فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

برنامه های فضایی ایران

برنامه فضایی کشورمان علی‌رغم همه موانع و تحریم‌ها با همت مهندسان متعهد کشورمان تا کنون از روند مناسبی در بخش‌های مختلف صنعت هوا فضا و ماهواره، برخوردار بوده و مراحل آن سریع‌تر از بسیاری از کشورهای پیشتاز در عرصه فضایی جهان به پیش می‌رود. امید است با توسعه روز افزون فناوری‌های ماهواره‌ها در کشور که به ساخته شدن سریع‌تر تعداد کافی از نمونه‌های مورد نیاز از آن‌ها منجر می‌شود، ماهواره‌برهای بهتر و توانمندتری نیز در دسترس قرار گرفته (مثلاً ماهواره‌برهایی با قابلیت قرار دادن چند ماهواره در فضا در هر بار پرتاب) و در مجموع برنامه فضایی کشور با اراده سیاسی و توجه اعتباری بیشتر، از سرعت مطلوب‌تری و نتایج عملیاتی برخوردار شود.

طی سال‌های گذشته و در راستای استفاده صلح آمیز از فضا و بهره‌مندی متخصصان کشور در زمینه‌های گوناگون از اطلاعات ماهواره‌ای، برنامه فضایی کشور ساخت و پرتاب و عملیاتی کردن ماهواره‌های مختلفی را در دستور کار خود داده است. بدیهی است ضمن کسب تجارب علمی و فناوری‌های لازم باید آزمایشات واقعی نیز برای کسب اطمینان از عملکرد سامانه‌هایی که در کاربری ماهواره‌های بزرگ و سنگین به کار می‌روند به انجام برسد که این کار با بهره‌گیری از ماهواره‌های کوچک و در مدارهای پایین اجرا می‌شود.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

ماهواره چیست؟

ماهواره وسیله‌ای ساخت انسان است که به فضا فرستاده می‌شود تا در مدار مشخصی مانند ماه دور زمین حرکت کند. ماهواره‌ها همانند آیینه‌هایی غول‌آسا در فضا هستند که می‌توان از آن‌ها برای انتقال تصاویر تلویزیونی، تماس‌های تلفنی و اطلاعات اینترنتی از یک نقطه از زمین به نقطه دیگر با سرعت نور استفاده نمود. ماهواره محفظه‌ای فلزی به شکل کره، استوانه یا مخروط است. پوشش فلزی ماهواره‌ها باید بسیار مقاوم باشد، زیرا این وسیله نوسانات حرارتی شدیدی را باید تحمل کند.

هر چه ارتفاع مدار حرکت ماهواره از زمین بیش‌تر باشد، ماهواره تا مدت طولانی‌تری در مدار باقی می‌ماند. اما عوامل گوناگونی سبب می‌شوند که ماهواره به تدریج متوقف شود و در نهایت بر اثر عبور از لایه‌های ضخیم‌تر جو و اصطکاک با آن‌ها کاملاً بسوزد و از میان برود.

ماهواره‌ها را بر اساس کارآیی آن‌ها می‌توان به سه گروه تقسیم کرد:

·         گروه نخست تعداد زیادی از ماهواره‌های کاربردی و خدماتی، مثل ماهواره‌های ویژه راهبری و هدایت کشتی‌ها و هواپیماها، ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های نقشه‌برداری و مهم‌تر از همه ماهواره‌های مخابراتی را در بر می‌گیرد. این ماهواره‌ها برای مثال مکان‌یابی دقیق کشتی‌ها در دریاها را به‌طور مستقیم انجام می‌دهند. در پیش‌بینی زود هنگام هوای نامساعد و توفانی کمک می‌کنند. اطلاعات مربوط به بلایای طبیعی و فجایع در شُرف وقوع یا جاری را به سراسر جهان انتقال می‌دهند و این امکان را برای ما فراهم می‌کنند که بتوانیم با شخصی در قاره‌ای دیگر مکالمه تلفنی داشته باشیم. داده‌های اینترنتی را دریافت کنیم. یا برنامه‌های تلویزیونی آن سوی جهان را ببینیم.

·         ماهواره‌های علمی-پژوهشی نیز نقش مهمی در راه شناخت کره زمین و همه جهان ایفا می‌کنند. بسیاری از ماهواره‌های علمی با آزمایش‌هایی که در فضای خارج از زمین انجام می‌دهند سهم مهمی در پیشرفت علوم پزشکی و زیست‌شناسی ایفا می‌کنند.

·         گروه سوم، ماهواره‌های نظامی یا به عبارتی ماهواره‌های امنیتی و جاسوسی هستند. بسیاری از کشورها با استفاده از اطلاعات اینگونه ماهواره‌ها از تحرکات نظامی کشورهای دیگر آگاه می‌شوند و خود را برای مقابله آماده می‌سازند.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

ماهواره‌های استیجاری زهره

در سال‌1356 ایران با تلاش فراوان توانست 3 نقطه مداری استراتژیک را در مدار زمین‌ثابت (مدار ماهواره‌های مخابراتی در ارتفاع 36هزار کیلومتری از سطح زمین) از آن خود سازد. در آن زمان ایران 9‌سال به‌صورت قانونی مهلت داشت تا نقاط مذکور را عملیاتی کند. با پیروزی انقلاب اسلامی و شرایط وقت و به‌خصوص آغاز جنگ تحمیلی، تا سال‌1365 که مهلت 9‌ساله ایران به پایان رسید، کشورمان موفق به عملیاتی کردن نقاط مذکور نشد. در چنین شرایطی به‌دلیل متوقف ماندن مناقصه ماهواره زهره و عدم پرتاب این ماهواره ملی برای جلوگیری از دست رفتن این نقاط استراتژیک، شورای عالی امنیت ملی وقت مصوب کرد سه ماهواره مستعمل از طرف ایران برای قرارگیری در نقاط مداری اجاره شوند و بدین ترتیب برای مدت حدود دو سال، نقاط مداری ایران با قرار گرفتن سه ماهواره استیجاری، عملیاتی شد. در سال‌های بعد همین روند ادامه پیدا کرد تا این‌که به‌دلیل اتفاقات عجیب‌وغریب در زمستان سال‌1387 (دولت اول محمود احمدی‌نژاد)، نقطه زهره‌3 و در سال‌1391 (دولت دوم احمدی‌نژاد) نقطه زهره ‌1 از دست رفت. در آخرین ماه‌های فعالیت دولت دهم نیز اعلام شد نقطه زهره‌2 نیز به‌دلیل شکایت شرکت یوتل‌ست فرانسه ممکن است ازدست برود و به قطر یا عربستان واگذار شود که فعلاً با بهره‌گیری از امکانات ماهواره بدر عرب‌ست در حال استفاده است.

ماهواره مصباح

ماهواره مصباح اولین پروژه ایران برای ساخت ماهواره پس از انقلاب بود. این پروژه پس از توقفی ۱۸ساله در سال‌۱۳۷۵ توسط سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران وابسته به وزارت علوم، تحقیقات و فناوری آغاز شد. ماهواره مخابراتی مصباح با یک سرمایه‌گذاری بالغ بر 10‌میلیارد تومان تهیه، و ساخت مدل مهندسی و فضایی ماهواره مصباح با همکاری یک شرکت ایتالیایی توسط نیروهای متخصص داخلی انجام شد. مصباح نهایتاً در ۱۲‌مرداد‌۱۳۸۴‌ طی مراسمی با حضور سید‌احمد معتمدی، وزیر ارتباطات رونمایی و اعلام شد طی تابستان به فضا فرستاده می‌شود ولی با کارشکنی طرف‌های خارجی، این امر محقق نشد و ایتالیا هم به بهانه تحریم‌ها از تحویل ماهواره به ایران خودداری کرد. در تیر‌1396 رییس سازمان فضایی ایران از انتقال ماهواره «مصباح» به موزه فناوری فضایی خبر داد و گفت: با توجه به گذشت زمان طولانی از ساخت این ماهواره به این نتیجه رسیدیم که ماهواره مصباح برای پرتاب و بازبینی هزینه‌های زیادی نیاز دارد. از این رو این ماهواره به موزه فناوری فضایی منتقل می‌شود.

ماهواره سینا

ماهواره سینا 1 به سفارش وزارت علوم، تحقیقات و فناوری در شرکت پالیوت در شهر اُمسک روسیه توسط متخصصان روس طراحی و ساخته شده و اولین ماهواره‌ای بود که برای جمهوری اسلامی ایران در تاریخ 6 آبان 1384 بر روی یک موشک ماهواره‌بر کوسموس-۳ام روسی به فضا پرتاب شد. پرتاب ماهواره سینا باعث شد جمهوری اسلامی ایران در ردیف ۴۴ کشور صاحب ماهواره در فضا قرار گیرد.

بخشی از برنامه فضایی ایران با توجه به تخصص‌های موجود در شرکت صنایع الکترونیک ایران (صاایران) بر دوش این مجموعه قرار گرفته که در وهله اول مطالعه، طراحی و ساخت اولین ماهواره بومی کشور به نام امید، بعد از آن ماهواره فجر، در مرحله بعدی چهار ماهواره طلوع و در گام مهم بعدی ماهواره پارس سپهر به عنوان یک ماهواره با ارتفاع بالاتر و سنگین تر از نمونه‌های قبلی است.

ماهواره امید

ماهواره امید نخستین ماهواره ساخت ایران است که تمام تجهیزاتش در سازمان فضایی ایران طرّاحی و تولید شده است. ساخت این ماهواره تحقیقاتی از ۱۵‌اسفند‌۱۳۸۴ آغاز و طی ۲سال آماده انجام تست‌های مشترک شد. و با موفقیت در 15 بهمن 1387 در مدار قرار گرفت. در نهایت ماهواره امید در 5 اردیبهشت 1388 با جو غلیظ مناطق غربی آمریکای جنوبی و اقیانوس آرام برخورد کرد و به کار ۸۲ روزه خود پایان داد.

ماهواره ناهید

ماهواره ناهید در سال‌۱۳۹۵ با حضور رییس‌جمهوری رونمایی شد. ناهید تنها ماهواره‌ای است که صفحات آن به صورت خورشیدی باز می‌شود این در حالی است که تاکنون صفحات ماهواره‌هایی که توسط دانشمندان ایرانی ساخته شده بر روی بدنه آن چسبیده بوده‌است. تاریخچه ساخت این ماهواره به قبل از انقلاب می‌رسد اما بعد از انقلاب اسلامی ایران و شروع جنگ این پروژه متوقف شد اما وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات در سال‌۱۳۸۳ قراردادی ۱۳۲‌میلیون دلاری را با کشور روسیه برای طراحی، ساخت و پرتاپ ماهواره ناهید امضا کرد.

شهریور 1398 قرار بود این ماهواره به فضا پرتاب شود اما پرتابگر این ماهواره منفجر شد هرچند به خود آن آسیبی نرسید.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

ماهواره طلوع

ماهواره طلوع، ماهواره‌ای سنجشی است که در ۱۴‌بهمن‌۱۳۸۸ رونمایی شده و قابل پرتاب با ماهواره‌بر سیمرغ است. این ماهواره دارای فناوری‌هایی مانند محموله تصویربرداری، کنترل وضعیت مکانیزم‌ها و سلول‌های خورشیدی و ماموریت اصلی آن تصویربرداری تک طیفی با تفکیک‌پذیری ۵۰‌متر، ذخیره و ارسال داده‌های تصویر به ایستگاه‌های زمینی است.

مدار ماهواره طلوع از نوع ارتفاع پایین و ارتفاع مدار آن بیش از ۵۰۰‌کیلومتر است و ۲‌سال عمر مفید برای آن پیش‌بینی می‌شود. انرژی ماهواره طلوع توسط آرایه‌های خورشیدی از روی بدنه و باتری‌های ثانویه تأمین خواهد شد. جرم این ماهواره ۱۰۰‌ کیلو و ابعاد این سازه ۶‌ضلعی به عرض‌۸۶ و ارتفاع ۱۰۰‌سانتی‌متر است. سردار قاسم تقی‌زاده، جانشین وزیر دفاع و پشتیبانی نیروهای مسلح مهرماه 1398 اعلام کرد: به‌زودی با استفاده از موشک‌های ماهواره‌بر بومی، ماهواره طلوع را در مدار قرار خواهیم داد.

ماهواره پیام

ماهواره پیام بامداد ۲۵‌دی‌۱۳۹۷ با ماهواره‌بر سیمرغ به فضا پرتاب شد اما بنا به اعلام محمد‌جواد آذری‌جهرمی، وزیر ارتباطات، این پرتاب با موفقیت همراه نبود و ماهواره پیام در مدار قرار نگرفت.

این ماهواره با مشارکت چهار دانشکده مهندسی هوافضا، برق، کامپیوتر و مکانیک و ۱۶‌نفر از استادان دانشکده‌های دانشگاه امیرکبیر ساخته شده و علاوه بر آن بخش عمده فعالیت بر عهده دانشجویان ارشد و دکتری بوده ‌است. این ماهواره از سری میکرو ماهواره‌های توسعه فناوری فضایی بود که به منظور تصویربرداری سه‌طیفی (سبز، قرمز و مادون قرمز نزدیک) و پانکروماتیک از محدوده ایران (به‌صورت نزدیک به زمان‌واقعی و ذخیره-ارسال)، ذخیره و ارسال پیام (S&F) و اندازه‌گیری تشعشعات فضایی، ساخته شد. طراحی این ماهواره از سال‌۸۴ آغاز شد. وزن این ماهواره ۱۰۰‌کیلوگرم و ارتفاع مداری طراحی شده برای ماهواره پیام ۵۰۰‌کیلومتر و با شیب مداری ۵۵‌درجه و تصاویری با دقت ۴۵‌متر ارسال می‌کرد.

ماهواره رصد

ماهواره رصد هم با موشک‌های حامل ایرانی به فضا فرستاده شده‌است. این ماهواره نخستین ماهواره تصویربرداری ایران محسوب می‌شود که در تاریخ ۲۵‌خرداد‌۱۳۹۰به فضا پرتاب و پس از 3هفته با پایان یافتن ماموریت خود به زمین بازگشت.

ماهواره نوید

ماهواره نوید؛ نخستین ماهواره ساخت مرکز تحقیقات ماهواره‌ای دانشگاه علم و صنعت است که در ۱۴‌بهمن‌۱۳۸۸ رونمایی شده بود. ماموریت این ماهواره تصویربرداری از زمین با وضوح تصویر ۷۵۰متر است. این ماهواره در ساعت سه‌و نیم بامداد روز جمعه، ۱۴‌بهمن‌۱۳۹۰ از پایگاه فضایی سمنان به فضا پرتاب شد. این ماهواره مکعب شکل و با ابعاد ۵۰×۵۰×۵۰‌سانتی‌متر و جرم ۵۰‌کیلوگرم ساخته شده که به منظور استقرار در مدار بیضوی با ارتفاع ۲۵۰‌تا ۳۷۵ کیلومتر و زاویه انحراف مداری ۵۵ درجه طراحی شده‌است. ارتباط ماهواره با ایستگاه زمینی از طریق سه فرستنده و گیرنده در باندهای «وی‌اچ‌اف» و «یواچ‌اف» برقرار است و تأمین انرژی آن نیز توسط صفحات خورشیدی نصب شده بر بدنه جانبی سازه ماهواره در کنار باتری و بهره‌گیری از تنظیم‌کننده‌ها و مبدل‌های ولتاژ صورت می‌گیرد. با توجه به مدار این ماهواره، می‌توان انتظار داشت که هر ۹۰‌دقیقه یکبار زمین را دور بزند.

ماهواره فجر

پس از مدت‌ها كه خبري از فعاليت‌هاي جدي فضايي در ايران نبود، سرانجام سيزدهم بهمن 1393 ماهواره فجر با موفقيت به‌سوي مدار پرتاب شد تا بار ديگر موضوع فضا و فناوري فضايي در ايران توجه بسياري را به خود جلب كند. پرتاب موفق ماهواره فجر ازجمله موفقيت‌هاي دل‌چسب فضايي در كشور بود طوري كه به نظر مي‌رسيد كارشناسان و مجريان از اين اتفاق بيشتر از پرتاب‌هاي فضايي گذشته خوشحال بودند.

از موفقيت در پرتاب ماهواره فجر كه بگذريم، شواهد مختلف نشان مي‌دهد كه اين ماهواره كمتر از يك ماه در مدار باقي مانده و عمر مداري آن بسيار كمتر از ميزان مورد انتظار بوده است. درحالي‌كه اعلام شده بود ماهواره فجر یک سال و نیم در مدار باقي خواهد ماند، پايگاه‌هاي مستقل اينترنتي گزارش داده‌اند كه اين ماهواره در تاريخ 6 اسفند 1393 سقوط كرده است. نزول مداري سريع اين ماهواره نشان از عملكرد نادرست سيستم پيشرانش و رانش‌زاهاي ماهواره‌اي دارد. بااين‌حال خبر پايان يافتن عمر مداري ماهواره فجر و عدم موفقيت در ارتقاي مداري تاكنون توسط هيچ‌يك از نهادهاي رسمي اعلام يا تاييد نشده است.

در برنامه فضایی کشور با رویکردی واقع‌بینانه و با اتکا به توان داخلی کشور، لازم بود تا از سایر بخش‌های علمی کشور نیز کمک گرفته شود که مهمترین آن‌ها یعنی دانشگاه‌ها نیز وظیفه مطالعه و ایجاد فناوری‌های مختلف فضایی و طراحی و ساخت ماهواره‌های دانشجویی را بر عهده گرفتند که در هر یک از آن‌ها چند فناوری و دستاورد تخصصی مورد بهره‌برداری و آزمایش قرار می‌گیرد.

از این دست ماهواره‌ها می‌توان به خانواده ماهواره‌های رصد از دانشگاه مالک اشتر، نوید و ظفر از دانشگاه علم و صنعت اشاره کرد. از بین این ماهواره‌ها رصد-۱ در سال‌های قبل پرتاب شده و با موفقیت ماموریت خود را به پایان رسانده و برخی ماهواره‌های دیگر مانند شریف ست نیز آماده پرتاب هستند که طبق اعلام پس از ماهواره فجر در نوبت پرتاب قرار دارند.

با توجه به اینکه پرتاب ماهواره فجر رسما اعلام گردید در این گزارش به معرفی این ماهواره و برخی دستاورهای حاصل از آن می‌پردازیم و مقایسه ای بین آن و ماهواره‌های امید و رصد-۱ که تاکنون پرتاب شده‌اند خواهیم داشت.

این ماهواره‌ها اگر چه ممکن است دقت‌های بالا نداشته باشند اما تک‌تک آن‌ها حلقه‌هایی از یک زنجیره بلوغ و اکتساب فناوری هستند که به صورت یکپارچه و سامانه ایی و در یک نقشه راه محصولی و اکتساب فناوری مشخص مدیریت می‌شود.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

امیدی که به فجر منجر شد

ماهواره فجر ماهواره‌ای با طراحی کاملاً حرفه ای و برآمده از ماهواره امید است. ماهواره امید 82 روز در فضا بود و حدود ۱۲۰۰ مرتبه در مدار زمین چرخش نمود. ماهواره ملی امید به عنوان اولین ماهواره بومی و با توجه به ماموریت تعریف شده برای آن بخشی از فناوری‌های کلیدی یک ماهواره عملیاتی را در بر داشت.

این فناوری‌ها که برای اولین بار در کشور به صورت بومی به کار گرفته شده بود شامل مواردی چون تولید تجهیزات الکترونیک ماهواره، تولید فرستنده و گیرنده فضایی، فناوری شبیه سازی پرواز ماهواره، مهندسی سامانه فضایی بصورت کاملاً بومی، اثبات وجود ماهواره در مدار، تعیین دوره تناوب و زمان طلوع ماهواره با دقت بالا، ارتباط از راه دور (تله متری)، فرمان از دور (تله‌کامند)ماهواره بودند.

ماهواره ملی امید یک ماهواره علمی تحقیقاتی و پژوهشی و مخابراتی بود که ماموریت آن بصورت تعیین مشخصات مداری ماهواره پس از جدایی از ماهواره‌بر، برقراری ارتباط دو سویه ماهواره و ایستگاه زمینی به منظور ذخیره و ارسال داده‌های تله‌متری و تله‌کامند، ارسال فرمان از ایستگاه زمینی به ماهواره و برخی موارد دیگر تعریف شده بود.

تجارب فجر

با کسب تجارب بسیار ارزشمند از ماهواره امید و شکستن مرزهای بسیار در آن، در گام بعدی ماهواره‌ای با ویژگی‌های جدید در کنار ارتقاء قابلیت‌های ماهواره امید مد نظر بود. حاصل این روند، ماهواره فجر است که همه ویژگی‌های یک ماهواره حرفه‌ای را دارد.

اصلی‌ترین تفاوت‌ها و بهبودهای فجر نسبت به امید، بهره‌مندی از سلول‌های خورشیدی برای شارژ باتری و تولید توان، قرارگیری در مدارهای بالاتر، طول عمر بسیار بیشتر، همراه داشتن محموله تصویربرداری و توانایی افزایش ارتفاع نسبت به زمین از طریق انتقال مداری است.

روی بدنه ماهواره فجر سلول‌های خورشیدی به کار رفته است که با تامین توان از نور خورشید و شارژ باتری‌ها نقش مؤثری در افزایش عمر کاری آن به یکسال و نیم داشته است. این ماهواره دارای سامانه GPS است و قادر است موقعیت ماهواره را هر لحظه در فضا مشخص نماید که این موقعیت‌یابی به ماهواره کاربردهای مختلف علمی و عملیاتی بیشتری می‌بخشد. ماهواره فجر همچنین قابلیت مانورمداری و تصویربرداری را نیز دارد.

ویژگی‌ها و دستاوردهای ماهواره فجر

 این ماهواره در مدت یک سال به دست محققان کشور و با همکاری بخش‌های مختلف صنعت هوافضای کشور طراحی و ساخته شده و سپس وارد مراحل آزمایشات عملیاتی شد.

ماموریت در نظر گرفته شده برای ماهواره فجر انتقال مداری، عکسبرداری برای نقشه‌برداری، هواشناسی و برخی محموله‌های تحقیقاتی است. با استفاده از ماهواره فجر، آزمایش و صحت سنجی فناوری‌های به کار رفته در ماهواره‌های بعدی ممکن شده و بهبود زیرسامانه‌های پردازش و افزایش ارتفاع و عمر مداری از جمله وظایف ماهواره فجر خواهد بود.

فناوری‌های جدید این ماهواره شامل فناوری انتقال مداری به کمک رانشگر گاز سرد، فناوری تعیین کنترل وضعیت ماهواره از طریق پایداری چرخان فعال، فناوری تصویربرداری فضایی و فناوری تعیین و توزیع توان الکتریکی است.

از جمله دستاوردهای ماهواره فجر می‌توان به دستیابی به فرآیند کاملی از کلیه زیرسامانه‌های مورد نیاز در فناوری فضایی، کاهش هزینه‌های پرتاب با دستیابی به فرایند انتقال مداری در ماهوراه، ساخت اولین ماهواره بومی دارای توانمندی انتقال مداری اشاره کرد.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

انتقال مداری

با توجه به محدودیت موشک‌های فعلی حامل‌های ماهواره در کشور، تنها مدارهای پایین برای قرار دادن ماهواره‌ها در دسترس است. از طرفی در ارتفاعات نزدیک به زمین به دلیل برخورد با مولکول‌های هوا، ماهواره دچار افت انرژی جنبشی شده و به مرور با از دست دادن ارتفاع سقوط کرده و ناچاراً ماموریت آن پایان می‌یابد.

در واقع عامل باقی ماندن ماهواره در مدار نیروی خروج از مرکز ناشی از تغییر جهت سرعت است که با نیروی جاذبه زمین در تعادل قرار می‌گیرد. با افت سرعت، نیروی مخالفت کننده با جاذبه نیز کاهش یافته و در نتیجه ماهواره به سمت زمین کشیده می‌شود.

برای افزایش عمر کاری ماهواره از نظر مدت زمان استقرار در مدار، یک راه حل کم هزینه، انتقال مداری برای رساندن ماهواره به ارتفاعات بالاتر است (به نسبت سرمایه لازم برای ارتقاء ماهواره‌بر برای رسیدن به این ارتفاع). در این روش پس از قرارگیری ماهواره در مدار اولیه با استفاده از نیروی ایجاد شده از پیشران تعبیه شده در آن، ماهواره شروع به افزایش ارتفاع کرده و در مدار بالاتری مستقر می‌شود.

به طور کلی سامانه‌های پیشرانش فضایی به دو دسته کلی سامانه‌های پیشرانش الکتریکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند. در سامانه‌های پیشرانش شیمیایی انرژی لازم برای تولید نیروی رانش (تراست) در رانشگر ذخیره شده که این نیرو بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی آزاد شده و سپس رانشگر به وسیله عبور دادن آن به شکل گاز با سرعت بسیار بالا از درون خروجی (نازل) شتاب می‌گیرد.

سامانه‌های رایج پیشرانش شیمیایی شامل سامانه‌های گاز سرد و سامانه گاز داغ هستند که پروژه طراحی و ساخت سامانه پیشرانه گاز سرد ماهواره که در پژوهشگاه هوافضا به انجام رسیده در ماهواره فجر به کار گرفته شده و این سامانه به جابه‌جایی ماهواره در مدار زمین کمک می‌کند.

سامانه گاز سرد با رانشگرهایی مانند گاز ورودی فشرده شده مثلاً گاز نیتروژن یا گازهای هیدروکربنی فشار بالا مانند پروپان کار می‌کند. این گاز فشرده شده در داخل مخزنی در ماهواره ذخیره می‌شود.

پس از قرار گیری ماهواره فجر در مدار بیضوی با اوج حدود ۳۵۰-۳۷۵ کیلومتر و حضیض حدود ۲۵۰-۲۷۵ و زاویه میل ۵۵ درجه با شروع کار پیشران، مدار این ماهواره در نقطه اوج به مدار دایروی ۳۷۵ تا ۴۰۰ کیلومتر رسیده و بدین ترتیب ماهواره با خروج از مدار بیضوی پیشین و عدم کاهش و افزایش متناوب ارتفاع، کمتر در معرض از دست دادن انرژی و برخورد با نیروهای مقاوم هوا قرار می‌گیرد.

این عمل باعث می‌شود که از نظر بالستیکی در فضای بالای جو که بسیار رقیق بوده و میزان مولکول‌های هوا بسیار کم است نیروهای پسا که باعث کاهش سرعت می‌شود روی ماهواره به مقدار قابل توجهی کمتر باشد. بنابراین ماندگاری ماهواره در فضا افزایش یافته و از حدود ۳ ماه به میزان یک تا یک و نیم سال می‌رسد.

علاوه بر افزایش طول عمر ماهواره، حضور در ارتفاعات بالاتر به مجموعه داده‌های دانشی پیرامون عملکرد ماهواره و زیرسامانه‌های آن در این ارتفاعات نیز خواهد افزود و راه را برای تجربه‌های بعدی هموارتر می‌کند.

علاوه بر زیرسامانه پیشران گاز سرد، ماهواره فجر از رانشگر پالس پلاسمایی که یک رانشگر الکتریکی با ضربه ویژه بسیار بالا است به عنوان محموله فرعی بهره‌گیری کرده که این رانشگر جدید باعث دوران ماهواره حول مرکز جرم خواهد شد.

از این حرکت دورانی که به میزان ۶ دور در دقیقه است برای پایدارسازی ماهواره استفاده می‌شود. این روش متعادل نمودن ماهواره دارای مزایایی از جمله سادگی پایدار سازی، مقاومت در برابر نیروهای مزاحم و اغتشاشات ورودی به سامانه با بهره‌برداری از اثر ژیروسکوپی دوران و سادگی باقی نگه داشتن جهتگیری ماهواره است. بنابراین ماهواره فجر در هر ۱۰ ثانیه یکبار به دور خود و در هر ثانیه ۳۶ درجه می‌چرخد.

همچنین از روش تثبیت نسبت به سه محور نیز در ماهواره فجر استفاده می‌شود.

دوربین ماهواره فجر

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم این ماهواره جدید ایرانی، دوربین بسیار پیشرفته آن است که تصاویر دریافت شونده قابل استفاده در مراکز مختلف خواهد بود. تصویربرداری جهت مصارف گوناگونی همچون بررسی وضعیت‌های هواشناسی از جمله کاربردهای تصاویر این دوربین است.

طراحی، ساخت، مونتاژ و برنامه نویسی بخش الکترونیک، ساخت قطعات مکانیکی طبق استانداردهای فضایی، پوشش دهی قطعات مکانیک بخش اپتیکی با استفاده از پوشش‌های فضایی، ساخت و پوشش (کوتینگ) لنزها با شیشه‌های ضد تشعشع، مونتاژ بخش اپتیک، مونتاژ و راه اندازی کل دوربین، گرفتن تصویر با استفاده از این دوربین و اجرای آزمایش‌های اپتیکی بر روی بخش‌های مختلف از عمده فعالیت‌های انجام شده برای ساخت دوربین این ماهواره جدید ایرانی است.

قبلا اعلام شده بود که این دوربین دارای قابلیت تفکیک هزار تا ۵۰۰ متر را دارد. البته به گفته مدیرعامل وقت شرکت صاایران، دوربینی با تفکیک ۲۰ متر نیز قابل دستیابی است که برای ماهواره طلوع در نظر گرفته شده است. از تصاویر تهیه شده توسط دوربین نصب شده بر روی ماهواره فجر می‌توان در فعالیت‌های هواشناسی و نقشه‌برداری استفاده کرد. اما با توجه به تأخیر زمانی بین رونمایی از ماهواره در سال‌های گذشته و پرتاب آن، اعلام شد که دوربین جدیدی روی آن نصب شده که تفکیکش بهتر از ۵۰ متر هست.

از دیگر قابلیت‌های ماهواره فجر بکارگیری روش ترکیبی برای موقعیت یابی آن است که شامل دو روش استفاده از ایستگاه‌های زمینی و سامانه موقعیت یابی جهانی (GPS) در داخل ماهواره است.

پژوهشگران شرکت صنایع الکترونیک ‌ایران موفق به طراحی، ساخت و آزمایش گیرنده GPS فضایی برای موقعیت‌یابی در مدارهای لئو (LEO) شده اند که در این ماهواره از این نوع سامانه‌ها استفاده شده است. بدین ترتیب این ماهواره علاوه بر آزمایش سامانه‌های مختلف، کار حرفه‌ای مانند موقعیت‌یابی در فضا را نیز انجام می‌دهد.

ماهواره فجر از شکل هندسی شش ضلعی با ارتفاع ۴۹ سانتیمتر و عرض ۳۵ سانتیمتر برخودار بوده و بین ۵۰ تا ۶۰ کیلوگرم جرم دارد. فجر نسبت به امید دو برابر و نسبت به رصد-۱ سه تا چهار برابر سنگین تر است. هر چند ماهواره ۱۵.۳ کیلوگرمی رصد-۱ اولین ماهواره کشور مجهز به سلول‌های خورشیدی و همچنین محموله تصویربرداری با تفکیک ۱۵۰ متر بوده است اما با توجه به عمر کوتاه کمتر از دوماهه رصد-۱ و اهداف آزمایشی و تحقیقاتی از پرتاب آن باید ماهواره فجر با کمینه عمر یک تا یک و نیم سال را به عنوان نخستین ماهواره سنجشی کاربردی کشور به حساب آورد.

ماهواره‌های امید و رصد-۱ با نوع پایه ماهواره‌بر سفیر پرتاب شده و در مدار بیضوی با اوج ۳۵۰ و حضیض ۲۵۰ کیلومتر قرار گرفتند در حالیکه فجر با نوع بهسازی شده سفیر با نام سفیر-۱بی یا همان سفیر فجر که قابلیت حمل حدود ۵۰ کیلوگرم محموله را به همان مدار دارد راهی شد. همچنین با افزایش ارتفاع از طریق مانور مداری فجر در نهایت در مدار ۴۰۰ کیلومتری دایروی (فاصله تقریباً ثابت نسبت به زمین) قرار گرفت.

بنابراین فجر نسبت به رصد-۱ ماهواره‌ای کاملاً حرفه ای و عملیاتی خواهد بود. البته هر دوی این ماهواره‌ها توانایی تولید توان در مدار را با بهره‌گیری از سلول‌های خورشیدی دارند.

همچنین در ماهواره فجر از عایق‌های حرارتی چند لایه و پوشش‌های خاص چند لایه استفاده شده است. مسئله انتقال حرارت و ترمودینامیک داخلی در ماهواره‌ها با توجه به اختلاف شدید دما بین وجوه مختلفی که رو و پشت به نور خورشید قرار دارند بسیار پیچیده بوده، بعلاوه حرکت خود ماهواره نیز عامل دیگری در ازدیاد این پیچیدگی به شمار می‌رود که برای استقرار موفق و طولانی مدت ماهواره در مدار ضمن تجهیز آن به حسگرهای پیشرفته و کارآمد کار علمی سنگینی نیز برای تعیین شرایط حرارتی ماهواره توسط متخصصان جوان و نخبه کشور به انجام رسیده است.

ماهواره فجر پس از آنکه تمامی آزمایشات پیش از پرتاب از جمله انطباق با ماهواره‌بر را به انجام رسانید، در اولین نوبت پرتاب قرار گرفت و با موفقیت به آسمان رفت.

هر چند ماهواره فجر در رده ماهواره‌های سبک و کوچک طبقه بندی می‌شود اما نگاهی به رویکرد کشورهای پیشرو در این زمینه نشان می‌دهد که علاقه به ماهواره‌های بزرگ و سنگین با توجه به پیشرفت در ساخت زیرسامانه‌های کوچک و سبک کمتر شده و از تعداد زیادی ماهواره کوچک به صورت منظومه ای اما در ارتفاعات چند صد کیلومتری برای کاربردهای متعددی بهره‌گیری می‌کنند.

در ایران نیز با توجه به مشکلات توسعه ماهواره‌برهایی با قابلیت حمل محموله‌های بسیار سنگین به ارتفاعات بالا از هم اکنون استفاده از منظومه ای از ماهواره‌های سبک در ارتفاع بالا در دستور کار قرار گرفته که ماهواره‌های طلوع در همین راستا طراحی شده اند. ماهواره فجر نیز با توجه به اینکه نسل قبل از طلوع محسوب می‌شود آغازی بر استقرار چشم سوم ایران در ارتفاعات بالا خواهند بود.

فصلنامه45-برنامه های فضایی ایران

ماهواره‌بر سفیر فجر

ماهواره‌برها کار انتقال ماهواره را از سطح زمین به مدار مورد نظر و استقرار آن با دقت بالا و در زاویه مطلوب به انجام می‌رسانند. با توسعه فناوری‌های موشکی در کشور و با بهره‌گیری از تجارب حاصله موشک حامل دو مرحله ای سفیر یک طراحی و آزمایش شد و پس از اصلاحات لازم موشک سفیر امید به عنوان نوع پایه ماهواره‌برهای کشور وارد خدمت شده و ماهواره ۲۷ کیلوگرمی امید را با سرعت بیش از ۸۱۰۰ متر بر ثانیه در مدار قرار داد.

با توجه به لزوم برداشتن گام‌های بزرگ برای توسعه برنامه فضایی کشور نیاز به انتقال ماهواره‌های سنگین تر به ارتفاعات بالاتر وجود دارد که عاقلانه ترین کار بهسازی همین ماهواره‌بر موجود برای رسیدن به توانایی لازم است.

گفتنی است کشورهای پیشروی فضایی نیز ماهواره‌برهای جدید خود را بر اساس بهسازی نمونه‌های در دسترس خود می‌سازند که این روش از نظر کاهش هزینه، کاهش زمان طراحی و آزمایش و همچنین اطمینان عملیاتی و کاهش ریسک بسیار مطلوب است.

در این راستا انواع بهسازی شده سفیر با نام‌های سفیر-۱آ و سفیر-۱بی توسعه یافتند که ماهواره‌بر سفیر-۱آ که به آن سفیر رصد نیز گفته می‌شد نانوماهواره ۱۵.۳ کیلوگرمی رصد-۱ را به ارتفاع کمی بیشتر از امید برد و بار دیگر کارایی و قابلیت اطمینان بالای خود را نشان داد. بنابراین با پرتاب ماهواره رصد و قرار گرفتن در مدار مورد نظر، این رده از ماهواره‌برهای کشور که توسط سازمان صنایع هوافضا ساخته شده است، تثبیت و آزمایش تکرار پذیری نیز شد.

بر اساس آنچه قبلا اعلام شده، دو مرحله ای بودن ماهواره‌برهای خانواده سفیر نیز از ویژگی‌های برتر آن‌ها به شمار می‌رود که برای کشوری با سابقه کم در عرصه فضایی بسیار قابل توجه است. هر دو مرحله این پیشران‌ها از نوع سوخت مایع بوده و از فناوری کنترل بردار رانش (TVC) برخوردار هستند.

طول مرحله اول موشک سفیر حدوداً ۴.۵ برابر طول مرحله دوم آن (بدون احتساب بخش دربردارنده ماهواره) است. موتور مرحله اول بسیار پرقدرت بوده و کار جدا کردن ماهواره‌بر از سطح زمین را به انجام می‌رساند و موتور مرحله دوم هر چند رانش کمتری دارد اما با مدت زمان کارکرد بیشتر خود نسبت به مرحله اول، نقش مهمی در فرایند قراردادن ماهواره در مدار دارد. تیغه‌های نصب شده در انتهای بدنه از نوع ثابت بوده و تنها نقش پایداری کننده موشک را با کمک نیروهای آیرودینامیکی بر عهده دارند.

میزان رانش پیشران مرحله اول در نوع پایه سفیر تقریباً ۹.۵ برابر رانش تولیدی موتور مرحله دوم و زمان کارکرد این مرحله تقریباً ۲.۱ برابر مرحله دوم است. با اتمام کار پیشران مرحله اول، این موتور به همراه تمامی بخشهای مرتبط در سازه و بدنه و در واقع بخش بزرگی از موشک جدا شده و با سبکتر شدن موشک، کار اوجگیری به سمت مورد نظر ادامه می‌یابد.

سامانه کنترلی مرحله اول از نوع نازل ثابت با تیغه‌های متحرک بوده و در مرحله دوم خود نازل (خروجی گازهای موتور) تغییر زاویه می‌دهد. این سامانه برای هرچه دقیق تر قرار دادن ماهواره در مدار از دقت بسیار بالا و در نتیجه از فناوری پیشرفته با پشتوانه علمی و تخصصی بسیار بالا در زمینه علم دینامیک و کنترل برخوردار است.

با بهسازی موتور ماهواره‌بر سفیر امید، که در ردیف بهترین موتور‌های مراحل بالای ماهواره‌برها قرار دارد، نسبت به موتورهای مرحله دوم ماهواره‌بر سفیر امید شاخص انرژیکی بالاتری حاصل شده است. از ویژگی‌های شاخص این موتور ایجاد قابلیت کنترل پذیری بالا در مرحله ماهواره‌بر است.

در بهینه سازی این موتور ضمن حفظ نقاط قوت موتور مرحله دوم سفیر امید تلاش شده تا با کاهش سوخت مصرفی موتور، جرم محموله ماهواره‌بر افزایش داده شود. قابلیت حرکت محفظه احتراق در حین کار موتور، دور بالای پمپ‌ها از قابلیت‌های برجسته ای است که در موتور مرحله دو سفیر امید و نسل بهینه شده ی آن وجود دارد.

در واقع با افزایش رانش موتور از ۳۲ به ۳۷ تن (افزایش حدود ۵۰ درصدی در وزن و ۲۵ درصدی در ارتفاع‌) قابلیت حمل ماهواره تا وزن ۵۰ کیلوگرم به مدار بیضوی ۲۵۰-۴۰۰ کیلومتری برای این ماهواره‌بر ۲۲ متری که ۱.۲۵ متر نیز قطر دارد بوجود آمده است.

برای توضیح بیشتر پیرامون دشواری‌های طراحی و ساخت یک موتور کاملاً جدید باید گفت ضمن نیاز به اجرای تمام مراحل مطالعه و طراحی، تمامی انواع آزمایشات نیز باید بر روی پیشران جدید اجرا شود تا از مطلوب بودن نتیجه اطمینان حاصل شود. مثلاً با توجه به اینکه گازهای پرسرعت خروجی از موتور راکتی تراکم پذیر (Compressible) هستند قابلیت ارتعاش دارند.

در صورت ورود گاز به مدهای ارتعاشی نامطلوب به طبع آن نازل (خروجی موشک)، لوله‌های حاوی سوخت، شیرها و اتصالات و سازه موشک نیز دچار ارتعاش شده و در صورت بروز پدید تشدید (Resonance) موشک ماهواره‌بر از بین خواهد رفت. بنابراین تمامی محاسبات پیچیده دینامیک سیالات، حرارت، سازه برای خاصترین حالات نیز باید اجرا شده که به نوبه خود بسیار زمانبر بوده و پس از ساخت نمونه اولیه آزمایش صورت می‌گیرد.

با توجه به نیاز به اجرای آزمایشات جزئی و کامل که برخی از انواع آن‌ها هزینه ای بالغ بر یک میلیون دلار دارند، کشورهای مختلف به خصوص کشورهای در حال توسعه پس از رسیدن به یک پیشران مناسب با بهسازی و توسعه و روش‌هایی چون کلاستر کردن (استفاده چند عدد از پیشران موجود در کنار هم) توان ماهواره‌برهای خود را ارتقاء می‌دهند که چنین رویکردی در برنامه فضایی کشورمان نیز در دستور کار است.

برنامه فضایی کشورمان تا کنون از روند مناسبی برخوردار بوده و مراحل آن سریع‌تر از بسیاری از کشورهای فضایی جهان به پیش می‌رود. امید است با توسعه روز افزون فناوری‌های ماهواره‌ها در کشور که به ساخته شدن سریع‌تر تعداد کافی از نمونه‌های مورد نیاز از آن‌ها منجر می‌شود، ماهواره‌برهای بهتر و توانمندتری نیز در دسترس قرار گرفته (مثلاً ماهواره‌برهایی با قابلیت قرار دادن چند ماهواره در فضا در هر بار پرتاب) و در مجموع برنامه فضایی کشورمان با اراده سیاسی و توجه اعتباری بیشتر، از سرعتمطلوب تری و نتایج عملیاتی برخوردار شود.

 

منابع:

rokna.net

wikipedia.org

irna.ir

afkarnews.com

yjc.ir

افکارتان را باما در میان بگذارید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد! تمامی موارد الزامی با * نشانه گزاری شده اند.