مفاهیم پرتاب ماهواره ها از ابتدا تا انتها

[sayed mojtaba]

جلسه نخست، فضا، فضانورد و فضاپیما

در اولین جلسه آموزش مفاهیم فضایی به معرفی سه مفهوم بسیار مهم علوم فضایی یعنی فضا، فضانورد و فضا پیما می پردازیم. فضا کجاست؟ به فضاي آنسوي جو زمين (اتمسفر)، كه محيط عملكردي براي ماهواره ها و فضاپيماها است فضا (Space) می­گویند. تعريف دقيق و حقوقي از مرز فضا وجود ندارد اما بطور عرفي فضا به هر آنچه كه در بالاي ارتفاع 100 تا 110 كيلومتري سطح درياهاي آزاد سياره زمين قراردارد اطلاق مي­گردد. حركت مداري در پايين تر از اين ارتفاع به دليل وجود نيروي پسا (drag) ناشي از هوا عملا امكانپذير نيست. فضاي بيروني (Outer space) نیز كه به اختصار فضا نيز ناميده مي‌شود، به ناحيه­‌ اي به نسبت خالي از جهان اطلاق مي‌گردد كه پس از لايه­ ي جوِ اجرام سماوي و کرات قرار دارد. بنابراين اگر در ماه زندگي كنيم، پا در ماه و سر در فضا داريم چون اين جرم سماوي فاقد جو است ولي شرايط در زمين تفاوت دارد و براي رسيدن به فضا بايد كيلومترها از سطح اين کره دور شويم و بالاتر رويم. در يك تقسيم‌بندي كلي مي‌توان جهان هستي را به سه منطقه­ ي فضاي خاكي، فضاي جوي و فضاي بيروني تقسيم كرد. فضاي خاكي بخشي از جهان را تشكيل مي‌دهد كه مولكول­هاي جامد با گرد آمدن در كنار هم جرمي سماوي را تشكيل داده باشند (همانند سطح کره زمين). فضاي جوي قسمتي از دنيا است كه چگالي مولكول­هاي گاز در آن به قدري است كه نمي‌توان آن فضا را تهي فرض كرد (همانند اتمسفر زمين، ونوس، مريخ يا قسمت اعظم سياره‌هايي همانند مشتري، كيوان و اورانوس). ولي فضاي بيروني ناحيه‌اي است كه برخلاف تصور عامه­ ي مردم، خالي و تهي نيست؛ بلكه چگالي مواد در اين ناحيه بسيار اندك است. در فضاي بيروني غالباً گاز هيدروژن، يون­ها، ذرات تشكيل دهنده­ ي اتم (الكترونها و پروتون ها) و گاهي اوقات غبارها و پس­ماند­هاي فضايي يافت مي‌شود اما ميزان اين مواد در گستره­ ي عظيم اين منطقه آنقدر كم است كه مي‌توان به نسبتِ فضاي خاكي و يا جوي، آن را تهي فرض كرد. زمين بخشي از جهان است كه هر سه فضا را در خود دارد؛ مرز بين فضاي خاكي و فضاي جوي آن كاملاً مشخص است؛ ولي مرز مشخصي بين فضاي جوي و فضاي بيروني وجود ندارد. جو زمين با افزايش ارتفاع رقيق مي‌شود و به تدريج جاي خود را به فضاي بيروني مي‌دهد. از اين رو مرزي مجازي براي گذر از فضاي جوي به فضاي بيروني تعريف شده است. با اين حال با توجه به كاربردها و نگاه‌هاي گوناگون، چندين مرز به وجود آمده است. فضاي بيروني خود شامل تقسيمات فراواني است؛ بخشي از فضاي بيروني كه در داخل منظومه شمسي قرار دارد را فضاي بين سياره‌اي مي‌نامند و با گذر از هليوپاوس، مرز منظومه شمسي، جايي­كه بادهاي خورشيدي با بادهاي ستاره‌اي كهكشان راه‌شيري برخورد مي‌كنند، وارد قسمتي از فضاي بيروني مي‌شويم كه به آن فضاي بين ستاره‌اي مي‌گويند. در گام بعدي با گذر از مرز كهكشان راه شيري وارد ناحيه­ ي بسيار جديد و شگفت‌انگيزي مي‌شويم كه از آن با فضاي بين كهكشاني ياد مي‌شود. بودن و ماندن در فضاي بيروني ناگواري­هاي بي‌شماري براي موجودات زنده به همراه دارد. نخستين و مهم­ترين ناگواري براي نوعي از زندگي كه ما مي‌شناسيم، عدم وجود اكسيژن است. بشر براي بقا به اكسيژن جو احتياج مبرم دارد و تنها 7 دقيقه نبود اكسيژن را تحمل مي‌كند. ناگواري دوم مربوط به فشار بسيار اندك هوا است؛ كه مي‌توان آن را صفر فرض كرد. بدن انسان بعد از سال­ها بودن در شرايط زمين خود را با فشار يك اتمسفري جو زمين مطابقت داده است و به همين دليل ما فشار داخلي معادل يك اتمسفر در بدن خود داريم تا همچون يك قوطي خالي در اثر فشار جو زمين له نشويم. در شرايط خلاء اين فشار داخلي باعث دردسر خواهد شد. البته موجود زنده‌اي كه شرايط خلاء را تجربه مي‌كند در اثر فشار داخلي دچاز از هم‌پاشيدگي نخواهد شد اما رويداد­هاي ناگوار ديگري برايش روي خواهد داد. براي مثال آب در اندام سطحي مانند چشم­ها و پوست شروع به جوشيدن و تبخير مي‌كند، مويرگ­ها در اثر فشار داخلي پاره خواهند شد و مرگ دردناكي در انتظار وي خواهد بود. فضانورد کیست؟ شخصي که براي ماموريت فضايي به فضا فرستاده مي­شود را فضانورد می­نامند. پیش از پرواز شاتل فضايي، اين واژه فقط به کساني گفته مي­شد که صرفا براي ماموريت­هاي فضايي تربيت مي­شدند و تنها تخصص آنها فضانوردي بود. اما امروزه اين عنوان به کساني با تخصص­هاي متفاوت که در يک پرواز فضايي شرکت مي­کنند گفته مي­شود. در واقع فضانوردان امروزي مي­توانند تخصص­هاي ديگري داشته باشند اما با آموزش­هاي لازم به فضا بروند. البته هنوز هم نيروهايي منحصرا به قصد فضانوردي و شرکت در ماموريت­هاي فضايي تربيت مي­شوند. بنا به تعریف فضا نیز می­توان گفت که فضانورد کسی است که از ارتفاع حدود 100 کیلومتری زمین فراتر رود. فضاپیما چیست؟ هر وسيله اي كه توانایی پرواز در محيط فضا را داشته باشد را فضاپیما می­گویند. يك فضاپيما حداقل شامل سه زيرسامانه است: پيشرانش و كنترل وضعيت، تامين توان و محموله (بار مفید) فضاپیما ها در یک تقسیم بندی کلی به دو دسته تقسیم می­شوند: فضاپیماهای سرنشین دار فضاپیماهای بدون سرنشین لازم به ذکر است که ماهواره­ها، ایستگاه­های فضایی، وسایل پرتابی فضایی (همانند شاتل­ها) فضاپیما به حساب می­آیند.

[sayed mojtaba]

جلسه دوم، ماهواره

در جلسه دوم با ماهواره که از فضاپیماهای بدون سرنشین است تا حدودی آشنا می شویم . تا چندي پيش، ماهواره وسايلي بسيار سري و نامتعارف بودند. فضاپيماها اساسا براي فعاليت‌هاي نظامي _ همچون ناوبري نظامي و جاسوسي _ به‌كار برده مي‌شدند؛ اما هم اكنون ماهواره‌ها بخشي اساسي و مرسوم، از زندگي روزمره‌ي ما شده‌اند. ما كاربرد آن‌ها را در گزارش‌هاي هواشناسي، پخش برنامه‌هاي زنده‌ي تلويزيوني و شبكه‌هاي ماهواره‌اي و مكالمات تلفنيِ روزمره، مي‌بينيم. در موارد بسيارِ ديگري نيز، ماهواره‌ها نقش پس‌زمينه‌اي بازي مي‌كنند كه گاه از توجه ما دور مي‌ماند. براي نمونه مي‌توان به موارد زير اشاره كرد: فعاليت برخي روزنامه‌ها و مجله‌ها _ كه بايستي تا زمان معيني انجام گيرد _ به كمك ماهواره‌ها انجام مي‌گيرد. ماهواره‌ها، متن و تصاوير اين مطبوعات را به چاپخانه‌ها انتقال مي‌دهند، تا چاپ و پخش آن‌ها تسريع شود. بيش‌تر رانندگان تاكسي، گاه و بي‌گاه از سامانه‌ي موقعيت‌ياب جهاني (جي.پي.اس) بهره‌ مي‌برند تا مسافران را از نزديك‌ترين راه به مقصد برسانند. كنترل سرعتِ رانندگان كاميون‌ها و اتوبوس‌ها نيز در جاده‌ها، به كمك جي.پي.اس انجام مي‌شود. پخش‌كنندگانِ اجناسي كه ما مي‌خريم، آن‌ها را ايمن‌تر، سالم‌تر و سريع‌تر به دست ما مي‌رسانند چون شركت‌هاي حمل و نقل، روند جابه‌جايي اجناس در خودروهايشان را، به كمك سامانه‌ي موقعيت‌ياب جهاني، كنترل مي‌كنند. گاهي شركت‌ها، حتي به رانندگانشان مي‌گويند كه آن‌ها دارند خيلي پرسرعت رانندگي مي‌كنند! ناوبري و هدايت هواپيماها، كشتي‌ها به كمك امواج ماهواره‌اي انجام مي‌شود. در مواقع بحراني، امواج راديويي به گروه‌هاي نجات و جستجو كمك مي‌كنند تا به هواپيماهاي در حال سقوط و كشتي‌هاي در حال غرق شدن كمك نمايند. ماهواره چيست؟ هر چيزي كه دور يك سياره در يك مسير بيضوي‌شكل مي‌چرخد، ماهواره است. پس ماه، ماهواره‌ي طبيعيِ زمين است؛ اما ماهواره‌هاي مصنوعي بسياري وجود دارند كه به زمين نزديك‌ترند. مسيري كه يك ماهواره در آن حركت مي‌كند، يك مدار مي‌باشد. در مدار، دورترين نقطه از زمين به نام «نقطه‌ي اوج» و نزديك‌ترين نقطه، به نام «نقطه‌ي حضيض زميني» ناميده مي‌شود. معمولاً ماهواره‌هاي مصنوعي، انبوه توليد نمي‌شوند. بيش‌تر ماهواره‌ها، به صورت ويژه ساخته مي‌شوند تا عملكردهاي مورد نظر را، انجام دهند؛ اما استثنا هم وجود دارد؛ مثلا سامانه‌هاي موقعيت‌ياب جهاني (جي.پي.اس) داراي بيش از 30 ماهواره‌ي همانند است و ماهواره‌هاي ايريديوم16 ، بيش از 30 ماهواره‌ي مشابه در مدار، دارد. تقريباً 23000 نوع زباله‌ي فضايي بالاي زمين شناور هستند. اين زباله‌ها اجسامي هستند كه به قدر كافي بزرگ مي‌باشند تا با رادار ره‌گيري شوند. معمولا اين اجسام به طور غيرعمد در فضا قرار داده شده‌اند و يا از ماهواره‌هايي هستند كه عمر مفيدشان سپري شده است. رقم واقعي زباله‌هاي فضايي، بر حسب اين‌كه كدام آژانس آن را محاسبه مي‌كند، فرق مي‌كند؛ محموله‌هايي كه به مدار اشتباه مي‌روند، ماهواره‌هايي كه باتري آن‌ها تمام مي‌شود و باقي‌مانده‌ي بوستر موشك‌ها يا مراحل پايانيِ آن‌ها، همگي در شمارش زباله‌هاي فضايي به حساب مي‌آيند. زباله‌هاي فضايي نيز، به نوعي يك ماهواره به حساب مي‌آيند. اگرچه هر چيزي كه در مدار به دور زمين مي‌گردد، از لحاظ فني يك ماهواره، محسوب مي‌شود، اما واژه‌ي «ماهواره» معمولاً براي توضيح يك شي مفيد به‌كار مي‌رود كه با هدف خاصي در مدار قرار مي‌گيرد تا يك ماموريت و وظيفه‌ي ويژه را انجام دهد.ما معمولاً، درباره‌ي ماهواره‌هاي هواشناسي، ماهواره‌هاي ارتباطي و ماهواره‌هاي علمي مي‌گوييم و مي‌شنويم.

[sayed mojtaba]

جلسه سوم، عملکرد ماهواره ها

در این جلسه با عملکرد یک ماهواره از آغاز تا پایان ماموریتش آشنا می شویم . ساخت يک ماهواره هر ماهواره، حامل تجهيزاتي است که براي انجام ماموريت خود به آن‌ها نياز دارد. براي نمونه، ماهواره‌اي که مامور مطالعه‌ي كهكشان است مجهز به تلسکوپ؛ و ماهواره‌ي مامور پيش‌بيني وضع هوا مجهز به دوربين ويژه براي ثبت حرکت‌ ابرهاست. علاوه بر تجهيزات تخصصي، همه‌ي ماهواره‌ها داراي سامانه‌هايي براي کنترل تجهيزات و عملکرد خود مي‌باشند. از جمله سامانه‌ي تامين انرژي، مخازن سوخت، سامانه‌ي توزيع الكتريسيته و سامانه‌هايي از اين دست. در هر يک از اين بخش‌ها ممکن است از سلول‌هاي خورشيدي براي جذب انرژي مورد نياز استفاده شود. بخش داده‌ها نيز مجهز به رايانه‌هايي براي گردآوري و پردازش اطلاعات به‌دست‌آمده از طريق تجهيزات و اجراي فرامين ارسال‌شده از زمين مي‌باشد. هريک از تجهيزات جانبي و بخش‌هاي اصلي يک ماهواره به طور جداگانه طراحي، ساخته و آزمايش مي‌شوند. كارشناسان بخش‌هاي مختلف را کنار هم مي‌گذارند و به يكديگر متصل مي‌کنند. سپس ماهواره در شرايطي همانند شرايط ارسال و شرايط استقرار در مدار، آزمايش مي‌شود. اگر ماهواره همه‌ي آزمايش‌ها را به خوبي پشت سر بگذارد، آماده‌ي پرتاب مي‌گردد . پرتاب ماهواره درباره چگونگي پرتاب ماهواره‌ها در فصل هاي آتي بيشتر خواهيم آموخت. اشاره مي‌شود كه برخي ماهواره‌ها را شاتل‌ها به فضا حمل مي‌كنند ولي بيش‌تر ماهواره‌ها با موشك‌هاي ماهواره‌بر به فضا فرستاده مي‌شوند. مخازن سوخت اين ماهواره‌برها پس از اتمام سوخت‌شان به درون اقيانوس‌ها مي‌افنتد. موشك‌هاي ماهواره‌بر، ماهواره را با حداقل تنظيمات در مدار خود قرار مي‌دهد و اغلب براي آن كه ماهواره در مدار دقيقِ خود قرار گيرد، موتورهايي كه از پيش روي ماهواره تعبيه شده است، با ايجاد تكانه‌هاي متوالي، مانور لازم را به ماهواره مي‌دهند و آن را به مدار از پيش‌تعيين‌شده مي‌رسانند. زماني‌که ماهواره در مدار درست خود قرار گرفت مي‌تواند مدت‌هاي درازي در همان مدار، بدون نياز به تنظيمات دوباره باقي بماند. انجام ماموريت کنترل بيش‌تر ماهواره‌ها از مراکز زميني انجام مي‌شود. رايانه‌ها و افراد متخصص در مرکز کنترل زميني، وضعيت ماهواره را تحت نظر دارند. آن‌ها دستورالعمل‌ها را به ماهواره ارسال مي‌کنند و اطلاعات گردآوري‌شده توسط ماهواره را دريافت مي‌نمايند. مرکز کنترل از طريق امواج راديويي با ماهواره در ارتباط است. ايستگاه‌هايي بر روي زمين اين امواج را از ماهواره دريافت و يا به آن ارسال مي‌کنند. ماهواره‌ها معمولا به طور دائم از مرکز کنترل دستورالعمل دريافت نمي‌کنند. آن‌ها در واقع مثل روبات‌هاي چرخان هستند؛ روباتي که سلول‌هاي خورشيدي خود را براي دريافت انرﮋي کافي تنظيم و کنترل مي‌کند و آنتن‌هاي خود را براي دريافت دستورات خاص از زمين آماده نگه مي‌دارد. تجهيزات ماهواره به صورت مستقل و خودكار وظايف خود را انجام مي‌دهند و اطلاعات را جمع آوري مي‌کنند. ماهواره‌هاي موجود در ارتفاعات بلندِ مدار زمين‌آهنگ در ارتباط هميشگي با زمين مي‌باشند. ايستگاه‌هاي زميني مي‌تواند دوازده بار در روز با ماهواره‌هاي موجود در ارتفاع کوتاه ارتباط برقرار نمايند. در طول هر تماس، ماهواره اطلاعات خود را ارسال و دستورالعمل‌ها را از ايستگاه دريافت مي‌کند. تبادل اطلاعات تا زماني‌که ماهواره از فراز ايستگاه عبور مي‌کند مي‌تواند ادامه داشته باشد که معمولا زماني حدود ۱۰ دقيقه است. چنان‌چه قسمتي از ماهواره دچار نقص فني شود، اما ماهواره قادر به ادامه‌ي ماموريت‌هاي خود باشد، معمولا همچنان به کار خود ادامه مي‌دهد. در چنين شرايطي مرکز کنترل روي زمين بخش آسيب‌ديده را تعمير و يا مجدداً برنامه‌نويسي مي‌کند. در موارد نادري نيز عمليات تعمير ماهواره را شاتل‌ها در فضا انجام مي‌دهند؛ اما چنان‌چه آسيب‌هاي وارد آمده به ماهواره به اندازه‌اي باشد که ماهواره ديگر قادر به انجام ماموريت‌هاي خود نباشد مرکز کنترل فرمان توقف ماهواره را صادر مي‌کند. سقوط از مدار يک ماهواره در مدار خود باقي مي‌ماند، تا زماني‌که شتاب آن کم شود. در حالت معمول، اگر شتاب يك ماهواره كم شود، ماهواره از مدار اصلي‌ِ خود كمي پايين‌تر مي‌آيد. موتورهاي تعبيه‌شده روي ماهواره دوباره ماهواره را به مدار خود بازمي‌گردانند اما اين فرايند تا زماني مي‌تواند ادامه داشته باشد كه موتورهاي همراه ماهواره، داراي سوخت لازم باشند. با تمام شدن سوخت يا به دلايل ديگري چون از كار افتادن بخشي اساسي از ماهواره، نيروي گرانش، ماهواره را به سمت پايين و به سمت اتمسفر مي‌کشاند. سرعت ماهواره هنگام برخورد با مولکول‌هاي خارجي‌ترين لايه‌ي اتمسفر كمي کم مي‌شود؛ اما هنگامي که نيروي گرانش ماهواره را به سمت لايه‌هاي داخلي‌تر اتمسفر مي‌کشاند، سرعت ماهواره بسيار زياد مي‌شود. ماهواره در اصطكاك با هوايي که جلويش قرار دارد، به شدت داغ مي‌شود و در اثر گرماي حاصل از اين اصطكاك، بخشي از ماهواره يا تمامي آن مي‌سوزد.

[sayed mojtaba]

جلسه چهارم، عمر ماهواره ها و پایداری

در این جلسه با دو تعریف از عمر ماهواره ها و علت پایداری آن ها در مدار آشنا می شویم. 1. عمر باليستيکي: مدت زماني که ماهواره در مدار حرکتي خود باقي مي‌ماند. عموماً براي ماهواره‌هايي که بر روي مدارهاي نزديک زمين حرکت مي‌کنند، قابل تعريف است و پس از اين مدت به سمت زمين کشيده شده، در جو منهدم مي‌شوند . 2. عمر عملکردي: مدت زماني که تجهيزات ماهواره و سامانه‌ي تامين انرژي آن قابليت کارکرد داشته باشد. اين عمر در ارتفاعات بالاي 500 کيلومتر به تعريف مي‌شود. به عنوان مثال در مورد ماهواره‌هايي که در مدارهاي زمين‌آهنگ قرار مي‌گيرند (ماهواره‌هاي مخابراتي) طراحان عمري بين 5 تا 15 سال را در نظر مي‌گيرند و مي‌توانند در اين مدت ماموريت‌هاي محوله را انجام دهند. اين ماهواره‌ها به صورت آزاد پس از اتمام ماموريت در مدار خود گردش مي‌کنند. با افزايش ارتفاع از سطح زمين، نيروي گرانش كم مي‌شود. هر مدار دايره‌اي ماهواره، سرعت ويژه‌اي دارد كه به آن سرعت پايداري مدار مي‌گويند. در اين سرعت نيروي گرانش با نيروي گريز از مركز در حالت تعادل قرار دارند. اگر سرعت ماهواره را به كم‌تر از سرعت پايداري كاهش دهيم،‌ نيروي گرانش بر نيروي گريز از مركز غلبه مي‌كند و ماهواره به مدار پايين‌تر (ارتفاع كم‌تر) سقوط خواهد كرد و بالعكس اگر سرعت ماهواره را افزايش دهيم، نيروي گريز از مركز بر نيروي گرانش غلبه كرده، ماهواره در مدار بالاتر قرار مي‌گيرد. با كاهش سرعت ماهواره پس از پايان ماموريت، ارتفاع آن كم مي‌شود تا وارد جو شود. در پرسش پيشين آموختيم، از آن‌جا كه سرعت گردش ماهواره در هنگام برخورد به ملكول‌هاي هواي جو هنوز بسيار زياد است، دماي سطح ماهواره آن‌قدر بالا مي‌رود كه قطعات آن آتش مي‌گيرند و مي‌سوزند. البته برخي قطعات نسوخته‌ي ماهواره‌ها يا موشك‌ها در مدار زمين باقي مي‌مانند. اين قطعات به علت سرعت زيادي كه در گردش به‌ دور زمين دارند، براي ديگر ماهواره‌ها و نيز موشك‌ها و شاتل‌هاي فضايي بسيار خطرناك هستند؛ به گونه‌اي كه اگر يك قطعه‌ي كوچك (به اندازه‌ي يك توپ پينگ‌پنگ) به يك شاتل اصابت كند، مانند يك خمپاره عمل خواهد كرد و ممكن است شاتل را منفجر كند! دانشمندان سعي مي‌كنند ماهواره‌ها را از موادي بسازند كه در هنگام برخورد با جو كاملا بسوزند و قطعات خطرناك آن‌ها در جو باقي نماند. چرا يك ماهواره در مدارِ خود باقي مي‌ماند؟ به دليل تعادل بين دو عامل است كه يك ماهواره در يك مدار باقي مي‌ماند. يكي عامل تندي يا سرعتي كه ماهواره با آن سرعت در مسير مستقيم در حال حركت است وديگري عامل نيروي كشش گرانش، كه بين ماهواره و زمين وجود دارد. براي فهم بهتر موضوع، شما مي‌توانيد يك توپ را به انتهاي يك طناب ببنديد. با گرفتن انتهاي ديگر طناب، توپ را در يك مسير دايره‌اي شكل در هوا بچرخانيد. اگر طناب پاره شود، توب در يك مسير مستقيم _ مماس بر همان دايره‌ي چرخش خود _ پرتاب مي‌شود. اما اگر طناب پاره نشود، چون توپ با نيروي كشش طناب نگه‌داشته شده است، به دور دست شما در مداري دايره‌اي خواهد چرخيد. نيروي گرانش زمين نيز همانند نيروي كشش طناب به ماهواره‌ها وارده مي‌شود و با تعادلي كه با عامل سرعت ماهواره برقرار مي‌سازد، ماهواره را در مدار نگه مي‌دارد. اما اين سرعت ماهواره كه ما از سخن مي‌گوييم از كجا مي‌آيد؟ اين سرعت همان سرعتي است كه ماهواره‌بر (يا موشك حامل) در لحظه‌ي قرار دادن ماهواره در مدار، داشته است؛ دقيقا مانند سرعت سيبي كه در يك قطار در حال حركت در دست شماست!

[sayed mojtaba]

جلسه پنجم، وجوه مشترک ماهواره ها و سامانه های پیشرانش ماهواره

وجوه مشترك ماهواره‌‌ها با وجود تفاوت‌هاي بسيار زياد انواع ماهواره‌ها، وجوه مشترک قابل ملاحظه‌اي نيز بين آن‌ها وجود دارد. براي مثال: همه‌ي آن‌ها داراي يک بدنه و چارچوب فلزي و ترکيبي مي‌باشند که معمولاً به نام بِيس شناخته مي‌شود. بِيس تمامي اين چارچوب‌ها را در فضا در کنار هم نگه داشته، نيروي کافي براي پرتاب سالم و ايمن را فراهم مي‌كند. همه‌ي آن‌ها داراي منبع انرژي (معمولاً باتري‌هاي خورشيدي) و باتري‌هايي براي ذخيره‌سازي مي‌باشند. سلول‌هاي خورشيدي، انرژي لازم را براي باتري‌هاي با قابليت شارژ دوباره فراهم مي‌نمايند. در بيش‌تر ماهواره‌ها، انرژي چيز ارزشمندي است و نوع و مقدار مصرف آن اهميت بالايي دارد. از انرژي هسته‌اي در کاوش‌گرهاي فضايي براي رفتن به ديگر سياره‌ها استفاده مي‌شود. شرايط و وضعيت سامانه‌هاي توليد توان در ماهواره‌ها، همواره ثبت مي‌شود و اطلاعات ياد شده در قالب سيگنال‌هاي تله‌متري، به پايگاه‌هاي زميني فرستاده مي‌شوند و در آن‌جا بررسي و ارزيابي مي‌گردد. تمام ماهواره‌ها داراي يک رايانه مي‌باشند تا سامانه‌هاي مختلف را کنترل و نظارت کنند. تمام آن‌ها داراي آنتن و سامانه‌ي راديويي مي‌باشند. بيش‌تر ماهواره‌ها داراي يک فرستنده‌ي انتقال‌دهنده‌ي راديويي مي‌باشند. اين سامانه به خدمه‌ي کنترل زميني اين امکان را مي‌دهد تا اخبار وضعيت و شرايط فني ماهواره را دريافت نمايند. بيش‌تر ماهواره‌ها مي‌توانند از زمين به روش‌هاي گوناگوني كنترل شوند. اين كار، گاه به منظور تغيير مدار و گاه به منظور برنامه‌ريزي دوباره‌ي سامانه‌ي رايانه‌اي و مواردي از اين دست، انجام مي‌گيرد. بسياري از ماهواره‌ها (به ويژه ماهواره‌هاي بزرگ) داراي سامانه‌ي کنترل وضعيت مي‌باشند. اين سامانه باعث مي‌شود تا ماهواره در جهت درستي قرار بگيرد. تلسکوپ فضايي هابل داراي سامانه‌ي کنترل جامع و کاملي مي‌باشد که با استفاده از آن، تلسکوپ مي‌تواند در موقعيت مناسبي در فضا، در مدت زماني طولاني قرار گيرد. اين امکان، در حالي وجود دارد که تلسکوپ با سرعت 17000 مايل در ساعت (27359 کيلومتر در ساعت) در فضا حرکت مي‌كند. اين سامانه در برگيرنده‌ي ژيروسکوپ‌ها، شتاب‌سنج‌ها، يک سامانه‌ي پيشران (موتورهاي ورنيه)، پيشرانه‌ها (سوخت) و يک مجموعه از حس‌گرها مي‌باشد که از ستارگان راهنما، براي تعيين موقعيت خود، استفاده مي‌كند. سامانه­ هاي پيشرانش ماهواره سامانه­ هاي پيشرانش ماهواره كاركردهاي متنوعي دارند. استفاده اصلي سامانه­ هاي پيشرانش براي انجام مانورها در فضا است. اين مانورها معمولا براي تغيير شكل، اندازه و يا ارتفاع مدار ماهواره انجام مي­شود. كاركرد ديگر سامانه­ هاي پيشرانش ماهواره در تامين كنترل وضعيت ماهواره است. براي داشتن كنترل وضعيت كامل به كنترل در راستاي سه محور نياز داريم. براي اين كار به حداقل سه تراستر احتياج است كه در راستاي سه محور ماهواره نصب شده باشند.

[sayed mojtaba]

جلسه ششم، پرتاب ماهواره ها (1)

در این جلسه تاحدودی با نحوه پرتاب ماهواره ها به سوی مدار آشنا می شویم. براي پرتاب ماهواره، موشک­هاي ماهواره­ بر نياز به برنامه­ ريزي بسيار دقيقي دارند تا بتوانند اين کار مهم را با دقت انجام دهند. اگر موشک ماهوار­ه­ بر کار خود را درست انجام ندهد تمامي هزينه هايي که صرف طراحي و ساخت ماهواره شده است به هدر مي­رود. براي قرار دادن ماهواره در مدار نخست موشک ماهواره­ بر در مسيري مستقيم و رو به بالا پرتاب مي­شود، سپس اين موشک از فشرده­ ترین بخش جو زمين با کمينه مصرف سوخت عبور مي­کند. بيشينه­ ي سرعت در اين گام حدود 29000 کيلومتر بر ساعت است. در گام دوم با تنظيم دهانه هاي سوخت موشک، مسير آن مطابق مسير مورد نظر تغيير کرده و ماهواره به سوي مدار مورد نظر هدايت مي­شود. پايگاه پرتاب فضايي با توجه به نوع پرتابگر­ها، نحوه انتقال ماهواره­ ها به مدار مورد نظر متفاوت است. ولي بيش­تر پرتاب­گر­ها به صورت چند مرحله­ اي عمل مي­کنند. تعداد مراحل در پرتابگرهاي گوناگون تفاوت دارد. ممکن است در يک ماهواره­ بر، در مرحله نخست بوستر­هاي جانبي جدا شوند و در مرحله دوم بخش اصلي موشک جدا شود و حتي شايد مرحله سومي نيز وجود داشته باشد که در طي آن بخش ديگري از موشک جدا شود. ولي در بيش­تر موشک­هاي ماهواره­ بر دو مرحله پاياني شامل جدايش پوشش و قرار گرفتن ماهواره در مدار است. در بيش­تر موارد طرح پرواز موشک ماهواره­ بر به سوي شرق طراحي مي­شود زيرا گردش وضعي زمين به سوي شرق است و اين گردش باعث اعمال يک نيروي اوليه به موشک مي­گردد. نيروي ناشي از گردش زمين به سرعت زمين در محل پرتاب بستگي دارد و اين نيرو در مدار استوايي داراي بيش­ترين مقدار است؛ در بخش­هاي بعد به اين موضوع بيش­تر خواهيم پرداخت. براي پرتاب يک ماهواره به فضا، زمان پرتاب از اهميت بسياري برخوردار است. اگر يک ماهواره در زمان مناسب به فضا فرستاده نشود، ممکن است طوري در مدار قرار داده شود که نتوان از آن استفاده نمود. براي پرتاب ماهواره­ بر­ها به پايگاه پرتاب نياز است؛ پايگاه پرتاب مکاني است که تجهيزات لازم جهت نصب، آماده‌سازي، سوخت‌گيري، آزمايش‌هاي پيش از پرتاب موشک يا ماهواره‌بر در آن‌جا تعبيه شده و از نظر منطقه‌اي، شرايط لازم، همچون امنيت و ايمني در آن ديده شده باشد. اشاره شد که پايگاه پرتاب مکاني است که تجهيزات لازم جهت نصب، آماده‌سازي، سوخت‌گيري، آزمايش‌هاي پيش از پرتاب موشک يا ماهواره‌بر در آن‌جا تعبيه شده و از نظر منطقه‌اي، شرايط لازم، همچون امنيت و ايمني در آن ديده شده باشد. از آن‌جايي که براي هر موشك يا ماهواره‌بري، تجهيزات آماده‌سازي و پرتاب، به صورت ويژه و خاص طراحي و ساخته مي‌شود، هر موشکي را نمي‌توان از هر پايگاهي پرتاب کرد. از اين رو پايگاه‌هاي پرتاب را با توجه به نوع موشک‌هايي که از آن‌جا پرتاب مي‌شود به سه دسته‌ي کلي تقسيم مي‌کنند. دسته‌ي نخست پايگاه‌هاي پرتاب نظامي هستند که خود به چند زير شاخه تقسيم مي‌شوند، اما چون در اين‌جا، خارج از حوزه‌ي بحث ما هستند، به آن‌ها نخواهيم پرداخت. دسته‌ي دوم پايگاه‌هاي پرتاب زيرمداري مي‌باشند که پرتاب‌هاي مربوط به موشک‌هاي کاوش‌گر را پوشش مي‌دهند. دسته‌ي سوم نيز پايگاه‌هاي پرتاب فضايي هستند. البته در بعضي موارد ديده شده است که از يک پايگاه، گونه‌هاي متفاوتي از موشک‌ها پرتاب مي‌شوند. در چنين مواقعي اگر حتي يک پرتاب فضايي از اين پايگاه انجام شود، پايگاهِ پرتاب را فضايي رتبه‌بندي مي‌کنند. موشک‌هاي فضايي (ماهواره‌برها) به دليل ابعاد بزرگ و تجهيزات حساس معمولاً در خود پايگاه سرهم شده و با استفاده از تجهيزات حمل و نقل ريلي يا غير ريلي بزرگ، به سکوي پرتاب حمل مي‌شوند. انتقال تجهيزات و مراحل گوناگون يک موشک فضايي از کارخانه‌ي سازنده به پايگاه پرتاب، در بيش‌تر موارد به كمك هواپيما، بالگرد يا قطار انجام مي‌شود. يک پايگاه پرتاب فضايي نيازمند سالن‌هاي مونتاژ، تجهيزات متنوع نصب، آزمايشگاه‌ها، سامانه‌ي حمل‌و‌نقل ويژه، مخازن بزرگ سوخت و اکسيد‌کننده، باند هواپيما و بالگرد، مرکز کنترل پرواز، هتل، رستوران، بيمارستان، شبکه‌ي ريلي و جاده‌اي مناسب و بسياري الزامات ديگر مي‌باشد. فراهم‌سازي اين امكانات و برآورده نمودن تمامي الزامات مربوط به يك پايگاه فضايي، مستلزم شناخت مناسب از نيازمندي‌هاي سامانه‌ي پرتابي است. بعضي از پايگاه‌هاي پرتاب، سرّي محسوب شده، ورود به آن‌ها، حتي براي افراد مرتبط، با ملاحظاتي همراه است. اما برخي ديگر در زمره‌ي پايگاه‌هاي پرتاب تجاري و يا علمي تحقيقاتي قرار دارند كه افراد مرتبط بنا به ضرورت مي‌توانند در آن‌ها رفت و آمد كنند. انتخاب محل استقرار پايگاه پرتاب‌هاي فضايي، به مسايل سياسي، امنيتي، ايمني و نيازمندي‌هاي فني بي‌شماري مربوط مي‌شود. از آغاز عصر فضا تا كنون، بيش از 5000 محموله‌ي فضايي از پايگاه‌هاي فضايي سراسر دنيا به فضا پرتاب شده‌اند. برخي از اين پايگاه‌ها همچنان فعالند و برخي ديگر از رونق افتاده‌اند. كِيپ كاناوِرال، وندنبرگ، بايكانور، پلتستسك، كورو، تانگاشيما، ژيوگوآن، ژيچانگ و سري‌هاريكوتا از جمله‌ي شلوغ‌ترين و پر رفت ‌و ‌آمدترين پايگاه‌هاي فضايي دنيا محسوب مي‌شوند كه بيش‌تر محموله‌هاي فضايي دنيا از اين پايگاه‌ها راهي فضا مي‌شوند. فعاليت‌هاي فضايي آمريكا و اتحاد جماهير شوروي سابق بيش‌ترين حجم مأموريت‌هاي فضايي بشر را به خود اختصاص داده، تقريباً هر دو در يك سطح مي‌باشند. چين، آژانس فضايي اروپا، فرانسه، ژاپن، آلمان، ايتاليا، هندوستان، انگلستان، كانادا، برزيل، بلژيك و اسپانيا، در ادامه فعاليت‌هاي دو ابرقدرت فضايي دنيا، تلاش‌هايي را در جهت دست‌يابي به فضا و استفاده از آن انجام داده‌اند. اين تلاش‌ها، بي‌ثمر نبوده و اكنون بسياري از اين كشورها، به چهره‌هايي فعال در بهره‌برداري از فضا تبديل شده‌اند. امروزه تلاش و سهم اين كشورها در استفاده‌ي از فضا روز به روز در حال گسترش مي‌باشد.

[sayed mojtaba]

جلسه هفتم، پرتاب ماهواره ها (2)

در نخستين گام، پيشرانِ موشك (موتور) روشن شده، نيروي بالابرنده فراهم مي‌شود. با ايجاد نيروي بالابرنده، ماهواره‌بر به همراه مخازن سوخت و ماهواره‌اي كه با خود دارد، از زمين جدا شده، به سوي آسمان حركت مي‌كند. پس از اين‌كه سامانه‌ي پيشران، تمام سوخت را سوزاند، بخشِ نخست از بدنه‌ي موشك جدا مي‌شود و به زمين سقوط مي‌كند. در گام دوم، سامانه‌ي پيشرانِ مرحله‌ي دوم روشن مي‌شود و چون موشك سبك‌تر شده، با سرعت بيش‌تري ماهواره را به ارتفاع بالاتر و براي قرار دادن در مدار به پيش مي‌راند. به همان ترتيب و با پايان يافتن سوخت، مرحله‌ي دوم نيز از ديگر اجزاي موشك جدا مي‌شود و بسته به ماموريت ماهواره بقيه‌ي مراحل انجام مي‌گردد. براي مثال اگر ماهواره از نوع ماهواره‌هاي زمين‌آهنگ باشد بايد در ارتفاع 35000 كيلومتري قرار بگيرد. براي اين گونه از ماهواره‌ها گام (مرحله‌ي) سومي نيز نياز است تا ماهواره به مدار مورد نظر حمل شود. پس از قرار گرفتن ماهواره در ارتفاع مورد نظر يك سامانه‌ي پيشران موشكيِ ديگر به كار مي‌افتد و ماهوراه را در مدار مورد نظر قرار مي‌دهد. پس از قرار گرفتن ماهواره در مدار، با توجه به قوانين فيزيكي ماموريت ماهواره ادامه پيدا مي‌كند. در بخش پيشين آموزشگاهِ ماهواره چگونگي پايداري ماهواره در مدار تا حدودي تشريح شد. ماهواره‌ها در سر موشك‌ها جاسازي مي‌شوند و به فضا پرتاب مي‌شوند. دماغه‌ي مخروطي‌شکل موشک - که در برابر گرما مقاوم است - ماهواره را از اصطکاکِ هنگام گذشتن از جو زمين، محافظت مي‌کند. بعد از گذشتن از جو زمين، لايه‌ي محافظتي از ماهواره‌ها جدا شده، در مرحله‌ي آخر، موشک، ماهواره را در مدار مورد نظر قرار مي‌دهد. بسياري از ماهواره‌ها از سامانه‌ي پيشرانِ موشكيِ خود براي رفتن به مدارهاي بالاتر استفاده مي‌کنند. شاتل‌هاي فضايي نيز، ماهواره‌ها را سوار بر مخزنِ محموله‌ي خود، به مدار مي‌برند. سپس ماهواره‌ها از بستر خود خارج و در فضا رها مي‌شوند. اگر از يک موشک ماهواره‌بر براي پرتاب دو يا چند ماهواره استفاده شود، آن‌ها يکي پس از ديگري رها مي‌شوند، تا به هم برخورد نکنند. بسياري از شركت‌هاي تجاري و كشورها، داراي قابليت‌هاي پرتاب موشك ماهواره‌بر مي‌باشند و ماهواره‌هايي به بزرگيِ چند تن را مي‌توانند سالم، درست و منظم، در مدار قرار دهند. بيش‌تر پرتاب‌هاي ماهواره‌اي، با موشك‌هايي انجام مي‌شود كه شروعِ پرتاب آن‌ها، مستقيم به سوي بالا، برنامه‌ريزي شده است. چنين روشي موشك را از ميان سخت‌ترين بخش‌هاي جو زمين، بسيار سريع عبور مي‌دهد و بهترين راه براي كم كردن مصرف سوخت مي‌باشد. پس از اين‌كه يك موشك، مستقيم به سوي بالا پرتاب شد، مكانيسم كنترل موشك، سامانه‌ي هدايت اينرسي را به‌كار مي‌گيرد تا با انجام محاسبات لازم، دماغه‌ي موشك را به خط سيري كه در طرح پرواز از پيش در نظر گرفته شده است، متمايل نمايد. در بيش‌تر موارد، در طرح پرواز، جهت مستقيم موشك را، در ابتدا به سمت شرق قرار مي‌دهند؛ چون زمين از غرب به شرق مي‌چرخد و چنين حركتي، به موشك يك نيروي تقويت‌كننده‌ي اضافي وارد مي‌كند؛ نيروي اين تقويت به سرعت گردش زمين در محل پرتاب، بستگي دارد. با اين حساب، نيروي اين تقويت، در خط استوا، بيش‌ترين حد خود را داراست چون بزرگ‌ترين قطر زمين، در استوا مي‌باشد و بنابراين سريع‌ترين سرعت گردش خطي هم، در آن‌جا خواهد بود... . براي قرار دادن يك ماهواره در مدار، به نيروي بسيار زيادي نياز است. اين نيروي عظيم را ماهواره‌بر (موشك حامل) توليد مي‌كند. ماهواره‌ براي قرار گرفتن در مدار بايد در ارتفاعي بيش از 200 كيلومتر از سطح زمين به سرعتي بالاتر از 29000 كيلومتر در ساعت برسد. ماهواره‌بر‌ها به شكل موشك‌هاي چند مرحله‌اي، با سوزاندن سوخت شيميايي، انرژي لازم براي بردن ماهواره به مدار زمين را فراهم مي‌كنند.

[sayed mojtaba]

جلسه هشتم، پرتاب ماهواره ها (3)

همانطور که اشاره شد براي هدايت دلخواه يک ماهواره، نياز به کنترل دقيق ماهواره‌بر يا موشک حامل مي‌باشد. اين کنترل دقيق، با استقرار سامانه‌ي هدايت اينرسي در ماهواره‌بر انجام مي‌شود. سامانه‌ي يادشده، موقعيت لحظه‌اي ماهواره‌بر را به کمک شتاب‌سنج‌ها و ژيروسکوپ‌ها، تعيين مي‌كند. سامانه‌ي هدايت اينرسي بر روي دو قاب نصب شده است. سكوي ثابت ژيروسكوپي، خود شامل شتاب‌سنج‌هايي است كه تغييرات در شتاب را در سه محور مختلف محاسبه مي‌كند. چنان‌چه مختصات نقطه‌ي پرتاب ماهواره‌بر براي سامانه‌ي هدايت، تعريف شده باشد و شتاب‌هايي كه در طي پرواز ماهواره‌بر رخ مي‌دهد نيز معلوم باشد، سامانه‌ي هدايت اينرسي مي‌تواند موقعيت ماهواره‌بر و جهت آن‌را در فضا، محاسبه كند. يك ماهواره‌بر، بايد لااقل سرعتي برابر 25039 مايل در ساعت - 40320 كيلومتر در ساعت - داشته باشد تا بتواند از ميدان گرانش زمين خارج شود و در فضا به پرواز خود ادامه دهد. سرعت گريز از زمين، به مراتب بيش از سرعت لازم براي استقرار يك ماهواره در مدار زمين است. ماهواره‌ها قادر به خارج کردن يک محموله‌ي فضايي از ميدان جاذبه‌ي زمين نيستند؛ هر چند که به دليل دارا بودن سرعت مداري، مي‌توانند آن‌ را در مداري مشخص حفظ نمايند و از سقوط آن بر سطح زمين جلوگيري نمايند. سرعت مداري، سرعتي است كه براي ايجاد تعادل و توازن بين نيروي جاذبه‌ي زمين و اينرسي حركت ماهواره لازم است. براي مثال در ارتفاع 150 مايلي (242 کيلومتري) از سطح زمين، سرعتي معادل 17000 مايل در ساعت (27359 كيلومتر در ساعت) لازم است تا ماهواره در مدار باقي بماند. البته بدون وجود جاذبه نيز، اينرسي ماهواره قادر به نگهداري ماهواره در مدار مفروض فضايي نخواهد بود. چنان‌چه سرعت حرکت ماهواره بر نيروي جاذبه‌ي زمين غلبه کند، ماهواره در مدار باقي نمي‌ماند و به تدريج از زمين دور خواهد شد. اما اگر ماهواره خيلي آرام حركت كند، نيروي جاذبه‌ي زمين آن‌ را به زمين برخواهد گرداند. در سرعت مداري صحيح، نيروي جاذبه، باعث تعادل اينرسي ماهواره شده، آن ‌را به سمت مركز زمين حركت مي‌دهد و به عبارت ديگر سبب انحناي مسير حركتي ماهواره، همانند سطح زمين مي‌شود. به اين‌ترتيب ماهواره ديگر در يك مسير مستقيم، حركت نخواهد كرد. سرعت مداريِ يک ماهواره وابسته به فاصله‌ي استقرار آن از زمين است و هر چه اين فاصله بيش‌تر باشد، سرعت مداري لازم كم‌تر خواهد بود. مثلاً در ارتفاع 124 مايلي (200 كيلومتري)، سرعت مداري مورد نياز فقط 17000 مايل در ساعت (حدود 27400 كيلومتر در ساعت) مي‌باشد در حالي‌که براي نگه‌داشتن ماهواره‌اي در مدار 22322 مايلي (35786 كيلومتري) بالاي زمين، سرعت تقريبي 7000 مايل در ساعت (11300 كيلومتر در ساعت) لازم است. اين سرعت مداري و فاصله، به ماهواره اين اجازه را مي‌دهد تا يك دور كامل را در 24 ساعت انجام دهد. از آن‌جا كه زمين هم در هر 24 ساعت يك بار مي‌چرخد، يك ماهواره در ارتفاع 35786 كيلومتري در نقطه‌ي ثابتي متناسب با يك نقطه در سطح زمين باقي مي‌ماند. به خاطر اين‌كه در اين مدار، ماهواره هميشه و در هر زمان در يك جاي ثابت نسبت به زمين باقي مي‌ماند، چنين مداري به نام «مدار زمين‌آهنگ» شناخته مي شود. مدارهاي زمين‌آهنگ براي ماهواره‌هاي هواشناسي و ارتباطاتي مناسب و مطلوب مي‌باشند. کره‌ي ماه نسبت به زمين داراي يك ارتفاع تقريبي 240000 مايلي (384400 کيلومتري) و سرعت تقريبي 2300 مايل در ساعت (3700 كيلومتر در ساعت) مي‌باشد و حركت مداري آن 322.27 روز طول مي‌كشد. همچنان که ملاحظه مي‌شود سرعت مداري ماه كم‌تر از سرعت مداري ماهواره‌هاي مستقر در ديگر مدارهاي زمين است و دليل آن، فاصله‌ي دورتر ماه از زمين نسبت به ماهواره‌هاي مصنوعي مي‌باشد. در كل، هر چه مدار بالاتر باشد، ماهواره مي‌تواند مدت زمان بيش‌تري را در مدار بماند. در ارتفاعات پايين‌تر، ماهواره بين لايه‌هاي جو زمين حركت مي‌كند و لذا نيروي مقاوم (نيروي پسآ) به وجود مي‌آيد. نيروي پسآ، عاملي منفي در ثبات فاصله‌ي مداري ماهواره‌ها به شمار مي‌رود. گاهي اين نيرو، با غلبه بر سرعت مداري، مي‌تواند سبب بازگشت ماهواره‌ها به لايه‌هاي غليظ‌تر جو و در نتيجه نابودي آن‌ها شود. در ارتفاعات بالاتر، جايي كه خلاء نسبي بيش‌تري را شاهد هستيم، تقريباً هيچ پسآيي وجود ندارد و لذا يك ماهواره مي‌تواند براي قرن‌ها در مدار باقي بماند. نمونه‌ي قابل توجه، کره‌ي ماه مي‌باشد که با توجه به مدار استقرارش، مدت زمان بسيار مديدي است که در مدار خود باقي مانده است! معمولاً ماهواره‌ها در مداري بيضوي‌شكل حركت مي‌كنند. پايگاه كنترل زميني ماهواره‌ها، با تنظيم و کنترل رژيم کاري موتورهاي تصحيح مدار ماهواره‌ها، اصلاحات لازم براي تثبيت مدار حرکتي آن‌ها را فراهم مي‌نمايند. هدف اصلي از اين كار، نزديک‌تر کردن مدار بيضوي‌شکل حرکت ماهواره‌ها به مدار دايروي است.

[sayed mojtaba]

جلسه نهم، پرتاب ماهواره ها (4)

نيروي تقويت در يك پرتاب استوايي براي به دست آوردن يك تخمين سردستي، ما مي‌توانيم محيط زمين را از طريق ضرب كردن قطر آن در عدد پي (1416 . 3) محاسبه كنيم. قطر زمين تقريباً 12753 كيلومتر (7926 مايل) مي‌باشد، كه با ضرب آن در عدد «پي»، محيط زمين 40065 كيلومتر (24900 مايل) به دست مي‌آيد. براي آن كه يك موشک از استوايِ زمين، اين محيط را در 24 ساعت بپيمايد بايد با سرعت 1669 كيلومتر در ساعت (1038 مايل در ساعت) حركت كند. مثلاً در پرتاب يك موشك از پايگاه كيپ كاناورال - واقع در فلوريداي آمريكا - سرعت چرخش زمين باعث تقويت چنداني نمي‌شود. اما در مجموعه‌ي پرتاب 39 اِي از پايگاه فضايي كندي - كه در عرض جغرافيايي شمالي 28 درجه و 39 دقيقه و 7014 . 29 ثانيه قرار دارد - سرعت گردش زمين در حدود 1440 كيلومتر در ساعت (894 مايل در ساعت) مي‌باشد؛ يعني تفاوت سرعت سطح زمين بين خط استوا و مركز فضايي كندي، 229 كيلومتر در ساعت مي‌باشد. نكته آن است كه؛ در واقع زمين، به شكل شلغم مي‌باشد و نه به صورت يك كره‌ي كامل! يعني در ميانه، كمي حجيم‌تر است؛ به همين جهت ، تخمين ما از محيط زمين كمي كوچك مي‌باشد. با در نظر گرفتن اين‌كه موشك‌ها مي‌توانند هزاران كيلومتر در هر ساعت بروند، شايد شما شگفت‌زده شويد كه چرا تنها يك تفاوت 229 كيلومتر در ساعت، بسيار مهم و پراهميت خواهد بود؟ پاسخ آن است كه موشك‌ها همراه با سوخت و محموله‌هايشان، بسيار سنگين مي‌باشند. براي مثال، براي جدا شدن شاتل فضايي انديور در 11 فوريه 2000 از زمين -كه حامل رادار توپوگرافي شاتل بود - بايستي وزني برابر 2050447 كيلوگرم پرتاب شود. اگر بخواهيم به چنين جرم بزرگي، سرعتي برابر 229 كيلومتر در ساعت بدهيم نياز به مقدار انرژي بسيار بسيار بزرگي خواهيم داشت كه به مصرف سوخت قابل ملاحظه‌اي هم نيازمند است؛ ولي پرتاب از خط استوا، تفاوت فاحشي در دادنِ اين انرژي ايجاد خواهد كرد. همين كه موشك در ارتفاع حدود 193 كيلومتري (120 مايلي) به هواي بسيار رقيق مي‌رسد، سامانه‌ي ناوبري آن موتورهاي كوچك را روشن مي‌كند تا موقعيت موشك، افقي شود. سپس ماهواره جدا مي‌شود. در اين نقطه، دوباره ميكروموتورها روشن مي‌شوند تا اطمينان حاصل شود كه جدايشِ كاملي بينِ موشك و ماهواره صورت گرفته است. آستانه‌ي پرتاب ماهواره آستانه‌ي پرتاب، عبارت از مدت زمان خاصي است كه در آن، استقرار ماهواره در مدار، به منظور انجام عملكرد مورد نظرش، آسان‌تر خواهد بود. در شاتل‌هاي فضايي، انتخاب آستانه‌ي پرتاب از اهميت مضاعفي برخوردار است، چرا که اين زمان، ضامن جابه‌جايي ايمن فضانوردان مي‌باشد. اگر احياناً اشتباهي در تنظيم آستانه‌ي پرتاب رخ دهد، بايستي فضانوردان قادر به فرود در منطقه‌اي، که در آن پرسنل نجات هستند، باشند.براي ديگر انواع پروازها، مثل كاوش‌هاي بين سياره‌اي، آستانه‌ي پرتاب بايد اين امكان را در پرواز به وجود بياورد تا بهترين و مطمئن‌ترين مسير را به سمت مقصد نهايي فراهم كند. اگر هوا نامساعد باشد يا يك خرابي و نقص، هم‌زمان با آستانه‌ي پرتاب رخ دهد، پرواز بايد تا حصول شرايط مناسب و «آستانه‌ي پرتاب بعدي»، به تعويق بيافتد. چنانچه ماهواره‌اي در زماني اشتباهي در هوايي مساعد و عالي پرتاب شود، ماهواره مي‌تواند در مداري كه هيچ‌گونه اشكالي را براي كاربران مورد نظرش ايجاد نمي‌كند، حركت خود را به پايان برساند. اصولاً زمان‌بندي در اين‌جا مهم‌تر از هر چيز ديگري است.

[sayed mojtaba]

جلسه دهم، بخش‌های اصلی یک ماموریت ماهواره ای فناوري فضايي به طور معمول در دو مقوله‌ي طراحي و ساخت ماهواره و پرتاب آن تقسيم مي‌گردد. به طور کلي يک سامانه‌ ماهواره‌اي شامل دو بخش «پيکره‌ي ماهواره (باس)» و «محموله‌ي ماموريت» است.
پيکره‌ي ماهواره (باس) بخش‌هاي عمده‌ پيکره‌ي ماهواره عبارتند از: 1) بخش انرژي: تامين‌کننده‌ نيروي الکتريکي مورد نياز براي قسمت‌هاي مختلف ماهواره 2) بخش سازه: مسئوليت تعيين جاي مناسب براي ساير بخش‌هاي پيکره‌ي ماهواره به عهده دارد و بايستي تحليل‌هاي استاتيکي، ديناميکي (ارتعاشات) و بالانس ديناميکي بر روي آن انجام گيرد. 3) بخش کنترل دما: فراهم آوردن شرايط حرارتي مورد نياز هر يک از اجزاي ماهواره را با توجه به وضعيت حرارتي مدار مورد نظر بر عهده دارد. 4) بخش مخابرات: مسوليت پوشش سنجش از دور (تله‌متري) و فرمان از دور (تله‌كامند)، ذخيره و ارسال داده‌ها در فرستنده و گيرنده را بر عهده دارد.
محموله‌ي ماموريت محموله‌ي ماموريت سامانه نيز مي‌تواند در چهار گروه محموله‌هاي مخابراتي، هواشناسي، عکس‌برداري و منابع زميني تقسيم شود. سامانه‌ي ماهواره‌اي که شامل يک يا تعداد بيش‌تري ماهواره مي‌باشد، بايستي بعد از قرار گرفتن در مدار مناسب به بخش زميني سرويس دهد. سامانه‌هاي زميني ماهواره‌ها سامانه‌ زميني در حقيقت واسط بين بخش فضايي و کابران بوده و وظيفه‌ي کنترل و پشتيباني ماموريت‌هاي بخش فضايي را بر عهده دارد. بخش زميني سامانه‌ي ماهواره‌اي به استثناي ترمينال‌هاي کاربران ثابت و متحرک در واقع همان ايستگاه کنترل مرکزي ماهواره است. وظايف اين ايستگاه عبارتند از:

• دريافت، ذخيره و پردازش اطلاعات سنجش از دور به منظور تعيين وضعيت ماهواره و تخمين مدار آن
• تهيه‌ي برنامه‌ زمان‌بندي شده جهت اجراي صحيح ماموريت ماهواره
• ارسال فرامين در وضعيت‌هاي عادي و اضطراري به ماهواره و تشخيص درستي اجراي آن

ايستگاه کنترل مرکزي ماهواره شامل دو بخشِ «ره‌گيري‌ِ پيام‌هاي سنجش از دور و فرمان‌ها (تي.تي اَند سي)» و «مرکز کنترل ماهواره (اس.سي.سي)» است. بخش زميني بخش زميني سامانه‌های ماهواره‌ای به سه گروه عمده دسته‌بندي مي‌شوند: سرويس‌گيرنده‌ي ثابت زميني يا اف.اس.اس؛ شامل قسمت‌هاي ثابت بخش زميني است که ماهواره به آن‌ها سرويس مي‌دهد. سرويس‌گيرنده‌ي متحرك زميني يا ام.اس.اس؛ اين گروه شامل قسمت‌هاي متحرک بخش زميني است که از ماهواره‌ها سرويس دريافت مي‌کنند؛ مانند كشتي‌ها، هواپيماها و خودروها. سرويس‌گيرنده‌هاي مخابراتي يا بي.اس.اس؛ اين گروه شامل ايستگاه‌هاي مخابراتي صدا و تصوير هستند که از ماهواره‌ها براي ارتباط با شنوندگان و بينندگان خود بهره مي‌گيرند. در اين‌جا ماهواره معمولا به عنوان يک رله عمل مي‌کند.