دانلود مقاله تاریخچه ماهواره

تاریخچه ماهواره
لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می شود که درمداری به دوریک سیاره معمولا زمین درحال گردش باشد.

در عصری که ما در آن زندگی می کنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه است .بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقتر در فضا انجام می شود , هرگز نمی توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.

این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده است .ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود.

ماهواره های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.

اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات

سیستم ماهواره ای مخابرات مجموعه ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به
منظور ایجادارتباطات رادیویی .بخشی ازاین سیستم ماهواره ای می تواند تنها ازیک ماهواره و .ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می شود.

این مجموعه , یک ( شبکه ماهواره ای ) نامیده می شود


ایستگاههای فضایی

ایستگاه فضایی شبکه ماهواره ای مخابرات , از ماهواره ( بخش اصلی شبکه ) و دستگاههای .

جانبی تشکیل شده است

ساختمان ماهواره

ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده است .

زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده ها هستند.

در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را .انجام می دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد
ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده اند که فقط قسمتهایی ازسطح زمین را که .

درون شبکه ماهواره ای قرار دارند, پوشش می دهد یک ماهواره معمولا آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند .

آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی , سیستم کنترل موقعیت ومدار, ساختمان مکانیکی ,سیستم منبع تغذیه وموتور .

اوج است


سیستم کنترل حرارتی ماهواره


این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف .حفظ کند


سیستم کنترل موقعیت ومدار

کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه .موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد


ساختمان مکانیکی

ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می شود , تحمل کند.

بدنه ماهواره معمولا از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست .این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است .ساخته می شود

سیستم منبع تغذیه منبع اصلی تغذیه معمولا سلولهای خورشیدی هستند.

انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن .باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند موتوراوج نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره است .بعضی مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند ایستگاههای زمینی : ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از: ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولا ازچند قسمت تشکیل شده اند.

آنتن , فرستنده , گیرنده , سیستمهای کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمتهای مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی , حجم وتجهیزات .آنها متفاوت خواهدبود آنتن ایستگاههای زمینی به طور کل آنتن فرستنده , انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند.

سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می کند .

در هر سیستم مخابرات رادیویی , آنتن نقش حساس و مهمی دارد, زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد.

علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد.

ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد .

این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد.

آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از 300 تن می رسد .

از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست , آنتنهای مورداستفاده .ماهواره تقریباهمه ازنوع آنتنهای منعکس کننده هستند سیستم های کنترل وردیابی فضایی : این سیستمهابه طورکلی چهارعمل راانجام می دهند فرمان ازراه دور: عبارت است ازفرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره برای آن تنظیم شده است , مثلا برای راه اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک اندازه گیری از راه دور: عبارت است ازسیستمی که اطلاعات دریافت شده ازماهواره یاسفینه های فضایی رابه صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می آورد واز این طریق , اندازه گیری ازمسافتهای خیلی دورانجام می شود ردیابی : بااین کارموقعیت مداری وسرعت ماهواره ومشخصه های دیگرآن گزارش می شود کنترل : عبارت است ازهدایت وسایل وبالارودنده های فضایی وماهواره هادرمدار, به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل , یکی از کارهای آنهاست ماهواره ها دقیقا در موقعیت خودنسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی ازپیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت , باید از ایستگاههای زمینی به طور مرتب تنظیمهایی بروی موقعیت آنهاانجام گیردتابتوان ازانحراف مسیرماهواره جلوگیری کرد عوامل موثردرهزینه تجهیزات ایستگاه زمینی قطرآنتن مهمترین عاملی است که هزینه آنتن راتعیین می کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده هایی قویتر پیدامی کند وهمچنان که شعاع کم می شود تجهیزات ردیاب پیچیده تر می شود.

برای آنتنهای بزرگ مثلا 11متری و 13 متری سیستمهای .

دریاب کامپیوتری موردنیازوسیستم هدایت امواج آنتن , بزرگتروپیچیده تر می شود در سیستم ارسال , قدرت لازم برای تقویت کننده های سیگنال , یک عامل تعیین کننده در قیمت فرستنده است .

نه تنها قیمت این تقویت کننده های سیگنال گران است , تامین قدرت موردنیاز آن نیز در مناطق دورافتاده باید در نظر گرفته شود, زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم , صرف تغذیه تقویت کننده های سیگنال می شود.

پس عوامل عمده ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرندعبارتنداز: قطرآنتن , مقدارقدرت تقویت کننده های سیگنال , سیستمهای جایگزین .تجهیزات اصلی وقطعات یدکی یک ماهواره شی ای است که بر مدار تقریبا بیضی شکل به دور زمین می گردد.

نخستین ماهواره در 4 اکتبر 1957 توسط اتحادیه ی جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد.

این ماهواره، اسپوتنیک 1 نام داشت.

این ماهواره کره ای به وزن 6/83 کیلوگرم .

به قطر 58 سانتیمتر بود که زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی 250 کیلومتر و اوج زمینی 934 کیلومتر دور می زد و هر بار گردش آن به دور زمین 96 دقیقه طول می کشید.

اسپونتیک 1 در طول عمر خود راهی برابر با 590 کیلومتر را پیمود.

عکس رو برو تصویر این ماهواره را نشان می دهد.

برای پرتاب ماهواره، باید: 1- آن را به ارتفاع لازم از سطح زمین رساند.

2- آن را در امتداد درست قرار داد.

3- تندی مناسب را به آن داد.

ماهواره را باید به ارتفاع چند صد کیلومتر برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود.

اگر بخواهیم ماهواره در مداری دایره ای شکل قرار گیرد باید سرعتی عمود بر شعاع زمین به آن داده شود و اگر بخواهیم مدار ماهواره بیضی شکل باشد، سرعتی که به آن می دهیم باید اندکی از خط عمود انحراف داشته باشد.

برای اینکه از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره می دهد بیشترین استفاده ممکن به عمل آید باید ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر و حدود 1600 کیلومتر در ساعت خواهد بود.

هر شی ای که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در 24 ساعت به دور زمین بچرخد دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است.

( پیرامون زمین 40000 کیلومتر است.

) چنین ماهواره ای را تنها ناظرانی می توانند ببینند که در استوا یا در نزدیکی آن هستند.

این ماهواره فقط اطلاعاتی درباره ی عرض جغرافیایی صفر درجه به ما خواهد داد.

برای آنکه ماهواره ای را همه ی ناظران زمینی ببینند، باید ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت " موجود " را منتفی می کند.

سرعت افقی مناسب بین 30000 و 40000 کیلومتر در ساعت یا بین 2/8 تا 2/11 کیلومتر در ثانیه است.

8 کیلومتر در ثانیه برای مدارهای کوچک و 11 کیلومتر در ثانیه مناسب مدارهای بسیار بزرگ است.

اگر سرعت افقی از 8 کیلومتر در ثانیه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط خواهد کرد.

اگر این سرعت از 2/11 کیلومتر در ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمین قرار نخواهد گرفت.

ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت.

معمولا سه کاری را که برای پرتاب ماهواره باید انجام داد با هم ترکیب می کنند.

ماهواره را معمولا به کمک موشکی چند مرحله ای در مدار قرار می دهند.

غرض اصلی از مرحله ی نخست این است که ماهواره از کوتاهترین مسیر ممکن (یعنی به خط مستقیم) از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب ترین سرعت دست یابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل می رساند.

مرحله های دیگر ماهواره را به حالت افقی در می آورد و سرعت مورد نظر را به آن می دهند.

قبل از پرتاب، هر مرحله ی موشک با مقدار سوخت لازم پر می شود.

هر قسمت پس از آنکه وظیفه اش را انجام داد از بقیه ی موشک جدا می شود.

یک موشک نمونه برای پرتاب ماهواره، مکن است شامل سه قسمت و یک دماغه ی مخروطی باشد.

ماهواره وقتی بر مدار قرار گرفت، الی الابد در آن خواهد ماند، زیرا نیروهایی که بر ماهواره وارد می آیند، یکدیگر را خنثی می کنند، و نیروی کل صفر می شود.

در ارتفاع های زیاد از سطح زمین، تنها دو نیرو بر ماهواره وارد می شود: 1- نیروی گرانش زمین 2- نیروی گریز از مرکز.

این دو نیرو، در یک سرعت و یک ارتفاع معین، از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت، مخالف یکدیگر هستند.

بنابراین یکدیگر را خنثی می کنند.

از این رو ماهواره ای که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدار ش حرکت می کند، زیرا نیرویی وجود ندارد تا آن را از مسیر منحرف سازد.

در داخل جو زمین، اصطکاک میان جو و ماهواره تعادل نیروی گرانشی و گریز از مرکز را به هم می زند.

نیروی اصطکاک از سرعت ماهواره می کاهد و زنجیره ی رویدادهای زیر را موجب می شود: 1- کاهش تندی، سبب کاهش نیروی گریز از مرکز می شود.

2- نیروی گرانشی که بزرگتر از نیروی گریز از مرکز شده است، موجب می شود که ماهواره در حالی که به سطح زمین نزدیکتر می شود مسیری مارپیچی را بپیماید.

3- نیروی اصطکاک ممکن است به اندازه ای حرارت ایجاد کند که ماهواره پیش از رسیدن به زمین بسوزد.

ماهواره ها برای مقاصد گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند، که بعضی از این موارد عبارتنداز: 1- ماهواره های مخابراتی 2- ماهواره های هواشناسی 3- ماهواره های زمین شناسی 4- ماهواره های نظامی