مطالبی از دانشجوی برق_قدرت

فناوری فضایی

صنعت و تکنولوژی هوافضا به علت خصوصیات ویژه و کاربردهای خاص و منحصر به فرد همواره از پراهمیت‌ترین و ارزشمندترین صنایع و فناوری‌ها در جهان بوده است به‌طور معمول پیشرفته‌ترین محصولات و فناوری‌ها ابتدا در این حوزه تولید و یا استفاده شده‌اند فناوری فضایی به‌علت ویژگی‌هایش از فناوری هوایی پیچیده‌تر ودستیابی به آن از لحاظ اقتصادی و نظامی و حتی سیاسی ارزشمند و حائز اهمیت می‌باشد. اما در همین‌جا باید این نکته یادآوری شود که چنین صنعت و فناوری پیشرفته‌ای هزینة بسیار زیادی را هم برای صاحبان خود داشته است که این امر لزوم دقت‌نظر و توجه در تصمیم‌گیری‌های مربوط به این صنعت را چند برابر می‌کند.

فناوری فضا

هر فناوری برای ایجاد و حفظ بقایش نیازمند نیروها و زیرساختهایی می‌باشد که در اجزای تشکیل‌دهندة آن فناوری باید به بلوغ و پویایی دست یابند تا بتوان از هر فناوری استفاده کرده و آن را توسعه داد. استفاده از فضا نیازمند دستیابی به فناوری لازم در سه عرصة مختلف می‌باشد

اول: سیستم پرتاب و هدایت برای دستیابی به موقعیت مورد نظر در فضا

دوم: تامین تجهیزات و امکانات مورد نیاز در فضا مطابق نیاز و کاربرد استفاده کننده

سوم: ایستگاه و پایگاه‌های زمینی پرتاب و کنترل و استفاده از تجهیزات فرستاده شده به فضا.

در حال حاضر روش پرتاب منحصراً استفاده از موشک‌ها است و روش‌های دیگر در مراحل تحقیقاتی هستند. وظیفة موشک‌ها عمدتاً حمل تجهیزات و وسایل موردنیاز طبق مأموریت مورد نظر می‌باشند که قسمت اول را تشکیل می‌دهند. قسمت دوم تجهیزات و امکانات موردنیاز در فضا است که شامل تجهیزات آزمایشگاهی، تحقیقاتی و مخابراتی و تجهیزات مورد نیاز انسان‌ها در صورت حضورشان در فضا خواهد بود و قسمت سوم شامل پایگاه‌ها و ایستگاه‌های زمینی مورد نیاز برای پرتاب است که وظیفة کنترل مسیر پرتاب و فرود، هدایت تجهیزات و ارتباط و استفاده از تجهیزات پرتاب‌شده را نیز بر عهده دارند.

در این گفتار ما به بررسی قسمت دوم از این سه قسمت می‌پردازیم زیرا هدف این صنعت و فناوری در این قسمت تبلور می‌یابد. اما همواره باید توجه داشت که دو قسمت دیگر اجزای جداناپذیر قسمت دوم هستند و در نگاه به حوزه فضا نباید این دو قسمت را از نظر دور کرد.

عمدة قسمت دوم به غیر از مأموریت‌های خاص فضایی همچون خورشید و کرات منظومه شمسی و سفر به کرة ماه شامل ماهواره‌هایی می‌شود که به دور زمین در مدارهایی مشخص قرار داده می‌شوند.

مدارهای ماهواره‌ای به مرکزیت زمین

ماهواره‌ها طبق قوانین جاذبة حاکم بر طبیعت هرچه ارتفاع کمتری داشته باشند در مدت زمان کمتری یک دور از مدار خود را طی می‌نمایند البته به علت وجود هوا در جو زمین، پایداری ماهواره‌ها در ارتفاع بسیار پایین غیرممکن و یا مقرون به صرفه نمی‌باشد. یک ماهواره با ارتفاع 200 کیلومتر در کمتر از 90 دقیقه یک دور به دور کره زمین خواهد چرخید و در ارتفاع 3000 کیلومتری این زمان در حدود 150 دقیقه می‌باشد. برای درک بهتر موقعیت مکانی ماهواره‌ها می‌توان به مطالب ذیل اشاره نمود. بلندترین ارتفاع زمین حدود 9 کیلومتر است و بلندپرواز‌ترین هواپیماها به ارتفاع 30 کیلومتر می‌رسند؛ لایه ازن در ارتفاع 25 تا 55 کیلومتری زمین واقع شده است و غلظت هوا در ارتفاع 60 کیلومتری به کمتر از یک هزارم سطح زمین می‌رسد.

در ادامه چند نوع از انواع مدارها به اختصار ذکر می‌شوند:

1- مدارهای با ارتفاع کم ( LEO ) که می‌توان آن‌ها را مدارهایی با ارتفاع کمتر از 3000 کیلومتر در نظر گرفت ضمناً اکثر ماهواره‌های موجود در این محدوده قرار دارند.

2- دوم مدارهای با ارتفاع متوسط که شامل ارتفاع 3000 تا 30000 کیلومتری می‌شود که 24 ماهواره‌ معروف تعیین موقعیت جهانی با ارتفاع تقریبی 17700 کیلومتر از سطح زمین در این مدار قرار دارند و هر 12 ساعت، یک‌بار به دور زمین می‌گردند.

3- مدار زمین ثابت در این مدار سرعت گردش ماهواره به‌دور زمین دقیقاً به اندازه سرعت گردش زمین به دور خود می‌باشد که در این صورت از دیدگاه ناظر زمینی، این ماهواره همواره در جای ثابتی در آسمان قرار دارد که مزیت فوق‌العاده‌ای برای این مدار می‌باشد. این مدار به علت ثابت بودن مکان ماهواره در آسمان زمین برای ارتباطهای مخابراتی بسیار مناسب می‌باشند. قابل ذکر است که ماهواره‌ ایرانی زهره قرار است از این مدار استفاده نماید. ارتفاع این مدار حدود 35800 کیلومتر می‌باشد و ماهواره هر 23 ساعت 56 دقیقه و مطابق با جهت سرعت زمین یک بار به دور کره زمین می‌چرخد البته بعضاً ماهواره‌ها در این مدار نسبت به محور چرخش زمین مقداری زاویه دارند که در این صورت از دیدگاه ناظر زمینی مقداری بالا و پایین می‌روند ولی در بالای منطقه مورد نظر باقی‌ می‌مانند.

4- مدار قطبی در این مدار ماهواره از بالای دو قطب کره زمین عبور می‌نماید. مدار خورشیدآهنگ یک نوع مدار قطبی می‌باشد که همواره نسبت به زمین در یک ساعت خاص قرار دارد یعنی بطور مثال در این مدار ماهواره نیمی از مدار در ساعت ده‌ونیم صبح و در نیم دیگر در ساعت ده‌ونیم شب قرار دارد. این مدار برای ماهواره‌هایی استفاده می‌شود که ماهواره برای انجام مأموریتش نیازمند یک حالت خاص از نور می‌باشند و یا مطابق ماموریتشان باید از بالای قطبهای زمین عبور نمایند.

5- مدارهای دیگر انواعی دیگر از مدارها نیز در منابع ذکر می‌شوند که برای اختصار از آنها صرف‌نظر می‌شود بعضی از این مدارها بسیار کشیده هستند و یا حتی شکل سهمی و یا هذلولی دارند که در بعضی از مأموریت‌های فضایی از آن‌ها استفاده می‌شود.

کاربرد ماهواره‌ها

همانطور که ذکر شد ماهواره‌ها بخش عمدة استفاده از صنعت فضا هستند در این قسمت انواع ماهواره‌ها و کاربرد ‌آن‌ها را بررسی می‌نماییم. در یک دسته‌بندی کلی ماهواره‌ها را می‌توان به شش دسته تقسیم نمود:

1. ماهواره‌های ارتباطی ( Communications Satellites )

اولین دسته، ماهواره‌های ارتباطی هستند که برای ارتباطات رادیویی، تلویزیونی و اینترنتی و کلاً ارتباطات مخابراتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین ماهوارة ارتباطی با نام Echo1 بود که در سال 1960 توسط یک بالن به هوا رفت و برای انعکاس سیگنال‌های رادیویی بود و بعد از آن دو ماهواره با نام‌های Relay1 و Telstar1 در سال 1962 به فضا پرتاب شدند که مسؤولیت تقویت سیگنال‌ و ارسال آن به یک نقطه دیگر را برعهده داشتند.

اما اولین ماهواره با مدار زمین ثابت با نام Syncom3 در سال 1964 یعنی هفت سال بعد از پرتاب اولین ماهواره به فضا، در مدار قرار گرفت این ماهواره بازی‌های المپیک توکیو همان سال را از فراز اقیانوس‌آرام به آمریکا ارسال کرد و اولین ماهواره تجاری زمین ثابت نیز به نام Intelsat1 در سال 1965 آغاز به کار نمود قابل ذکر است از سال 1979 شبکه بین‌المللی ماهواره‌ای Inmost برای برقراری ارتباط تلفن همراه ماهواره‌ای در سراسر جهان راه‌اندازی شده است که بیش از 80 کشور جهان در آن عضویت دارند.

2. ماهواره‌های هواشناسی ( Weather Satellites )

دسته دوم از ماهواره‌‌ها ماهواره‌هایی هستند برای مطالعات جوی و هواشناسی بکار برده می‌شوند و بوسیلة داده‌های آن‌ها نظیر موقعیت ابرها و پروفیل دما و غیره وضعیت هوا برای آینده پیش‌بینی می‌شود. اولین ماهواره‌ هواشناسی به نام Tiros در سال 1960 به فضا فرستاده شد که تصویر مادون قرمز از ابرها برای زمین ارسال می‌کرد و توانایی شناسایی توفان‌ها ومسیر آن‌ها را داشت و بعد ازآن سری ماهواره‌های Nimbus و Itos نیز به فضا فرستاده شد هم‌اکنون ماهواره‌های زمین ثابت ( GOES ) اطلاعات و تصاویر هواشناسی را برای زمین ارسال می‌کنند ماهواره‌های کنونی قابلیت تمرکز بر یک منطقه و همچنین قدرت مانور در فضا برای بهترین پوشش را دارا هستند.

3. ماهواره‌های هدایت و ناوبری ( Navigation Satellites )

این ماهواره‌ها برای تعیین موقعیت و کمک به هدایت و ناوبری وسایل نقلیه هوایی، دریایی و زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرند و با تجاری شدن این ماهواره‌ها افراد بطور شخصی نیز از این قابلیت می‌توانند استفاده نمایند. اولین ماهواره از این نوع با نام Transit 5A در سال 1963 به فضا پرتاب شد که سیگنال‌های ثابتی را ارسال می‌کرد و هواپیماها و کشتی‌ها می‌توانستند به وسیله آن مکان خود را شناسایی نمایند البته این سری از ماهواره‌های Transit به‌علت تعداد کم ومدارهای قطبی نمی‌توانست همه جای زمین را در یک زمان پوشش دهند. و به همین علت بعد از مدتی سری ماهواره‌های Navstar یا GPS که شامل 24 ماهواره با فاصله 17700 کیلومتری از زمین در 6 صفحه مداری مختلف به فضا پرتاب شدند بطوریکه استفاده کننده در زمین همواره 5 ماهواره را رؤیت می‌کند و قادر است مکان خود را از لحاظ طول وعرض جغرافیایی و همچنین ارتفاع با دقت بسیار خوبی در حدود چند متر معین نماید. البته شوروی سابق هم نمونه‌‌ای مشابه سیستم GPS را با نام GLONASS را به فضا پرتاب کرده است و هم‌اکنون استفاده از این سیستم هم ممکن می‌باشد و این ماهواره‌ها هر 12 ساعت یک دور مدار خود را طی می‌نمایند.

4. ماهواره‌های شناسایی ( Reconnaissance Satellites )

همانطور که از نام این ماهواره‌ها پیداست این دسته توسط سنسورهای مختلف از اطلاعات گوناگونی را از زمین دریافت و به مراکز کنترل ارسال می‌نمایند. این اطلاعات بطور مثال می‌تواند تصاویر با طیف نوری در محدوده بینایی و یا مادون قرمز و حتی اطلاعات راداری باشد. ماهواره‌های Landsat و Spot از جملة این ماهواره‌ها هستند که عکس‌‌هایی با دقت بالا از زمین تهیه می‌کنند. ماهواره‌های شناسایی استفاده‌های گسترده‌ای دارند و درجاهای مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود. در زیر به دسته‌بندی کاربردهای این دسته از ماهواره‌ها به‌طور اختصار می‌پردازیم.

•  زمین‌شناسی

در این کاربرد مشخصه‌های زمین‌شناسی بطور مثال مشخصات گسل‌ها و آتشفشان‌ها مشخص می‌شود؛ با استفاده از این ماهواره‌ها ترکیب ساختار زمین بررسی و نقشه‌های زمین شناسی تهیه می‌گردد. از اطلاعات بدست آمده در اکتشاف معادن مختلف ازجمله نفت و گاز و زغال‌سنگ و طلا و غیره استفاده می‌شود.

•  منابع آبی

ارزیابی و شناسایی منابع آبی سطحی و حتی کمک برای شناسایی آب‌های زیرسطحی، مطالعه شبکه آبراهها و سدها و جزر و مد و پوشش برفها از استفاده‌های ماهواره در این بخش هستند.

•  کشاورزی

ارزیابی و شناسایی مناطق زیر سطح کشت، وضعیت محصول و همچنین تعیین بافت سطوح زمین از نظر نوع کیفیت برای کشاورزی مقدور می‌باشد.

•  جنگل‌داری و مراتع

استفاده از ماهواره‌ها برای ارزیابی وشناسایی جنگل‌ها و مراتع و بررسی تراکم و کیفیت جنگل‌ها راه را برای نظارت و تحقیقات مؤثر بر نگل‌ها را فراهم کرده است.

•  شیلات و دریاشناسی

ارزیابی و مطالعه آب دریاها و اقیانو‌س‌ها، بررسی جریان‌های آبی و همچنین پیش‌بینی تجمع ماهی‌ها و غیره از دیگر کاربردهای این ماهواره‌ها هستند

•  مطالعات زیست محیطی

بررسی ومطالعه در مورد تنوع زیست‌محیطی و زیستگاه‌های حیات وحش

•  حفاظت از محیط زیست

شناسایی آلودگی‌های مواد آلاینده از جمله آلودگی‌های نفتی در دریاها و غیره که به کمک ماهواره‌ها صورت می‌پذیرد.

•  بررسی بلای‌های طبیعی

مطالعه و بررسی وحتی پیش‌بینی بلای‌های طبیعی از جمله طوفان، گردباد، سیل، زلزله و آتش‌سوزی از موارد دیگر این کاربردها هستند.

•  نقشه‌برداری

نقشه‌برداری از کلیه سطوح روی زمین حتی دریاها توسط ماهواره‌‌ها امری سهل‌الوصول شده است که کیفیت و دقت نقشه‌ها را بسیار افزایش داده است و هزینة انجام آن را نیز کاهش داده است.

•  مطالعات شهری

مطالعه و بررسی بر روی مناطق شهری از جمله بافت‌های مختلف شهر، فضای سبز شهرها و غیره از کاربردهای ماهواره در این بخش هستند.

•  حمل‌ونقل

مطالعه و تهیه راه‌های حمل‌ونقل و همچنین مطالعه برای طراحی راه‌های جدید جاده‌ای و ریلی

•  شناسایی فعالیت‌‌های نظامی

بررسی و مطالعة فعالیت‌های نظامی از جمله ایجاد استحکامات، تغییر مواضع و فعالیت‌های هسته‌ای کشورها از جملة این کاربردها است.

5. ماهواره‌های تحقیقاتی ( Research Satellites )

این ماهواره‌ها اکثراً برای بررسی و اندازه‌گیری خواص مختلف در فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند خواصی مانند میدان‌های مغناطیسی، تشعشعات کیهانی و مشخصه‌های اجرام فضایی که از زمین امکان اندازه‌گیری آنها مقدور نیست. مطالعه انتشار امواج از خورشید و امواج نوری و رادیویی از ستارگان دور و از اتمسفر زمین نمونه‌های این تحقیقات هستند. تلسکوپ فضایی هابل ( Hubble )، ایستگاه‌های فضایی سایلوت و میر ( Salyut, Mir ) شوروی و Skylab امریکا و اخیراً ایستگاه فضایی بین‌المللی از جمله ماهواره‌های تحقیقاتی هستند.

6. ماهواره‌های نظامی ( Military Satellites )

این ماهواره‌ها می‌توانند نقش‌های جاسوسی، دفاعی و حتی حمله را بر عهده بگیرند. استفاده‌هایی مثل دریافت و شنود اطلاعات و مکالمات اهداف نظامی، شناسایی حملات موشکی، شناسایی مراکز نظامی، هدایت نیروها، ایجاد اغتشاش در ارتباطات دشمن و حتی حمله به اهداف زمینی و یا حتی فضایی دشمن از جمله کاربردهای ماهواره‌های نظامی هستند. البته اطلاعات زیادی از این ماهواره‌ها در دنیا منتشر نمی‌شود.

موقعیت کشور

کشور ما که مدت زیادی از فعالیتهای فضایی آن نمی‌گذرد با پشت سر گذاشتن یک انقلاب و یک جنگ مدتی است که در حال شکل‌گیری و سازماندهی می‌باشد. با بوجود آمدن سازمان فضایی ایران به عنوان متولی این بخش و محلی که تصمیم‌گیری، اجرا و پاسخگویی در این مورد را بر عهده دارد، گام بزرگی در این بخش برداشته شده است. وجود یک دورنما و استراتژی مناسب در مدتی نه‌چندان دور می‌تواند کشور را به اهداف خود در بدست آوردن فناوری فضایی کمک نماید. داشتن ماهواره‌ای مستقل در بخش مخابرات، اولین گام در راه رسیدن به این فناوری است. داشتن یک ماهوارة مستقل مانند ماهوارة زهره، باعث قطع وابستگی برای استفاده از کاربردهای مخابراتی آن، حداقل در محدوده غرب آسیا، اروپا و شمال آفریقا می‌باشد. مسأله دیگر اجاره دادن بخشی از پهنای باند مخابراتی آن به کشورهای دیگر است که با افزایش روزافزون کاربران فناوری اطلاعات و ارتباطات مخابراتی امری دور از دسترس نیست و مسأله سوم از لحاظ سیاسی و عزت ملی وجود یک ماهواره ملی با اهمیت می‌باشد. داشتن یک ماهواره مستقل اگرچه از بعد حرکت در بدست آوردن فناوری فضایی هرچند قدم کوچکی است، ولی مقدمه‌ای در وارد شدن صنایع داخلی کشور در این بخش، برای کسب این فناوری می‌تواند باشد به شرط اینکه در این زمینه برنامه‌ریزی مناسب و دقیقی داشته باشیم.

البته همانطور که در ابتدای این مقاله ذکر شد، نباید از دو بخش دیگر این فناوری غافل شد. در بخش فرستادن ماهواره به فضا گفتن همین نکته کافی است که کشوری با توانایی فرستادن ماهواره به فضا، قابلیت پرتاب موشک به تمام نقاط کره زمین را خواهد داشت و از لحاظ دفع تهدیدات نظامی و بالا بردن قدرت نظامی کشور با توجه به شرایط کشور بسیار با اهمیت می‌باشد و احتمالاً سپردن این قسمت به بخش نظامی کشور مناسب خواهد بود زیرا بخش نظامی کشور ضمن داشتن تجربه در پرتاب موشک می‌تواند بدست آوردن این فناوری را در برنامه خود قرار دهد و ضمن استفاده نظامی از آن، در اختیار بخش غیر نظامی برای استفاده نیز قرار دهد. قسمت بعدی تجهیزات زمینی ماهواره است که در این بخش هم کشور باید به سمت خودکفایی حرکت نماید؛ زیرا استفاده از تمام امکانات این فناوری محتاج وجود این بخش است.

مطلب بعدی استفاده از توان‌های موجود و بالقوه کشور در این بخش است که وجود یک انجمن هوافضایی می‌تواند کمک مؤثری باشد و به عنوان پلی برای ارتباط مؤثر و کارا بین شرکت‌ها و سازمان‌ها عمل نماید. کشور باید به سمتی حرکت نماید که بتواند خود ماهواره مورد نیاز خود را طراحی نماید و قطعات مورد نیاز ماهواره‌اش را یا بسازد و یا از سازندگان دیگر کشورها تأمین نماید و سرانجام در صورت نیاز با توجه به موقعیت کشور به سمت خودکفایی هرچه بیشتر در اجزای این فناوری حرکت کند و حتی از محصولاتش به دیگر کشورها نیز صادر نماید. در انتها این نکته قابل ذکر است که در صورت بالندگی در بخش فضا به علت پیشرو بودن این صنعت و فناوری می‌توان از نتایج بدست آمده در این بخش در صنایع دیگر همچون صنایع هوایی، خودروسازی و دیگر صنایع کشور نیز استفاده نمود.

منبع : شبکه تحلیل گران تکنولوژی ایران