ماهواره های طبیعی سیارات منظومه شمسی. ماهواره های زمین مصنوعی: همه چیز درباره ماهواره ها

ماهواره های مخابراتی معمولاً در مدار زمین ثابت (GEO) قرار می گیرند. که مداری دایره ای با ارتفاع 35786 کیلومتری از خط استوای زمین است و جهت چرخش زمین را دنبال می کند. جسم در GEO دارای یک دوره مداری برابر با دوره چرخش است، بنابراین برای ناظران زمینی ثابت به نظر می رسد و موقعیت ثابتی در آسمان اشغال می کند.

ماهواره ها در GEO امکان ارتباط مداوم را فراهم می کنندانتقال سیگنال های فرکانس رادیویی از آنتن های ثابت این سیگنال ها با سیگنال های مورد استفاده در پخش تلویزیون های زمینی تفاوت چندانی ندارند و به طور معمول فرکانس آنها 3 تا 50 برابر بیشتر است. سیگنال دریافتی توسط ماهواره تقویت شده و به زمین ارسال می شود و امکان برقراری ارتباط بین نقاط واقع در هزاران کیلومتر دورتر را فراهم می کند.

ویژگی خاصی که ماهواره های زمین ثابت را بسیار جذاب می کند آنهاست توانایی انتقال اطلاعات... سیگنال رله شده را می توان توسط آنتن ها در هر نقطه از منطقه تحت پوشش ماهواره، قابل مقایسه با اندازه یک کشور، منطقه، قاره یا حتی کل نیمکره دریافت کرد. هر کسی که یک آنتن کوچک به قطر 40-50 سانتی متر داشته باشد می تواند کاربر مستقیم ماهواره شود.

ماهواره ای که در مدار زمین ایستا کار می کند به هیچ موتوری نیاز ندارد و ماندن آن در مدار زمین می تواند سال ها طول بکشد. اصطکاک ناشی از اتمسفر نازک در نهایت باعث کاهش سرعت آن می شود و باعث پایین و پایین رفتن آن می شود و در نهایت در جو پایین تر می سوزد.

اگر ماهواره از مقدار زیادسوخت، سریعتر حرکت می کند و شعاع مدارش بزرگتر است. یک مدار بزرگ به این معنی است که حرکت زاویه ای ماهواره به دور زمین کندتر است. به عنوان مثال، ماه که در 380000 کیلومتری زمین قرار دارد، دارای دوره مداری 28 روزه است.

ماهواره‌های مدار پایین زمین (LEO)، مانند بسیاری از ماهواره‌های علمی و رصدی، در ارتفاعات بسیار پایین‌تر عمل می‌کنند: آنها در حدود 90 دقیقه در ارتفاعات چند صد کیلومتری به دور زمین می‌چرخند.

ماهواره‌های مخابراتی همچنین می‌توانند روی LEO باشند و از هر نقطه به مدت 10-20 دقیقه قابل مشاهده باشند. برای اطمینان از تداوم انتقال اطلاعات، در این صورت استقرار ده ها ماهواره ضروری خواهد بود.

سیستم های مخابراتی روی LEO ممکن است به 48، 66، 77، 80 یا حتی 288 ماهواره برای ارائه خدمات مورد نیاز نیاز داشته باشند. تعدادی از این سیستم ها برای ارائه اتصال به پایانه های تلفن همراه مستقر شده اند. آنها از فرکانس های نسبتا پایین (1.5-2.5 گیگاهرتز) استفاده می کنند که در همان محدوده ای هستند که در شبکه های تلفن همراه GSM استفاده می شود. این واقعیت که این نوع ماهواره ها به هیچ دستگاه فرستنده و گیرنده گران قیمتی نیاز ندارند برای آنها یک امتیاز مثبت است: در این مورد نیازی به ردیابی دقیق ماهواره نیست. علاوه بر این، ارتفاع کم تأخیر زمانی انتقال سیگنال را به حداقل می رساند و برای برقراری ارتباطات به توان فرستنده کمتری نیاز دارد.

در خارج از اسپوتنیک، چهار آنتن شلاقی در فرکانس‌های موج کوتاه بالاتر و پایین‌تر از استاندارد فعلی (27 مگاهرتز) ارسال می‌کردند. ایستگاه های ردیابی روی زمین سیگنال رادیویی را دریافت کردند و تأیید کردند که ماهواره کوچک از پرتاب جان سالم به در برده و با موفقیت وارد مسیری در اطراف سیاره ما شده است. یک ماه بعد، اتحاد جماهیر شوروی اسپوتنیک 2 را به مدار زمین فرستاد. داخل کپسول سگ لایکا بود.

در دسامبر 1957، دانشمندان آمریکایی، که ناامید بودند از مخالفان جنگ سرد خود عقب نمانند، سعی کردند ماهواره ای را در کنار سیاره پیشتاز در مدار قرار دهند. متأسفانه موشک در مرحله برخاستن سقوط کرد و سوخت. اندکی پس از آن، در 31 ژانویه 1958، ایالات متحده موفقیت اتحاد جماهیر شوروی را با پذیرش طرح ورنهر فون براون برای پرتاب ماهواره Explorer-1 با موشک ایالات متحده تکرار کرد. رداستون. Explorer-1 ابزارهایی را برای تشخیص پرتوهای کیهانی حمل می کرد و در آزمایشی توسط جیمز ون آلن از دانشگاه آیووا کشف کرد که پرتوهای کیهانی بسیار کمتر از حد انتظار است. این منجر به کشف دو ناحیه حلقوی (که در نهایت به نام ون آلن نامگذاری شد) پر از ذرات باردار محبوس شده در میدان مغناطیسی زمین شد.

با تشویق این موفقیت ها، چندین شرکت شروع به توسعه و پرتاب ماهواره در دهه 1960 کردند. یکی از آنها هواپیمای هیوز به همراه مهندس ستاره هارولد روزن بود. روزن رهبری تیمی را بر عهده داشت که ایده کلارک را در مورد یک ماهواره ارتباطی که به دور زمین می چرخد ​​به گونه ای که بتواند امواج رادیویی را از یک مکان به مکان دیگر منعکس کند، اجرا کرد. در سال 1961، ناسا با هیوز قراردادی را برای ساخت مجموعه ماهواره های Syncom (ارتباطات همزمان) منعقد کرد. در ژوئیه 1963، روزن و همکارانش Syncom-2 را دیدند که به فضا برخاست و وارد یک مدار ژئوسنکرون ناهموار شد. پرزیدنت کندی از سیستم جدید برای صحبت با نخست وزیر نیجریه در آفریقا استفاده کرد. به زودی، Syncom-3 بلند شد، که در واقع می تواند یک سیگنال تلویزیونی را پخش کند.

عصر ماهواره آغاز شده است.

تفاوت بین ماهواره و زباله های فضایی چیست؟

از نظر فنی، ماهواره به هر جسمی گفته می شود که به دور یک سیاره یا جرم آسمانی کوچکتر می چرخد. ستاره شناسان قمرها را به عنوان ماهواره های طبیعی طبقه بندی می کنند و در طول سال ها فهرستی از صدها جرم از این قبیل را که به دور سیارات و سیارات کوتوله منظومه شمسی می چرخند، تهیه کرده اند. به عنوان مثال، 67 قمر مشتری شمارش شد. و هنوز.

اشیاء ساخته دست بشر مانند اسپوتنیک و اکسپلورر را نیز می توان به عنوان ماهواره طبقه بندی کرد، زیرا آنها مانند قمرها به دور سیاره می چرخند. متأسفانه، فعالیت های انسانی منجر به ایجاد حجم عظیمی از زباله در مدار زمین شده است. همه این قطعات و زباله‌ها مانند موشک‌های بزرگ رفتار می‌کنند - در یک مسیر دایره‌ای یا بیضوی با سرعت بالا به دور سیاره می‌چرخند. در تفسیر دقیق تعریف، هر یک از این شیء را می توان به عنوان یک ماهواره تعریف کرد. اما اخترشناسان تمایل دارند اجرام را به عنوان ماهواره‌هایی تصور کنند که عملکرد مفیدی دارند. زباله ها و سایر زباله ها در دسته زباله های مداری قرار می گیرند.

زباله های مداری از منابع زیادی به دست می آیند:

• انفجار موشکی که بیشترین زباله را تولید می کند.
• فضانورد دست خود را شل کرد - اگر فضانورد چیزی را در فضا تعمیر کند و آچاری را گم کند، برای همیشه گم شده است. کلید به مدار می رود و با سرعت حدود 10 کیلومتر در ثانیه پرواز می کند. اگر به شخص یا ماهواره برخورد کند، نتایج می تواند فاجعه بار باشد. اجرام بزرگ مانند ایستگاه فضایی بین المللی هدف بزرگی برای زباله های فضایی هستند.
• اقلام دور ریخته شده قطعات ظروف پرتاب، درپوش لنز دوربین و غیره.

ناسا ماهواره ویژه ای به نام LDEF را برای بررسی اثرات درازمدت برخورد با زباله های فضایی به فضا پرتاب کرده است. در طول شش سال، ابزارهای این ماهواره حدود 20000 برخورد را ثبت کرده‌اند که برخی از آنها توسط ریزشهاب‌سنگ‌ها و برخی دیگر توسط زباله‌های مداری ایجاد شده‌اند. دانشمندان ناسا به تجزیه و تحلیل داده های LDEF ادامه می دهند. اما در ژاپن یک شبکه غول پیکر برای گرفتن زباله های فضایی وجود دارد.

داخل یک ماهواره معمولی چیست؟

ماهواره ها اشکال و اندازه های مختلفی دارند و عملکردهای مختلفی را انجام می دهند، اما اساساً همه آنها یکسان هستند. همه آنها دارای اسکلت و بدنه فلزی یا کامپوزیت هستند که مهندسان انگلیسی زبان به آن اتوبوس و روس ها به آن سکوی فضایی می گویند. سکوی فضایی همه چیز را در کنار هم قرار می دهد و اقدامات کافی برای بقای ابزارها از پرتاب را فراهم می کند.

همه ماهواره ها دارای منبع تغذیه (معمولاً پنل های خورشیدی) و باتری هستند. مجموعه ای از پنل های خورشیدی به شما امکان شارژ باتری ها را می دهد. جدیدترین ماهواره ها شامل سلول های سوختی هستند. انرژی ماهواره ها بسیار گران و بسیار محدود است. معمولاً از باتری های هسته ای برای ارسال کاوشگرهای فضایی به سیارات دیگر استفاده می شود.

همه ماهواره ها دارای یک کامپیوتر داخلی برای کنترل و نظارت بر سیستم های مختلف هستند. همه آنها یک رادیو و یک آنتن دارند. حداقل، اکثر ماهواره ها دارای یک فرستنده رادیویی و یک گیرنده رادیویی هستند، بنابراین خدمه زمینی می توانند وضعیت ماهواره را پرس و جو و نظارت کنند. بسیاری از ماهواره‌ها، از تغییر مدار گرفته تا برنامه‌ریزی مجدد یک سیستم کامپیوتری، اجازه می‌دهند.

همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، قرار دادن همه این سیستم ها در کنار هم کار آسانی نیست. سالها طول می کشد. همه چیز با تعیین هدف ماموریت شروع می شود. تعریف پارامترهای آن به مهندسان این امکان را می دهد که ابزارهای مناسب را جمع آوری کرده و آنها را به ترتیب صحیح نصب کنند. پس از تایید مشخصات (و بودجه)، مونتاژ ماهواره آغاز می شود. در یک اتاق تمیز، در یک محیط استریل، که دما و رطوبت مورد نظر را حفظ می کند و از ماهواره در طول توسعه و مونتاژ محافظت می کند، انجام می شود.

ماهواره های مصنوعی معمولا به صورت سفارشی ساخته می شوند. چندین شرکت ماهواره‌های مدولار را توسعه داده‌اند، یعنی سازه‌هایی که می‌توان آن‌ها را برای جا دادن عناصر اضافی بر اساس مشخصات مونتاژ کرد. به عنوان مثال، ماهواره های بوئینگ 601 دارای دو ماژول پایه بودند - یک شاسی برای انتقال زیرسیستم پیشرانه، الکترونیک و باتری ها. و مجموعه ای از قفسه های لانه زنبوری برای نگهداری تجهیزات. این مدولار بودن به مهندسان این امکان را می دهد که ماهواره ها را از حالت خالی جمع کنند نه از ابتدا.

ماهواره ها چگونه به مدار پرتاب می شوند؟

امروزه همه ماهواره ها با موشک به مدار پرتاب می شوند. بسیاری آنها را در بخش بار حمل می کنند.

بیشتر پرتاب‌های ماهواره موشکی را مستقیماً به سمت بالا پرتاب می‌کنند که به آن امکان می‌دهد سریع‌تر در جو غلیظ حرکت کند و مصرف سوخت را به حداقل برساند. پس از بلند شدن موشک، مکانیسم کنترل موشک از سیستم هدایت اینرسی برای محاسبه تنظیمات لازم در نازل موشک برای دستیابی به شیب مورد نظر استفاده می کند.

پس از خروج موشک به هوای رقیق، تا ارتفاع حدود 193 کیلومتری، سیستم ناوبری راکت های کوچکی را آزاد می کند که برای چرخاندن موشک به حالت افقی کافی است. پس از آن یک ماهواره آزاد می شود. موشک های کوچک دوباره شلیک می شوند و اختلاف فاصله بین موشک و ماهواره را فراهم می کنند.

سرعت و ارتفاع مداری

این موشک باید سرعتی معادل 40320 کیلومتر در ساعت داشته باشد تا به طور کامل از گرانش زمین فرار کند و به فضا پرواز کند. سرعت فضایی بسیار بیشتر از نیاز ماهواره در مدار است. آنها از جاذبه زمین اجتناب نمی کنند، اما در حالت تعادل هستند. سرعت مداری سرعت مورد نیاز برای حفظ تعادل بین جاذبه گرانشی و حرکت اینرسی ماهواره است. این تقریباً 27359 کیلومتر در ساعت در ارتفاع 242 کیلومتری است. بدون گرانش، اینرسی ماهواره را به فضا می برد. حتی با وجود جاذبه، اگر ماهواره خیلی سریع حرکت کند، به فضا پرتاب می شود. اگر ماهواره خیلی آهسته حرکت کند، گرانش آن را به سمت زمین عقب می کشد.

سرعت مداری یک ماهواره به ارتفاع آن در بالای زمین بستگی دارد. هر چه به زمین نزدیک تر باشد سرعت آن بیشتر می شود. در ارتفاع 200 کیلومتری، سرعت مداری 27400 کیلومتر در ساعت است. ماهواره برای حفظ مدار خود در ارتفاع 35786 کیلومتری باید با سرعت 11300 کیلومتر در ساعت به دور خود بچرخد. این سرعت مداری به ماهواره اجازه می دهد هر 24 ساعت یک بار پرواز کند. از آنجایی که زمین نیز به مدت 24 ساعت می چرخد، ماهواره در 35786 کیلومتری در موقعیت ثابتی نسبت به سطح زمین قرار دارد. به این موقعیت زمین ثابت می گویند. مدار زمین ثابت برای ماهواره های آب و هوا و ارتباطات ایده آل است.

به طور کلی، هر چه مدار بالاتر باشد، ماهواره مدت بیشتری می تواند در آن بماند. در ارتفاع کم، ماهواره در جو زمین قرار دارد که باعث ایجاد کشش می شود. در ارتفاعات بالا عملاً هیچ مقاومتی وجود ندارد و یک ماهواره مانند ماه می تواند قرن ها در مدار باشد.

انواع ماهواره

روی زمین، همه ماهواره ها شبیه به هم به نظر می رسند - جعبه های براق یا استوانه هایی که با بال های پنل خورشیدی تزئین شده اند. اما در فضا، این ماشین های دست و پا چلفتی بسته به مسیر پرواز، ارتفاع و جهت گیری رفتار بسیار متفاوتی دارند. در نتیجه طبقه بندی ماهواره ها مشکل می شود. یک رویکرد، تعیین مدار فضاپیما نسبت به سیاره (معمولا زمین) است. به یاد بیاورید که دو مدار اصلی وجود دارد: دایره ای و بیضی شکل. برخی از ماهواره ها به صورت بیضی شروع می شوند و سپس به مدار دایره ای می روند. برخی دیگر مسیری بیضوی را دنبال می کنند که به مدار رعد و برق معروف است. این اجرام معمولاً از شمال به جنوب در قطب های زمین می چرخند و یک دایره کامل را در 12 ساعت کامل می کنند.

ماهواره‌های مدار قطبی نیز با هر چرخش از قطب‌ها عبور می‌کنند، اگرچه مدارهای آنها کمتر بیضوی است. در حالی که زمین در حال چرخش است، مدارهای قطبی در فضا ثابت می مانند. در نتیجه، بیشتر زمین از زیر یک ماهواره در مدار قطبی عبور می کند. از آنجایی که مدارهای قطبی پوشش عالی سیاره را فراهم می کنند، از آنها برای نقشه برداری و عکاسی استفاده می شود. پیش‌بینی‌کنندگان همچنین به شبکه جهانی ماهواره‌های قطبی متکی هستند که در 12 ساعت به دور بالن ما می‌چرخند.

شما همچنین می توانید ماهواره ها را بر اساس ارتفاع آنها از سطح زمین طبقه بندی کنید. بر اساس این طرح، سه دسته وجود دارد:

• مدار پایین زمین (LEO) - ماهواره های LEO فضایی از 180 تا 2000 کیلومتر بالاتر از زمین را پوشش می دهند. ماهواره هایی که به سطح زمین نزدیک می شوند برای مشاهده، جمع آوری اطلاعات نظامی و آب و هوا ایده آل هستند.
• مدار زمین متوسط ​​(MEO) - این ماهواره ها از ارتفاع 2000 تا 36000 کیلومتری بالای زمین پرواز می کنند. ماهواره های ناوبری GPS در این ارتفاع به خوبی کار می کنند. سرعت تقریبی مداری 13900 کیلومتر در ساعت است.
• مدار زمین ثابت (ژئوسنکرون) - ماهواره های زمین ایستا در ارتفاع بیش از 36000 کیلومتر و با همان سرعت چرخشی سیاره به دور زمین می چرخند. بنابراین، ماهواره ها در این مدار همیشه در یک مکان روی زمین قرار می گیرند. بسیاری از ماهواره های زمین ایستا در اطراف خط استوا پرواز می کنند که باعث ایجاد «ترافیک» زیادی در این منطقه از فضا شده است. صدها ماهواره تلویزیونی، مخابراتی و هواشناسی از مدار زمین ثابت استفاده می کنند.

در نهایت، می‌توانید به ماهواره‌ها به معنای «جستجو» فکر کنید. بیشتر اشیایی که در چند دهه گذشته به فضا فرستاده شده اند به زمین نگاه می کنند. این ماهواره ها دارای دوربین ها و تجهیزاتی هستند که می توانند جهان ما را در طول موج های مختلف نور ببینند و به شما این امکان را می دهند که از رنگ های تماشایی فرابنفش و مادون قرمز سیاره ما لذت ببرید. تعداد کمتری از ماهواره‌ها نگاه خود را به فضا معطوف می‌کنند، جایی که ستاره‌ها، سیارات و کهکشان‌ها را رصد می‌کنند و همچنین اجسامی مانند سیارک‌ها و دنباله‌دارها را که می‌توانند با زمین برخورد کنند، اسکن می‌کنند.

ماهواره های قابل توجه

تا همین اواخر، ماهواره ها دستگاه های عجیب و غریب و فوق سری باقی می ماندند که عمدتاً برای اهداف نظامی برای ناوبری و جاسوسی استفاده می شدند. اکنون آنها به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. با تشکر از آنها، ما پیش بینی آب و هوا را می یابیم (اگرچه پیش بینی کنندگان، آه، چقدر اغلب اشتباه می کنند). ما به لطف ماهواره ها تلویزیون تماشا می کنیم و با اینترنت کار می کنیم. GPS در خودروها و تلفن های هوشمند ما به شما امکان می دهد به مکان مناسب برسید. نیازی به گفتن نیست که سهم ارزشمند تلسکوپ هابل و کار فضانوردان در ISS؟

با این حال، قهرمانان واقعی مدار وجود دارند. بیایید با آنها آشنا شویم.

1. ماهواره های لندست از اوایل دهه 1970 از زمین عکاسی می کنند و رکورد رصد سطح زمین را دارند. Landsat-1 که در آن زمان با نام ERTS (ماهواره فناوری منابع زمین) شناخته می شد، در 23 جولای 1972 به فضا پرتاب شد. این دستگاه دارای دو ابزار اصلی بود: یک دوربین و یک اسکنر چندطیفی که توسط شرکت هواپیماسازی هیوز ساخته شده بود و قادر به ضبط داده ها در رنگ های سبز، قرمز و دو طیف مادون قرمز بود. این ماهواره چنان تصاویر باشکوهی تولید کرد و به قدری موفق تلقی شد که یک سری کامل دنبال شد. ناسا آخرین لندست-8 را در فوریه 2013 پرتاب کرد. این فضاپیما با دو حسگر رصد زمین، تصویرگر زمین عملیاتی و حسگر مادون قرمز حرارتی، تصاویر چند طیفی از مناطق ساحلی، کلاهک های یخی قطبی، جزایر و قاره ها را جمع آوری کرد.
2. ماهواره‌های محیطی عملیاتی زمین‌ایستا (GOES) در مدار زمین ثابت به دور زمین می‌چرخند، که هر کدام مسئول بخش ثابتی از کره زمین هستند. این به ماهواره ها اجازه می دهد تا جو را از نزدیک زیر نظر داشته باشند و تغییرات در شرایط آب و هوایی را که می تواند منجر به گردباد، طوفان، سیل و رعد و برق شود را تشخیص دهد. همچنین از ماهواره ها برای تخمین میزان بارش و تجمع برف، اندازه گیری وسعت پوشش برف و ردیابی حرکات یخ دریا و دریاچه استفاده می شود. از سال 1974، 15 ماهواره GOES به مدار پرتاب شده است، اما در همان زمان تنها دو ماهواره GOES "West" و GOES "East" آب و هوا را رصد می کنند.
3. Jason-1 و Jason-2 نقش های کلیدی در تجزیه و تحلیل طولانی مدت اقیانوس های زمین بازی کرده اند. ناسا Jason-1 را در دسامبر 2001 به فضا پرتاب کرد تا جایگزین ماهواره NASA / CNES Topex / Poseidon شود که از سال 1992 بر روی زمین فعالیت می کند. برای نزدیک به سیزده سال، Jason-1 سطح دریا، سرعت باد و ارتفاع موج را در بیش از 95 درصد از اقیانوس‌های بدون یخ زمین اندازه‌گیری کرده است. ناسا رسماً Jason-1 را در 3 جولای 2013 بازنشسته کرد. در سال 2008، Jason-2 وارد مدار شد. این دستگاه ابزارهای بسیار دقیقی را حمل می کرد که اندازه گیری فاصله ماهواره تا سطح اقیانوس را با دقت چند سانتی متر ممکن می ساخت. این داده ها، علاوه بر اینکه برای اقیانوس شناسان ارزشمند است، بینش گسترده ای در مورد رفتار الگوهای آب و هوایی جهانی ارائه می دهد.

هزینه ماهواره چقدر است؟

پس از اسپوتنیک و اکسپلورر، ماهواره ها بزرگتر و پیچیده تر شده اند. TerreStar-1 را در نظر بگیرید، یک ماهواره تجاری که قرار بود انتقال داده های تلفن همراه را در آمریکای شمالی برای گوشی های هوشمند و دستگاه های مشابه فراهم کند. TerreStar-1 که در سال 2009 به فضا پرتاب شد، 6910 کیلوگرم وزن داشت. و هنگامی که به طور کامل مستقر شد، یک آنتن 18 متری و صفحات خورشیدی عظیم با طول بال های 32 متری را نشان داد.

ساخت چنین ماشین پیچیده ای به منابع زیادی نیاز دارد، بنابراین از نظر تاریخی فقط ادارات دولتی و شرکت های دارای جیب عمیق قادر به ورود به تجارت ماهواره بوده اند. بیشتر هزینه یک ماهواره در سخت افزار - فرستنده، کامپیوتر و دوربین است. یک ماهواره هواشناسی معمولی حدود 290 میلیون دلار هزینه دارد. این ماهواره جاسوسی 100 میلیون دلار بیشتر هزینه خواهد داشت. به اینها هزینه نگهداری و تعمیر ماهواره ها را نیز اضافه کنید. شرکت‌ها باید هزینه پهنای باند ماهواره را به همان روشی که دارندگان تلفن برای تلفن همراه می‌پردازند، بپردازند. گاهی اوقات بیش از 1.5 میلیون دلار در سال هزینه دارد.

عامل مهم دیگر هزینه راه اندازی است. پرتاب یک ماهواره به فضا بسته به وسیله نقلیه می تواند از 10 میلیون دلار تا 400 میلیون دلار هزینه داشته باشد. موشک پگاسوس XL می تواند 443 کیلوگرم را با قیمت 13.5 میلیون دلار به مدار پایین زمین برساند. پرتاب یک ماهواره سنگین به بالابر بیشتری نیاز دارد. موشک آریان 5G می تواند یک ماهواره 18000 کیلوگرمی را با قیمت 165 میلیون دلار به مدار پایین پرتاب کند.

علیرغم هزینه ها و خطرات مرتبط با ساخت، پرتاب و بهره برداری از ماهواره ها، برخی از شرکت ها موفق به ایجاد یک تجارت کامل از آن شده اند. مثلاً بوئینگ را در نظر بگیرید. در سال 2012، این شرکت حدود 10 ماهواره را به فضا تحویل داد و برای بیش از هفت سال سفارش دریافت کرد و نزدیک به 32 میلیارد دلار درآمد داشت.

آینده ماهواره ها

تقریباً پنجاه سال پس از پرتاب اسپوتنیک، ماهواره‌ها، مانند بودجه، در حال رشد و قوی‌تر شدن هستند. به عنوان مثال، ایالات متحده از آغاز برنامه ماهواره نظامی نزدیک به 200 میلیارد دلار هزینه کرده است و اکنون، با وجود همه اینها، ناوگانی از خودروهای قدیمی در انتظار جایگزینی است. بسیاری از کارشناسان نگرانند که ساخت و استقرار ماهواره های بزرگ به سادگی نمی تواند با پول مالیات دهندگان تامین شود. راه حلی که می تواند همه چیز را وارونه کند، شرکت های خصوصی مانند اسپیس ایکس و سایر شرکت هایی هستند که به وضوح از رکود بوروکراتیک مانند ناسا، NRO و NOAA رنج نخواهند برد.

راه حل دیگر کاهش اندازه و پیچیدگی ماهواره ها است. دانشمندان کالتک و دانشگاه استنفورد از سال 1999 بر روی نوع جدیدی از ماهواره به نام CubeSat کار می کنند که بر اساس بلوک های ساختمانی با لبه 10 سانتی متری است. هر مکعب حاوی اجزای آماده است و برای افزایش کارایی و کاهش بار می توان آن را با مکعب های دیگر ترکیب کرد. با استاندارد کردن طراحی و کاهش هزینه ساخت هر ماهواره از ابتدا، یک CubeSat تنها می تواند 100000 دلار هزینه داشته باشد.

در آوریل 2013، ناسا تصمیم گرفت این اصل ساده و سه CubeSat را که توسط گوشی های هوشمند تجاری طراحی شده بودند، آزمایش کند. هدف این بود که ریزماهواره‌ها را برای مدت کوتاهی در مدار قرار دهند و با گوشی‌ها عکس بگیرند. این آژانس اکنون قصد دارد شبکه گسترده ای از این گونه ماهواره ها را مستقر کند.

ماهواره های آینده چه بزرگ و چه کوچک، باید بتوانند به طور موثر با ایستگاه های زمینی ارتباط برقرار کنند. از لحاظ تاریخی، ناسا به ارتباطات فرکانس رادیویی متکی بوده است، اما با افزایش تقاضا برای قدرت بیشتر، RF به حد خود رسیده است. برای غلبه بر این مانع، دانشمندان ناسا در حال توسعه یک سیستم ارتباطی دو طرفه مبتنی بر لیزر به جای امواج رادیویی هستند. در 18 اکتبر 2013، دانشمندان برای اولین بار یک پرتو لیزر را برای انتقال داده ها از ماه به زمین (در فاصله 384633 کیلومتری) پرتاب کردند و به نرخ انتقال رکورد 622 مگابیت در ثانیه دست یافتند.

در مفهوم وسیع، همسفر، همسفر یا همسفر است، کسی که در راه با کسی همراه می شود. اما نه تنها انسان ها ماهواره دارند. سیارات هم «همسفران» خود را دارند. آنها چه هستند؟ اولین بار یک ماهواره مصنوعی چه زمانی ظاهر شد؟

ظهور ماهواره ها

در نجوم، مفهوم "ماهواره" برای اولین بار به لطف دانشمند یوهانس کپلر ظاهر شد. او در اوایل سال 1611 از آن در کار خود "Narratio de Iovis Satellitibus" استفاده کرد. در معنای معمول، ماهواره های سیاره ای اجرام کیهانی هستند که به دور سیارات می چرخند. آنها تحت تأثیر نیروهای گرانشی "همراه ارشد" خود در مدار خود می چرخند.

ماهواره های طبیعی اجسامی هستند که به طور طبیعی و بدون دخالت انسان ظاهر شده اند. آنها می توانند از گاز و غبار، یا از قطعه ای از یک جرم آسمانی که توسط نیروهای گرانشی سیاره گرفته شده است، تشکیل شوند. تحت تأثیر نیروهای گرانشی قرار می گیرند، به عنوان مثال، منقبض و فشرده می شوند، شکل کروی پیدا می کنند (نه همیشه) و غیره.

فرض بر این است که بیشتر ماهواره های مدرن سیارات قطعات آنها هستند که در نتیجه یک برخورد شکسته شده اند یا سیارک های سابق. به عنوان یک قاعده، آنها از یخ و مواد معدنی تشکیل شده اند، بر خلاف سیارات، هسته فلزی ندارند و با دهانه ها و گسل ها پر شده اند.

وقتی یک ماهواره باز می شود، یک شماره به آن اختصاص می یابد. سپس کاشف این حق را دارد که بنا به صلاحدید خود او را نامگذاری کند. به طور سنتی، نام آنها با اساطیر مرتبط است. فقط در اورانوس از شخصیت های ادبی نامگذاری شده اند.

ماهواره های سیارات

سیارات می توانند طیف گسترده ای از "همراهان" داشته باشند. زمین فقط یک دارد - ماه، اما مشتری 69 دارد. زهره و عطارد هیچ ماهواره ای ندارند. ادعاهای کشف آنها به طور دوره ای ظاهر می شود، اما همه آنها به زودی رد می شوند.

قمر مشتری، گانیمد، بزرگترین قمر منظومه شمسی است. از سیلیکات و یخ تشکیل شده و قطر آن به 5268 کیلومتر می رسد. چرخش کامل به دور مشتری 7 روز و 3 ساعت طول می کشد.

مریخ دو "همسفر" با نام های تاثیرگذار دیموس و فوبوس دارد که از یونانی به "وحشت" و "ترس" ترجمه می شود. آنها شکلی نزدیک به یک بیضی سه محوری دارند (طول نیم محورها یکسان نیست). دانشمندان ادعا می کنند که سرعت فوبوس به تدریج در حال کاهش است و خود او به سیاره نزدیک می شود. یک روز به سادگی به مریخ می افتد یا سقوط می کند و یک حلقه سیاره ای تشکیل می دهد.

ماه

تنها ماهواره طبیعی زمین ماه است. این نزدیکترین و مورد مطالعه ترین جرم آسمانی خارج از سیاره زمین است. دارای هسته، گوشته تحتانی، میانی، فوقانی و پوست است. در ماه نیز جو وجود دارد.

پوسته این ماهواره از سنگ سنگ - خاک باقی مانده از غبار و بقایای سنگی شهاب سنگ ها تشکیل شده است. سطح ماه پوشیده از کوه ها، شیارها، برآمدگی ها و دریاها (دشت های پست بزرگ پوشیده از گدازه های جامد شده) است. جو آن بسیار کمیاب است و به همین دلیل است که آسمان بالای آن همیشه سیاه و پر ستاره است.

حرکت ماه به دور زمین پیچیده است. این نه تنها تحت تأثیر گرانش سیاره ما است، بلکه تحت تأثیر شکل مسطح آن و همچنین جاذبه خورشید است که ماه را به شدت جذب می کند. گردش کامل آن 27.3 روز طول می کشد. مدار آن در صفحه دایره البروج است، در حالی که برای اکثر ماهواره های دیگر در منطقه استوایی قرار دارد.

ماه نیز حول محور خود می چرخد. با این حال، این حرکت به گونه ای هماهنگ می شود که همیشه از یک طرف به سمت زمین چرخیده است. همین پدیده در پلوتو با ماهواره آن شارون مشاهده می شود.

ماهواره های مصنوعی

ماهواره های مصنوعی وسایل نقلیه ای هستند که توسط انسان ساخته شده و به مدار نزدیک سیاره فرستاده می شوند. در داخل آنها ابزارهای مختلفی برای تحقیق مورد نیاز است.

به عنوان یک قاعده، آنها بدون سرنشین هستند و از ایستگاه های فضایی مبتنی بر زمین کنترل می شوند. برای پرتاب آنها به فضا از وسایل نقلیه سرنشین دار مخصوص استفاده می شود. ماهواره ها عبارتند از:

• تحقیق - برای مطالعه فضا و اجرام آسمانی؛
• ناوبری - برای تعیین محل اشیاء زمین، تعیین سرعت و جهت گیرنده سیگنال (GPS، "Glonas")؛
• ماهواره های ارتباطی - سیگنال های رادیویی را بین نقاط دور از زمین انتقال می دهند.
• هواشناسی - داده هایی در مورد وضعیت جو برای پیش بینی آب و هوا دریافت می کند.

اولین ماهواره مصنوعی زمین در طول جنگ سرد در سال 1957 به فضا پرتاب شد. از اتحاد جماهیر شوروی ارسال شد و "اسپوتنیک-1" نام داشت. یک سال بعد، ایالات متحده اکسپلورر 1 را منتشر کرد. تنها چند سال بعد آنها توسط بریتانیای کبیر، کانادا، ایتالیا، فرانسه، استرالیا و بسیاری از کشورهای دیگر دنبال شدند.

در گروه ما در VK (vk.com/posterspbru)، یکی از کاربران چنین نظر کنایه آمیزی را گذاشت:

- مونیا کجا نگاه می کنی؟

- به سوی ستاره ها. باور کنید یا نه، 8000 ماهواره وجود دارد!

- و شو، نفس کشیدن راحت تر شد؟

او ایده این مقاله را به ما داد.

شاید دوست مونی درست می گوید - به معنای واقعی کلمه، ماهواره کمکی به نفس کشیدن مردم نمی کند. اگرچه این یک موضوع بحث برانگیز است، زیرا ماهواره ها می توانند از موقعیت هایی که در آن افراد ممکن است خفه شوند نجات پیدا کنند. احتمالاً بسیاری از ما به ندرت به این فکر می کنیم که همراهان چقدر بر زندگی ما تأثیر می گذارند.

در اینجا برخی از برنامه های کاربردی که ماهواره ها در اختیار ما قرار می دهند آورده شده است.

1. ماهواره ها سیگنال های تلویزیونی را به خانه ها می فرستند، اما پایه تلویزیون های کابلی و شبکه ای نیز هستند. به عبارت دیگر، هیچ ماهواره ای وجود ندارد - نه خبری، نه پخش مسابقات ورزشی، نه المپیک زنده و غیره. ماهواره ها سیگنال هایی را از یک ایستگاه مرکزی ارسال می کنند، که برنامه هایی را برای ایستگاه های کوچکتر تولید می کند که سیگنال ها را به صورت محلی پخش می کنند. همه اتصالات مستقیم به لطف ماهواره امکان پذیر است.

2. ماهواره ها ارتباطات تلفنی در هواپیماها را فراهم می کنند و اغلب تنها کانال تلفنی برای بسیاری از مناطق روستایی و مناطقی هستند که خطوط تلفن در آنها در اثر بلایای طبیعی آسیب دیده است. ماهواره ها همچنین منبع ساعت اولیه تلفن های همراه و پیجرها را فراهم می کنند. در سال 1998، خرابی ماهواره این اعتیاد را نشان داد - 80٪ از پیجرها در ایالات متحده به طور موقت ساکت شدند، رادیو ملی عمومی قادر به توزیع برنامه های خود به شرکت های وابسته و پخش فقط از طریق وب سایت نبود، و اخبار عصر CBS ویدیو را مسدود کرد و فقط پخش کرد. سمعی.

3. سیستم های ناوبری ماهواره ای به هر کاربری اجازه می دهد تا در زمین حرکت کند. ناوبرهای GPS بخشی از دنیای مدرن هستند، خواه در وسایل نقلیه شخصی استفاده شوند یا برای اهداف تجاری یا نظامی برای ناوبری در زمین، دریا یا هوا. و به هر حال، ناوبری GPS در بسیاری از موقعیت ها نقش تعیین کننده ای دارد، به عنوان مثال، زمانی که یک کشتی در حال حرکت به سمت بندر در آب و هوای بد است.

4. ماهواره ها شرکت ها را به تامین کنندگان متصل می کنند، ستون فقرات کنفرانس های ویدئویی بین المللی را فراهم می کنند، مجوز فوری کارت اعتباری و بانکداری را ارائه می دهند. بدون ماهواره در مدار، نمی توانید با کارت بانکی خود هزینه کالاهای موجود در هایپرمارکت را پرداخت کنید.

5. ماهواره ها داده های آب و هوا را در اختیار هواشناسان قرار می دهند و به کمک آن ها نه تنها هوای امروز ابری یا آفتابی است، بلکه فوران های آتشفشانی، طوفان، نشت گاز و مواردی از این دست را نیز بررسی می کنند. برگردیم به سوال در مورد مونا و دوستش، در برخی موارد، ماهواره ها به فرد کمک می کنند نفس بکشد، فقط به این دلیل که به او هشدار می دهند که ابری از گازهای سمی در حال حرکت به سمت مکانی است که او در آن قرار دارد. یا یک ماهواره می تواند او را در دریا یا در خشکی با ارسال سیگنال فانوس دریایی به خدمات نجات نجات دهد.

اسپوتنیک یکی از منابع اصلی داده برای تحقیقات تغییرات آب و هوایی است. ماهواره ها دما و جریان اقیانوس ها را رصد می کنند. آنها می توانند به آلودگی هوا اشاره کنند، به سازماندهی عملیات نجات در مناطق فاجعه آمیز کمک کنند، به مکان یابی افراد در مناطق دورافتاده کمک کنند، سیگنال های پریشانی ارسال کنند و موارد دیگر.

6. ماهواره می تواند آب های زیرزمینی و چشمه های معدنی را شناسایی کند، انتقال مواد مغذی و آلاینده ها از زمین به منابع آبی را نظارت کند، دمای زمین و آب را اندازه گیری کند، رشد جلبک ها در دریاها و فرسایش خاک سطحی را در خشکی اندازه گیری کند. آنها می توانند به طور موثر زیرساخت های مقیاس بزرگ مانند خطوط سوخت را که نیاز به بررسی نشتی با استفاده از ماهواره ها دارند به جای کار دستی (که ساعت ها طول می کشد) نظارت کنند. تصاویر ماهواره ای به صنایع مختلف کمک می کند و حتی شما می توانید به لطف ماهواره ها از مزایای Google Earth بهره مند شوید.

ماهواره ها برای کشورهای در حال توسعه از اهمیت بالایی برخوردار هستند، زیرا دسترسی به داده ها، اطلاعات آموزشی، اطلاعات پزشکی و موارد مشابه را برای جمعیت آنها در مناطق دوردست فراهم می کنند. یک فرد تنها می تواند درمان مناسب را دریافت کند زیرا پزشک با یک همکار همراه با تجربه تر مشورت می کند.

7. اکتشاف فضا بدون ماهواره غیرممکن است. ماهواره های تلسکوپی نقش مهمی در درک بسیاری از پدیده های فضایی دارند.

ماهواره‌های ساخته دست بشر در مدار زمین تأثیر عمیقی بر زندگی مدرن ما دارند، اگرچه بسیاری این را نمی‌دانند. تا حدودی، ماهواره ها به ما کمک می کنند آزادانه نفس بکشیم، داده ها، کمک های به موقع و فرصت ها را در اختیار ما قرار می دهند. ماهواره ها زندگی را ایمن تر می کنند، مجموعه ای از امکانات مدرن را فراهم می کنند و به پخش سرگرمی و کاوش در زمین و فضا کمک می کنند.