گردشگرانی روی مدارات فرضی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: گردشگرانی روی مدارهای فرضی

واژه انگلیسی Satellite از کلمه لاتین Satelles به معنی همراه، دنباله رو یا محافظ شخصی گرفته شده است و در حقیقت ریشه ای اترویایی دارد. بر اساس آثار تاریخی به جا مانده، تارکینیوس سوپربوس (۵۱۰-۵۳۴ پیش از میلاد) آخرین امپراتور روم که اصلیت اتروریایی داشت همیشه با محافظی شخصی همراه بود. این مفهوم از قرن هفدهم میلادی در علم کیهان شناسی کاربرد داشته است.

واژه انگلیسی Satellite از کلمه لاتین Satelles به معنی همراه، دنباله رو یا محافظ شخصی گرفته شده است و در حقیقت ریشه ای اترویایی دارد. بر اساس آثار تاریخی به جا مانده، تارکینیوس سوپربوس (۵۱۰-۵۳۴ پیش از میلاد) آخرین امپراتور روم که اصلیت اتروریایی داشت همیشه با محافظی شخصی همراه بود. این مفهوم از قرن هفدهم میلادی در علم کیهان شناسی کاربرد داشته است.
ماهواره محفظه ای فلزی به شکل کره، استوانه یا مخروطی است. پوشش فلزی ماهواره ها باید بسیار مقاوم باشد، زیرا این وسیله نوسانات حرارتی شدیدی را باید تحمل کند. اگر ماهواره در سایه زمین قرار گیرد، چنان سرد می شود که قطعاتش به صدا در می آیند و بر عکس در برابر خورشید، بدنه فلزی آن به شدت گرم می شود. بنابراین همیشه این خطر وجود دارد که ابزارهای موجود در ماهواره بیش از حد گرم یا چنان سرد شوند که از کار بیفتند چون در فضا هوا وجود ندارد و تنظیم دما به شیوه تبادل حرارتی با محیط ممکن نیست، اما به شیوه تابشی می توان مقدار دما را تغییر داد. به همین دلیل ماهواره ها را با موادی می پوشانند که عایق حرارتی باشند و پرتوهای رسیده را منعکس کنند.
هر چه ارتفاع مدار حرکت ماهواره از زمین بیشتر باشد ماهواره تا مدت طولانی تری در مدار باقی می ماند. اما عوامل گوناگونی سبب می شوند که ماهواره به تدریج متوقف شود و در نهایت بر اثر عبور از لایه های ضخیم تر جو و اصطکاک با آنها کاملاً بسوزد و از میان برود.
برای آنکه بتوان ماهواره را در مدار ثابتی نگه داشت و در صورت لزوم محل آن را تغییر داد تجهیزاتی ویژه اصلاح جهت و مکان یابی ماهواره ها ساخته شده است. به علاوه در ماهواره های جدید یک دستگاه تأمین کننده انرژی وجود دارد که به وسیله یک فرستنده رادیویی از روی زمین هدایت می شود و همیشه فعال است. قسمت اعظم این دستگاه از باتری ها و مولدهای خورشیدی تشکیل شده است که انرژی لازم را از نور خورشید می گیرند. سلول های خورشیدی روی بال هایی قرار می گیرند که در طرفین ماهواره نصب شده اند. به این بال ها پانل های خورشیدی می گویند. هر چه این پانل ها بزرگ تر باشند انرژی الکتریکی بیشتری فراهم می شود. برای بعضی از مأموریت های دراز مدت که محل انجام آنها از زمین بسیار دور است باتری های کوچک اتمی نیز در نظر گرفته می شود.
سرعت حرکت ماهواره ها به فاصله آنها از زمین بستگی دارد. هر چه ارتفاع مداری که ماهواره بر آن حرکت می کند بیشتر باشد، سرعت آن نیز بیشتر است. سریع ترین ماهواره تقریباً هر ۹۰ دقیقه یک بار زمین را دور می زند. سرعت این ماهواره حدود ۸ کیلومتر بر ثانیه است و روی مداری در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری و بر فراز استوا حرکت می کند. ما به ماهواره هایی نیز نیاز داریم که هر ۲۴ ساعت یک بار زمین را دور بزنند. یعنی همان زمانی که زمین نیز یک بار دور خود می چرخد. کسی که از زمین به آسمان نگاه می کند این ماهواره ها را همیشه در جای ثابتی می بیند.
● ماهواره ها چه وظایفی دارند؟
ماهواره ها را بر اساس کارآیی آنها می توان به سه گروه تقسیم کرد؛ گروه نخست تعداد زیادی از ماهواره های کاربردی و خدماتی، مثل ماهواره های ویژه راهبری و هدایت کشتی ها و هواپیماها، ماهواره های هواشناسی، ماهواره های نقشه برداری و دیده بانی و مهم تر از همه ماهواره های مخابراتی را در بر می گیرد. این ماهواره ها برای مثال مکان یابی دقیق کشتی ها در دریاها را به طور مستقیم انجام می دهند. در پیش بینی زود هنگام هوای نامساعد و توفانی کمک می کنند. اطلاعات مربوط به بلایای طبیعی و فجایع در شرف وقوع یا جاری را به سراسر جهان انتقال می دهند و این امکان را برای ما فراهم می کنند که بتوانیم با شخصی در قاره ای دیگر مکالمه تلفنی داشته باشیم، داده های اینترنتی را دریافت کنیم یا برنامه های تلویزیونی آن سوی جهان را ببینیم.
تعداد ماهواره های علمی ـ پژوهشی که نقش مهمی در شناخت کره زمین و همه جهان ایفا می کنند کمتر از ماهواره های گروه نخست نیست. در این گروه ماهواره های اندازه گیری و تحقیقاتی قرار دارند که برای بررسی جو زمین (اتمسفر) و یون ـ کره (ونسفر) در نظر گرفته شده اند. این ماهواره ها میدان های الکتریکی و مغناطیسی اطراف زمین و پرتوهایی را بررسی می کنند که از خورشید یا دیگر اجرام آسمانی دور دست سرچشمه می گیرند و به زمین می رسند. بسیاری از ماهواره های علمی نیز با آزمایش هایی که در فضای خارج از زمین انجام می دهند سهم مهمی در پیشرفت علوم پزشکی و زیست شناسی ایفا می کنند.
گروه سوم، ماهواره های نظامی یا به عبارتی ماهواره های امنیتی و جاسوسی را در برمی گیرد. بسیاری از کشورها با استفاده از اطلاعات اینگونه ماهواره ها از تحرکات نظامی کشورهای دیگر آگاه می شوند و خود را برای مقابله آماده می سازند.
● ماهواره ها چگونه به فضا می روند؟
برای اینکه جسمی از حوزه جاذبه زمین خارج و به فضا پرتاب شود باید شتابی بیشتر از شتاب جاذبه زمین داشته باشد و برای رسیدن به چنین شتابی باید انرژی مصرف کرد. در حرکت اجسام پرتابی، قانون کنش و واکنش نیوتن صادق است. طبق این قانون هر نیرو یک نیروی عکس العمل دارد که اندازه آن با اندازه نیروی اول برابر است و جهت آن مخالف جهت نیروی اول است. یک توپ جنگی که گلوله ای را پرتاب می کند خودش به جهت مقابل یعنی به عقب رانده می شود.
اگر بادکنکی را پر از باد کنید و آن را رها سازید، چون فشار داخل بادکنک بیش از فشار محیط است هوا به سرعت از آن خارج می شود و بادکنک نیز در جهت مخالف خروج هوا به حرکت در می آید. در محفظه احتراق موشک نیز همین اتفاق رخ می دهد. البته در آنجا عملیات به وسیله یک خروجی گاز و تجهیزات دیگر کنترل و تنظیم می شود. بادکنک رها شده بی هدف به این سو و آن سو می رود. اما شکل لوله خروجی گاز در موشک به گونه ای است که شدت رانش و فوران گاز را تقویت می کند و سبب پیشروی موشک در جهتی معین می شود.
هر چه فشار خروجی (مقدار گازی که در هر ثانیه از خروجی موشک به بیرون فوران می کند) و سرعت خروج گاز بیشتر باشد نیروی پیش برنده موشک بزرگ تر خواهد بود. موشک های باربری که ماهواره ها را به فضا می برند باید شتاب گریز از جاذبه بالایی داشته باشند. در واقع با سرعت ۷/۹ کیلومتر بر ثانیه می توان زمین را ترک کرد. برای رسیدن به چنین شتابی باید انرژی فوق العاده زیادی صرف کرد. اما با اجرای عملیات پرتاب در نقاط جغرافیایی خاص می توان مقدار این انرژی را کاهش داد. زیرا وقتی که موشک روی زمین است به علت حرکت چرخشی زمین تاحدی تمایل دارد که در جهت غربی ـ شرقی حرکت کند. در ضمن سرعت گردش زمین در نزدیکی خط استوا بیشتر از نقاط دیگر است. بنابراین وقتی که موشک را در جهت غربی ـ شرقی به فضا پرتاب می کنند هر چه محل پرتاب به خط استوا نزدیک تر باشد استفاده از نیروی محرکه کوچک تری ضرورت می یابد و انرژی کمتری صرف می شود.
● ماهواره ها چگونه به مدار خود می رسند؟
ماهواره ها در بالاترین قسمت موشک های باربری قرار می گیرند و سفرشان را به سوی مدار مورد نظر آغاز می کنند. اغلب این موشک ها از مرحله ها یا طبقاتی تشکیل می شوند که هر کدام دارای یک موتور پیش برنده هستند. وقتی سوخت یک مرحله به پایان می رسد، محفظه خالی از موشک جدا شده و کار مرحله بعدی آغاز می شود، به طوری که سرانجام موشک در سطحی موازی با لایه های فوقانی جو زمین پیش می رود. قبل از آنکه آخرین مخزن سوخت موشک از ماهواره جدا شود، ماهواره باید به سرعت مناسب برای حرکت در مدار مورد نظر رسیده باشد. بعضی از موشک ها ماهواره را مستقیم به مدار مورد نظر می رسانند. بعضی از آنها نیز ماهواره ها را ابتدا به مداری می برند که به منزله توقفگاه های محل پرتاب نهایی ماهواره است. ماهواره هایی که در این مدارهای موسوم به «مدارهای انتقالی» قرار می گیرند به کمک سیستم پیشبرنده ای که ویژه خود آنهاست به سوی مدار واسطه ای دیگر و سرانجام به سوی مدار نهایی بالا می روند تا وظایف شان را در آنجا انجام دهند.
به جابه جایی های ماهواره ها از یک مدار به مداری دیگر در فضا «انتقال مداری» می گویند. این انتقال به طور معمول در نقطه ای موسوم به «گذرگاه هوهمان» انجام می گیرد. این گذرگاه که دو مدار را به یکدیگر مربوط می کند نخستین بار توسط «والتر هوهمان»، مهندس آلمانی، شناسایی شد. برای جابه جایی ماهواره ها از یک مدار به مدار بالاتر دو نیروی محرک به آن اعمال می شود. محرک اول زمانی که ماهواره در نزدیک ترین نقطه مدار نسبت به زمین و محرک دوم زمانی که ماهواره در دورترین نقطه مدار نسبت به زمین قرار دارد، دریافت می شود.
● ماهواره ها چگونه بر مدار خود باقی می مانند؟
ماهواره باید به سرعتی معین و متناسب با ارتفاع خود برسد تا از مدار خارج نشود و به سوی زمین سقوط نکند. این سرعت به گونه ای است که بین نیروی جاذبه زمین و کششی که می تواند ماهواره را از مدار دور زمین خارج سازد (نیروی گریز از مرکز) توازن برقرار می کند. به همین ترتیب ماهواره باید راستای حرکت یا مکان مشخصی در فضا داشته باشد تا برای مثال بتواند اخبار ارسالی از آنتن های زمین را دریافت کند، اما اغلب در جریان مأموریت های ماهواره ای لازم می شود که مدار حرکت ماهواره تغییر کند. راستای نیروی گریز از مرکز زمین به طرف خارج است. این نیرو ماهواره هایی را که روی مدارهای دور زمین حرکت می کنند نیز تحت تأثیر قرار می دهد به گونه ای که گویی آنها را به خارج از مدار و نقاط دورتر از زمین می راند. نیروی جاذبه زمین در جهت مخالف نیروی گریز از مرکز عمل می کند و ماهواره ها را به سوی زمین می کشد. نیروی گریز از مرکز و نیروی جاذبه باید با یکدیگر تعادل داشته باشند به گونه ای که ماهواره ها به زمین سقوط نکنند یا برای همیشه در فضا ناپدید نشوند. این شرایط در صورتی فراهم می شود که مقدار نیروی گریز از مرکز با مقدار نیروی جاذبه تناسب داشته باشد.
تجهیزات ویژه ای برای ماهواره ها طراحی شده است که به کمک حسگر ها و هدایت کننده هایی خاص، جهت حرکت و محل استقرار آنها را روی مدار شناسایی و تنظیم می کنند. به همین ترتیب یک دستگاه هدایت سه محوره و هدایت چرخشی نیز به ماهواره ها کمک می کند تا بتوانند در نقطه ثابتی در فضا باقی بمانند. با استفاده از تنظیمات چرخشی همین دستگاه، ماهواره حول محور مرکزی خود به چرخش درمی آید. همچنین تثبیت ماهواره نسبت به سه محور اصلی سبب می شود که دستگاه های تأمین انرژی و تجهیزات مربوط به تنظیم سرعت ماهواره نیز موقعیت ثابتی داشته باشند.
ماهواره هایی که باید همیشه در نقطه ثابتی از مدار (نقطه ثابتی نسبت به زمین) قرار داشته باشند، قبل از هر چیز به موتورهایی احتیاج دارند که بتوانند آنها را به مدار مقصد در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری زمین برسانند.
● برای حرکت ماهواره ها چه مدارهایی وجود دارد؟
ماهواره ها روی مدارهای مشخصی دور زمین می گردند. بعضی از این مدارها دایره ای شکل و بعضی از آنها بیضی شکل اند. ارتفاع آنها از زمین نیز متفاوت است. تفاوت دیگر این مدارها در شیب زاویه ای است که هر یک از آنها با خط استوا تشکیل می دهند. این تفاوت نشان می دهد که ماهواره تحت چه زاویه ای نسبت به استوا از فراز این خط فرضی می گذرد. انتخاب مدار حرکت برای هر ماهواره به نوع وظایفی بستگی دارد که به آن ماهواره واگذار شده است.
● پرتاب نخستین ماهواره به فضا
روز چهارم اکتبر ۱۹۵۷ ساعت ۱۴ به وقت مسکو، تاس، خبرگزاری شوروی، خبر پرتاب نخستین ماهواره را به سراسر جهان مخابره کرد. خبر فوق العاده مهیج بود. این ماهواره را «اسپوتنیک - ۱» نامیدند. بعد از ۲۱ روز باتری های ماهواره تخلیه شدند و بعد از ۹۲ روز اسپوتنیک - ۱ با لایه های ضخیم جو برخورد کرد و به طور کامل سوخت. سوم نوامبر ۱۹۵۷ یعنی کمتر از یک ماه بعد از پرتاب اسپوتنیک -۱ ، روس ها با پرتاب اسپوتنیک- ۲ به فضا آمریکایی ها را به حیرت واداشتند. همراه با این فضاپیما سگی به نام «لایکا» نیز به مدار فرستاده شد. لایکا نخستین موجود زنده ای است که به فضا راه یافته است. این سگ هفت روز درون اتاقک در بسته و غیرقابل نفوذ خود دور زمین چرخید. در این مدت همه واکنش ها و اعمال حیاتی بدن حیوان ارزیابی و نتایج آنها به زمین مخابره می شد، سپس اکسیژن ذخیره شده در اتاقک به پایان رسید و لایکا به علت فقدان اکسیژن مرد. روس ها موفق نشدند که آن اتاقک و سرنشینش را همان طور که در نظر داشتند به زمین بازگردانند.
پرتاب اسپوتنیک - ۱ بیش از همه آمریکایی ها را غافلگیر کرد که در همان زمان خود را برای پرتاب ماهواره ای اختصاصی به فضا آماده می کردند. در سال ۱۹۵۵ رئیس جمهور وقت آمریکا دستور ساخت یک موشک باربری با نام «ونگارد» (Vangurd) را صادر کرده بود اما با پرتاب اسپوتنیک ادامه این برنامه در حال اجرا متوقف شد. بدین ترتیب نخستین ماهواره آمریکایی یعنی «اکسپلورر- ۱ » در ۳۰ ژانویه ۱۹۵۸ به فضا پرتاب شد.
● رصد کردن ماهواره ها در شب
بهترین موقع برای مشاهده یک ماهواره با چشم غیرمسلح، هنگام بامداد یا شامگاه است. در این مواقع خورشید زیر افق است، ناظر در ناحیه تاریکی جای دارد ولی ماهواره که چند صد کیلومتر ارتفاع دارد، نور خورشید را دریافت و منعکس می کند.
کسانی که تلسکوپ در اختیار دارند، می توانند به راحتی ماهواره ها و ایستگاه های فضایی را وقتی در آسمان محل سکونت آنها قرار دارند رصد کنند. برای اینکه ببینید چه زمانی ماهواره ها یا ایستگاه فضایی در آسمان محل سکونت تان وجود دارد، می توانید به سایت زیر مراجعه، محل سکونت خود را انتخاب و مشاهده کنید که چه اجرامی در آسمان آن محل برای رصد وجود دارند.
کد: http://www.heavens-above.com ● تلسکوپ فضایی هابل
تلسکوپ فضایی هابل نمونه ای عالی از یک ماهواره عملی ـ پژوهشی است که با ارسال اطلاعات مفیدی از جهان کمک بسیار بزرگی به منجمان و دانشمندان کرده است.
نام این تلسکوپ از نام «ادوین هابل» (۱۹۵۳-۱۸۸۹) گرفته شده است. طول هابل برابر ۲/۱۳ متر و قطر آن۴/۲ متر و وزن آن برابر۱۱ هزار و ۱۱۰ کیلوگرم است. اندازه تلسکوپ فضایی هابل تقریبا برابر یک اتوبوس بزرگ است و در قسمت بار یک شاتل فضایی جا می شود.
این تلسکوپ قادر به مشاهده و رصد خورشید و عطارد و هر چیزی که بسیار نزدیک به خورشید باشد، نیست. حساسیت به نور این تلسکوپ از طیف فرابنفش تا مادون قرمز و هر طول موجی که بین این دو باشد، است (۱۱۵-۲۵۰۰ نانومتر).
هابل هر هفته تقریبا ۱۲۰ گیگابایت اطلاعات علمی به زمین مخابره می کند. این حجم از اطلاعات برابر ۱۰۹۷ متر کتاب است که در کنار هم در قفسه چیده شده باشند. انرژی مورد نیاز هابل از خورشید تامین می شود. این انرژی به وسیله دو سلول خورشیدی که هر کدام ۶۲/۷متری هستند تامین می شود. این انرژی برابر ۲۸۰۰ وات است یعنی برابر ۲۸ لامپ ۱۰۰ وات.
هابل می تواند از اشیایی در فواصل خیلی دور و نیز اشیای بسیار کم نور تصویر بگیرد و وقتی که به هدف خود نگاه می کند میزان انحراف آن هفت هزارم ثانیه قوسی است. دو آینه، یکی با قطر ۴/۲ متر و دیگری با قطر ۳۰ سانتیمتر در این تلسکوپ استفاده می شود. منبع ذخیره انرژی هابل ۶ باتری نیکل- هیدروژن (NiH) است که گنجایش ذخیره سازی انرژی این باتری ها برابر ۲۰ باتری اتومبیل است. برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاهده اطلاعات و عکس هایی که توسط این تلسکوپ ارسال شده است، می توانید به سایت رسمی تلسکوپ فضایی هابل به آدرس کد: http://www.hubblesite.org مراجعه کنید. این تلسکوپ در تاریخ ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ به وسیله شاتل فضایی دیسکاوری به مدار منتقل شد. یک روز بعد از پرتاب، این تلسکوپ را در فضا آماده استفاده کردند اما اشکالی در یکی از آینه های آن وجود داشت که باعث می شد تصاویر آن وضوح و کیفیت لازم را نداشته باشند، بنابراین تلسکوپ در ماموریت های مختلفی که برای بازسازی آن صورت گرفته، تعمیر شد. در سال گذشته هم هابل مدت کوتاهی از کار افتاد و چند ماموریت شاتل فضایی برای تعمیر آن انجام شد. در حال حاضر هابل همچنان به تصویربرداری از فضا و ارسال اطلاعات ادامه می دهد.