مفاهیم پرتاب ماهواره ها از ابتدا تا انتها

[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!