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.