مفاهیم پرتاب ماهواره ها از ابتدا تا انتها

[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.