اهمیت ماهواره‌ها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است. بخشی از پژوهشهای علمی و تخصصی که در آزمایشگاه‌های مستقر در فضا انجام می‌شود، هرگز نمی‌توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.

تاریخچه

ظاهرا نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشته‌ای از ادوارد اورت هیل است. او در سال ۱۸۶۹ در داستانی بنام «ماه آجری» از ماهواره‌ای حامل انسان نام می‌برد که به دور زمین می‌گردد. ژول ورن نیز در داستان «میلیون‌های بگم» در سال ۱۸۷۹ از گلوله توپی نام می‌برد که بطور ناخواسته در مدار زمین به گردش درآمده‌است. کنستانتین سیولخوسکی نیز در رساله خود بنام «اکتشاف فضای کیهانی با وسائل عکس‌العملی» در میان انبوهی از اندیشه‌های نو در مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام می‌برد. در سال ۱۹۴۵ آرتور سی. کلارک نویسنده داستان‌های علمی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهواره‌های ارتباطی برای تامین ارتباط در سراسر زمین در مدار زمین‌هم‌زمان کره زمین قرار گیرند.

تاریخچه ماهواره‌های مصنوعی: اولین ماهواره مصنوعی اسپوتنیک ۱ (Sputnik ۱) بود که توسط شوروی در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ شروع به کار کرد. که این باعث به راه افتادن یک رقابت فضایی بین شوروی و آمریکا شد. آمریکا نیز اولین ماهواره خود را در ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ به فضا پرتاب کرد. بزرگترین ماهواره مصنوعی که هم اکنون به دور زمین می‌چرخد ایستگاه بین المللی فضایی می‌باشد.

انواع ماهواره

•ماهواره ضد سلاح: که بعضی مواقع ماهواره‌های کشنده نیز خوانده می‌شوند، که ماهواره‌هایی هستند که برای خراب کردن ماهواره‌های دشمن و دیگر سلاح‌های مداری و اهداف دیگر طراحی شده‌اند. که هم آمریکا و هم روسیه از این نوع ماهواره دارند.

•ماهواره‌های ستاره‌شناختی: که برای مشاهده فاصله سیاره‌ها و کهکشان‌ها و دیگر اشیای خارجی فضا استفاده می‌شود.

•ماهواره‌های زیستی : ماهواره‌هایی هستند که برای حمل ارگانیسم‌های زنده طراحی شده‌اند، عموماً برای آزمایش‌های علمی استفاده می‌شوند.

•ماهواره‌های مخابراتی : ماهواره‌هایی هستند که برای اهداف ارتباط راه دور در فضا قرار گرفته‌اند. ماهواره‌های مخابراتی مدرن نوعاً از مدارهای زمین‌همگام، مولنیا (Molniya) و پایین‌زمینی استفاده می‌کنند.

•ماهواره‌های مینیاتوری : ماهواره‌هایی هستند که دارای وزن کم و سایز کوچک به طور غیر عادی می‌باشند. طبقه بندی جدیدی که برای گروه بندی این ماهواره‌ها استفاده می‌شود عبارت است از : ماهواره‌های کوچک (۵۰۰-۲۰۰kg)، ماهواره‌های میکرو (زیر ۲۰۰kg) و ماهواره‌های نانو (زیر ۱۰ کیلوگرم)

•ماهواره‌های هدایت‌کننده : ماهواره‌هایی هستند که از پخش کردن سیگنال‌های رادیویی استفاده می‌کنند تا دریافت کننده‌های موبایل را در زمین فعال نمایند تا مکان دقیق آن‌ها مشخص شود.

•ماهواره‌های اکتشافی : ماهواره‌های مشاهداتی زمین یا ماهواره‌های مخابراتی می‌باشند، که برای کاربردهای نظامی و جاسوسی مستقر شده‌اند. • ماهواره‌های زمین شناسی : ماهواره‌هایی هستند که برای نظارت بر محیط، هواشناسی و ساختن نقشه و... استفاده می‌شوند.

•ایستگاه فضایی : یک ساختار ساخته دست بشر می‌باشد که برای زندگی انسان در فضای خارج طراحی شده‌است. یک ایستگاه فضایی از انواع فضاپیماها به وسیله نقصش در نیرو محرکه زیاد یا امکانات بر زمین نشستن، متمایز می‌شود-به جای موتورهای دیگر به عنوان جابه جایی به و از ایستگاه استفاده می‌شود. ایستگاه‌های فضایی برای باقی ماندن در مدار برای مدت کوتاهی طراحی شده‌اند، برای قسمتی از هفته یا ماه یا حتی سال.

•ماهواره‌های تتر (Tether) : ماهواره‌هایی هستند که به وسیله یک کابل که به آنها تتر (افسار) می‌گویند، به ماهواره‌های دیگر وصل می‌شوند.

•ماهواره‌های هوا شناسی : که به طور ابتدایی برای نشان دادن آب و هوای کره زمین به کار می‌روند.

مدار ماهواره‌ها

ماهواره در یک مسیر بسته که آن را مدار ماهواره می‌نامند، به دور زمین در گردش است. این مسیر ممکن است دایره‌ای یا بیضی شکل باشد و مرکز زمین در مرکز این مسیر یا در یکی از کانون‌های بیضی آن قرار دارد. ماهواره درصورتی که تحت تاثیر نیروهای گرانشی دیگری قرارنگیرد، همواره درصفحه‌ای به نام صفحه مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می‌دهد. حرکت این صفحه مداری به پریود مدار و زاویه صفحه با صفحه استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین می‌شود. عموما ماهواره‌ها بروی چهار نوع مدار که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می‌گیرند:

• مدار پائین زمین
• مدار قطبی
• مدار زمین‌ایست
• مدار بیضوی

ماهواره‌های مدار پائین زمین

به ماهواره‌هایی که در فاصله نسبتا کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار پائین زمین گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین بین ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است. مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و همجهت با دوران زمین بدور خود است.

بدلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهواره‌ها به ۲۷۳۵۹ کیلومتر در ساعت نیز می‌رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می‌توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.

برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

ماهواره‌های مدار قطبی

ماهواره‌های مدار قطبی به نوعی از ماهواره‌هایی گفته می‌شود که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دوران از قطبهای شمال و جنوب می‌گذرد.

بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.

ماهواره‌های مدار زمین‌ایست

این در حالت کلی بروی مدار زمین‌ایست و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۳۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار داند.

این نوع ماهواره‌های در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و بدلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای‌پا») بر زمین هستند.

به مدار زمین‌هم‌زمان مدار زمین‌ایست و یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود.

تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.

ماهواره‌های مدار بیضوی

این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند.

دو نقطه مهم از مدار این ماهواره‌ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است: قسمتی که به سطح زمین نزدیک می‌شوند به نام نقطه حضیض نامیده می‌شود. قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج نامیده می‌شود.

مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهواره‌های قطبی از سمت شمال به جنوب است.

چون اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین‌ایست قرار گرفته‌اند، این ماهواره‌ها هیچ پوششی بروی قطب‌های شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطب‌ها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود. در واقع این نوع از ماهواره‌ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می‌دهند.

ماهواره از دوبخش تجهيزات مخابراتي وغيرمخابراتي
تشکيل شده است . زيرسيستمهاي مخابراتي , آنتنها و
تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتي , دستگاهي
وجود دارد که وظيفه تکرارکننده هاي رله راديويي را
.انجام مي دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد
ترانسپاندرها سيگنالهاي فرستاده شده از زمين را
دريافت وپس ازتقويت وتغييرفرکانس آنها را به زمين
مي فرستند.آنتنهاي مربوط به اين ترانسپاندرها طوري
طراحي شده اند که فقط قسمتهايي ازسطح زمين را که
. درون شبکه ماهواره اي قرار دارند, پوشش مي دهد
يک ماهواره معمولا آنتني همه جهته دارد که براي
دريافت سيگنالهاي فرمان صادره از زمين به کار
مي رود زيرا آنتنهاي ديگر ماهواره احتمال دارد به
سوي زمين نباشند . آنتن همه جهته همچنين براي
کنترل سيستمهاي فرعي در زمان پرتاب ماهواره و
تعيين موقعيت آن به کارمي رود.بخش غيرمخابراتي
ماهواره که در واقع قسمت پشتيباني فنی آن است
شامل سيستم کنترل حرارتي , سيستم کنترل موقعيت
ومدار, ساختمان مکانيکي ,سيستم منبع تغذيه وموتور
. اوج است


سيستم کنترل حرارتي ماهواره
اين سيستم بايد درجه حرارت دستگاهها و تجهيزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف
.حفظ کند


سيستم کنترل موقعيت ومدار
کنترل موقعيت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهاي راديويي آنتن را براي منطقه
.موردنظر درروي زمين ثابت نگه مي دارد


ساختمان مکانيکي
ساختمان ماهواره بايد به گونه اي طراحي شده باشد که بتواند نيروهايي را که بر اثر فشارهاي
ديناميکي در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد مي شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولا از
آلياژ آلومينيوم سبک ساخته مي شود که شامل سلولهاي خورشيدي و منعکس کننده هاي آنتن نيز
هست .اين قسمت ازترکيب موادي مانند فيبرکربن که داراي استحکام وثبات ساختماني خاصي است
.ساخته مي شود


سيستم منبع تغذيه
منبع اصلي تغذيه معمولا سلولهاي خورشيدي هستند. انرژي خورشيدي جذب شده براي شارژکردن
.باتريهاي ذخيره نيزمورداستفاده قرارمي گيرد.اين باتريهاازنوع نيکل -کادميم هستند


موتوراوج
نقش موتوراوج ايجاد مدار دايره اي شکل وجلوگيري ازانحرافات مداري ماهواره است .بعضي مواقع با
.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمي کنند.

تایروس اولین ماهواره ی هواشناسی

ماهواره های پیشرفتها ی كه امروزه با عنوان نُوآ به سراسر جهان پوشش هواشناسی می دهند، در واقع ادامه همان ماهواره آزمایشی تایروس هستند كه در سال 1960 به فضا پرتاب شد. تایروس 1 اولین ماهواره هواشناسی جهان به حساب میآ ید. تایروس مزیت فضا را در ارائه خدمات هواشناسی و اقیانوس شناسی كاملاً به اثبات رساند و نقطه شروعی شد برای تحول در این علوم. تایروس یكی از نقاط عطف مهم در استفاده صلح جویانه بشر از فضا محسوب می شود.

تاریخچه

تایروس 1، اولین ماهواره هواشناسی جهان بود كه در تاریخ اول آوریل 1960 ، از پایگاه كیپ كاناورال 1 آمریكا در فلوریدا به فضا پرتاب شد. برنامه تایروس ابتدا در سال 1958 جزو برنامه های وزارت دفاع ایالات متحده در زمینه هواشناسی بود كه یك سال بعد به سازمان تازه تأسیس ناسا منتقل شد. این ماهواره ماموریت داشت تا با دوربین خود از الگوی حركتی ابرها و همچنین تشعشعات مادون قرمز زمین، اطلاعاتی را برای پیشب ینی و بررسی وضعیت آب و هوا مخابره2 محموله های كند. البته پیش از آن، سایر ماهواره ها مانند اكسپلورر 7 هواشناسی را به فضا برده بودند، اما هیچ گاه ماموریت اصلی آنها هواشناسی نبود . تایروس مخفف عبارت ماهواره مشاهده تلویزیونی و مادون قرمز 3 است. تایروس 1 در طول مدت عملیات 78 روزه خود توانست كارآیی ماهواره ها در زمینه هواشناسی و دادن اطلاعات در مورداوضاع جوی زمین به اثبات برساند. تایروس 1 اولین تصاویر تلویزیونی زمین را از فضا مخابره كرد كه این مساله یكی از نقاط عطف مهم درتاریخ فضا محسوب می شود.

پس از پرتاب اولین ماهواره تایروس، 9 ماهواره تایروس دیگر تاسال 1965 به فضا پرتاب شدند كه همگی آزمایشی- تحقیقاتی بودند و خدمات پیوسته هواشناسی را ارائه نمی دادند . این ماهواره ها در مدارخورشیدآهنگ و با زاویه میل بالا، ارتفاع متوسط 900 كیلومتری و دوره چرخش حدود 100 دقیقه قرار گرفتند. در سال 1965 ، اولین طرح كامل از الگوی آب و هوایی كره زمین با استفاده از 450 تصویر ارسال شده توسط ماهواره های تایروس ایجاد شد.

از سال 1966 به بعد، این برنامه با عنوان ESSA TIROS 4دنبال شد. بین سال های 1966 تا 1969 مجموعاً 9 ماهواره هواشناسی دیگر، كه اینب ار خدمات پیوسته و تعریف شده هواشناسی ارائه می دادند،به فضا پرتاب شدند. مدیریت این برنامه بر عهده سازمان خدمات علوم محیطی 5 آمریكا بود. این ماهواره ها توانستند عكس های هواشناسی بسیار باكیفیتی را به زمین مخابره كنند و تغییر و تحول بزرگی در علم هواشناسی به وجود آورند. هر 19 ماهواره مذكور، چرخش پایدار بودند. در 1970 ، این برنامه با ساخت و پرتاب ماهواره ایتُوس 6 به معنای ماهواره تایروس عملیاتی بهبودیافته یا تایروسا م 7، ادامه یافت. ایتوس برخلاف 19 ماهواره قبلی، به جای پایداری چرخشی از پایداری سه محوره بهره می برد. ایتوس 1 كه در ژانویه 1970 پرتاب شد، به خوبی توانست قابلیت های برتر خود را نسبت به نمونه های پیشین تایروس به اثبات برساند. این ماهواره قابلیت ارسال مستقیم و همچنین ضبط تصاویر معمولی و مادون قرمز را داشت. ایتوس های بعدی نیز توانستند تا اطلاعات مربوط به تغییرات دمای جو را بر حسب ارتفاع ارائه كنند. این ماهواره ها تا سال 1979 عملیاتی بودند. ایتوس ها را میتوان اولین ماهواره ها از مجموعه ماهواره های هواشناسی NOAA8دانست.

در واقع، از 1970 به بعد، سرمایه گذاری و اداره ماهواره های هواشناسی ایتوس از ناسا به سازمان ملی جوّی و اقیانوسی (نُوآ) 9 ، كه در سوم اكتبر1970 تأسیس شده بود، منتقل شد.

ماهواره تایروس N 10 كه در سال 1978 به فضا پرتاب شد، اولین ماهواره از نسل سوم ماهواره های قطبی گرد 11 بود. تایروسا N در واقع ادامه همان برنامه تایروس بود.

برنامه تایروسا ن پیشرفته تا به امروز هم ادامه دارد. ماهواره هااین برنامه نیز نُوآ نامیده می شوند و آخرین آنها، یعنی نُوآ- 91 درسال 2007 به فضا پرتاب  شد.

مشخصات ماهواره های تایروس

همان گونه كه ذكر شد، برنامه تایروس تا به امروز (سال 2008میلادی) ادامه دارد و احتمالاً تا سالیان آینده نیز ادامه خواهد داشت،

البته تحت عناوین و نام های جدید. اما در فرهنگ عمومی فضایی،یادآور همان 10 ماهواره تاریخی است كه در اوایل « تایروس » عنوان دهه 60 به فضا پرتاب شدند. از این رو، در این مطالعه مشخصاتی ازآن ماهواره ها ارائه می گردد. تایروس های 1 تا 9 به ترتیب با حروف نیز شناخته می شدند 12 . تایروس 10 نیز با علامت I تا A مشخصه شناخته می شد . در طول این برنامه اغلب نام ماهواره های OT-1جدید تغییر میی افت اما مواردی بود كه با همان نام تایروس نامگذاری می شد. به جز اولین ماهواره تایروس، كه با پرتابگر تور 13 به فضا پرتاب شد،9 ماهواره دیگر با استفاده از پرتابگر سه مرحلها ی دلتا به فضا فرستاده شدند. ماهواره تایروس 1 دو دوربین استوانه شكل به طول 7قطر3.8 سانتی متر با خود حمل می كرد. یكی از آنها مجهز به لنز واید و دیگری یك دوربین با قدرت تفكیك پایین بود. دوربین واید آن مساحتی در حدود 1130 در 1330 كیلومتر را با قدرت تفكیك 320 متر بر روی زمین پوشش می داد. این دوربین هر 10 الی 30 ثانیه یك تصویر تهیه می كرد. مدار این ماهواره بیضی شكل بسیار نزدیك به دایره و دوره چرخش آن به دور زمین 99 دقیقه و 20 ثانیه بود.

هر 10 ماهواره تایروس دو نوع محموله هواشناسی را حمل می كردند؛ یك محموله برای سنجش میزان تشعشعات مادون قرمز سطح زمین و دیگری برای تصویربرداری تلویزیونی از حركت و تحولات ابرها. در هر كدام از ماهواره های جدید تایروس محموله های جدیدتر وپیشرفتهت ری نصب و آزمایش می شد.

مشخصات فنی

• نوع ماهواره: مخابراتی *ابعاد کلی سازه در حالت بسته: ۴۰ در ۴۰ در ۴۰ سانتیمترمکعب *وزن: ۲۷ کیلو گرم
• کنترل حرارات : پسیو
• باند فرکانس : UHF

ساختار ایستگاه‌های زمینی ماهواره امید

• ایستگاه‌های رنجینگ (۴ ایستگاه)
• ایستگاه‌های تله متری و تله کامند(۳ ایستگاه)
• ایستگاه کنترل مرکزی (ا ایستگاه)

^[۱۳]

ویژگی‌ها

این ماهواره در هر ۲۴ ساعت، ۱۵ بار به دور زمین می‌چرخد و گزارش‌های دورسنجی به مرکز فضایی در ایران می‌فرستد. این ماهواره همچنین دو باند بسامد و هشت آنتن برای ارسال اطلاعات دارد که در هربار چرخش، دوبار توسط ایستگاه‌های زمینی کنترل و هدایت می‌شود.

ماهواره امید از نوع ماهواره سبک است و توسط ماهواره‌بر «سفیر دو» در مدار قرار گرفته‌است. این ماهواره با هدف برقراری ارتباطات متقابل ماهواره و ایستگاه زمینی، تعیین مشخصات مداری و دورسنجی مشخصات زیرسامانه‌ها، در مدار زمین قرار داده شده‌است. مدت زمان فعالیت اين ماهواره، ۵۰ روز اعلام شده است

این ماهواره که در ارتفاع ۲۴۶ تا ۳۷۷ کیلومتری زمین و در داخل جو قرار دارد (ماهواره‌های معمولی در ارتفاع ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین قرار می‌گیرند) پس ازمدتی در اثر جاذبه زمین انرژی خود را از دست داده و سقوط می‌کند.

سامانه فضایی بومی ایران

ایستگاه هدایت و کنترل ماهواره در مدار ارتفاع پایین نیز وظیفه تعیین موقعیت ماهواره در مدار را بر عهده داشته و ارتباط رادیویی با ماهواره برقرار می‌کند و فرمان‌های کنترلی را به ماهواره ارسال نموده و پاسخ آن را دریافت می‌کند. این ماهواره توسط ماهواره‌بر سفیر ساخت ایران توسط موشک سفیر از پایگاه فضایی ایران، به مدار پرتاب شد. موشک سفیر برای پرتاب این ماهواره به فضا طراحی شده‌است. ماهوارهٔ امید به همراه ایستگاه‌های زیرزمینی و پرتاب فضایی، جمعاً نخستین سامانه فضایی بومی ایران را تشکیل می‌دهند. ماهواره‌های خاص ایران عبارتند از ماهواره زهره، ماهواره سینا، ماهواره پارس و ماهواره‌های مصباح ۱ و مصباح ۲.

پرتاب آزمایشی

آقای احمدی نژاد در افتتاح مرکز فضایی جدید ایران در چهارم فوریه ۲۰۰۸ گفت که ماهواره امید در آینده نزدیک پرتاب خواهد شد. ایران در ۱۷ آگوست ۲۰۰۸ از آزمایش موفقیت آمیز یک موشک فضایی که قادر است یک ماهواره را حمل کرده و در مدار زمین قرار دهد خبر داد و بسیاری از دولت‌های غربی آن را تکذیب کردند که از بین آنان می‌توان به فرانسه اشاره کرد که گفت این موشک نمی‌تواند در طبقات بالایی جو عمل کند.