آشنايي با ماهوارههاي مخابراتي
ماهواره مخابراتي، قمر مصنوعي يا سفينه‌اي است كه از طريق آنتن خود، سيگنال‌هاي الكتريكي را از فرستنده‌اي بر روي زمين دريافت مي‌كند.
مقدمه
گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سيستم‌هاي مخابراتي را با ظرفيت وسيع‌تر، پوشش بيشتر و كيفيت بهتر ايجاب مي‌كند. يكي از روش‌هايي كه مي‌تواند به طور مناسب جوابگوي نيازهاي فعلي و آتي بشر در اين زمينه باشد، استفاده از ماهوارههاي مخابراتي است.
ماهواره مخابراتي، قمر مصنوعي يا سفينه‌اي است كه از طريق آنتن خود، سيگنال‌هاي الكتريكي را از فرستنده‌اي بر روي زمين دريافت مي‌كند. اين سيگنال‌ها به علت افت بسيار زيادي كه بر اثر طي مسير طولاني داشته‌اند توسط تقويت‌كننده‌هاي درون ماهواره تقويت مي‌گردند و سپس با فركانس نوسان‌ساز محلي مخلوط مي‌شود و تغيير فركانس مي‌دهد و سرانجام پس از تقويت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده مي‌شود تا به طرف ايستگاه‌هاي زميني مورد نظر زير پوشش، فرستاده شود. چون ماهوارههاي مخابراتي سيگنال‌ها را تقويت مي‌كنند و بازگشت مي‌دهند، بيشتر به عنوان تكراركننده و رله شناخته مي‌شوند و قادرند دو نقطه در فواصل بسيار دور را به هم ارتباط دهند. ماهوارههاي مخابراتي معمولاً در مدار خاصي از كره زمين به نام ژئوسنكرون (همزمان با حركت زمين) تقريباً در ارتفاع 36000 كيلومتري از سطح دريا قرار مي‌گيرند. (فاصله‌اي كه در آن از طرف زمين نيروي جاذبه به ماهواره وارد نمي‌شود) چنين ماهواره‌اي با سرعت و جهتي همسان با كره زمين در حال حركت است و دور كره زمين را در مدت 24 ساعت طي مي‌كند. در اين شرايط ماهواره در مكان بالاي خط استوا نسبت به زمين ثابت مي‌شود و از اين رو آنها از نظر فرستنده‌ها و گيرنده‌هاي روي زمين ثابت به نظر مي‌آيند. بنابراين به كمك فرستنده‌اي بر روي زمين و يك ماهواره بر روي مدار، مي‌توان سيگنال‌ها را به گيرنده‌هاي مستقر در بخشي از زمين فرستاد كه حدود يك‌سوم سطح زمين را بپوشاند به اين ترتيب مي‌توان حداقل با سه ماهواره با فواصل 120 درجه نسبت به هم و تعدادي مراكز فرستنده و گيرنده تمام نقاط روي زمين را تحت پوشش قرار داد.
در حال حاضر سيستم ماهواره مخابراتي در سه ناحيه بر فراز اقيانوس‌هاي اطلس، هند و آرام قرار دارند و كليه كشتي‌ها را در درياها و اقيانوس‌ها زير پوشش خود قرار داده‌اند و مي‌توان با استفاده از آنها در اطراف كره زمين به آساني از كشتي به كشتي، ساحل به كشتي يا هر نوع وسيله دريايي و برعكس و به طور كلي با شبكه‌هاي محلي، منطقه‌اي و بين‌المللي مخابراتي، ارتباط برقرار كرد.
در واقع هر جا يك ترمينال ماهواره‌اي وجود داشته باشد، امكان استفاده از سيستم ماهواره‌اي فراهم خواهد بود و مي‌توان اين ترمينال‌ها را بر روي كشتي، هواپيما و واحدهاي متحرك زمين قرار داد و با نقاط ديگر ارتباط برقرار نمود. موارد استفاده ماهواره مخابراتي و تأثير فراوان آن بر زندگي بشر باعث شده كه روز به روز توجه انسان به اين وسيله ارتباطي افزايش يابد. كاربردهاي وسيع آن در هوانوردي، دريانوردي، پزشكي، ارتباط تلفني، تلگراف، تلكس، فاكس، تلويزيون، انتقال اطلاعات كامپيوتري و غيره باعث شده كه وجود يك ماهواره مخابراتي مستقل براي هر كشور امري ضروري باشد. داشتن ماهواره مخابراتي مستقل باعث ايجاد تسهيلات در امر انتقال اطلاعات كامپيوتري از دانشگاه‌ها به مراكز تحقيقات و بالعكس، پوشش كليه نقاط كشور از نظر برنامه‌هاي تلويزيوني، راديويي و تلفني و كاربردهاي وسيع و متنوع ديگري خواهد شد. ماهواره مخابراتي معمولاً بين 8 تا 12 سال عمر مي‌كنند و انرژي خود را به وسيله سلول‌هاي خورشيدي، از نور خورشيد تأمين مي‌نمايند. ميزان سوختي كه مورد نياز سيستم فرعي براي حفظ موقعيت ماهواره است، يكي از عواملي است كه عمر ماهواره را محدود مي‌كند. از كار افتادن تدريجي سلول‌هاي خورشيدي كه در سيستم فرعي تغذيه قدرت الكتريكي قرار دارند نيز عمر ماهواره را محدود مي‌سازد.
ماهوارههاي GPS:
سيستم GPS شامل 24 ماهواره است كه 21 ماهواره اصلي و 3 ماهواره فرعي مي‌باشد و 21 ماهواره اصلي روي هفت مدار به دور زمين گردش مي‌كنند (روي هر مدار 7 ماهواره) ارتفاع ماهواره‌ها از سطح دريا 10900 مايل دريايي مي‌باشد و هر شبانه‌روز 2 بار كره زمين را دور مي‌زنند و به طور دائم در حال ارسال اطلاعات با فركانس 42/1575 به سمت زمين مي‌باشد اين اطلاعات شامل موقعيت ماهواره در مدار زمين و زمان ارسال سيگنال براساس يك ساعت اتمي بسيار دقيق مي‌باشد.
گيرنده GPS با دريافت اين سيگنال‌ها از سه يا چهار ماهواره مي‌تواند موقعيت خود را محاسبه نمايد و معين كند. يعني با داشتن زمان ارسال سيگنال و زمان دريافت سيگنال مي‌تواند مدت زماني كه سيگنال از ماهواره گيرنده مي‌رسد را محاسبه نمايد و اگر اين زمان در سرعت نور (3* 108m/s) ضرب شود، فاصله ماهواره تا گيرنده به دست مي‌آيد. اگر اين فاصله جهت 3 يا 4 ماهواره محاسبه شود و با معلوم بودن فاصله ماهوارههاي از همديگر گيرنده GPS مي‌تواند موقعيت خود را روي كره زمين محاسبه نمايد.
اگر گيرنده با سه ماهواره محاسبات خود را انجام دهد، گيرنده در مد دوبعدي يا 2D كار مي‌كند در اين مد گيرنده GPS نمي‌تواند ارتفاع از سطح دريا را محاسبه كند. اگر گيرنده اطلاعات دريافتي از 4 ماهواره يا بيشتر محاسبات خود را انجام دهد گيرنده در مد سه‌بعدي يا 3D كار مي‌كند در اين مد گيرنده قادر است ارتفاع از سطح دريا را محاسبه نمايد.
ماهواره‌ها دو نوع اطلاعات به سمت زمين ارسال مي‌كنند كه عبارتند از:
1- اطلاعات A
اطلاعات A مربوط به خبر سلامتي ماهواره و محل تقريبي قرار گرفتن هر ماهواره از مدار زمين مي‌باشد.
گيرنده با گرفتن اطلاعات A تصميم مي‌گيرد كه از كدام مجموعه ماهواره جهت دريافت اطلاعات E استفاده نمايد.
2- اطلاعات E
اين اطلاعات شامل موقعيت جغرافيايي (طول و عرض جغرافيايي)، ارتفاع از سطح دريا، سرعت، سمت حركت و ... مي‌باشد كه در اختيار كاربر قرار مي‌گيرد.
ماهوارههاي نظامي:
ماهواره‌هايي هستند كه بيشتر براي مقاصد نظامي به كار گرفته مي‌شوند و از فن‌آوري پيشرفته‌تري استفاده مي‌كنند ظرفيت ماهوارههاي نظامي نسبت به ماهوارههاي غيرنظامي كمتر است. اين ماهواره‌ها در عصر حاضر از تنوع بيشتري و اهميت بالايي برخوردارند. اين ماهواره‌ها مي‌توانند صدها پيام را كه به رمز فرستاده مي‌شوند دريافت و از يكديگر تفكيك كنند.
با توجه به اين كه چنين ماهواره‌هايي از ديد و دسترسي كشورها دور هستند، كشورهاي برخوردار از فن‌آوري ماهواره‌اي به راحتي مي‌توانند هر موقع كه اراده كنند، با فرستادن فرمان به زمين، دستگاه‌هاي جمع‌آوري اطلاعات خود را از قبيل آنتن‌ها و دوربين‌ها را بر روي يك كشور يا منطقه فعال كنند و پس از اين كه ماهواره از روي آن منطقه عبور كرد اطلاعات جمع‌آوري شده را با فرمان ديگر به نقطه مورد نظر بفرستند.
ماهوارههاي نظامي به چند نوع وسيله شناسايي مانند رادارهاي مخصوص، دوربين‌هاي مادون قرمز و دوربين‌هاي عكاسي مخصوصي مجهزند كه هر يك از اين سيستم‌ها مكمل ديگري است براي مثال دوربين عكاسي در روز، دوبين مادون قرمز در شب و سيستم‌هاي راداري در تمام شرايط به جمع‌آوري اطلاعات مي‌پردازند. قدرت شناسايي برخي از اين ماهواره‌ها به حدي است كه دروبين‌هاي تعبيه شده از آنها مي‌توانند از ارتفاع 200 كيلومتري زمين، اشيايي به طول 10 سانتي‌متر را آشكار كنند. بسياري از فعاليت‌هاي نظامي از قيبل جاسوسي، عكس‌برداري، استراق سمع و ... را مي‌توان با استفاده از سرويس‌هاي ماهواره‌اي انجام داد از اين جهت ماهوارههاي نظامي از لحاظ كاربرد به انواع مختلفي تقسيم مي‌شوند كه در ادامه به بعضي از آنها اشاره مي‌گردد. كشورهاي فرانسه، انگلستان، روسيه، آمريكا، چين و ژاپن داراي ماهوارههاي نظامي هستند.
انواع ماهوارههاي نظامي:
1) ماهوارههاي جاسوسي استراق سمع الكترونيك:
به گروهي از ماهوارههاي نظامي گفته مي‌شود كه وظيفه آنها استراق سمع و شنود راديويي است كه از طريق رخنه در سيستم‌هاي ارتباطات نظامي و غيرنظامي پيام‌ها ضبط و سپس به مراكز زميني مخابره مي‌كنند و با تجزيه و تحليل آن مي‌توانند به اطلاعات موردنظر دسترسي پيدا كنند.
2) ماهوارههاي جاسوسي ـ عكاسي:
اين ماهواره‌ها از مشهورترين و با سابقه‌ترين نوع ماهواره نظامي هستند اين ماهواره‌ها همان طور كه از اسمشان برمي‌آيد مي‌توانند به طور مخفيانه عكس‌هاي واضح و روشني از هدف‌هاي مورد نظر بردارند اين ماهواره‌ها به دوربين‌هايي مجهزند كه مي‌توانند تصاوير بسيار واضح از هدف بردارند به طوري كه مي‌توان يك فرد نظامي را از يك فرد غيرنظامي تشخيص داد و پلاك اتومبيل‌هايي را كه در حال رفت و آمدند و يا پارك شده‌اند را به راحتي خواند.
3) ماهوارههاي هشداردهنده:
اين نوع ماهوارههاي نظامي جهت اطلاع يافتن از پرتاب موشك‌هاي قاره‌پيما يا انفجارات اتمي طراحي و به كار گرفته شده‌اند ماهوارههاي هشداردهنده مجهز به حسگرهايي هستند كه با استفاده از اشعه مادون قرمز ايستگاه‌هاي اتمي را تشخيص مي‌دهند.
4) ماهوارههاي نظارت دريايي:
اين نوع ماهواره‌ها منظم نقل و انتقالات شناورهاي دريايي را نظارت و پيگيري مي‌نمايند، مانند ماهوارههاي كاسموس از روسيه كه در مداري به ارتفاع 450 كيلومتري از سطح زمين مستقر هستند.
منابع:
1- مخابرات ماهواره‌اي ـ دكتر شيخ‌زادگان
2- اصول طراحي ماهواره ـ دكتر سليماني
3- اصول و مباني ارتباطات راديويي ـ مهندس اسدي‌منش