شبکه اطلاع رسانی روابط عمومی ایران (شارا)- در عبارت پروازهای فضایی، ماهواره یک شی مصنوعی است که عمداً در مدار قرار داده شده است. گاهی اوقات یک چنین اشیاعی، ماهواره مصنوعی نامیده می شوند که از آنها برای تشخیص ماهواره های طبیعی مانند ماه استفاده می شود.

اولین ماهواره مصنوعی جهان، اسپوتنیک 1 توسط اتحاد جماهیر شوروی در سال 1957 راه اندازی شد. از آن زمان به بعد، هزاران ماهواره در مدار زمین راه اندازی شده است. بعضی از ماهواره ها، به ویژه ایستگاه های فضایی، در بخش ها و مدارها راه اندازی و مونتاژ شده اند. ماهواره های مصنوعی از بیش از 50 کشور جهان ارسال شده اند و از قابلیت پرتاب ماهواره توسط ده کشور استفاده می کنند. در حال حاضر چند صد ماهواره کاربرد عملیاتی دارند، در حالی که هزاران ماهواره ها مورد استفاده قرار نگرفته است و قطعات ماهواره ای به عنوان زباله های فضای در مدار زمین باقی مانده اند. چند کاوشگر فضایی در مدار در کنار بقایای دیگر قرار داده شده است و به ماهواره های مصنوعی برای ماه، عطارد، زهره، مریخ، مشتری، زحل، وستا، اروس و خورشید تبدیل شده اند.

ماهواره ها برای اهداف بسیاری مورد استفاده قرار می گیرند. انواع رایج آنها عبارتند از ماهواره های رصد زمین، نظامی و غیر نظامی، ماهواره های ارتباطی، ماهواره های ناوبری، ماهواره های هواشناسی و ماهواره های تحقیقاتی. ایستگاه فضایی و فضاپیمای انسان در مدار نیز یک نوع ماهواره می باشند. مدار ماهواره ها با توجه به هدف استفاده از ماهواره تا حد زیادی با هم متفاوت هستند و به شیوه های متفاوت طبقه بندی شده اند. این طبقه های شناخته شده (مشترک) عبارتند از پایین مدار زمین، مدار قطبی، و مدار ثابت جغرافیایی.

حدود 6600 ماهواره راه اندازی شده است. آخرین برآوردها نشان داده است که 3600 ماهواره در مدار باقی مانده است. از این تعداد، حدود 1000 ماهواره عملیاتی هستند. مابقی همچنان مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان بخشی از فضا باقی مانده اند. حدود 500 ماهواره عملیاتی در مدار پایین زمین هستند، 50 ماهواره در مدار متوسط زمین (در 20000 کیلومتر) و مابقی در مدار ثابت (در 36000 کیلومتر) هستند.

ماهواره ها توسط راکت به مدار خود فرستاده می شوند. معمولاً وسیله ای که آنها را پرتاب می کند، یک موشک است که از سکوی پرتاب بر روی زمین پرتاب می کند. در برخی از موارد، ماهواره ها در دریا (از یک زیر دریایی و یا یک پلت فرم تلفن همراه دریایی) و یا روی یک هواپیما (به پرتاب هوایی در مدار مراجعه کنید) راه اندازی می شوند.

ماهواره ها معمولاً سیستم های کنترل شده ی کامپیوتری نیمه مستقل هستند. سیستم های ماهواره ای وظایف بسیاری از جمله تولید برق، کنترل حرارتی، مسافت سنجی، کنترل نگرش و کنترل مدار را انجام می دهند.

تاریخچه
مفاهیم اولیه
«توپ نیوتن» یک «آزمایش فکری» در رساله های سیستم جهانی ارایه داده است که اولین تحقیق ریاضی منتشر شده از احتمال یک ماهواره مصنوعی بود.
اولین تصویر خیالی از یک ماهواره که به مدار پرتاب شد یک داستان کوتاه نوشته ی ادوارد اورت هیل با نام ماه آجری بود. این داستان در اقیانوس اطلس در ابتدای سال 1869 به صورت سریال درآمد. این ایده دوباره در فورچون بیگم توسط ژول ورن (1879) پدیدار شد.

در سال 1903، کنستانتین سولکواسکی (1857-1935) تنها کتاب خود را با نام کاوش در فضا با استفاده از جت دستگاه پیشرانش منتشر کرد که نخستین رساله علمی در استفاده از فن پرتاب موشک برای راه اندازی فضاپیما بود. او سرعت چرخش مورد نیاز برای حداقل مدار به دور زمین در 8 کیلومتر بر ثانیه محاسبه کرد و نشان داد که یک موشک چند مرحله ای پر شده با سوخت مایع می تواند برای رسیدن به این هدف مورد استفاده قرار گیرد. وی استفاده از هیدروژن و اکسیژن مایع را پیشنهاد کرد، هر چند ترکیبات دیگر را نیز می توان استفاده کرد.

هرمان پاتانیک اسلوونیایی (1892-1929) تنها کتاب خود را با نام مسأله سفر در فضا-موتور موشک در سال 1928 منتشر کرد که برنامه ریزی برای دستیابی به موفقیت در فضا با حضور دائمی انسان را ارایه می کرد. وی یک ایستگاه فضایی با جزئیات را تصور و مدار ثابت آن را محاسبه کرد. او استفاده از فضاپیما در مدار را برای مشاهده دقیق زمین در موارد صلح آمیز و نظامی توصیف کرد و همچنین توضیح داد که چگونه شرایط خاص در فضا می تواند برای آزمایشات علمی مفید باشد. این کتاب ماهواره های ثابت جغرافیایی(برای اولین بار توسط سولکواسکی مطرح شد) شرح داده است و ارتباطات بین آنها و زمین را با استفاده از رادیو مورد بحث قرار داده است، اما ایده کوتاه استفاده از ماهواره برای پخش برنامه های جمعی و به عنوان ارتباطات مخابراتی کاهش یافت.

در مقاله جهانی بی سیم در سال1945 ، آرتور سی کلارک نویسنده انگلیسی داستانهای علمی تخیلی (1917-2008) امکان استفاده از ماهواره های ارتباطی برای ارتباطات جمعی را با جزئیات شرح داده است. کلارک تدارکات راه اندازی ماهواره، مدارها و جنبه های دیگر ایجاد شبکه ی ماهواره های چرخشی در جهان را با اشاره به مزایای سرعت بالا ارتباطات جهانی مورد بررسی قرارداد. وی همچنین پیشنهاد کرد که سه ماهواره ثابت جغرافیایی پوشش کل سیاره را فراهم خواهد کرد.

هنگامی که وزیر دفاع جیمز فورستال در29 دسامبر 1948 به صورت عمومی اعلام کرد که دفتر او هماهنگی این پروژه را بین خدمات مختلف مورد مطالعه قرار داده است، ارتش ایالات متحده ایده ای را که به وسیله ی نقلیه ی ماهواره ای اشاره می کرد را مورد بررسی قرار داد.

تاریخچه ی ماهواره های مصنوعی
اولین ماهواره مصنوعی اسپوتنیک 1، توسط اتحاد جماهیر شوروی در 4 اکتبر 1957 راه اندازی شد و برنامه اسپوتنیک شوروی را با سرگئی کورولف به عنوان طراح ارشد آغاز کرد (یک دهانه در دور ماه که نام او خرس است). این مسأله به نوبه خود باعث مسابقه فضایی بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده شد.

اسپوتنیک1 به شناسایی چگالی لایه های جو بالا از طریق اندازه گیری تغییر مداری کمک و داده هایی در توزیع های رادیویی سیگنال در یونوسفر ارایه کرد. موفقیت پیش بینی نشده اسپوتنیک 1 در بحران اسپوتنیک در ایالات متحده اعلام شد و آتش به اصطلاح مسابقه فضایی در جنگ سرد شدت گرفت.

اسپوتنیک 2 در تاریخ 3 نوامبر 1957 به فضا پرتاب شد و این اولین باری بود که یک مسافر زنده ، یک سگ به نام لایکا را به مدار فرستاد.

پروژه RANDدر ماه می 1946، طرح اولیه ی یک سفینه فضایی آزمایشگاهی چرخشی را در سرار جهان منتشر کرد که اظهار داشت« می توان از یک وسیله ی ماهواره ای با ابزار مناسب انتظار داشت که یکی از قوی ترین ابزار های علمی در قرن بیستم باشد.» ایالات متحده راه اندازی ماهواره های مداری را از سال 1945 تحت اداره هوانوردی نیروی دریایی ایالات متحده در نظر گرفته بود. در نهایت پروژه RAND نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا گزارش فوق را منتشر کرد، اما اعتقاد نداشت که ماهواره یک سلاح بالقوه نظامی است. در عوض، آنها آن را به عنوان یک ابزار برای علم، سیاست، و تبلیغات در نظر گرفتند. در سال 1954، وزیر دفاع امریکا اظهار داشت: «من هیچ برنامه ی ماهواره ای آمریکایی را نمی شناسم.»

در 29 جولای 1955، کاخ سفید اعلام کرد که ایالات متحده قصد دارد ماهواره ای را در بهار سال 1958 پرتاب کند. این موضوع به عنوان پروژه ونگارد شناخته شد. در 31 ژولای، شوروی اعلام کرد که آنها نیز در نظر دارند تا ماهواره ی خود را در پاییز 1957 پرتاب کند.

پس از فشارهایی توسط انجمن راکت آمریکا، بنیاد ملی علوم و ژئوفیزیک بین المللی سال، منافع نظامی را برداشت و در اوایل سال 1955 ارتش و نیروی دریایی در پروژه مدارگرد کار می کردند، دو برنامه رقابتی را انجام می دادند: ارتش که از یک موشک مشتری C استفاده می کرد و موشک پیشتاز غیر نظامی و نیروی دریایی که ماهواره پرتاب می کرد. در ابتدا، آنها شکست خوردند: اولویت اولیه به برنامه ونگارد داده شد که در ابتدا تلاش کرد ماهواره ای را به چرخش در بیاورد که نتیجه ی آن انفجار وسیله ای بود که در تلویزیون ملی راه اندازی کرده بود. اما در نهایت، سه ماه پس از اسپوتنیک 2، این پروژه موفق شد. اکسپلورر 1 اولین ماهواره ی مصنوعی ایلات متحده در31 ژانویه 1958 شناخته شد.

در ماه ژوئن سال 1961، سه سال و نیم پس از پرتاب اسپوتنیک 1، نیروی هوایی از منابع شبکه های مدار بسته فضایی ایالات متحده آمریکا استفاده کرد تا 115 ماهواره ی در حال چرخش به دور زمین را فهرست کند.

ماهواره های اولیه به عنوان طرح های «یکی شده» ساخته شدند. با رشد در ارتباطات ماهواره ای همزمانی جغرافیایی (GEO) ، ماهواره های متعدد شروع به ساختن سیستم عامل مدل واحد به نام اتوبوس های ماهواره ای کردند. اولین طراحی اتوبوس های ماهواره ای استاندارد HS-333 GEO commsat، در سال 1972 راه اندازی شد.

فضای شبکه های مدار بسته
مقاله ی اصلی: شبکه های مدار بسته فضایی ایالات متحده
ایالات متحده در شبکه های مدار بسته فضایی (SSN)، یک بخش از فرماندهی استراتژیک ایالات متحده، یک شئ در مدار زمین از سال 1957 را زمانی که شوروی با پرتاب اسپوتنیک وارد عصر فضا شد، ردیابی کرد. از آن زمان به بعد،SSN بیش از 26 هزار شئ را ردیابی کرد. در حال حاضر SSN بیش از 8 هزار شئ که ساخته دست بشر است را در مدار دنبال کرده است. مابقی دوباره وارد جو زمین شده و از هم پاشیده اند یا مجدداً سالم وارد جو شده و بر روی زمین تأثیر گذاشته اند. SSN اشیاعی را دنبال کرد که قطر آنها 10 سانتی متر یا بزرگتر بودند. آنها در حال حاضر در حال چرخش در مدار زمین از ماهواره هایی با وزن چند تن هستند که وزن هر تکه از موشک 10 پوند است. حدود هفت درصد از ماهواره ها (به عنوان مثال تقریباً 560 ماهواره) عملیاتی می باشند، مابقی در فضا باقی مانده اند. فرماندهی استراتژیک ایالات متحده اولین گروهی است که به ماهواره های فعال علاقه مند است، اما همچنان زباله های فضایی را دنبال می کند که ممکن است دوباره وارد جو شوند که در غیر این صورت ممکن است با موشک هایی که وارد می شوند، اشتباه گرفته شوند.
تحقیق در NSSDC کاتالوگ اصلی در پایان ماه اکتوبر سال 2010 ، حدود6578 ماهواره راه اندازی شده در مدار را از سال 1957 دنبال کرد که آخرین آنها Chang'e 2، در 2010 اکتبر 1 ذکر شده است.

خدمات ماهواره ای غیر نظامی
سه نوع از خدمات ماهواره ای غیر نظامی وجود دارد:
خدمات ماهواره ای ثابت
خدمات ماهواره ای ثابت که مسئولیت صدها میلیارد صدا، داده، و وظایف انتقال ویدیو در تمام کشورها و قاره های بین نقاط خاص بر روی سطح زمین را برعهده دارد.
سیستم های ماهواره ای موبایل
سیستم های ماهواره ای موبایل به اتصال مناطق دور افتاده، وسایل نقلیه، کشتی ها، مردم و هواپیما در سایر نقاط جهان و یا دیگر واحدهای ارتباط تلفن همراه یا ثابت کمک می کنند، علاوه براین به عنوان سیستم های ناوبری نیز خدمت می کنند.
ماهواره های تحقیقات علمی (تجاری و غیر تجاری)
ماهواره های تحقیقات علمی، اطلاعات هواشناسی، بررسی داده های زمینی (به عنوان مثال سنجش مخابراتی)، آماتور (HAM) رادیو و دیگر برنامه های مختلف پژوهش های علمی از جمله علوم زمینی، علوم دریایی و تحقیقات اتمسفر را فراهم می کند.

انواع
ماهواره
• سلاح های ضد ماهواره / «قاتل ماهواره» ماهواره هایی که برای از بین بردن کلاهک دشمن، ماهواره ها و سایر دارایی های فضایی طراحی شده اند.

• ماهواره های نجومی، ماهواره هایی هستند که برای مشاهده سیاره های دوردست، کهکشان ها و دیگر اشیاء فضای بیرونی استفاده می شوند.

• ماهواره های زیستی، ماهواره هایی هستند که برای حمل ارگانیسم های زنده، به طور کلی برای آزمایش های علمی طراحی شده اند.

• ماهواره های ارتباطی، ماهواره هایی هستند که در فضا به منظور ارتباطات مخابراتی مستقر هستند. ماهواره های ارتباطی مدرن به طور معمول از مدارهای همزمان جغرافیایی، مدار Molniya یا مدار هایی در سطح پایین زمین استفاده می کنند.

• ماهواره های کوچک، ماهواره هایی هستند که معمولاً توده های کم و با اندازه های کوچک هستند. طبقه بندی جدید برای طبقه بندی این ماهواره استفاده می شود: ماهواره های هر مینی (500-100 کیلوگرم)، ریزماهواره (زیر 100 کیلوگرم)،ماهواره های نانو (زیر 10 کیلوگرم).

• ماهواره های ناوبری، ماهواره هایی هستند که از سیگنال های رادیویی زمان انتقال برای فعال کردن گیرنده های تلفن همراه بر روی زمین برای تعیین محل دقیق آنها استفاده می کند. خطوط نسبتاً روشن از دید بین ماهواره و گیرنده بر روی زمین، همراه با شرایط الکترونیکی رو به بهبود، به سیستم های ناوبری ماهواره ای اجازه می دهد تا به دقت موقعیت مکانی یک شئ از چند متر در زمان واقعی اندازه گیری کند.

• ماهواره های شناسایی، ماهواره های مشاهده زمین یا ماهواره های مستقر برای کاربردهای نظامی و جاسوسی هستند. افراد معدودی در مورد قدرت کامل این ماهواره ها می دانند، به عنوان مثال دولت که معمولاً آنها را برای نگه داشتن اطلاعات مربوط به ماهواره های شناسایی خود و طبقه بندی آنها به اجرا در می آورند.

• ماهواره های رصد زمین، ماهواره هایی هستند که برای استفاده های غیر نظامی مانند نظارت بر محیط زیست، هواشناسی، نقشه و غیره در نظر گرفته شده اند (به سیستم مشاهده زمین مراجعه کنید).
• ماهواره های با سیم، ماهواره هایی هستند که توسط یک کابل نازک به نام سیم به ماهواره دیگر متصل هستند.

• ماهواره های آب و هوا، ماهواره هایی هستند که برای نظارت بر آب و هوای کره زمین و آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرند.

• ماهواره های بازیابی، ماهواره هایی هستند که شناسایی، بیولوژیکی، فضای تولید و مدار های دیگر زمین را بدون محدودیت بهبود می دهند.

• سفینه های سرنشین دار، (سفینه) ماهواره های بزرگی هستند که قادر هستند یک انسان را درون خود جای و در مدار قرار دهند و آن را به زمین باز گردانند. فضاپیما شامل سفینه های فضایی با سیستم های قابل استفاده مجدد هستند که دارای نیروی محرکه یا امکانات اصلی فرود هستند. از آنها می توان برای حمل و نقل در بین ایستگاه های مداری استفاده کرد.

• ایستگاه های فضایی، ساختار مداری ساخته شده توسط انسان هستند که برای زندگی انسان در فضا طراحی شده اند. ایستگاه های فضایی از دیگر فضاپیمای سرنشین دار توسط فقدان نیروی محرکه یا امکانات اصلی فرود قابل تشخیص هستند. ایستگاه های فضایی برای زندگی گوتاه مدت در مدار برای مدت زمان هفته ها، ماه ها و یا حتی سال طراحی شده اند.

• Skyhook یک طرح پیشنهادی از ماهواره های با سیم / ایستگاه فضایی یونی شده ای است که به عنوان یک ترمینال برای وسایل پرتاب زیر مداری، پرواز بین زمین و پایین تر از Skyhookاستفاده می شود و همچنین به عنوان یک ترمینال برای فضاپیماها برای رفتن به فضا، رسیدن به بالاترین مدار، ماه و یا مریخ، در بالاترین انتهای Skyhookاست.
 

منبع مرجع:  شبکه اطلاع رسانی روابط عمومی ایران (شارا)