ساختار و پیچیدگی های ماهواره اسپوتیک

فضا ، هیچ شکل یا ماهیت مشخصی ندارد و این ویژگی قدرت مانور و نمایش نامحدودی را در اختیار کاربر قرار می دهد اما از آنجا که سیستم های فضایی باید در خلاء کار کنند مهندسین باید ماهواره هایی با قابلیت تحمل بارش ریزشهاب ها ، چرخش در دمای بالا و سطوح بالای تشتعش ، طراحی کنند . فضا از فاصله حدود ۱۰۰ کیلومتری زمین آغاز می شود و قوانین بین المللی نقطه آغاز فضا را پایین ترین ارتفاعی در نظر میگیرند که یک مدار می تواند در آن ارتفاع حول زمین وجود داشته باشد . در این ناحیه اشیاء پرونده نیاز به وجود هیچ نیروی آیرودینامیکی ندارند و اصول مرتبط با اتمسفر نظیرنیروی برا و پسا کاملا قابل صرف نظر است . طراحان ماهواره باید دقت زیادی به خرج دهند و از این که مکانیک مداری به درستی لحاظ شده است اطمینان داشته باشند . سرعت یک ماهواره برای ماندن در مدار باید به اندازه ای باشد که انرژی کافی برای غلبه کردن برجاذبه زمین را در اختیار آن بگذارد . اگرسرعت ماهواره بیشتر از سرعت مورد نظر جهت تامین انرژی لازم برای غلبه بر نیروی گرانش در یک مدار خاص باشد آنگاه ماهواره از مدار خواهد گریخت . از طرفی اگر سرعت ماهواره کمتر باشد به مدار نزول خواهد کرد و پس از مدتی بر زمین سقوط میکن کند نوع مدار ماهواره ها به ماموریت پوشش زمینی ، طول عمر ماهواره و نحوه ارتباط با ایستگاه زمینی بستگی دارد . صرف نظر از تجهیزاتی که برای پشتیبانی از ماموریت های خاص فضایی در نظر گرفته می شود ، هر ماهواره به طور معمول ساختار و کارکرد مشخصی دارد و شامل زیرسیستم های سازه پشتیبان ، مخابرات ، پیشرانش ، کنترل وضعیت ، سیستم های تامین انرژی ، کنترل حرارتی و سیستم د داده است . طراحان ماهواره باید از این امر که هر سیستم به طور مستقل می تواند تا ۔ چند سال به کار خود ادامه دهد ، اطمینان حاصل نمایند و محدودیت دسترسی به ماهواره پس از قرار گرفتن آن در مدار طراحان را مجبور میکند تا به تعداد مشخصی سخت افزار و نرم افزار جایگزین در ماهواره تعبیه نمایند . سازه سیستم فضایی اجزای ماهواره را در طول ساخت ، پرتاب و کار در مدار محافظت می کند . پرسنل ایستگاه زمینی باید یک ارتباط مخابراتی برای ارسال و دریافت اطلاعات از ماهواره مستقر در مدار و به منظور اجرای فرامین یا دانلود اطلاعات داشته باشند . ماهواره باید توانایی اصلاح سرعت برای تغییر مدار یامانور داشته باشد و همچنین سیستم های پیشرانش می بایست بتوانند راکت هایی با سوخت جامد یا مایع حمل کنند تا از این طریق بتوانند جابه جایی های مذکور را هدایت نمایند . سیستم کنترل وضعیت به پرسنل مرکز هدایت پرواز این اجازه را می دهد که موقعیت ماهواره را در مکان صحیح آن تعیین نمایند . همه این اجزاء برای کار کردن احتیاج به توان الکتریکی دارند . در نتیجه هر ماهواره احتیاج به تولید انرژی الکتریکی توسط خود یا با استفاده از انرژی الکتریکی ذخیره شده دارد . ماهواره یا از بانک سلول های فتوالکتریک یا از پنل های خورشیدی که نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می نمایند ، استفاده میکنند . سیستم های کنترل حرارتی ، اجزاء مختلف ماهواره را در برابر آسیب های محیطی در فضا محافظت می کنند . همچنین این سیستم ها کنترل گرمای داخلی را به عهده دارند تا بدین وسیله شرایط کاری مناسب را برای اجزای مختلف فراهم کنند . آخرین و اصلی ترین جزء ماهواره شامل سیستم های داده برای ردگیری ماهواره ، تبدیل سیگنال های هدایت فرامین و کنترل ، و انجام هرگونه عملیات خودکار است . انجام محاسبات on - board آزمایش ماهواره ، طراحان را از این بابت مطمئن می سازد که اجزاء آن بالاترین سطح توانایی را با بیشترین مقدار قابلیت اطمینان و کمترین وزن ایجاد می کنند . کاهش وزن به طراحان ماهواره اجازه می دهد که قابلیت های سیستم را افزایش دهند به عنوان مثال محموله سنگین تر نیاز به یک ماهواره بر بزرگتر دارد و استقرار آن در مدار نیاز به نیروی پیشرانش بیشتری خواهد داشت که در نتیجه باعث کاهش قابلیت های دیگر اجزاء می گردد . محیط حضور ماهواره ها محیطی خالی از تاثیرات مضر نیست . علیرغم اینکه محیط مذکور خالی از هوا و اثرات ناشی از آن است ولیکن از جانب فضاخطرات متنوعی آنها را تهدید می کند که از جمله آنها ، تشعشعات راديو مغناطیسی که روی دمای کاری ماهواره تاثیر می گذارند ، شهاب سنگ های آسمانی ، طوفان های خورشیدی و پرتوهای کیهانی هستند . این شرایط نیز موجب شوک ولتاژی به اجزاء ماهواره ، گرمای زیاد ، تنزل تدریجی کیفیت سیستم های نوری ، عدم عملکرد صحیح سیستم های نوری ، عدم عملکرد صحیح سیستم کنترل وضعیت ماهواره و اختلالات مخابراتی می گردد که همگی سبب اختلال در کنترل و ردگیری ماهواره می شوند . امروزه سازه های حمل ونقل فضایی خصوصا موشکهای ماهواره بر شامل سیستم های پیچیده ی مهندسی هستند که علوم مختلف در طراحی و تولید آن نقش به سزایی دارند . برای دستیابی به چنین وسایل پرنده فضایی اعم از موشک های بالستیک یا موشک های ماهواره بر باید مسائل و مشکلات مربوط به طراحی ساختنف تولید و آزمایشات گوناگون را به نحوی حل نمود که عملکرد مطلوب و مورد انتظار در این سیستم ها حاصل شده و بتوان موتورهای پرقدرت سیستم های کنترل پرواز خودکار و همچنین تجهزيات زمینی مورد نیاز پرتاب را طراحی و تولید کرد . ارتباطات رادیویی تلویزیونی و ماهواره ای ، کشف معادن زیر زمینی ، عکسبرداری و هواشناسی ، مکان یابی و پیش بینی بلاهای طبیعی و بالا بردن ضریب امنیت سیستم های حمل و نقل های دریایی و هوایی از جمله دستاوردهای سیستم های فضایی به شمار می آیند . انتخاب بهترین روش طراحی یکی دیگر از راه های کاهش هزینه است زیرا موفقیت و مدت زمان تولید سیستم های فضایی بستگی به انتخاب درست ابعاد اجزاء سازه ای و پارامترهای طراحی دارد در حال حاضر هزینه های مالی دستیابی به فضا با استفاده از موشک های فضاپیما آن چنان بالا است که حتی دست یابی به آنها برای کشورهای توسعه یافته هم امری بسیار هزینه بر تلقی می شود ؛ لذا بایستی مصرف این بودجه در جای دیگر در زندگی عمومی مردم نمود پیدا کند . یک نوع طبقه بندی مداری براساس شکل آن است در این نوع طبقه بندی مدارها به دو گروه کلی دایروی و بیضوی تقسیم می شوند یک مدار دایروی با ارتفاع ۲۰۰ کیلومتر این امکان را به ماهواره می دهد که یک چرخش کامل اطراف زمین را در ۹۰ دقیقه و با سرعت ۸ کیلومتر بر ثانیه طی کند با داشتن یک منظومه از ماهواره ها در مدارهای دایروی می توان پوشش جهانی ایجاد کرد . مدارهای بیضوی یک نقطه حضيض و یک نقطه ی اوج دارند . مهندسین از این مدارات برای پوشش یک ناحیه خاص از زمین استفاده می کنند و مدار به گونه ای طراحی می شود که ناحیه مذکور در محل حضیض مدار واقع شود و لذا ماهواره در زمانی که کاملا به ناحیه مذکور نزدیک شد پس از تصویربرداری از آن نقطه فاصله می گیرد . همچنین می توان مدارها را بر اساس ارتفاع دسته بندی نمود . ماهوارها می توانند در ارتفاعات خاصی قرار داده شوند ؛ مدارهای پایین ( LEO با ارتفاع ۱۶۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر ، مدارهای میانی ( MEO ) با ارتفاع ۲۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ کیلومتر مدارهای زمین آهنگ ( GEO با ارتفاع ۳۶۰۰۰ و مدارهای بالا ( HEO ) که بالاتر از سایرین هستند . مدارها همچنین بر اساس زاویه میل نیز دسته بندی می شوند . پرسنل پرتاب می توانند ماهواره ها را به مدارهای استوایی خورشید آهنگ و یا قطبی پرتاب کنند . از آنجا که خط دید ماهواره در مدارهای استوایی تماس خوبی را میان شمال و جنوب ایجاد می کند لذا این مدارها پوشش خوبی را در اختیار ماهواره قرار می دهند .