از کاربردهای ماهواره در فضا می‌توان به پخش سیگنال‌های تلویزیونی در سراسر جهان، بهبود سیستم‌های مکان یابی، پیش بینی آب و هوا، تصویربرداری از نقاط مختلف زمین و … اشاره کرد.
ستاره | سرویس علوم – ماهواره‌ها دستگاه‌های ساخت دست انسان هستند که به مدار زمین فرستاده می‌شوند. آن‌ها معمولاً بر زندگی ما، بدون آنکه خود ما آن را احساس یا درک کنیم، تأثیر می‌گذارند.
از تأثیرات آن‌ها بر زندگی ما می‌توانیم این موارد را برشماریم: ۱. زندگی ما را ایمن‌تر می‌کنند، ۲. تسهیلات مدرن را مهیا می‌کنند، و ۳. سرگرمی‌ها را برای ما پخش می‌کنند.
در این مقاله به تشریح برخی از کاربردهای ماهواره در فضا می‌پردازیم.
کاربردهای ماهواره در تلویزیون
ماهواره‌ها سیگنال‌های تلویزیونی را مستقیماً به خانه‌ها می‌فرستند، اما آن‌ها همچنین ستون فقرات کابل و شبکه تلویزیونی را شکل می‌دهند. این ماهواره‌ها سیگنال‌ها را از ایستگاه مرکزی که برنامه نویسی ایستگاه‌های کوچکتر را تولید می‌کند، می‌فرستد. ایستگاه‌های کوچکتر سیگنال‌ها را به صورت محلی از طریق کابل‌ها یا امواج رادیویی می‌فرستند. پخش اخبار “در صحنه” (اخباری که در آن خبرنگار به محل وقوع حادثه رفته و از همانجا گزارش می‌دهد)، چه گزارشی زنده از رأی گیری نمایندگان مجلس باشد یا گزارشی از صحنه وقوع یک تصادف رانندگی، از طریق ماهواره به استودیو فرستاده می‌شود.
کاربردهای ماهواره در تلفن
ماهواره‌ها تماس‌های تلفنی در پرواز را برای سرنشینان هواپیما‌ها تعبیه می‌کنند. آن‌ها معمولاً مجرای اصلی تماس‌های تلفنی نواحی روستایی و نواحی را که خطوط تلفن آن‌ها در اثر یک حادثه آسیب دیده اند، شکل می‌دهند. ماهواره همچنین منبع اصلی تنظیم زمان را برای گوشی‌های همراه و پیجر‌ها فراهم می‌کنند. در سال ۱۹۹۸ یک قصور ماهواره‌ای این وابستگی را به وضوح نشان داد. این رخداد ۸۰ درصد از پیجر‌های موجود در ایالات متحده را خاموش کرد، رادیوی همگانی ملی قادر به پخش برنامه‌های خود به وابسته‌ها نبود و برنامه‌ها را فقط از طریق وبسایت پخش می‌کرد، و سرانجام تصویر “دان رازر” در اخبار شبانگاهی شبکه CBS متوقف شد، در حالی که صدای اخبار همچنان پخش می‌شد.
کاربردهای ماهواره در جهت یابی
سیستم‌های جهت یابی مبتنی بر ماهواره از قبیل: سیستم‌های مکان یابی جهانی Navstar (که در میان عامه مردم به نام GPS شناخته می‌شود) ما را قادر می‌سازند تا تنها با یک رسیور قابل حمل بتوانیم موقعیت خود را در چند متر تعیین کنیم. مکان یاب‌های GPS به طور فزاینده شامل سرویس‌های جهت یابی داخل خودرو‌ها می‌شوند و به سرویس‌های اجاره خودرو، مانند ZipcarT اجازه می‌دهند تا موقعیت خودرو‌های خود را دریافت کنند. هم افراد معمولی و هم نظامیان از سیستم‌های مبتنی بر GPS برای جهت یابی در خشکی، دریا و هوا بهره می‌برند. این دستگاه‌ها در وضعیت‌هایی مانند سفر‌های دشوار کشتی‌های بندرگاه‌ها در هوا‌های بد یا گم شدن سربازان در منطقه ناآشنایی که ممکن است سایر ابزار‌های جهت یابی در آنجا در دسترس نباشند، ضروری هستند.
کاربردهای ماهواره در تجارت و امور مالی
ماهواره‌های ارتباطی قابلیت برقراری سریع ارتباط در بین شماری از موقعیت‌های جغرافیایی بسیار پراکنده را دارند. این یک ابزار مهم است، چون این امکان را برای شرکت‌های تولیدی و فروشگاه‌های بزرگ ایجاد می‌کند تا فهرست اموال خود را مدیریت کنند، مجوز صدور کارت‌های اعتباری فوری را صادر کنند و خدمات بانکی قاصدک را حتی در شهر‌های کوچک به صورت خودکار درآورند، امکان پرداخت هزینه پمپ بنزین‌های موجود در آزادراه‌ها را از طریق کارت اعتباری ممکن سازند و امکان برگزاری کنفرانس‌های ویدیویی را برای شرکت‌های بین المللی فراهم آورند.
کاربردهای ماهواره در هواشناسی
ماهواره هواشناسان را قادر می‌سازد تا آب و هوا را در مقیاس جهانی مشاهده و بررسی کنند، به آن‌ها اجازه می‌دهد تا تأثیرات پدیده‌هایی مانند انفجار‌های آتشفشانی و و گاز در حال سوختن و میدان‌های نفتی تا تولید سیستم‌های بزرگی مانند طوفان‌ها و مجموعه تغییرات اقلیمی را دنبال کنند.
ماهواره‌ها تعدادی از بهترین منابع داده را برای پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی ارایه می‌دهند. ماهواره‌ها بر دمای اقیانوس و جریان‌های غالب نظارت می‌کند. داده‌هایی که از رادار‌های وابسته به ماهواره گردآوری شده اند می‌توانستند نشان دهند که در دهه گذشته سطح دریا هر سال به میزان ۳ میلیمتر بالا آمده است. ماهواره‌های تصویربرداری می‌توانند تغییر سایز یخچال‌های طبیعی را اندازه گیری کنند. انجام این عمل، به خاطر دوری و تاریکی نواحی قطبی، از روی زمین کار دشواری است. ماهواره‌ها می‌توانند الگو‌های بلند مدتی از بارش، پوشش گیاهی و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را مشخص سازند.
کاربردهای ماهواره در حوزه ایمنی
ماهواره‌های نظارت بر زمین می‌توانند بر اقیانوس و جریان‌های وزش باد و همچنین وسعت آتش سوزی‌های جنگل ها، لکه‌های نفتی و آلودگی هوا نظارت کنند. مجموع این اطلاعات به سازماندهی پاسخ‌های اضطراری و پاک کردن محیط زیست یاری می‌رسانند. ماهواره‌ها می‌توانند در موارد “جستجو و نجات” به “جستجوی” افراد حادثه دیده در نواحی دوردست بپردازند. برج‌های دیدبانی رادیویی ساحلی مستقیماً به یک ماهواره جستجو و نجات متصل هستند و می‌توانند نجات دهندگان را به سرعت به مکان دقیق حادثه در خشکی، دریا و یا موقعیت‌های اضطراری هوایی هدایت کنند.
کاربردهای ماهواره در نظارت بر زمین
ماهواره‌ها قادر به ردیابی آب‌های زیرزمینی و منابع معدنی هستند. نظارت بر انتقال مواد مغذی و آلاینده‌ها از زمین به مسیر‌های آبی، اندازه گیری دمای زمین و دریا، رشد زیستی جلبک‌ها در دریا و فرسایش روخاک از زمین با استفاده از ماهواره امکان پذیر می‌شود. آن‌ها می‌توانند به صورت مؤثری بر زیرساخت‌های وسیع نظارت داشته باشند. برای مثال می‌توان به خط لوله‌های انتقال سوخت که مستلزم بررسی عدم وجود نشتی هستند، اشاره کرد. این فرآیند نیازمند ساعت‌ها بازرسی زمینی و هوایی است. ماهواره‌های تصویربرداری داده‌های با کیفیت بالایی از تقریباً تمام منطقه وسیعی از زمین ارایه می‌دهند. در گذشته چنین داده‌هایی اطلاعات نسبتاً محرمانه نیرو‌های نظامی بودند، اما امروزه تقریباً هر کسی که به اینترنت دسترسی داشته باشد می‌تواند خانه خود را با استفاده از نرم افزاری مانند Google Earth پیدا کند.
کاربردهای ماهواره در توسعه
اهمیت ماهواره‌ها در جهان در حال توسعه به صورت فزاینده‌ای در حال افزایش است. ماهواره‌های ارتباطی در کشوری مانند هندوستان که نواحی و زبان‌های متفاوت جمعیت کشور را از یکدیگر تفکیک کرده است، امکان دسترسی ساکنان دورافتاده را به آموزش و متخصصان پزشکی فراهم کرده است، در حالی که این امکان بدون وجود ماهواره‌ها تأمین نمی‌شد. ماهواره‌های نظارت بر زمین همچنین اجازه تمرین مدیریت آگاهانه منابع را به کشور‌های در حال توسعه و تعقیب مهاجرت جمعیت پناهندگان را به آژانس‌های امدادرسانی می‌دهد.
کاربردهای ماهواره در علوم فضایی
دانشمندان فیزیک نجومی قبل از آغاز عصر فضا دارای محدودیت‌هایی در انجام مطالعات کیهانی از طریق تلسکوپ‌های زمینی بودند؛ بنابراین می‌توانستند تنها از اطلاعاتی که از قسمت‌هایی از منظر دستگاه‌های الکترومغناطیسی کسب می‌کردند، استفاده کنند. این‌ها دستگاه‌هایی بودند که به جو زمین رسوخ می‌کردند. بسیاری از شگفت انگیزترین پدیده‌ها را می‌توان تنها در فرکانس‌هایی مطالعه کرد که از طریق فضا دسترس پذیر هستند. تلسکوپ‌های ماهواره‌ای برای درک پدیده‌هایی مانند پالسار‌ها و سیاه چاله‌های فضایی و همچنین اندازه گیری سن جهان ضروری بوده اند. مسلماً تلسکوپ فضایی هابل ارزشمندترین ابزاری است که تاکنون ساخته شده است.
ماهواره‌ها چگونه در مدار زمین می‌چرخند؟
اگر به ماه نگاهی اندازید می‌بینید که تصور آن به عنوان یک سیاره دور از ذهن نیست. ۳۴۷۶ کیلومتر قطر صخره گرد با دشت بازالت و رشته کوه ها، که کشش‌های گرانشی آن امواج را در اینجا، در کره زمین به وجود می‌آورند. با وجود توده وسیع و کشش گرانشی، عدم سقوط ماه به طرف زمین کار و توان فوق العاده‌ای است. چرا؟ چون ماه در مدار زمین قرار دارد.
مفاهیم گرانش و مدار در طول قرن‌ها توسط شخصیت‌های افسانه‌ای علم، اشخاصی مانند گالیله، جونز کپلر، نیوتن و انشتین به وجود آمده اند. ماهواره‌های موجود در مدار معمولاً برای برقراری ارتباط، تصویربرداری و جهت یابی به کار گرفته می‌شوند (اما کم نیستند افرادی که چگونگی ماندن ماهواره‌ها در فضا را درک نمی‌کنند).
عبور جنبی
یکی از تصورات اشتباه درباره سفر فضایی و بی وزنی این است که پدیده‌های مزبور را ناشی از غیاب نیروی گرانش می‌دانند. در حالی که کشش گرانشی زمین با ورود به فضا و دور شدن بیشتر کم می‌شود، اما هرگز به طور کامل از بین نمی‌رود. اگر یک توپ را ۱۰۰۰۰۰ کیلومتر از زمین دور کرده و سپس آن را رها کنید، می‌بینید که توپ به تدریج به طرف زمین به حرکت می‌افتد.
اما ماهواره‌ها و ماه چگونه به زمین سقوط نمی‌کنند؟ با عبور جنبی (از کنار) . شاید نیوتن در مهمانی‌ها موضوع جالب توجهی نباشد، اما او می‌تواند یک تجزیه را از طریق تجربه پدید آورد. نیوتن برای ترسیم حرکت ماهواره‌ها توپ نیوتن را ایجاد کرد. وقتی توپی را به صورت افقی پرتاب می‌کنید، طبیعتاً توپ مسیری را طی کرده و سپس به زمین سقوط می‌کند. اگر توپ را با سرعت بیشتری پرتاب کنید، پیش از سقوط مسیر بیشتری را در آسمان طی خواهد کرد.
اما اگر بتوانید توپی را با سرعت باور نکردنی ۸ کیلومتر در ثانیه پرتاب کنید، چه می‌شود؟ یقیناً توپ در مسیر انحنای زمین به حرکت خواهد افتاد. درست است که نیروی گرانش زمین توپ را به سمت خود می‌کشد، اما توپی که با این شتاب حرکت کند، هیچگاه با زمین برخورد نخواهد کرد. در آن زمان این مسئله دست کم در تجربه ذهنی نیوتن، با عدم وجود مقاومت هوا و یک توپ جادویی قدرتمند، به این صورت بود.
صعود
توپ نیوتن تنها یک تجربه ذهنی بود، اما سرانجام در قرن بیستم سفر با سرعت ۸ کیلومتر در ثانیه به واقعیت تبدیل شد. البته در این مورد توپی در کار نبود، بلکه راکت‌ها این سفر را ممکن ساختند. علی رغم آسانتر بودن راکت نسبت به توپ، راکت همچنین می‌تواند در فاصله دورتر از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری حرکت کند و سپس سرعت خود را در خلاء به شتاب ۸ کیلومتر در ثانیه برساند. چرخش کامل راکت به دور زمین با این سرعت تنها ۹۰ دقیقه طول می‌کشد.
راکت شاهین ۹ یک کپسول دراگون را داخل مدار زمین فرستاد. در طول حضور این کپسول در مدار، می‌توانستند موتور‌های راکت را خاموش کنند و فضاپیما می‌توانست در اطراف زمین گردش کند. این یک افسانه علمی تخیلی است که فضاپیما در مدار غوطه ور شود، ولی موتور‌های آن خاموش باشند.
جو زمین در ارتفاع بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری به شدت نازک است، بنابراین روز‌ها و سال‌ها طول می‌کشد تا یک فضاپیما در این ارتفاع به طرف زمین کشیده شود. اگر شما درون یک فضاپیما کیلومتر‌ها بالاتر از زمین باشید، نیروی گرانش شما و فضاپیما را به سمت خود خواهد کشید، اما هنوز هم وزنی وجود نخواهد داشت.
بی وزنی زمانی اتفاق می‌افتد که نیروی گرانش بدون اینکه هیچ مقاومتی کنید، دیگر شما را به طرف خود نکشد. اما می‌توان بی وزنی را حتی بدون شتاب ۸ کیلومتر در ثانیه نیز حس کرد، مثلاً در آغاز یک پرش یا شروع یک شیرجه.
افزایش سرعت صعود
اگر پس از پرتاب راکت‌ها به سرعت ۱۰ کیلومتر در ثانیه دست یابید، چه اتفاقی می‌افتد؟ در این شتاب به جای دنبال کردن انحنای زمین، فضاپیمای شما مسیری را برای خود انتخاب خواهد کرد که از زمین بسیار دورتر است.
همانطور که فضاپیما از زمین دور می‌شود، هم شتاب افقی و هم عمودی خود را به صورت تدریجی از دست می‌دهد. این رخداد به خاطر محافظت از شتاب حرکتی زاویه‌ای اتفاق می‌افتد. سرانجام فضاپیما به نهایت ارتفاع دست می‌یابد و سقوط به سمت زمین را شروع می‌کند. همانطور که به زمین نزدیکتر می‌شود، شتاب سقوط آن نیز افزایش می‌یابد.
در این مرحله با سرعت گرفتن فضاپیما تا رسیدن به ارتفاع حدأقلی، روند حرکتی آن برعکس می‌شود. سپس با ردیابی مسیر بیضی شکل فضاپیما در مدار زمین، فرآیند مجدداً تکرار می‌گردد.
اما اگر راکت را این بار با شتاب ۱۱ کیلومتر در ثانیه پرتاب کنید، چه اتفاقی می‌افتد؟ ظاهراً در این حالت جذابیت مسئله بیشتر می‌شود. فضاپیمای شما از زمین دور شده و نیروی گرانش از شتاب آن می‌کاهد، اما سرعت افت نیروی گرانشی زمین به اندازه‌ای است که هرگز شما را تماماً متوقف نخواهد کرد. فضاپیمای شما حومه زمین را ترک می‌کند تا در میان سیستم خورشیدی گردش نماید.
راکد ماندن
در حالی که بعضی از ماهواره‌ها تنها در ۹۰ دقیقه یک دور کامل در مدار زمین می‌گردند، چنین به نظر می‌رسد که تعدادی از آن‌ها اصلاً حرکت نمی‌کنند. این قضیه در مورد ماهواره‌های هواشناسی و تلویزیون چنین به نظر می‌رسد که در بالای خط استوا معلق هستند.
در واقع این ماهواره‌ها در مدار‌های زمین هم گرد (ماهواره یا فضاپیمایی که مدارش دور خط استوا بوده و سرعتش مساوی است با سرعت حرکت زمین به دور خود و بنابراین در بالای محل خاصی قرار دارد). هستند. همانطور که ماهواره‌ای بیشتر از زمین به دور مدار بچرخد، سرعت مورد نیاز آن برای ماندن در مدار کاهش یافته و زمان مورد نیاز آن برای کامل کردن دور نیز افزایش می‌یابد.
در سال ۲۰۱۴، ماهواره هواشناسی بر نزدیک شدن گرباد ایتا نظارت داشت. یک دور کامل مدار زمین در ارتفاع حدود ۳۶۰۰۰ کیلومتری یک روز کامل به طول خواهد انجامید. از آنجا که زمین هم یک بار در روز به دور محور خود می‌چرخد، پس از دیدگاه ما که روی زمین هستیم، چنین به نظر می‌رسد که ماهواره در یک محل ثابت قرار دارد.
هرچه فاصله ماهواره از زمین بیشتر شود، زمان بیشتری نیز صرف دور زدن مدار زمین خواهد شد. ماه یک ماهواره طبیعی با فاصله ۳۸۴۰۰۰ کیلومتری زمین است. می‌دانیم که حدود ۲۷ روز طول می‌کشد تا این شیء دور خود در مدار زمین را کامل کند. هرچند ماه در هر ثانیه یک کیلومتر به طرف شرق حرکت می‌کند، اما ماه در زمین چرخان از شرق طلوع کرده و از غرب غروب می‌کند.
آیا با سایر کاربردهای ماهواره در فضا آشنایی دارید؟ نظرات خود را در انتهای این صفحه در قسمت “ارسال نظر” با ما و سایر مخاطبان ستاره به اشتراک بگذارید.
نویسنده: سامان کهنه پوشی
بروزرسانی: 5 دی 1400
امین
اگر میخوای با صنعت فضایی آشنا بشی این مطلب رو ببین
کریم
بیییییییییییییییییییست