یک ماهواره زمینی، شیئی است ساخته دست بشر که بر مداری تقریبا بیضوی بر دور زمین میگردد. دقیقا شبیه ماه که به دور زمین میچرخد به همین دلیل به آن ماهواره یعنی شبیه ماه میگویند.
نخستین ماهواره، موسوم به اسپوتنیک 1 در 4 اکتبر سال 1957 در اتحاد جماهیر شوروی سابق به فضا پرتاب شد که در آن زمان موفقیتی عظیم به شمار میرفت.
این ماهواره، کره ای بود به وزن 6.38 کیلو گرم و به قطر 58 سانتی متر
اسپوتنیک، زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی 250کیلومتر و اوج زمینی 934کیلومتر دور میزد و هر بار گردش آن به دور زمین 96دقیقه به طول میکشید.
این ماهواره در طول عمر خود از زمان پرتاب تا موقعی که در جو زمین متلاشی شد راهی برابر با 590میلون کیلومتر را پیمود.
ماهواره ها چگونه پرتاب میشوند؟
برای پرتاب یک ماهواره باید آن را به ارتفاع لازم از سطح دریا رساند و آن را در امتداد درستی قرار داد و شیب مناسب را به آن داد.
بایستی ماهواره را به ارتفاع چند صد کیلومتری برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود.
اگر مدار مستدیر در نظر باشد باید سرعتی که به آن میدهیم اندکی از عمود انحراف داشته باشد.
ماهواره را باید در زاویه ای مناسب با نصف النهار مبدا قرار داد. این زاویه مناسب مصالحه ای است بین حداکثر استفاده ممکن از سرعت موجود که معلول دوران زمین بر گرد محورش است و بیشترین گستره ممکن عرض های جغرافیایی برای مشاهده و رصد ماهواره برای آن که از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره میدهد بیشترین استفاده ممکن به عمل می آید.
باید ماهواره در استوا و جانب مشرق پرتاب شود زیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر و در حدود 1600کیلومتر در ساعت خواهد بود هر شیئی که در استوا باشد به اعتبار یک بار گردش به دور زمین در هر 24 ساعت پیرامون زمین 40000هزار کیلومتر است دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است.
درک بهتر مطلب:
تصور کنید داخل ماشین در حال حرکت هستید و میخواهید یک پهپاد را پرتاب کنید. اگر آن را به سمت جلو پرتاب کنید، خودش به خاطر اینکه داخل ماشین بوده به سمت جلو دارای انرژی زیادی است و برای حرکت به جلو به پهپاد کمک میشود اما اگر بخواهید به جهت عکس حرکت ماشین یعنی به سمت عقب، آن را پرتاب کنید باید با سرعت قبلی خود که حاصل حضور در ماشین بوده مبارزه کند و انرژی زیادی از آن تلف میشود تا اینکه سرانجام بتواند به سمت جلو حرکت کند.
پس در پرتاب ماهواره ها جهت چرخش زمین در نظر گرفته میشود. همچنین مستقیما و صاف به سمت آسمان شلیک نمیشوند چون در این صورت از جو زمین خارج شده و در فضای نامتناهی به حرکت خود ادامه داده و از زمین دور میشوند. آنها باید به صورت کج پرتاب شوند که سرانجام دور زمین بچرخند.
ناظر زمینی در ماهواره:
چنین ماهواره ای را تنها ناظرانی میتوانند ببیننده در استوا یا در نزدیکی آن هستند.
ماهواره فقط اطلاعاتی درباره عرض جغرافیایی به ما خواهد داد. برای این که ماهواره را همه ناظران زمینی ببینند و علاوه بر این بیشترین اطلاعات فراهم آید باید ماهواره در امتداد شمال جنوب حرکت کند، ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت موجود را نفی میکند.
سرعت افقی مناسب بین 30000 و 40000کیلومتر در ساعت یا بین 8.2 یا 11.2 کیلومتر در ثانیه است.
8 کیلومتر درثانیه برای مدارهای کوچک و 11کیلومتر در ثانیه مناسب مدارهای بسیار بزرگ است.
حال اگر سرعت افقی از 8کیلومتر در ثانیه کمتر باشد در مدار سیاره قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط میکند.
اگر این سرعت از 11.2کیلومتر در ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمین قرار نخواهد گرفت، ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت.
مراحل پرتاب ماهواره:
معمولا 3 کار را برای پرتاب ماهواره ها باید انجام داد که آنها را باهم ترکیب میکنند:
ماهواره را معمولا به کمک موشکی چند مرحله ای در مدار قرار میدهند.
هدف مرحله نخست این است که ماهواره از کوتاه ترین مسیر ممکن یعنی مستقیما از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب ترین اپتیموم سرعت دست یابد.
مرحله دیگر، ماهواره را به حالت افقی در می آورد و سرعت مورد نظر را به آن میدهد.
قبل از پرتاب، برای هر مرحله، موشک با مقدار سوخت لازم پر میشود. هر مرحله پس از آن که وظیفه اش را انجام داد از بقیه موشک جدا میشود یک موشک نمونه برای پرتاب ماهواره ممکن است شامل 3مرحله و یک دماغه مخروطی باشد. این دماغه مخروطی را روی ماهواره قرار میدهند تا هنگام حرکت با کمترین مقاومت هوا رو به رو شود.
ماهواره وقتی بر مدار قرار گرفت تا ابد در آن خواهد ماند زیرا نیروهایی که بر ماهواره وارد میشوند یکدیگر را خنثی میکنند ونیروی کل صفر میشود. (اصطکاک ناچیز است و ماهواره در حال سقوط دائمی به سمت زمین در مدار بیضوی شکل است که باعث میشود سالها طول بکشد تا به جو زمین برسد و بسوزد.)
در ارتفاعات زیاد از سطح زمین تنها دو نیرو بر ماهواره وارد میشود:
- نیروی گرانش
- نیروی گریز از مرکز
این دو نیرو در یک سرعت معین از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت مخالف یکدیگر هستند. بنابر این یکدیگر را خنثی میکنند. از این رو ماهواره ای که سرعت مناسب را داشته باشد همچنان بر مدارش حرکت میکند. زیرا نیرویی وجود ندارد که آن را از مسیرش منحرف کند.
بهترین زمان برای مشاهده یک ماهواره با چشم، هنگام بامداد یا شامگاه است، در این مواقع خورشید در زیر افق است. ناظر در ناحیه تاریک است ولی ماهواره که چند صد کیلومتر ارتفاع دارد نور خورشید را دریافت و منعکس میکند.
انواع ماهواره ها:
ماهواره های مخابراتی، ماهواره های هواشناسی، ماهواره های فن شناسی منابع زمین، ماهواره های نظامی و جاسوسی ماهواره های نجومی
ماهواره ها بسته به کارکردی که دارند حامل انواع آشکار ساز ها، دوربین ها و وسایل اندازه گیری و ابزار های دیگرند که وظیفه پشتیبانی این وسائل را دارند. مثل: دستگاه های کنترل و جهت دهی، وسایل تامین انرژی، آنتن های مخابراتی و…. هستند.
منبع: نجوم به زبان ساده