جهش ایران با سیمرغ؛ تزریق چندگانه ماهواره در مدار بیضوی زمین

خبرگزاری علم و فناوری آنا؛ پرتاب اخیر ماهواره «مهدا» به همراه دو نانوماهواره دیگر به‌وسیله ماهواره‌بر سیمرغ، نقطه عطف مهمی در برنامه فضایی کشورمان محسوب می‌شود و باید آن را جهشی در پیشرفت فناوری و قابلیت‌های استراتژیک صنعت فضایی کشور تلقی کرد. این اقمار مصنوعی در مدار بیضوی با ارتفاع کمینه تقریبی ۴۵۰ کیلومتر و ارتفاع بیشینه تقریبی ۱۱۰۰ کیلومتری زمین مستقر شده‌اند.

این ماهواره‌ها در مداری بیضی به دور زمین خواهند چرخید. در علم فیزیک، به مسیر جسمی که در اثر نیرویی از جانب مرکز به دور جرم دیگر می‌گردد، مدار گفته می‌شود. عامل حرکت اجسام در اطراف یک جرم مرکزی، نیروی گرانش است. از جمله مثال‌هایی مرتبط با این پدیده می‌توان به حرکت سیارات مختلف دور خورشید اشاره کرد. در علوم و مهندسی فضایی، مفهوم مدارها به این دلیل که مسیر حرکت ماهواره‌ها را تعیین می کند حائز اهمیت است. غالباً مسیر ماهوارهایی که به دور یک جرم مرکزی می‌چرخند می‌تواند دایره‌ای یا بیضوی باشد.

مدار دایره‌ای و بیضوی زمین چه تفاوتی با هم دارند؟

مدار دایره‌ای همانطور که از نامش پیداست، مسیری است که یک دایره کامل را در اطراف زمین تشکیل می‌دهد. ماهواره‌ها در این مدار ارتفاع ثابتی را حفظ می‌کنند، به این معنی که در طول سفر خود در فاصله‌ای ثابت نسبت به  زمین باقی می‌مانند. این ثبات به‌ویژه برای انواع خاصی از ماهواره‌ها مفید است، مانند ماهواره‌هایی که برای ارتباط یا رصد زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند و داشتن موقعیت ثابت نسبت به سطح زمین بسیار مهم است. نمونه‌هایی از این ماهواره‌ها در تاریخ اکتشافات فضایی کم نیست. برای مثال اولین ماهواره ارتباطی زمین ثابت جهان که در ۱۹۶۳ توسط ناسا به فضا پرتاب شد (Syncom ۲)، در مداری تقریباً دایره‌ای حرکت می‌کرد. این زاویه به ماهواره اجازه می‌داد تا بتواند موقعیت خود را نسبت به سطح زمین حفظ کند و ارتباطات را با ایجاد پوشش ثابت برقرار کند. مدار‌های دایره‌ای برای کار‌هایی مانند ارتباطات زمین‌ایستا یا رصد مداوم زمین مناسبند.

از طرف دیگر یک مدار بیضی‌شکل به یک دایره دراز یا بیضی‌شکل شبیه است. ماهواره‌ها در این مدارها، در نزدیکترین نقطه خود (حضیض) به زمین نزدیکتر می‌شوند و در دورترین نقطه خود (اوج) دور می‌شوند.  ماهواره‌هایی که در مدار‌های بیضوی می‌گردند، نقش مهمی در پیشبرد درک ما از زمین و فضا ایفا کرده‌اند. گردش در این مدار مستلزم این است که ماهواره در حضیض خود به‌سرعت حرکت کند و سپس در نزدیکی اوج کُند شود. انتخاب یک مدار بیضوی باعث می‌شود ماهواره در مناطق خاصی بیشتر و دقیق‌تر حضور داشته باشد، زیرا سرعتش کُندتر شده است. مدار‌های بیضوی بسته به نوع مأموریت ماهواره می‌تواند مزایای خاصی نسبت به مدار‌های دایره‌ای داشته باشد. به عنوان مثال، یک ماهواره در مدار بیضی‌شکل می‌تواند در برخی جاها به زمین نزدیک‌تر شود که برای تصویربرداری با وضوح بالا ایدئال است. پیشرفت فناوری فضایی برای هر کشوری یک موضوع استراتژیک و نشان‌دهنده پیشرفت علمی آن کشور است. از سوی دیگر پیشرفت‌های صنعت فضایی، کاربرد‌های متعددی از پایش محیط زیست گرفته تا امنیت ملی را در پی دارد.

پیچیدگی‌های فنی استقرار ماهواره در مدار بیضوی

ماهواره‌ها در مدار‌های بیضوی می‌توانند طیف وسیعی از اهداف گوناگون را دنبال کنند. با این حال پرتاب و نگهداری ماهواره‌ها در مدار‌های بیضوی با چالش‌های فنی همراه است و سیستم‌های ماهواره باید بتوانند برای شرایط مختلفی آماده باشند. گردش در مدار بیضوی همچنین نیازمند فناوری پیشرفته و کنترل دقیق است. در این مدارها، یک ماهواره به دلیل تغییر فاصله آن از زمین، شرایط مختلفی را تجربه می‌کند. به طور کلی، چالش‌های اصلی حرکت بیضوی مدار متشکل از موارد زیر است:

تغییرات سرعت: ماهواره در یک مدار بیضی‌شکل، زمانی که به زمین نزدیکتر است سریعتر حرکت می‌کند و زمانی که از آن دورتر است کندتر حرکت می‌کند. این تغییر سرعت به سیستم‌هایی پیچیده برای مدیریت پیشرانه و حفظ مسیر صحیح نیاز دارد.

تغییرات گرانشی: سیستم‌های ماهواره نیز باید برای تغییر کشش گرانشی در حین حرکت از حضیض (نزدیک‌ترین نقطه به زمین) به اوج (دورترین نقطه) خود را تنظیم کنند. این امر مستلزم انجام محاسبات پیچیده و تنظیمات بلادرنگ است تا اطمینان حاصل شود که ماهواره از مسیر مورد نظر خود منحرف نمی‌شود.

تغییرات محیطی: در حالی که ماهواره در نقاط مختلف مدار خود حرکت می‌کند، با شرایط محیطی متفاوتی از جمله سطوح مختلف تابش خورشیدی و پرتو‌های کیهانی مواجه می‌شود. مواجهه با این امر مستلزم طراحی قوی و اقدامات حفاظتی برای حفاظت از ابزار ماهواره است.

استقرار چندگانه ماهواره‌های ایرانی سوار بر سیمرغ

استقرار چندگانه ماهواره‌ها گام بزرگی در فناوری فضایی ایران است که قابلیت‌های پیشرفته در استقرار و تغییر مدار ماهواره را به نمایش می‌گذارد. در حوزه فناوری ماهواره، پرتاب ماهواره در مدار بیضوی با استقرار چندگانه امری پیچیده محسوب می‌شود. برای تحقق این امر در ابتدا ماهواره باید به مداری موقت نزدیک به زمین پرتاب شود.

پس از این ورود اولیه به فضا، هر کدام از ماهواره‌ها به کمک موتور‌های درونی‌شان در محل تعیین‌شده در مدار قرار می‌گیرند. استقرار هر ماهواره به طور دقیق برنامه‌ریزی می‌شود. استقرار ماهواره‌ها مانند عبور یک کشتی از برخی پست‌های بازرسی در اقیانوس است که در هر ایست بازرسی باید سرعت کشتی و مسیر آن تنظیم شود. به طور مشابهی، ماهواره نیز باید مسیر و سرعت خود را با هر تزریق تنظیم کند تا اطمینان حاصل شود در مسیر صحیح قرار دارد.

موفقیت استقرار چندگانه به دقت آن بستگی دارد. تزریق موتور‌ها حتی چند ثانیه زودتر یا دیرتر، می‌تواند ماهواره را از مسیر خارج کند، ازاین‌رو در اجرای این مانور‌ها نه‌تنها فناوری پیشرفته بلکه به پرسنل بسیار ماهر نیز نیاز است. حقیقت این است که به‌کارگیری موفق تزریق‌های متعدد نشان‌دهنده پیشرفت بزرگ در قابلیت‌های فضایی ایران است و تسلط بر تکنیک‌های ناوبری فضایی پیچیده و مهندسی دقیق صنایع هوافضای ما را نشان می‌دهد.

ایران بر بلندای قله‌های افتخار؛ چه کشورهایی موفق به تزریق چندگانه شده‌اند؟

ایران اکنون با تسلط بر این فناوری پیشرفته فضایی، خود را در کنار سایر کشور‌های پیشرو در قابلیت‌های فضایی قرار داده است و می‌تواند ماهواره‌های خود را در مدار‌هایی بگذارد که برای اهداف علمی و تحقیقاتی خاص ایدئال هستند. این پیشرفت نه تنها به دانش علمی کمک می‌کند، بلکه ایران را در زمره کشور‌هایی قرار می‌دهد که قادر به انجام مأموریت‌های فضایی پیچیده‌تر هستند. حرکت ایران به سمت پرتاب ماهواره در مدار بیضوی با استفاده از تزریق چندگانه چیزی بیش از یک شاهکار فنی است و می‌توان آن را به عنوان مقدمه‌ای در قلمرو اکتشافات فضایی تازه قلمداد کرد. به جز کشورمان تاکنون چندین کشور توانایی دستیابی به تزریق چندگانه را در پرتاب ماهواره کسب کرده‌اند:

ایالات متحده: آمریکا و شرکت‌های خصوصی مستقر در این کشور همچون اسپیس‌ایکس، تجربه گسترده‌ای در پرتاب ماهواره‌های پیچیده دارند. تزریق‌های چندگانه اغلب در مأموریت‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به قرارگیری دقیق مداری وجود داشته باشد، مانند مأموریت‌های بین‌سیاره‌ای یا ماهواره‌های خاص رصد زمین. ناسا در استقرار مریخ‌نورد‌های مشهور، از جمله کنجکاوی و استقامت، از تزریق‌های چندگانه برای خروج فضاپیما از مدار زمین و ورود به مدار مریخ استفاده کرد.
روسیه: روسیه که میراث فضایی اتحاد جماهیر شوروی را به ارث برده است، از پیشگامان فناوری‌های فضایی به شمار می‌آید. در مأموریت‌های فضایی روسیه، به‌ویژه آنهایی که پرتابگر سایوز و پروتون هستند، اغلب از تزریق چندگانه استفاده می‌شود.

آژانس فضایی اروپا (ESA): آژانس فضایی اروپا به نمایندگی از چندین کشور اروپایی، مأموریت‌هایی را به ویژه برای مأموریت‌های علمی و رصد زمین انجام داده است که به تزریق‌های چندگانه در آن نیاز بوده است.

چین: برنامه فضایی چین به‌سرعت رشد کرده و قابلیت‌های مانور‌های مداری پیچیده‌ای در آن پیاده‌سازی و اجرا شده است. اداره ملی فضایی چین (CNSA) چندین بار تزریق چندگانه را در مأموریت‌های متعدد خود با موفقیت انجام داده است. برای مثال می‌توان به مأموریت‌های اکتشاف ماه اشاره کرد.

هند: سازمان تحقیقات فضایی هند (ISRO) مهارت خود را در تزریق چندگانه به‌ویژه در مأموریت‌های بین‌سیاره‌ای و سفر به ماه نشان داده است. پروژه برجسته هند در این زمینه، مأموریت مدارگرد مریخ (Mangalian) بود. در این مأموریت که اولین پروژه بین‌سیاره‌ای هند بود، چندین تزریق مداری برای انتقال فضاپیما از مدار زمین به مدار مریخ انجام گرفت.

ژاپن: آژانس فضایی ژاپن (JAXA) همچنین از تزریق چندگانه در مأموریت‌های مختلف استفاده کرده است که توانایی‌های فناوری فضایی پیشرفته خود را به نمایش گذاشته است.