره‌ای كه در مداری به ارتفاع چهارصد كیلومتر از سطح زمین قرار دارد، حدود 90 دقیقه است. این در حالی است كه یك ماهواره واقع در مدار زمین‌ثابت به ارتفاع حدود 36000 كیلومتری سطح زمین، به 24 ساعت زمان نیاز دارد تا یك بار به دور زمین بچرخد. از طرفی، ماهواره‌های واقع در مدارهای كم‌ارتفاع، تنها می‌توانند محدوده‌ای به شعاع حدود 1000 كیلومتر را بر سطح زمین پوشش دهند. بنابراین، برای یك ارتباط بدون اختلال، حتی برای كاربردهای منطقه‌ای، تعداد زیادی از این نوع ماهواره‌ها لازم است.
قرار دادن ماهواره در مدار كم‌ارتفاع زمینی كم‌هزینه‌تر از پرتاب ماهواره به مدار زمین‌ثابت بوده و به دلیل نزدیك بودن ماهواره به زمین، قدرت سیگنال كمتری مورد نیاز است (قدرت سیگنال با مجذور فاصله رابطه عكس دارد، بنابراین این كاهش در فاصله‌های زیاد بسیار چشمگیر خواهد بود). از این رو، بین تعداد ماهواره‌ها و هزینه آنها باید حالت بهینه انتخاب شود. لازم به ذكر است كه میان تجهیزات ماهواره‌ای و ایستگاه زمینی در دو نوع ماهواره زمین‌ثابت و كم‌ارتفاع زمینی تفاوت زیادی وجود دارد.
مجموعه‌ای از ماهواره‌ها كه با هم به انجام مأموریتی معین بپردازند، ناوگان ماهواره‌ای خوانده می‌شود. دو نمونه از این مجموعه‌ها كه با هدف برقراری مكالمات تلفنی در نقاط دوردست به وجود آمدند، ایریدیوم و گلوبال‌استار نام دارند. به عنوان مثال، ناوگان ایریدیوم كه سراسر كره زمین را پوشش می‌دهد، دارای 66 ماهواره است. مورد دیگری كه ماهواره‌های كم‌ارتفاع زمینی امكان‌پذیر كرده‌اند، پوشش غیرپیوسته است كه در این حالت، داده‌ها هنگام عبور ماهواره از فراز نقطه‌ای از زمین دریافت و در ماهواره ذخیره شده و سپس با حركت ماهواره و رسیدن به نقطه‌ای دیگر از زمین، ارسال می‌شوند. سامانه مخابراتی تجاری كَسكید مربوط به پروژه ماهواره‌ای كَسیوپ آژانس فضایی كانادا بر همین اساس طراحی شده است.
ماهواره‌های مخابراتی مولنیا
همان‌گونه كه ذكر شد، ماهواره‌های زمین‌ثابت بر فراز استوا به دور زمین می‌چرخند و به همین دلیل برای ارائه خدمات به نقاط روی عرض‌های جغرافیایی بالاتر مناسب نیستند؛ چرا كه در عرض جغرافیایی بالاتر، ممكن است زاویه دید ماهواره نزدیك به افق یا حتی پایین‌تر از آن قرار بگیرد و ارتباط تحت اثر تداخلی زمین تضعیف شود. در این حالت، مدارهای مولنیا می‌توانند به عنوان جایگزین مدار زمین‌ثابت استفاده شوند.
مدارهای مولنیا، بیضی بسیار كشیده‌ای با زاویه میل 4/63 درجه هستند. ارتفاع زیاد مدار مولنیا در نقطه اوج آن نسبت به نقطه حضیض این مدار باعث می‌شود تا ماهواره‌ای كه در چنین مداری قرار می‌گیرد، درصد بیشتری از زمان یك پریود كامل خود را در منطقه اوج مدار طی كند. این موضوع به همراه زاویه میل نسبتاً زیاد چنین مداری باعث می‌شود تا ماهواره‌های عملیاتی در مدار مولنیا برای تبادل اطلاعات رادیویی در عرض‌های شمالی و جنوبی زمین كارآمد باشند. دوره تناوب ماهواره در مدار مولنیا حدود 12 ساعت است و كمتر از چهار ساعت از این مدت را در ناحیه حضیض به سر می‌برد. بنابراین ماهواره واقع در مدار مولنیا قادر است به مدت هشت ساعت در هر چرخش مناطق شمالی كره زمین را پوشش دهد. بدین ترتیب، می‌توان با سه ماهواره مولنیا (به علاوه ماهواره‌های یدك در مدار) پوششی پیوسته را در یك محدوده جغرافیایی فراهم آورد. این ماهواره‌ها عموماً برای خدمات تلویزیونی و رادیویی بر فراز روسیه استفاده می‌شوند. كاربرد دیگر این نوع ماهواره‌ها در سامانه‌های رادیویی متحرك است تا هنگام حركت ماشین‌ها در مناطق شهری حتی با وجود ساختمان‌های بلند نیز، ارتباط مناسبی برقرار شود.
اولین ماهواره مولنیا در 23 آوریل 1965 برای پخش آزمایشی سیگنال‌های تلویزیونی از مسكو به سیبری و نواحی شرقی روسیه به فضا پرتاب شد. در نوامبر 1967، متخصصان شوروی سابق سامانه بی‌نظیر شبكه ماهواره‌ای تلویزیونی ملی خود را با نام اوربیتا ایجاد كردند كه بر پایه ماهواره‌های مولنیا طراحی شد.
اجزای تشكیل‌دهنده ماهواره مخابراتی
یك ماهواره از زیرسامانه‌های متعددی تشكیل شده تا بتواند وظیفه عملیاتی خود را به درستی انجام دهد. به طور كلی یك ماهواره كوچك مخابراتی شامل زیرسامانه‌های ذیل است:
زیرسامانه ردیابی، تله‌متری و فرمان (تی‌تی‌سی)
وظیفه زیرسامانه تی‌تی‌سی، كدگذاری داده‌های زیرسامانه‌های دیگر برای ارسال به صورت سیگنال‌های تله‌متری است. همچنین دریافت، كدگشایی و ارسال فرامین رسیده از زمین به سایر زیرسامانه‌ها توسط این زیرسامانه انجام می‌شود. تی‌تی‌سی با ایجاد ارتباط دایم با مركز پشتیبانی زمینی، كاركرد درست ماهواره را تضمین می‌كند.
زیرسامانه تأمین نیرو (پی‌اِس‌اِس)
زیرسامانه پی‌اس‌اس، انرژی الكتریكی مورد نیاز برای دیگر سامانه‌ها را فراهم می‌سازد. این زیرسامانه و سامانه الكترونیك كنترلی مرتبط با آن، انرژی لازم برای كار زیرسامانه‌های دیگر را به مقدار كافی تأمین می‌كند و معمولاً شامل مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی نصب شده روی بدنه یا آرایه‌های خورشیدی است كه باتری‌ها را برای زمان كسوف ماهواره شارژ می‌كنند.
آرایه‌های خورشیدی هنگام پرتاب ماهواره و قراردهی در مدار، به شكل تا شده هستند و پس از پایداری كامل ماهواره باز می‌شوند. از آن پس، بال‌های خورشیدی با قرارگیری در برابر خورشید توان الكتریكی مورد نیاز را تولید می‌كنند.
زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت (اِی‌دی‌سی‌‌اِس)
وظیفه زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، تعیین وضعیت و كنترل ماهواره است، به طوری كه موقعیت مدار عملیاتی و پوشش آنتنی مورد نیاز ماهواره تأمین و حفظ شود. این زیرسامانه باید قادر به انجام وظایفی در مدارهای انتقال باشد تا قرارگیری صحیح در مدار موردنظر حاصل شود. برای این منظور، زیرسامانه باید شرایط چرخش‌پایدار یا پایداری سه‌محوره را در مدارهای انتقال كنترل كند. پس از تأمین این شرایط و روشن شدن موتور كمكی، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، پایداری ماهواره را هنگام قرارگیری در مدار نهایی فراهم می‌سازد.
وظایف شرح داده شده، توسط جت‌های گاز سرد یا گرم، عملگرهای مغناطیسی، چرخ‌های عكس‌العملی و یا ژایروها انجام می‌شود. فرمان‌های كنترلی با استفاده از داده‌های به دست آمده از حسگرهای موقعیت‌یاب، كه می‌توانند حسگرهای اینرسی مانند ژایروها و یا حسگرهای خورشیدی، ستاره‌ای و زمینی باشند و مقایسه آنها با برنامه از قبل داده شده، به دست می‌آیند. بنابراین حسگرها و عملگرها، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت را در انجام عملیات لازم برای حفظ موقعیت و وضعیت ماهواره، در شرایط پایدار، یاری می‌كنند.
هنگام قرارگیری ماهواره در موقعیت‌های نامطلوب یا خطرناك، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت با انجام عملیاتی خودكار، موقعیت و وضعیت ماهواره را تصحیح می‌كند و ماهواره را در وضعیت عملیاتی مطلوب قرار می‌دهد. در این حالت امكان اختلال در پوشش آنتن وجود دارد كه با حفظ ارتباطات تله‌متری و فرمان، می‌توان عملیات تصحیح پوشش آنتن را توسط مركز پشتیبانی زمینی ماهواره انجام داد.
زیرسامانه كنترل حرارت
زیرسامانه كنترل حرارت، محیط حرارتی لازم برای كار زیرسامانه‌های دیگر را فراهم می‌كند. این زیرسامانه اغلب شامل اجزای غیرفعال، مانند روكش‌های حرارتی است كه روی سطح ماهواره را می‌پوشانند. زیرسامانه كنترل حرارت همچنین می‌تواند مجهز به گرماسازهای قابل كنترل و یا رادیاتورهای تشعشعی نیز باشد. كلیه این اقدامات، به منظور تأمین دمای عملیاتی لازم برای زیرسامانه‌ها صورت می‌گیرد.
ادامه دارد...
برگرفته از مجله هوافضا
تهیه کننده: محسن مرادی
