تاریخچه ماهواره های مخابراتی
دانشمندان نوید می دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعی در نظام ارتباطات فضایی خواهد بود که در طی بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگی بشر خواهد شد، مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضروری به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایی والایی انجام خواهد گرفت. شبکه های اطلاعاتی با افق های دورتر و فراگیرتر گسترش خواهد یافت تا همه عرصه های تجاری، صنعتی، کشاورزی، علمی و رفاهی را دربرگیرد. طی چند سال آینده شبکه هایی از ماهواره ها در فضا گسترش خواهند یافت که شماره شان به هزاران هزار می رسد و کاربردهای گوناگونی خواهند داشت.
تا اویل سال ۱۹۶۰ میلادی غیر از چند ارتباط محدود که توسط دستگاه بی سیم برقرار شده بود مسئله انتخاب وجود نداشت و به علت ظرفیت کم و تقاضا برای ارتباطات بیشتر، انباشته بودن طیف های فرکانسی و ضعف سیستم انتقال صوتی تنها وسیله ارتباطی بین قاره ای کابل تلفنی زیردریایی بود. اما در سال ۱۹۶۰ میلادی یعنی تقریباً سه سال بعد از پرتاب اولین سفینه شوروی، آمریکایی ها نخستین قمر مصنوعی مخابراتی را در مدار زمین قرار دادند که قطر این قمر بزرگ ۳۰ متر بود و در ارتفاع ۱۵۰۰ کیلومتری زمین گردش می کرد. این قمر مجهز به نوعی آینه بود که امواج را از ایستگاه های فرستنده می گرفت و به ایستگاه های گیرنده که به علت کروی بودن زمین نمی توانستند آنها را به صورت مستقیم دریافت کنند منعکس می کرد. به این ترتیب اولین ارتباط آزمایشی به وسیله ماهواره بین دو نقطه دوردست آمریکا یعنی از کالیفرنیا تا نیوجرسی برقرار شد و قسمت اعظم انرژی اشعه ای که از ایستگاه فرستنده ارسال می شد در فضا پخش و تنها قسمت کوچکی از آن توسط ماهواره منعکس می شد و برای اینکه اشعه منعکس شده قابل استفاده شود لازم بود به وسیله ایستگاه عظیم و پرقدرتی تقویت شود که نتیجه کار مطلوب نبود به همین دلیل آمریکایی ها شروع به ساختن قمر مصنوعی مخابراتی جدیدی کردند که امواج را به وسیله آنتن هایی از زمین دریافت و پس از تقویت به سوی ایستگاه های گیرنده زمینی ارسال کند. و اندیشه استفاده از ماهواره ها به صورت رله برای ارتباطات راه دور ابتدا از سوی نویسنده معروف داستان های علمی -تخیلی و یکی از بنیانگذاران انجمن انگلیسی بین ستاره ها آرتورسی کلارک مطرح شد و در مقاله ای در اکتبر سال ۱۹۴۵ میلادی مجله جهان بی سیم چاپ شد که این مقاله سرآغازی برای شروع فعالیت های جدی ارتباطات ماهواره ای شد.
● فعالیت های کلارک
کلارک با درنظر گرفتن سه ماهواره در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح زمین و روی محیط مدار دایره ای شکل دور کره زمین به فواصل مساوی از هم، پوشش ارتباط ماهواره ای تمام سطح زمین را میسر می ساخت. بعد از چاپ مقاله کلارک طی ده سال سه اختراع مهم انجام شد که مورد استفاده آنها در ساخت ماهواره ها است؛ اولی سلول های خورشیدی است که تبدیل کننده انرژی نوری خورشید به الکتریسیته هستند، دوم انواع مختلف ترانزیستور و سوم لامپ تقویت موج رادیویی بوده است. در واقع این نوع تقویت کننده ها با طیف وسیع فرکانس و بازدهی حدود ۲۰ الی ۴۰ درصد از معمولی ترین نوع تقویت کننده در امواج مخابراتی ماهواره ای محسوب می شوند.
در سال ۱۹۶۲ میلادی، تاریخ ارتباطات ورق خورد و نخستین ماهواره از نوع رله و تقویت کننده ای به نام تله استار در دهم ژوئیه همین سال از سوی آمریکا در مدار قرار گرفت و برای اولین بار برنامه ای از تلویزیون آمریکا توسط این قمر مصنوعی که بر بالای اقیانوس اطلس قرار داشت منعکس و برای مردم نمایش داده شد و به دنبال آن دومین ماهواره از همین نوع چند ماه بعد پرتاب شد و ماهواره تله استار در مداری که فاصله آن بین ۹۰۰ تا ۵۵۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح دریا قرار داشت نصب شد. این ماهواره ها تقریباً هر دو ساعت و نیم یک بار کره زمین را دور می زدند و به دلیل اینکه کره زمین در هر ۲۴ ساعت یک بار به دور خود می چرخد ارتباط بین دو نقطه از زمین فقط چند بار در شبانه روز امکان پذیر بود و این ماهواره تنها مدت کوتاهی در یک نقطه قابل رویت می ماند که این مدت به ارتفاع مدار قمر مصنوعی که از سطح دریا قرار داشت وابسته بود. برای برقراری ارتباط دائمی، فقط یک راه به نظر می رسید و آن اینکه ماهواره باید در بالای یک نقطه از زمین در ارتفاع معینی ثابت بماند که ظاهراً خیلی مشکل بود ولی عملاً وقتی زمان گردش ماهواره به دور زمین ۲۴ ساعت باشد همزمان با کره زمین به دور آن خواهد گشت و از نظر ما در آسمان بی حرکت خواهد ماند چون این قمر مصنوعی در یک مدار دایره ای حرکت می کند که مرکز آن منطبق بر مرکز کره زمین و صفحه این دایره نیز عمود بر محور زمین است. این مدار دایره ای به موازات خط استوا خواهد بود و همین طور به دلیل سرعت قمر مصنوعی نمی تواند از مقدار معینی کمتر باشد به دلیل آنکه قمر مصنوعی باید در ۲۴ ساعت یک بار به دور زمین چرخش نماید، می بایست محیط دایره ای مسیر قمر مصنوعی و در نتیجه ارتفاع مدار آن را بیشتر کرد.محاسبات و تجربه های عملی نشان داده که برای این منظور، باید ارتفاع ماهواره از سطح دریا حدوداً ۳۶ هزار کیلومتر باشد؛ فاصله ای که در آن از طرف زمین نیروی جاذبه به ماهواره وارد نمی شود.
این مدار را اصطلاحاً مدار ژئوسنکرون یا زمین آهنگ می نامند. وقتی که ماهواره به ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح دریا رسید آن را به آرامی منحرف می کنند که در بالای نقاط انتخاب شده باقی بماند ولی در صورت انحراف از مسیر اصلی و دور شدن از نقطه دلخواه توسط موتورهای عکس العملی کوچکی که در آنها تعبیه شده و از ایستگاه های کنترل زمین هدایت می شوند آن را دوباره به وضعیت مطلوب برمی گردانند. بدین ترتیب سیر تحولات ماهواره های مخابراتی ادامه پیدا کرد تا به امروز که شاهد به کارگیری تکنیک های بسیار پیشرفته در این سیستم ها جهت ارتقای سطح کیفیت و افزایش ظرفیت آنها هستیم.
● ماهواره های مخابراتی
گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سیستم های مخابراتی را با ظرفیت بیشتر و پوشش وسیع تر و کیفیت بهتر طلب می کند و برای تامین این موارد یکی از روش هایی که می تواند به طور مناسب جوابگوی نیازهای فعلی و آتی بشر در این زمینه باشد استفاده از ماهواره های مخابراتی است. ماهواره های مخابراتی سفینه ای است که سیگنال های الکتریکی را از فرستنده ای زمینی دریافت می کند و بعد از تقویت و تغییر فرکانس های حامل به سمت ایستگاه های زمینی در نقاط دیگر ارسال می کند. چون ماهواره های مخابراتی سیگنال ها را تقویت کرده و سپس بازگشت می دهند، بیشتر به عنوان تکرارکننده و رله شناخته می شوند. ماهواره های مخابراتی معمولاً در مدارهای خاصی از کره زمین قرار می گیرند که به نظر فرستنده ها و گیرنده های روی زمین ثابت به نظر می آیند. به کمک یک فرستنده بر روی زمین و یک ماهواره هم بر روی یک مدار، می توان حدود یک سوم سطح زمین را پوشش داد. اولین ماهواره مخابراتی بین المللی از سری اینتل است با ظرفیت ۲۴۰ کانال تلفنی در سال ۱۹۶۵ میلادی به فضا پرتاب شد و سرآغازی برای پوشش ارتباطات ماهواره ای در سطح بین المللی شد. موارد استفاده ماهواره های مخابراتی و تاثیر فراوان آن بر زندگی بشر باعث شده که روزبه روز توجه انسان به این وسیله ارتباطی افزایش یابد.
داشتن ماهواره مخابراتی مستقل برای هر کشوری باعث ایجاد تسهیلات در امر انتقال اطلاعات کامپیوتری از دانشگاه ها به مراکز تحقیقات و بالعکس، هر چه سریع تر انجام شدن امور اقتصادی، پوشش کلیه نقاط کشور از نظر برنامه های تلویزیونی، رادیویی و تلفنی با نصب سریع آنتن های گیرنده زمینی در نقاط مختلف کشور، آموزش کشاورزی و پزشکی از راه دور و کاربردهای وسیع و متنوع دیگری خواهد بود. ماهواره های مخابراتی در مدار خاصی مستقر می شوند که حدود ۳۵۷۸۸ کیلومتر از خط استوا فاصله دارند. هر ماهواره با سرعت و جهتی همسان با کره زمین در حال حرکت است در این شرایط ماهواره در مکانی بالای خط استوا نسبت به زمین ثابت می شود. ماهواره های مخابراتی ابتدا برای ارتباطات تلفنی طراحی شده اند ولی امروزه شاهد ارائه سرویس های گوناگونی از قبیل کاربردهای تلویزیونی تجاری و کنفرانس از راه دور از طریق ماهواره هستیم اما هنوز سرویس تلفنی بالاترین حجم را در بین دیگر سرویس ها حفظ کرده است.
در حال حاضر از ۱۹ ماهواره مخابراتی بین المللی از سری اینتل ست ده ماهواره بالای اقیانوس اطلس، چهار ماهواره بر روی اقیانوس آرام و پنج ماهواره دیگر بالای اقیانوس هند قرار دارد و این ماهواره ها یک ارتباط ماهواره ای بین المللی با زیر پوشش قرار دادن تقریباً کلیه نقاط دنیا به وجود آورده اند. یک ماهواره مخابراتی که در واقع یک نوع تکرارکننده فرکانس های رادیویی است در ساده ترین شکل خود عملیات را انجام می دهد.سیگنال های دریافت شده توسط آنتن ماهواره ابتدا به علت افت بسیار زیادی که بر اثر مسیر طولانی داشته تقویت و سپس با فرکانس نوسان ساز محلی مخلوط می شود و تغییر فرکانس می دهد و بالاخره پس از تقویت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده می شود تا به طرف ایستگاه های موردنظر و زیر پوشش ارسال شود.
ماهواره های مخابراتی معمولاً بین ۸ تا ۱۲ سال عمر می کنند. در واقع میزان سوخت موردنیاز سیستم فرعی برای حفظ موقعیت ماهواره و همچنین از کارافتادن تدریجی سلول های خورشیدی که در سیستم فرعی تغذیه قدرت الکتریکی قرار دارند از عوامل محدودکننده عمر ماهواره هستند.
● ویژگی های ماهواره های مخابراتی
▪ گسترش منطقه تحت پوشش
ارتباط بین نقاط مختلفی که در پوشش یک ماهواره قرار دارند به آسانی امکان پذیر است و وسعت زیر پوشش ماهواره بستگی به نوع آنتن ماهواره دارد که می تواند محلی نسبتاً کوچک یا یک کشور و یا منطقه ای متشکل از چندین کشور و یا یک نیم کره باشد.
▪ انعطاف پذیری
هر جا یک پایانه ماهواره ای وجود داشته باشد امکان استفاده از سیستم ماهواره ای فراهم خواهد بود. این پایانه ها را می توان بر روی سکوی کشتی، هواپیما و واحدهای متمرکز معینی قرار داد و از طریق آن با نقاط دیگر ارتباط برقرار کرد.
▪ پهنای باند زیاد
با توجه به این که در فرکانس های بالا مثل ۱۱ و ۱۴ گیگاهرتز پهنای باند بیشتری در اختیار ما قرار دارد می توان از برنامه های تلویزیونی با کیفیت بالا، کانال های زیاد تلفنی و انتقال اطلاعات با سرعت بالا برخوردار شویم.
▪ هزینه کم
با توجه به این که ایجاد ارتباط بین دو نقطه توسط ماهواره مستقل از فاصله بین آنها است این نقاط می توانند در هر فاصله ای از یکدیگر در منطقه زیر پوشش واقع شده باشند لذا هزینه های مربوطه، به بعد مسافت بستگی ندارد و برای بسیاری از موارد از هزینه ایجاد یک شبکه زیرزمینی کمتر خواهد بود.
▪ ضریب اطمینان
ارتباط بین دو نقطه در شبکه ماهواره ای مخابرات دارای ضریب اطمینانی برابر یا بهتر از ارتباط از مسیرهای زمینی است.
▪ سرعت دریافت
به علت مسافت زیاد مثلاً بین ۷۲ هزار تا ۸۲ هزار کیلومتر بین دو پایانه ایستگاه ماهواره ای زمینی سیگنال فرستاده شده که با سرعت نور حرکت می کند حداقل ۳۰۰ میلی ثانیه طول می کشد تا به پایانه دیگر برسد.
▪ ایجاد اکو
بر اثر تبدیل خطوط انتقال از دو سیم به چهار سیم در قسمتی از مسیر شبکه زمینی، سیگنال با پدیده اکو روبه رو می شود به این معنی که بخشی از سیگنال های آن بازگشت داده می شود. برای کاهش این حادثه ناخواسته و مزاحم از تجهیزاتی به نام حذف کننده اکو استفاده می شود.
در زمینه مزیت های بیشتر ماهواره مخابراتی می توان گفت که سیگنال های رادیویی منتشر شده از ماهواره مخابراتی به طور همزمان می تواند توسط چندین ایستگاه زمینی زیر پوشش دریافت شود و این مسئله فقط از طریق ماهواره های مخابراتی امکان پذیر است و از راه کابل یا دیگر وسایل ارتباطی میسر نیست. در واقع ارتباطات ماهواره ای برای ایجاد ارتباط بین المللی بین کشورها و ارتباطات محلی بین شهرها و مناطق دورافتاده بسیار مناسب است و می توان با استفاده از ماهواره مخابراتی یک شبکه ارتباطی با کیفیت بالا و هزینه کم در سطحی گسترده ایجاد کرد.
● ماهواره های رادیو و تلویزیونی
شکی نیست که وسایل ارتباط جمعی از قبیل رادیو و تلویزیون در پیشبرد هدف های اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و فنی تاثیر بسزایی دارند. در سال های اخیر پخش صدا و تصویر از طریق ماهواره به عنوان موثرترین وسیله در نیل به هدف های فوق توجه همگان را به خود جلب کرده است. برای این منظور برنامه تلویزیونی از یک ایستگاه زمینی به ماهواره ارسال می شود و سپس ماهواره تصویر فوق را روی یک شعاع باریک که فقط ناحیه مشخص شده ای از زمین را می پوشاند برمی گرداند. ایستگاه زمینی با آنتن های بشقابی شکل تصویر را می گیرد و آن را دوباره پخش می کند. به عبارت دیگر می تواند در آن واحد و به طور همزمان مثلاً در ایران برنامه های تلویزیونی خیلی از کشورها را مشاهده کرد. این گونه ماهواره ها می توانند ارتباط برنامه های رادیو و تلویزیون را به طور مستقیم بین ماهواره و گیرنده های خانگی تلویزیون برقرار کنند. در ژاپن و فرانسه تصاویر تلویزیونی مستقیماً از ماهواره به گیرنده های خانگی که آنتن های کوچک و تقریباً ارزان قیمتی دارند انتقال پیدا می کند. چنان چه قرار باشد این روش در سطوح وسیع خود به کار گرفته شود مسائل بغرنجی در زمینه حقوق فضایی و سیاسی به وجود می آید، بدین منظور کمیته های تخصصی سازمان ملل متحد مشغول بررسی هستند تا راه حل های مناسبی برای این مسئله پیدا کنند اما در حال حاضر در بسیاری از کشورها امکان دریافت سیگنال های صوتی و یا تصویری به کمک آنتن های معمولی وجود ندارد.
http://www.aftab.ir/images/article/break.gif منبع:silica.coo.ir
http://iranelmi.blogfa.com
توسط مهدی سلطانی
پاسخ : تاریخچه ماهواره های مخابراتی
ماهواره مخابراتی (كه به طور مختصر، كامست خوانده میشود)، قمری مصنوعی است كه با هدف دریافت، تقویت و ارسال مجدد طیف رادیویی از محدوده امواج الكترومغناطیس به فضا فرستاده میشود. ماهوارههای مخابراتی معمولاً در مدار زمینثابت (ژئو) و یا مدار مولنیا قرار میگیرند، اما در سامانههای مخابراتی جدید، ناوگانهای از ماهوارههای مستقر در مدارهای كمارتفاع زمینی (لئو) نیز در زمینه مخابرات فعالیت میكنند. مخابرات ماهوارهای به عنوان عضو مكملی در كنار فناوری انتقال اطلاعات از طریق كابلهای مسی، فیبرهای نوری و یا مخابرات رادیویی عمل میكند. این ماهوارهها همچنین برای كاربران متحرك مانند كشتیها و هواپیماها كه استفاده از فناوریهای دیگر مانند بهكارگیری كابل برای آنها غیرعملی و ناممكن است، خدماتی حیاتی ارائه میدهند.
http://img.tebyan.net/big/1388/06/55...7523123679.jpg
ماهوارههای مخابراتی واقع در مدارهای كمارتفاع (لئو)
مدارهای كمارتفاع زمینی، به مدارهایی واقع در ارتفاع 200 تا 2000 كیلومتری سطح زمین اطلاق میشود. سرعت گردش ماهوارهها به دور زمین با كاهش ارتفاع مداری، افزایش مییابد. برای مثال، زمان یك دور گردش ماهوارهای كه در مداری به ارتفاع چهارصد كیلومتر از سطح زمین قرار دارد، حدود 90 دقیقه است. این در حالی است كه یك ماهواره واقع در مدار زمینثابت به ارتفاع حدود 36000 كیلومتری سطح زمین، به 24 ساعت زمان نیاز دارد تا یك بار به دور زمین بچرخد. از طرفی، ماهوارههای واقع در مدارهای كمارتفاع، تنها میتوانند محدودهای به شعاع حدود 1000 كیلومتر را بر سطح زمین پوشش دهند. بنابراین، برای یك ارتباط بدون اختلال، حتی برای كاربردهای منطقهای، تعداد زیادی از این نوع ماهوارهها لازم است.
قرار دادن ماهواره در مدار كمارتفاع زمینی كمهزینهتر از پرتاب ماهواره به مدار زمینثابت بوده و به دلیل نزدیك بودن ماهواره به زمین، قدرت سیگنال كمتری مورد نیاز است (قدرت سیگنال با مجذور فاصله رابطه عكس دارد، بنابراین این كاهش در فاصلههای زیاد بسیار چشمگیر خواهد بود). از این رو، بین تعداد ماهوارهها و هزینه آنها باید حالت بهینه انتخاب شود. لازم به ذكر است كه میان تجهیزات ماهوارهای و ایستگاه زمینی در دو نوع ماهواره زمینثابت و كمارتفاع زمینی تفاوت زیادی وجود دارد.
مجموعهای از ماهوارهها كه با هم به انجام مأموریتی معین بپردازند، ناوگان ماهوارهای خوانده میشود. دو نمونه از این مجموعهها كه با هدف برقراری مكالمات تلفنی در نقاط دوردست به وجود آمدند، ایریدیوم و گلوبالاستار نام دارند. به عنوان مثال، ناوگان ایریدیوم كه سراسر كره زمین را پوشش میدهد، دارای 66 ماهواره است. مورد دیگری كه ماهوارههای كمارتفاع زمینی امكانپذیر كردهاند، پوشش غیرپیوسته است كه در این حالت، دادهها هنگام عبور ماهواره از فراز نقطهای از زمین دریافت و در ماهواره ذخیره شده و سپس با حركت ماهواره و رسیدن به نقطهای دیگر از زمین، ارسال میشوند. سامانه مخابراتی تجاری كَسكید مربوط به پروژه ماهوارهای كَسیوپ آژانس فضایی كانادا بر همین اساس طراحی شده است.
http://img.tebyan.net/big/1388/06/56...2012039116.jpghttp://img.tebyan.net/big/1388/06/17...9222522680.jpg
ماهوارههای مخابراتی مولنیا
همانگونه كه ذكر شد، ماهوارههای زمینثابت بر فراز استوا به دور زمین میچرخند و به همین دلیل برای ارائه خدمات به نقاط روی عرضهای جغرافیایی بالاتر مناسب نیستند؛ چرا كه در عرض جغرافیایی بالاتر، ممكن است زاویه دید ماهواره نزدیك به افق یا حتی پایینتر از آن قرار بگیرد و ارتباط تحت اثر تداخلی زمین تضعیف شود. در این حالت، مدارهای مولنیا میتوانند به عنوان جایگزین مدار زمینثابت استفاده شوند.
مدارهای مولنیا، بیضی بسیار كشیدهای با زاویه میل 4/63 درجه هستند. ارتفاع زیاد مدار مولنیا در نقطه اوج آن نسبت به نقطه حضیض این مدار باعث میشود تا ماهوارهای كه در چنین مداری قرار میگیرد، درصد بیشتری از زمان یك پریود كامل خود را در منطقه اوج مدار طی كند. این موضوع به همراه زاویه میل نسبتاً زیاد چنین مداری باعث میشود تا ماهوارههای عملیاتی در مدار مولنیا برای تبادل اطلاعات رادیویی در عرضهای شمالی و جنوبی زمین كارآمد باشند. دوره تناوب ماهواره در مدار مولنیا حدود 12 ساعت است و كمتر از چهار ساعت از این مدت را در ناحیه حضیض به سر میبرد. بنابراین ماهواره واقع در مدار مولنیا قادر است به مدت هشت ساعت در هر چرخش مناطق شمالی كره زمین را پوشش دهد. بدین ترتیب، میتوان با سه ماهواره مولنیا (به علاوه ماهوارههای یدك در مدار) پوششی پیوسته را در یك محدوده جغرافیایی فراهم آورد. این ماهوارهها عموماً برای خدمات تلویزیونی و رادیویی بر فراز روسیه استفاده میشوند. كاربرد دیگر این نوع ماهوارهها در سامانههای رادیویی متحرك است تا هنگام حركت ماشینها در مناطق شهری حتی با وجود ساختمانهای بلند نیز، ارتباط مناسبی برقرار شود.
اولین ماهواره مولنیا در 23 آوریل 1965 برای پخش آزمایشی سیگنالهای تلویزیونی از مسكو به سیبری و نواحی شرقی روسیه به فضا پرتاب شد. در نوامبر 1967، متخصصان شوروی سابق سامانه بینظیر شبكه ماهوارهای تلویزیونی ملی خود را با نام اوربیتا ایجاد كردند كه بر پایه ماهوارههای مولنیا طراحی شد.
اجزای تشكیلدهنده ماهواره مخابراتی
یك ماهواره از زیرسامانههای متعددی تشكیل شده تا بتواند وظیفه عملیاتی خود را به درستی انجام دهد. به طور كلی یك ماهواره كوچك مخابراتی شامل زیرسامانههای ذیل است:
زیرسامانه ردیابی، تلهمتری و فرمان (تیتیسی)
وظیفه زیرسامانه تیتیسی، كدگذاری دادههای زیرسامانههای دیگر برای ارسال به صورت سیگنالهای تلهمتری است. همچنین دریافت، كدگشایی و ارسال فرامین رسیده از زمین به سایر زیرسامانهها توسط این زیرسامانه انجام میشود. تیتیسی با ایجاد ارتباط دایم با مركز پشتیبانی زمینی، كاركرد درست ماهواره را تضمین میكند.
زیرسامانه تأمین نیرو (پیاِساِس)
زیرسامانه پیاساس، انرژی الكتریكی مورد نیاز برای دیگر سامانهها را فراهم میسازد. این زیرسامانه و سامانه الكترونیك كنترلی مرتبط با آن، انرژی لازم برای كار زیرسامانههای دیگر را به مقدار كافی تأمین میكند و معمولاً شامل مجموعهای از سلولهای خورشیدی نصب شده روی بدنه یا آرایههای خورشیدی است كه باتریها را برای زمان كسوف ماهواره شارژ میكنند.
http://img.tebyan.net/big/1388/06/68...1196190163.jpg
آرایههای خورشیدی هنگام پرتاب ماهواره و قراردهی در مدار، به شكل تا شده هستند و پس از پایداری كامل ماهواره باز میشوند. از آن پس، بالهای خورشیدی با قرارگیری در برابر خورشید توان الكتریكی مورد نیاز را تولید میكنند.
زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت (اِیدیسیاِس)
وظیفه زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، تعیین وضعیت و كنترل ماهواره است، به طوری كه موقعیت مدار عملیاتی و پوشش آنتنی مورد نیاز ماهواره تأمین و حفظ شود. این زیرسامانه باید قادر به انجام وظایفی در مدارهای انتقال باشد تا قرارگیری صحیح در مدار موردنظر حاصل شود. برای این منظور، زیرسامانه باید شرایط چرخشپایدار یا پایداری سهمحوره را در مدارهای انتقال كنترل كند. پس از تأمین این شرایط و روشن شدن موتور كمكی، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، پایداری ماهواره را هنگام قرارگیری در مدار نهایی فراهم میسازد.
وظایف شرح داده شده، توسط جتهای گاز سرد یا گرم، عملگرهای مغناطیسی، چرخهای عكسالعملی و یا ژایروها انجام میشود. فرمانهای كنترلی با استفاده از دادههای به دست آمده از حسگرهای موقعیتیاب، كه میتوانند حسگرهای اینرسی مانند ژایروها و یا حسگرهای خورشیدی، ستارهای و زمینی باشند و مقایسه آنها با برنامه از قبل داده شده، به دست میآیند. بنابراین حسگرها و عملگرها، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت را در انجام عملیات لازم برای حفظ موقعیت و وضعیت ماهواره، در شرایط پایدار، یاری میكنند.
هنگام قرارگیری ماهواره در موقعیتهای نامطلوب یا خطرناك، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت با انجام عملیاتی خودكار، موقعیت و وضعیت ماهواره را تصحیح میكند و ماهواره را در وضعیت عملیاتی مطلوب قرار میدهد. در این حالت امكان اختلال در پوشش آنتن وجود دارد كه با حفظ ارتباطات تلهمتری و فرمان، میتوان عملیات تصحیح پوشش آنتن را توسط مركز پشتیبانی زمینی ماهواره انجام داد.
زیرسامانه كنترل حرارت
زیرسامانه كنترل حرارت، محیط حرارتی لازم برای كار زیرسامانههای دیگر را فراهم میكند. این زیرسامانه اغلب شامل اجزای غیرفعال، مانند روكشهای حرارتی است كه روی سطح ماهواره را میپوشانند. زیرسامانه كنترل حرارت همچنین میتواند مجهز به گرماسازهای قابل كنترل و یا رادیاتورهای تشعشعی نیز باشد. كلیه این اقدامات، به منظور تأمین دمای عملیاتی لازم برای زیرسامانهها صورت میگیرد.
برگرفته از مجله هوافضا
پاسخ : تاریخچه ماهواره های مخابراتی
محموله مخابراتی
زیرسامانههای مخابراتی نصب شده روی ماهواره كه انجام مأموریت اصلی ماهواره را بر عهده دارد، محموله ماهواره نامیده میشوند. این زیرسامانه در طراحی ماهواره تعیینكننده است و باید اهداف تعیینشده را تأمین نماید. تمام زیرسامانههای دیگر ماهواره، زیرسامانه مخابراتی ماهواره را برای ارتباط با زمین پشتیبانی میكنند. ماهوارههای مخابراتی از تجهیزاتی با عنوان ترنسپاندر برای ارتباط استفاده میكنند كه از اختصار عبارت ترنسمیتر- ریسپاندر به دست آمده است. در واقع، ترنسپاندر یك فرستنده- گیرنده خودكار است كه در فركانسهایی خاص، سیگنالها را دریافت، تقویت و ارسال میكند. معمولاً سیگنالهای ورودی و خروجی ترنسپاندر متفاوت است؛ به بیان دیگر، ترنسپاندر سیگنال ورودی را در یك فركانس یا باند دریافت و آن را پس از تقویت و انجام فرایند لازم، بلافاصله تحت فركانس یا باند دیگری مخابره میكند.
http://img.tebyan.net/big/1388/06/86...7421911862.jpg
در مخابرات ماهوارهای، از باندهای گوناگونی استفاده میشود. این باندها با توجه به محدوده فركانسی آنها در طیف الكترومغناطیس دستهبندی میشوند. از این رو، تعاریف گوناگونی برای دستهبندی محدوده باندهای فركانسی وجود دارد. در اینجا، از تعاریف ارائه شده توسط جامعه مهندسین برق و الكترونیك استفاده میشود. با توجه به این دستهبندی، باند سی، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس 4 تا 8 گیگاهرتز است. این باند اولین باند فركانسی بود كه برای ارتباطات تجاری ایستگاه زمینی به ماهواره اختصاص داده شد. معمولاً ماهوارههای دارای ترنسپاندر باند سی، از محدوده فركانس 7/3 تا 2/4 گیگاهرتز برای ارتباط با ایستگاه زمینی و از محدوده فركانس 925/5 تا 425/6 گیگاهرتز برای دریافت سیگنال از ایستگاه استفاده میكنند. ارتباط بهینه باند سی نیاز به بشقابهای دریافتكننده بزرگ، معمولاً با قطر 5/2 تا 5/3 متر دارد و دریافتكنندههای كوچك مانند بشقابهای خانگی برای این ارتباط مناسب نیست. از این رو، باند سی برای مصارفی مثل شبكههای تلویزیونی دولتی كاربرد دارد. باند سی خود برحسب محدوده فركانسی و نوع كاربرد، با نامهای گوناگون از جمله باند سی گسترده یا باند سی روسی شناخته میشود.
باند ایكس با محدوده فركانسی 7 تا 5/12 گیگاهرتز، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو است. خط ارسال ماهواره به زمین و بالعكس برای این باند در حالت استاندارد، به ترتیب 25/7 تا 75/7 گیگاهرتز و 9/7 تا 4/8 گیگاهرتز تعیین شده است. آژانسهای فضایی، ارگانهای نظامی، زیردریاییها و هواپیماها از این باند برای مخابرات ماهوارهای و رادار استفاده میكنند.
باند كِیاِی، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس تقریبی 18 تا 40 گیگاهرتز است. این باند به طور گسترده در مخابرات ماهوارهای و رادارهای برد كوتاه هواپیماهای نظامی كاربرد دارد.
باند كِییو، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس حدود 12 تا 18 گیگاهرتز است. باید توجه داشت كه در محدوده فركانس 7/10 تا 5/12 گیگاهرتز، تعریف محدوده كاری باند كِییو و باند ایكس با یكدیگر همپوشانی دارند. كاربرد اصلی باند كِییو در مخابرات ماهوارهای و بهویژه ارتباط ناسا با شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بینالمللی است. پخش مستقیم رادیو- تلویزیونی با استفاده از این باند در بسیاری از كشورها ارائه میشود.
باند اِس، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس 2 تا 4 گیگاهرتز است. این باند معمولاً برای رادارهای هواشناسی، برخی ماهوارههای مخابراتی و ارتباطات ناسا با شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بینالمللی كاربرد دارد. در برخی كشورها نیز از این باند برای پخش ماهوارهای به تلویزیونهای خانگی استفاده میشود، اگرچه در بیشتر كشورها، باند كِییو برای چنین مواردی به كار میرود. اخیراً، باند اِس در محدوده فركانسی 2 تا 2/2 گیگاهرتز برای شبكههای خدمات ماهوارهای تلفن سیار استفاده میشود.
باند اِل، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس تقریبی 1 تا 2 گیگاهرتز است. از این باند فركانسی معمولاً در مخابرات ماهوارهای مانند پخش رادیویی دیجیتال و همچنین سامانههای مكانیابی جهانی مانند گالیلو و گلوناس استفاده میشود.
هر ماهواره مخابراتی ممكن است یك یا چند ترنسپاندر را برای مقاصد گوناگون حمل كند كه این ترنسپاندرها، در باندهای ویژهای ارسال و دریافت سیگنال را بر عهده دارند.
http://img.tebyan.net/big/1388/06/94...0620726196.jpg
موتور اصلی ماهواره (اِیبیاِم)
در ماهوارههای مخابراتی زمینثابت، این موتور یك راكت سوخت جامد و یا موتور سوخت مایعی است كه تنها یك بار پس از پرتاب ماهواره كار میكند. موتور اصلی ماهواره، امكان تغییر مدار ماهواره را از مدار انتقال بیضوی استوایی به مدار عملیاتی زمینثابت فراهم میسازد. این موتور با وجود نصب روی ماهواره، معمولاً به عنوان یك زیرسامانه برای ماهواره محسوب نمیشود، زیرا عملیات آن تنها در حدود یك دقیقه طول میكشد.
زیرسامانه سازه
سازه ماهواره باید استحكام لازم را برای جلوگیری از رسیدن آسیب به بخشهای مختلف ماهواره دارا باشد. محمولههای ارزشمند و حساس ماهوارههای مخابراتی كه معمولاً با سرمایهگذاری هنگفت ساخته شدهاند، حین پرتاب و یا فعالیت در مدار نباید با كوچكترین آسیبی مواجه شوند، وگرنه ممكن است تمام هزینههای صرفشده برای طراحی، ساخت و پرتاب ماهواره از بین برود. در حقیقت، وظیفه اصلی زیرسامانه سازه حفاظت از ماهواره در برابر ارتعاشات و نیروهای نسبتاً شدید حین پرتاب و همچنین نیروهای پیشبینی شده در مدار است. با توجه به رابطه مستقیم وزن ماهواره و هزینه پرتاب آن، استفاده از مواد مركب در ساخت ماهوارهها افزایش روزافزون پیدا كرده است.
ارتباط بین زیرسامانههای ماهواره
زیرسامانههای ماهواره با كنار هم قرارگرفتن، مجموعه ماهواره را تشكیل میدهند. سلامت كار تمام زیرسامانهها با ارسال سیگنالهای فرمان و دریافت سیگنالهای تلهمتری كنترل میشود. مراقبت از صحت عملیات ماهواره نیز از طریق زیرسامانه تیتیسی بر عهده بخش كنترل زمینی است كه باید مطابق استانداردهای موجود انجام شود. زیرسامانههایی كه به محموله مخابراتی مربوط میشوند، مهمترین بخشهای عملیاتی ماهواره هستند. معمولاً معماری بخشهای مختلف طوری انجام میشود كه ماهواره قادر به حمل انواع محمولههای دیگر نیز باشد. ماهواره مخابراتی ملی فرانسه، تلِكام1، نمونهای از یك ماهواره چندمنظوره است.
منبع:مجله هوا فضا
