ماهواره چیست؟ — آشنایی با انواع ماهواره ها — به زبان ساده

در این مطلب در مورد ماهواره و ساز و کار آن صحبت می‌کنیم. به صورت کلی باید گفت هر جسمی که حول محور یک ستاره یا سیاره می‌چرخد را ماهواره می‌گویند. با این تعریف ماهواره‌ها را می‌توان به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم کرد. در این مطلب با ساز و کار و ویژگی‌های این دستگاه بیشتر آشنا می‌شویم.

ماهواره چیست؟

ماهواره یک ماه، سیاره یا ماشینی است که به دور یک سیاره یا ستاره می‌چرخد. به عنوان مثال زمین یک ماهواره‌ است زیرا به دور خورشید می‌چرخد. به همین ترتیب ماه نیز یک ماهواره است زیرا به دور زمین می‌چرخد. معمولاً کلمه ماهواره به ماشینی گفته می‌شود که به فضا پرتاب می‌شود و به دور زمین یا جسم دیگری در فضا حرکت می‌کند.

فیلم آموزش فیزیک – پایه دوازدهم در فرادرس

کلیک کنید

زمین و ماه نمونه‌هایی از ماهواره‌های طبیعی هستند. هزاران ماهواره مصنوعی یا ساخت بشر به دور زمین می‌چرخند. برخی از این سیاره عکس می‌گیرند که به پیش‌بینی هوا و ردیابی توفان‌ها به کارشناسان هواشناسی کمک می‌کند. برخی دیگر از این ماهواره‌ها از سیارات دیگر، خورشید، سیاهچاله‌ها، ماده تاریک یا کهکشان‌های دور عکس می‌گیرند. این تصاویر به دانشمندان کمک می‌کند منظومه شمسی و جهان را بهتر درک کنند.

ماهواره‌های دیگر عمدتاً برای ارتباطات مانند ارسال سیگنال‌های تلویزیونی و تماس‌های تلفنی در سراسر جهان استفاده می‌شوند. گروهی دیگر از این ماهواره‌ها یعنی بیش از 20 ماهواره سیستم موقعیت یابی جهانی یا GPS را تشکیل می‌دهند. اگر گیرنده GPS داشته باشید این ماهواره‌ها می‌توانند به تعیین موقعیت دقیق شما کمک کنند.

چرا ماهواره مهم است؟

چشم اندازی که ماهواره‌ها دارند به آن‌ها امکان می‌دهد مناطق وسیعی از زمین را همزمان ببینند. این توانایی به این معنی است که ماهواره‌ها می توانند با سرعت و مقدار بیشتری نسبت به ابزارهای موجود روی زمین اطلاعات را جمع آوری کنند.

ماهواره‌ها همچنین بهتر از تلسکوپ‌های سطح زمین می‌توانند فضا را ببینند. این بدان دلیل است که ماهواره‌ها در بالای ابرها، گرد و غبار و مولکول‌های موجود در جو که می‌توانند دید را از سطح زمین مسدود کنند، پرواز می‌کنند.

قبل از ماهواره‌ها، سیگنال‌های تلویزیونی در فاصله‌های خیلی دور نبودند و فقط در خطوط مستقیم حرکت می‌کردند. اما اینک این سیگنال‌ها به جای اینکه در مسیر منحنی زمین حرکت کنند به سرعت در فضا حرکت می‌کنند. گاهی ممکن است کوه‌ها یا ساختمان‌های بلند جلوی آن‌ها را بگیرند و مسیر آن‌ها را سد کنند.

تماس تلفنی بدون ماهواره‌ها با مکان‌های دوردست نیز یک مشکل بود. راه اندازی سیم تلفن در مسافت‌های طولانی یا زیر آب دشوار بود و هزینه زیادی داشت.

با استفاده از ماهواره، سیگنال‌های تلویزیونی و تماس‌های تلفنی به سمت ماهواره ارسال می‌شوند. سپس تقریباً بلافاصله ماهواره می‌تواند آن‌ها را به مناطق مختلف روی زمین برگرداند.

قطعات ماهواره چه هستند؟

ماهواره‌ها دارای اشکال و اندازه‌های مختلف هستند. اما اکثر آن‌ها حداقل دارای دو قسمت مشترک هستند که شامل یک آنتن و یک منبع تغذیه است. آنتن اطلاعات را اغلب از زمین به زمین ارسال و دریافت می‌کند. منبع تغذیه نیز می‌تواند یک صفحه خورشیدی یا باتری باشد. صفحات خورشیدی با تبدیل نور خورشید به برق، نیرو را ایجاد می‌کنند.

فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با متلب MATLAB در فرادرس

کلیک کنید

بسیاری از ماهواره‌های ناسا دوربین‌ها و سنسورهای علمی را حمل می‌کنند. بعضی اوقات این ابزارها برای جمع آوری اطلاعات در مورد سطح، هوا و آب به سمت زمین نشانه می‌روند. زمانی دیگر آن‌ها برای جمع آوری داده‌ها از منظومه شمسی و عالم به سمت فضا چرخش می‌کنند.

به صورت کلی باید گفت هر ماهواره مصنوعی قابل استفاده اعم از انسانی یا رباتیک دارای چهار قسمت اصلی است: سیستم برق (که می‌تواند به عنوان مثال خورشیدی یا هسته‌ای باشد)، روشی برای کنترل و هدایت ماهواره، آنتنی برای انتقال و دریافت اطلاعات و یک فضا برای جمع آوری اطلاعات مانند دوربین یا ردیاب ذرات.

چگونه ماهواره ها به دور زمین می چرخند؟

بیشتر ماهواره‌ها با راکت به فضا پرتاب می‌شوند. یک ماهواره وقتی دور زمین می‌چرخد ​​که سرعت چرخش آن با کشش جاذبه زمین برابر شود. بدون این تعادل ماهواره در یک خط مستقیم در فضا پرواز می‌کند یا به زمین می‌افتد. ماهواره‌ها در ارتفاعات، سرعت‌های مختلف و مسیرهای متفاوت به دور زمین می‌چرخند. دو نوع متداول از مسیرهای ماهواره‌ای، مسیر زمین ثابت و قطبی هستند.

یک ماهواره زمین ثابت از غرب به شرق در خط استوا حرکت می‌کند. این ماهواره در همان جهت و با همان سرعتی که زمین در حال چرخش است، حرکت می‌کند و از دید ناظر زمینی یک ماهواره زمین ثابت به نظر می‌رسد که در حالت ایستاده است زیرا همیشه بالاتر از یک مکان مشخص است.

ماهواره‌های مدار قطبی در جهت شمال به جنوب از یک قطب به قطب دیگر حرکت می‌کنند. همزمان با چرخش زمین این ماهواره‌ها می‌توانند کل یک نوار کره زمین را یکبار اسکن کنند.

چرا ماهواره‌ها به هم نمی‌خورند؟

در واقع امکان برخورد ماهواره‌ها وجود دارد. ناسا و سایر سازمان‌های بین المللی مسیر ماهواره‌ها را در فضا ردیابی می‌کنند. احتمال برخورد ماهواره‌ها در فضا کم است زیرا هنگام پرتاب ماهواره آن را در مدار مشخصی قرار می‌دهند که برای جلوگیری از برخورد با ماهواره‌های دیگر طراحی شده است. اما مدارها می‌توانند با گذشت زمان تغییر کنند و با پرتاب هر چه بیشتر ماهواره‌ها به فضا احتمال برخورد آن‌ها افزایش می‌یابد.

فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با متلب MATLAB در فرادرس

کلیک کنید

در فوریه 2009 دو ماهواره ارتباطی یکی آمریکایی و دیگری روسی، در فضا با هم برخورد کردند. با این حال اعتقاد بر این است که این اولین باری است که دو ماهواره دست ساز به طور تصادفی با هم برخورد می‌کنند.

اولین ماهواره در فضا چه بود؟

اسپوتنیک 1 اولین ماهواره در فضا بود که اتحاد جماهیر شوروی آن را در سال 1957 در مدار قرار داد.

چگونه ناسا امروز از ماهواره استفاده می‌کند؟

ماهواره‌های ناسا به دانشمندان در بررسی زمین و فضا کمک می‌کنند. ماهواره‌هایی که به سمت زمین هستند اطلاعاتی درباره ابرها، اقیانوس‌ها، زمین و یخ‌ها ارائه می‌دهند. آن‌ها همچنین گازهای موجود در اتمسفر مانند ازن، دی اکسید کربن و میزان انرژی جذب و ساطع شده توسط زمین را اندازه‌گیری می‌کنند. همچنین ماهواره‌ها آتش سوزی‌ها، آتشفشان‌ها و دود و گازهای ناشی از آن‌ها را نیز بررسی و کنترل می‌نمایند.

همه این اطلاعات به دانشمندان کمک می‌کند تا آب و هوا و تغییرات اقلیمی را پیش بینی کنند. این اطلاعات همچنین به مقامات بهداشت عمومی کمک می‌کند تا بیماری و قحطی را ردیابی کنند. به علاوه این اطلاعات به کشاورزان کمک می‌کند تا بدانند چه محصولاتی را باید بکارند و به اورژانس بیمارستان‌ها کمک می‌کند تا در برابر بلایای طبیعی آمادگی داشته باشند.

ماهواره‌های رو به فضا کاربردها متنوع و گوناگونی دارند. برخی در برابر اشعه‌های خطرناک ناشی از خورشید حفاظت ایجاد می‌کنند و برخی دیگر به کشف سیارک‌ها، ستاره‌های دنباله دار، تاریخچه ستاره‌ها و منشا سیارات می‌پردازند.

برخی از ماهواره‌ها در نزدیکی سیارات دیگر پرواز می‌کنند یا به دور آن‌ها می‌چرخند. این فضاپیماها در حقیقت به دنبال شواهدی از وجود آب در مریخ یا ثبت تصاویر نزدیک حلقه‌های زحل هستند.

تاریخچه مختصری از ماهواره‌های مصنوعی

ماهواره‌های مصنوعی تا اواسط قرن بیستم واقعیت پیدا نکردند. اولین ماهواره مصنوعی اسپوتنیک، یک کاوشگر فضایی به اندازه یک توپ ساحلی روسی بود که در 4 اکتبر 1957 به فضا پرتاب شد. این اتفاق بسیاری از کشورهای غربی را شوکه کرد زیرا اعتقاد بر این بود که شوروی توانایی ارسال ماهواره به فضا را ندارد.

به دنبال این ماجرا، در 3 نوامبر 1957 شوروی ماهواره‌ای عظیم‌تر یعنی اسپوتنیک 2 را به فضا پرتاب کرد که یک سگ به نام لایکا را حمل می‌کرد. اولین ماهواره ایالات متحده در 31 ژانویه 1958 اکسپلورر 1 بود. این ماهواره فقط 2 درصد جرم اسپوتنیک 2 را داشت و جرم آن 13 کیلوگرم (30 پوند) بود.

اسپوتنیک‌ها و اکسپلورر 1 به دستگاهی برای انتشار عکس‌های آغازین در یک مسابقه فضایی بین ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی تبدیل شدند و این مسابقه و مبارزه حداقل تا اواخر دهه 1960 ادامه داشت.

تمرکز بر ماهواره به عنوان ابزار سیاسی در حالی آغاز شد که هر دو کشور انسان را در سال 1961 به فضا فرستادند. اما در اواخر این دهه اهداف فضایی هر دو کشور از هم جدا شدند. در حالی که انسان توسط برنامه فضایی ایالات متحده بر روی ماه فرود آمد و شاتل فضایی توسط این کشور ساخته و ایجاد شد، اتحاد جماهیر شوروی اولین ایستگاه فضایی جهان را با نام سالیوت 1 ساخت که در سال 1971 راه اندازی شد. همچنین ایستگاه‌های فضایی دیگری مانند اسکای لب توسط ایالات متحده و میر توسط اتحاد جماهیر شوروی بعد از آن ساخته شد.