فیزیک برای زندگی
مباحث علم فیزیکفیزیک برای زندگی
مباحث علم فیزیکماهواره و انواع آن
ماهواره، یا «قمر مصنوعی»، به دستگاه‌های ساخت بشر گفته می‌شود که در مدارهایی در فضا به گرد زمین یا سیارات دیگر می‌چرخند.
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 بین‌المللی فضایی می‌باشد.
کشور | سال پرتاب | نخستین ماهواره |
|---|---|---|
 اتحاد جماهیر شوروی ( روسیه) | ۱۹۵۷ | اسپوتنیک ۱ |
 ایالات متحده | ۱۹۵۷ | اکسپلورر ۱ |
 فرانسه | ۱۹۶۵ | آستریکس |
 ژاپن | ۱۹۷۰ | اسومی |
 چین | ۱۹۷۰ | دونک فانگ هونگ ۱ |
 بریتانیا | ۱۹۷۱ | پراسپرو ایکس-۳ |
 هند | ۱۹۸۰ | روهینی |
 اسرائیل | ۱۹۸۸ | اوفک-۱ |
 اوکراین | ۱۹۹۵ | سیچ-۱ |
 ایران | ۲۰۰۹ | امید ۱ |
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 زمین‌شناسی : 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 هواشناسی : 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 ۲۷,۳۵۹ 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.
