اطلاعات مهندسي منتشر شده درباره ماهواره رصد که در واقع محصول يک پروژه دانشجويي در دانشگاه مالک اشتر بوده است? آنقدر ناچيز و مختصر بود که دانش فضايي را بر آن داشت تا با تکيه بر حدس و گمان و تجربه کارشناسان خود به کشف اسرار! اين ماهواره کوچک بپردازد. شما را به خواندن اين مقاله تحليلي دعوت مي‌کنيم.
دقايقي پس از آن که موتور قدرتمند موشک فضايي سفير رصد غرش خود را آغاز کرد و دشت سمنان را به لرزه درآورد ايران صاحب نخستين ماهواره تصويربرداري خود در فضا شد تا اميدوار باشيم مي‌توان سياره زيباي زمين را اين بار از چشم نازک بين ايراني رويت کرد. سفير رصد به نرمي و آهستگي و با وقار تمام سکوي پرتاب خود را ترک کرد، در حالي که دل‌هاي بسياري همراه با او پر مي‌کشيدند.
تاريخچه ساخت موشک‌هاي فضايي ايران با مظلوميت شهرهاي بزرگ کشورمان در جنگ هشت ساله پيوند خورده است.
موشک باران تهران در زمان جنگ باعث شد تا دولتمردان زمانه نبرد به ساخت موشک‌هاي جنگي روي آورند. اين‌چنين بود که با ورود اولين نمونه موشک‌هاي روسي کوچکي موسوم به اسکاد به ايران، دستور داده شد تا يکي از آنها علي‌رغم نياز شديد به اين سلاح در جايي در باغ‌هاي شيان شهر تهران اوراق شود تا از چگونگي عملکرد اين سلاح پيشرفته زمان خود سر در آورده شود. خيلي زود نمونه ايراني اين موشک ساخته شد و بدين‌سان بود که شهاب، لغتي کهن و با معني اين بار براي ايرانيان مفهومي تازه در مقوله خواستن و توانستن پيدا کرد.
شهاب‌هاي ايراني که روزگاري با روش مهندسي معکوس و به صورتي دقيق از روي يک نمونه خارجي ساخته شده بود، با دانش و تلاش مهندسان و دانشمندان ايراني پيشرفت کرد و بهينه شد و به فناوري‌هاي روز دنيا مجهز گرديد تا جايي که خود به محصولي متفاوت و پيشرفته و به مفهومي افتخارآفرين و نمونه‌اي براي صنعت ايراني تبديل شد.
روزگار گذشت و صلح هر چند از نوع قرن بيست و يکمي خود بر سرزمين آريايي ما رداي آرامش پوشاند. حالا ديگر زمانه دفاع و وحشت از بازي ناعادلانه نبود. حالا بايد کاري مي‌کرديم تا از شهاب ايراني بهره‌برداري جديدي مي‌شد و اين مهم محقق شد؛ زماني که باز هم مهندسان ايراني آستين همت بالا زدند و با تلفيق توانايي‌هاي خانواده نسل شهاب، موشکي فضايي ساختند که سفير ناميده شد.
سري موشک‌هاي سفير از سه بخش? مرحله اول? مرحله دوم و قسمت محموله (بخش آبي رنگ) تشکيل شده‌اند
موشک سفير به نظر مي‌رسد از سر هم سوار کردن موشک بهينه شده و تغيير يافته شهاب 3 به عنوان مرحله اول و مجموعه جديدي از دو موتور کوچک به عنوان مرحله دوم ساخته شده باشد. اين سازه 22 متري همانند جد جنگي خود حدود يک متر و نيم قطر دارد. مجموعه موشک و محموله فضايي ارزشمند آن حدود 26 تن وزن دارند که براي خانواده‌هاي موشک‌هاي فضايي وزن بسيار ناچيزي به حساب مي‌آيد. اما قطعا اين آغاز کار است و ما چشم به آينده‌اي پيشرفته‌تر و قدرتمندتر در عرصه وسايل نقليه فضايي ايراني خواهيم داشت.
به نظر مي‌رسد با توجه به خبرهايي که اين روزها درباره احتمال از دست رفتن نقاط مداري ايران بر سر زبان‌ها افتاده است? هدف بلند مدت ايران? ساخت يک موشک فضايي قدرتمند است که بتواند حداقل دو تا سه تن محموله فضايي را در مدار پارکينگ? جايي در ارتفاع 300 تا 350 کيلومتري زمين قرار دهد. تنها در آن صورت خواهد بود که ايران مي‌تواند به فرستادن يک ماهواره به مدار زمين‌ثابت (GEO) فکر کند.
طبق زمان‌بندي داده شده در کامپيوتر مرکزي موشک (موشک فضايي سفير رصد)، ماهواره پس از خاموشي موتورهاي دوگانه مرحله دوم و هنگامي که کل محموله در مدار موردنظر تزريق شده بود از پايه نگهدارنده خود جدا شده و در فضاي اطراف زمين رها مي‌شود. اما عملگرهاي هدايت و کنترل ماهواره از جمله بوم گراديان جاذبه آن خيلي زود دست به کار شده و دامنه نوسانات بزرگ ماهواره را کوچک و کوچک‌تر مي‌کنند تا جايي که دوربين‌هاي ماهواره کاملا رو به سطح زمين قرار گرفتند.
قوانين فيزيکي ساده‌اي به ما مي‌گويند که اگر بوم گراديان جاذبه نصب شده روي ماهواره رصد بخوبي کار نکند، ماهواره، خود همزمان با چرخش به دور زمين نخواهد چرخيد و بنابراين دوربين نصب شده در قسمت پاييني ماهواره رصد زماني سطح زمين و زماني فضاي بالاي سر را نشان خواهد داد. بوم گراديان جاذبه باعث مي‌شود که ماهواره همزمان با چرخيدن به دور زمين، خود نيز چرخيده و همواره به زمين نگاه کند.
کنترل وضعيت در ماهواره‌هاي سنجش از دور که رصد را نيز مي‌توان يکي از ساده‌ترين و کوچک‌ترين آنها به حساب آورد، بخش بسيار مهمي از سامانه فضايي را تشکيل مي‌دهند. چرا که ماهواره‌هاي سنجشي براي دريافت اطلاعات و تصاوير از منطقه خاصي از محدوده زير پاي خود برنامه‌ريزي مي‌شوند. بنابراين مهم است که ماهواره رصد بتواند براي تصويربرداري دقيق از منطقه‌اي که برايش تعيين شده است، وضعيت خود را درست مانند يک عکاس حرفه‌اي تنظيم کند و سپس دکمه شاتر دوربين خود را بفشارد.
البته انتظار مي‌رفت دوربين ماهواره رصد براي آنچه تصويربرداري يکپارچه ناميده مي‌شود، برنامه‌ريزي شده باشد؛ اما آن چيزي که شبيه‌سازي‌هاي انيميشني پخش شده نشان مي‌دهند خلاف اين را ثابت مي‌کند. تصويربرداري يکپارچه به مفهوم جاروي تصويري منطقه زير پاي ماهواره‌اي است که به دور زمين مي‌گردد.
بوم گراديان جاذبه
استفاده از بوم گراديان جاذبه يکي از روش‌هاي کنترل وضعيت ماهواره نسبت به سطح مرجع زمين است که در گروه روش‌هاي کنترلي غير فعال (Passive) جاي مي‌گيرد. در اين روش مي‌توان يا اساساً خود ماهواره را به دو بخش تقسيم نمود و يا با اضافه کردن وزنه‌اي به ماهواره که در فاصله دورتري از آن قرار دارد? وزن ماهواره را به دو بخش قسمت کرد. بنابراين جدا از آن که مرکز جرم ماهواره روي مدار مشخصي به دور زمين مي‌گردد? خود ماهواره و وزنه تعادلي متصل به آن و يا دو بخش از هم جدا شده ماهواره روي دو مدار متفاوت و با فاصله از مدار اصلي ولي با همان سرعت مرکز جرم به دور زمين مي‌چرخند. بنابراين و از آنجا که با دور شدن از زمين? سرعت لازم مداري کاهش مي‌يابد? تکه بالايي با سرعتي بيش از آنچه مورد نياز است? زمين را دور مي‌زند و به همين دليل ميل به فرار دارد و تکه پاييني با سرعتي کمتر از آنچه موقعيت ارتفاعي آن اقتضا مي‌کند? مي‌چرخد و بنابراين ميل به سقوط دارد. از آنجا که فرار از مدار و سقوط به زمين هر دو حاصل برآيند نيروهايي است که هميشه عمود بر مسير هستند? ماهواره‌هايي که از اين تاکتيک استفاده مي‌کنند? همواره نسبت به زمين در وصعيت ثابتي قرار دارند. چون در اين سيستم کنترل وضعيت از هيچ کامپيوتر و به قول معروف حلقه کنترلي استفاده نشده است? اين روش را روش غير فعال کنترل وضعيت ماهواره مي‌نامند.
دوربين‌هاي ماهواره‌اي سنجش از دور، به طور معمول قادر به تصويربرداري چند طيفي هستند. به اين مفهوم که آنها مي‌توانند در طول موج‌هاي مختلف داده‌برداري کنند و کاربران مرکز کنترل قادر خواهند بود با تلفيق چندتايي از آنها اطلاعات بي‌شماري را از تصاوير ارسال شده استخراج کنند. امري که با تصاوير دوربين‌هاي معمولي عکاسي که من و شما در دست داريم غيرممکن است. از ظواهر امر برمي‌آيد که دوربين‌هاي ماهواره رصد نيز تصاويري معمولي برداشت کرده، بنابراين اطلاعات تصويري اين ماهواره براي متخصصان دانش سنجش از دور غيرقابل استفاده است، اما قطعا اولين نگاه ايراني از فضا خواهد بود که بسيار مغتنم و ارزشمند است.
تمام سيستم‌هاي ماهواره رصد از جمله بخش مخابرات که تصاوير و ساير داده‌هاي جمع‌آوري شده را به ايستگاه‌هاي زميني مخابره و فرامين جديد را از آنها دريافت مي‌کند و خود دوربين تصويربردار براي کار کردن به انرژي الکتريکي احتياج دارد. از اين‌روست که مي‌بينيم تمام سطح جانبي ماهواره با سلول‌هاي خورشيدي پوشيده شده‌اند. اما سلول‌هاي خورشيدي تنها زماني قادر به توليد جريان برق موردنياز کل ماهواره خواهند بود که خورشيد بر آنها بتابد.
مي‌دانيم ماهواره رصد تقريبا روزي 15 بار زمين را دور مي‌زند. اين بدان مفهوم است که ماهواره رصد در يک شبانه‌روز ما 15 شب و روز را تجربه مي‌کند. هر شبانه‌روز رصد 90 دقيقه طول مي‌کشد، بنابراين اگر بخواهيم تنها بر صفحات خورشيدي ماهواره متکي باشيم، به ازاي هر 45 دقيقه کار بايد ماهواره را چهل و پنج دقيقه تعطيل کنيم. اما اين موضوع به هيچ وجه خواسته طراحان نبوده است. بنابراين ماهواره رصد علاوه بر صفحات خورشيدي به باتري‌هاي داخلي قابل شارژ و سيستم کنترل توليد و توزيع برق نيز مجهز است. هنگامي که رصد در بخش روز زمين قرار دارد، پنل‌هاي خورشيدي علاوه بر تامين نياز ماهواره به برق، باتري‌هاي آن را نيز شارژ مي‌کنند. همين باتريها در بخش تاريک و شب زمين وظيفه تامين برق ماهواره را از صفحات خورشيدي تحويل مي‌گيرند.
در بيشتر ماهواره‌هايي که طول عمرهاي طولاني براي مثال 10 تا 15 سال دارند? يکي از دلايل از کار افتادگي و خاموشي هميشگي آنها خراب شدن باتريها است. باتري‌هاي فضايي مانند اسلاف زميني خود با توجه به ميزان جريان برقي که از آنها کشيده مي‌شود و عمق تخليه در زماني که ماهواره بخش تاريک مسير مداري خود را طي مي‌کند? به تعداد دفعات مشخصي قادر به شارژ و دشارژ هستند و به مرور ميزان شارژ پذيري آنها کم و کمتر مي‌شود تا جاييکه برق ذخيره شده در باتريها پاسخگوي نياز ماهواره در بخش سايه مدار نيست. البته اين مشکل براي ماهواره رصد به دليل طول عمر کوتاه آن مصداقي ندارد.
ماهواره رصد در مدار بسيار کم‌ارتفاعي تزريق شده است. آنقدر کم ارتفاع که اثرات بازدارنده جو زمين بشدت پارامترهاي مداري آن را تحت‌تاثير قرار مي‌دهند. جو زمين را مي‌توان به دو محدوده غليظ و رقيق تقسيم‌بندي کرد. متعارف است که مي‌گويند اتمسفر زمين تا ارتفاع يک هزارکيلومتري از سطح زمين گسترده شده است. اما واقعيت اين است که اگر از ارتفاع 80 کيلومتري زمين بالاتر رويد جو به قدري رقيق مي‌شود که مي‌توان عملا حضور در خلأ را اعلام کرد. اما دانشمندان معتقدند مرز بين جو زمين و فضا در ارتفاع يکصد کيلومتري جايي که آن را خط کارمن مي‌نامند، قرار دارد. از اين محدوده تا ارتفاعات بسيار بالاتر و حتي در هزار کيلومتري زمين هم مولکول‌هاي گازي جو زمين تشخيص داده شده‌اند. اما جالب توجه است که در چنين ارتفاعاتي فاصله بين هر دو مولکول گاز به چند صد کيلومتر مي‌رسد؛ بنابراين موافق خواهيد بود که از اين چند هزار مولکول هوا صرف‌نظر و آنجا اعلام خلأ کنيم.
در ارتفاع 260 کيلومتري زمين، جايي که ماهواره رصد در نزديک‌ترين فاصله به معبود آبي رنگ خود، يعني زمين قرار دارد غلظت جو بسيار اندک است، به طوري که مي‌توان انتظار داشت در هر چند صد متر يکبار با يک مولکول هوا برخورد کنيم. اما اگر به خاطر آوريم که ماهواره رصد با سرعتي در حدود 29 هزار کيلومتر بر ساعت در حال چرخيدن به دور زمين است اذعان خواهيم کرد وجود چند صد هزار مولکول هوا در هر بار چرخيدن به دور زمين، خود خواهد توانست در طولاني مدت سرعت ماهواره و به طبع آن ارتفاع پروازي آن را را کم و کمتر کند تا جايي که جو زمين مانند يک گرداب ماهواره را ببلعد و رصد ديگر قادر به فرار از چنگال اصطکاک سرسام‌آور آن نباشد.
ماهواره رصد هر روز که از عمر آن مي‌گذرد و هر چرخي که به دور زمين مي‌زند، بخشي از انرژي‌مداري خود را از دست مي‌دهد و بيشتر و بيشتر به درون اتمسفر غليظ‌تر زمين فرومي‌غلتد.
تصوير خيالي از بازگشت يک ماهواره به جو زمين
انتظار نمي‌رود بقايايي از ماهواره رصد-1 به زمين برسد.
انتظار مي‌رود پس از حدود يک ماه و نيم اثرات جو زمين به قدري بر انرژي‌مداري و پارامترهاي مداري ماهواره اثر بگذارد که مسير پرواز بالستيکي ماهواره رصد را کج کرده و اين ماهواره نيز مانند سلف موفق خود يعني ماهواره اميد سقوط کند و در جو زمين بسوزد. اين آينده‌اي دراماتيک براي ماهواره‌اي است که آينده فضايي کشورمان و کل سياره آبي‌رنگ‌مان را وارد عصر تصويرهاي فضايي ايراني از زمين خواهد کرد.
پرتاب موشک فضايي سفير رصد و تزريق مداري ماهواره دانشجويي رصد-1 را مي‌توان براي کشور اهورايي ايران يک افتخار و گامي بزرگ تلقي کرد. متاسفانه بازي‌هاي سياسي کودکانه داخلي و خارجي اين دست‌آورد بزرگ را تبديل به بازيچه‌اي سياسي ساخته است که در ميانه پرگرد و خاک آن تنها زحمات آرش‌هاي معاصر سرزمين ما به فراموشي سپرده مي‌شود.
ما هم در دانش فضايي از افتخار آفريني دانشمندان و مهندسان ايراني در ارسال ماهواره رصد به فضا بسيار خوشحال و مغروريم. اما نبايد فراموش کنيم که همه فعاليتهاي علمي، اکتشافات و اختراعات امروزي بدون توجه به اينکه در چه سرزميني رخ مي‌دهند بر پايه و به پشتوانه يافته‌هاي علمي فراواني شکل مي‌گيرند که از ابتداي تاريخ پيدايش بشر و در گوشه گوشه سياره زيباي زمين از شرق تا غرب آن، ايجاد و جمع‌آوري شده‌اند.
دانش فضايي عميقاً آرزو دارد روزگاري فرا رسد که زمينيان فارغ از مرزهاي خنده‌دار و کودکانه سياسي و جغرافيايي دست در دست هم دهند براي کشف اسرار کائنات و نجات سياره زيبايمان از آنچه خود بر سر آن آورده‌ايم.
. ، پژوهشگر? نويسنده و مدرس دانش و فناوري فضايي .
منبع:http://www.spacescience.ir ارسال توسط کاربر محترم سايت : geray0173