Iran Military Forum

گزارش وِیژه مشرق از یک توانمندی جدید ایران
منظومه فضایی ایران منتظر پیوند «فجر» و «سفیر» + عکس
يکي از ويژگي‌هاي مهم ماهواره جديد ايراني، دوربين بسيار پيشرفته آن است که تصاوير دریافت شونده قابل استفاده در مراکز مختلف خواهد بود. تصويربرداري جهت مصارف گوناگونی همچون بررسي وضعيت هاي هواشناسي از جمله کاربردهای تصاویر این دوربین است.
به گزارش گروه دفاع و امنیت مشرق، آنطور که مسئولان اعلام کرده اند ماهواره سنجشی فجر تا چند وقت دیگر پرتاب خواهد شد. در راستای استفاده صلح آمیز از فضا و بهره مندی متخصصان کشور در زمینه های گوناگون از اطلاعات ماهواره ای برنامه فضایی کشور ساخت و پرتاب و عملیاتی نمودن ماهوراه های مختلفی را در دستور کار خود دارد. بدیهی است ضمن کسب تجارب علمی و فناوری های لازم باید آزمایشات واقعی نیز برای کسب اطمینان از عملکرد سامانه هایی که در کاربری ماهواره های بزرگ و سنگین به کار می روند به انجام برسد که اینکار با بهره گیری از ماهواره های کوچک و در مدارهای پایین اجرا می شود.

ماهواره سینا اولین ماهواره ای بود که جمهوری اسلامی ایران توسط روسیه به فضا پرتاب کرد. سینا به صورت مشترک توسط دانشمندان ایرانی و متخصصان روس ساخته شده و تجربه ای مشترک بین دو کشور برای ارتقاء توان متخصصان داخلی و آشنایی با دستاوردهای کشورهای پیشرو در عرصه فضا بود. پرتاب ماهواره سینا باعث شد جمهوری اسلامی ایران در ردیف 44  کشور صاحب ماهواره در فضا قرار گیرد.

بخشی از برنامه فضایی ایران با توجه به تخصص های 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 نمونه های قبلی است. تا امروز ماهواره امید به فضا پرتاب شده و ماهواره فجر نیز آماده پرتاب است.
در برنامه فضایی کشور با رویکردی واقع بینانه و با اتکا به توان داخلی کشور، لازم بود تا از سایر بخش های علمی کشور نیز کمک گرفته شود که مهمترین آنها یعنی دانشگاه ها نیز وظیفه مطالعه و ایجاد فناوری های مختلف فضایی و طراحی و ساخت ماهواره های دانشجویی را بر عهده گرفتند که در هر یک از آنها چند فناوری و دستاورد تخصصی مورد بهره برداری و آزمایش قرار می گیرد. از این دست ماهواره ها میت وان به خانواده ماهواره های رصد از دانشگاه مالک اشتر، نوید و ظفر از دانشگاه علم و صنعت اشاره کرد. از بین این ماهواره ها رصد-1 در سال جاری پرتاب شده و با موفقیت خوبی مأموریت خود را به پایان رسانده و برخی ماهواره های دیگر مانند نوید آماده پرتاب هستند که طبق اعلام پس از ماهواره فجر این ماهواره در نوبت پرتاب قرار داد.

با توجه به اعلام اینکه زمان پرتاب ماهواره فجر نزدیک شده است در این گزارش به معرفی این ماهواره و برخی دستاورهای حاصل از آن می پردازیم و مقایسه ای بین آن و ماهواره های امید و رصد-1 که تاکنون پرتاب شده اند خواهیم داشت.
این ماهواره ها اگر چه ممکن است دقت های 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.
 
امیدی که به فجر منجر شد
ماهواره فجر ماهواره ای با طراحی کاملاً حرفه ای و برآمده از ماهواره امید است. ماهواره امید نزدیک به 90 روز(سه ماه) در فضا بود و حدود 1200 مرتبه در مدار زمین چرخش نمود. ماهواره ملی امید به عنوان اولین ماهواره بومی و با توجه به مأموریت تعریف شده برای آن بخشی از فناوری های کلیدی یک ماهواره عملیاتی را در بر داشت. این فناوری ها 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(تله کامند)ماهواره بودند.

ماهواره ملی امید یک ماهواره علمی تحقیقاتی و پژوهشی و مخابراتی بود که مأموریت آن بصورت تعیین مشخصات مداری ماهواره پس از جدایی از ماهواره بر، برقراری ارتباط دو سویه ماهواره و ایستگاه زمینی به منظور ذخیره و ارسال داده های تله متری و تله کامند، ارسال فرمان از ایستگاه زمینی به ماهواره و  برخی موارد دیگر تعریف شده بود.
 
ماهواره فجر

با کسب تجارب بسیار ارزشمند از ماهواره امید و شکستن مرزهای بسیار در آن، در گام بعدی ماهواره ای با ویژگی های جدید در کنار ارتقاء قابلیت های ماهواره امید مد نظر بود. حاصل این روند، ماهواره فجر است که همه ویژگی های یک ماهواره حرفه ای را دارد.
اصلی ترین تفاوت ها و بهبودهای فجر نسبت به امید، بهره مندی از سلول های خورشیدی برای شارژ باتری و تولید توان، قرار گیری 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 سلول های خورشیدی به کار رفته است که با تأمین توان از نور خورشید و شارژ باتری های نقش مؤثری در افزایش عمر کاری آن به یکسال و نیم داشته است. این ماهواره دارای سامانه جی پی اس است، این سامانه موقعیت ماهواره را هر لحظه در فضا مشخص می کند و این موقعیت یابی می تواند کاربردهای مختلف علمی و عملیاتی داشته باشد. این ماهواره همچنین قابلیت مانورمداری و تصویربرداری را نیز دارد.

ویژگی ها و دستاوردهای ماهواره فجر
به گزارش مشرق، این ماهواره در كمتر از یك سال به دست محققان كشور و با همكاری بخش‌های مختلف صنعت هوافضای كشور طراحی و ساخته شده و سپس وارد مراحل آزمایشات عملیاتی شد.
مأموریت در نظر گرفته شده برای ماهواره فجر انتقال مداری، عکسبرداری برای  نقشه برداری و هواشناسی و برخی محموله های تحقیقاتی است. با استفاده از ماهواره فجر آزمایش و صحت سنجی فناوری های بكار رفته در ماهواره های بعدی ممکن شده و بهبود زیرسامانه های پردازش و افزایش ارتفاع و عمر مداری از جمله وظایف ماهواره فجر خواهد بود.
فناوری های 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 می توان به دستیابی به فرآیند کاملی از کلیه زیرسامانه های مورد نیاز در فناوری فضایی، کاهش هزینه های پرتاب با دستیابی به فرایند انتقال مداری در ماهوراه، ساخت اولین ماهواره بومی دارای توانمندی انتقال مداری اشاره کرد.
انتقال مداری
با توجه به محدودیت موشک های فعلی حامل های ماهواره در کشور، تنها مدارهای پایین برای قرار دادن ماهواره ها در دسترس است. از طرفی در ارتفاعات نزدیک به زمین به دلیل برخورد با مولکول های هوا ماهواره دچار افت انرژی جنبشی شده و به مرور با از دست دادن ارتفاع سقوط کرده و ناچاراً مأموریت آن پایان می یابد. در واقع عامل باقی ماندن ماهواره در مدار نیروی خررج از مرکز ناشی از تغییر جهت سرعت است که با نیروی جاذبه زمین در تعادل قرار می گیرد. با افت سرعت، نیروی مخالفت کننده با جاذبه نیز کاهش یافته و در نتیجه ماهواره به سمت زمین کشیده می شود.

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 ماهواره بر 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 نموده و در مدار بالاتری مستقر می شود.

به طور كلی سامانه‌های پیشرانش فضایی به دو دسته كلی سامانه‌های پیشرانش الكتریكی و شیمیایی تقسیم می‌شوند. در سامانه‌های پیشرانش شیمیایی انرژی لازم برای تولید نیروی رانش(تراست) در رانشگر ذخیره شده كه این نیرو بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی آزاد شده و سپس رانشگر به وسیله عبور دادن آن به شكل گاز با سرعت بسیار بالا از درون خروجی(نازل) شتاب می‌گیرد.
سامانه های رایج پیشرانش شیمیایی شامل سامانه‌ها گاز سرد و سامانه گاز داغ هستند كه 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 كمك می‌كند.
سامانه گاز سرد با رانشگرهایی مانند گاز ورودی فشرده شده مثلاً گاز نیتروژن یا گاز های هیدروكربنی فشار بالا مانند پروپان كار می‌كند. این گاز فشرده شده در داخل مخزنی در ماهواره ذخیره می شود.
پس از قرار گیری ماهواره فجر در مدار بیضوی با اوج حدود 350-375 کیلومتر و حضیض حدود 250-275 و زاویه میل 55 درجه با شروع کار پیشران، مدار این ماهواره در نقطه اوج به مدار دایروی 375 تا 400 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 می گیرد. 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 می شود روی ماهواره به مقدار قابل توجهی کمتر باشد. بنابراین ماندگاری ماهواره در فضا افزایش  یافته و از حدود 3 ماه به میزان یک تا یک و نیم سال می رسد.
علاوه بر افزایش طول عمر ماهواره، حضور در ارتفاعات بالاتر به مجموعه داده های دانشی پیرامون عملکرد ماهواره و زیرسامانه های آن در این ارتفاعات نیز خواهد افزود و راه را برای تجربه های بعدی هموارتر می کند.
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 بهره گیری کرده که این رانشگر جدید باعث دوران ماهواره حول مرکز جرم خواهد شد.
از این حرکت دورانی که در ماهواره فجر 6 دور در دقیقه برای پایدارسازی ماهواره استفاده می شود. این روش متعادل نمودن ماهواره دارای مزایایی از جمله سادگی پایدار سازی، مقاومت در برابر نیروهای مزاحم و اغتشاشات ورودی به سامانه با بهره برداری از اثر ژیروسکوپی دوران و سادگی باقی نگه داشتن جهتگیری ماهواره است. بنابراین ماهواره فجر در هر 10 ثانیه یکبار به دور خود و در هر ثانیه 36 درجه می چرخد.
همچنین از روش تثبیت نسبت به سه محور نیز در ماهواره فجر استفاده می شود.

دوربین ماهواره فجر
به گزارش مشرق، يکي دیگر از ويژگي‌هاي مهم اين ماهواره جديد ايراني، دوربين بسيار پيشرفته آن است که تصاوير دریافت شونده قابل استفاده در مراکز مختلف خواهد بود. تصويربرداري جهت مصارف گوناگونی همچون بررسي وضعيت هاي هواشناسي از جمله کاربردهای تصاویر این دوربین است.
طراحي، ساخت، مونتاژ و برنامه نويسي بخش الکترونيک، ساخت قطعات مکانيکي طبق استانداردهاي فضايي، پوشش دهي قطعات مکانيک بخش اپتيکي با استفاده از پوشش هاي فضايي، ساخت و  پوشش(کوتينگ) لنزها با شيشه هاي ضد تشعشع، مونتاژ بخش اپتيک، مونتاژ و راه اندازي كل دوربين، گرفتن تصوير با استفاده از اين دوربين و اجراي آزمايش هاي اپتيكي بر روي بخش هاي مختلف از عمده فعاليت هاي انجام شده براي ساخت دوربين اين ماهواره جديد ايراني است.
اين دوربين داراي قابليت تفکيک هزار تا 500 متر را دارد. البته به گفته مدیرعامل شرکت صاایران دوربینی با تفکیک 20 متر نیز قابل دستیابی است که برای ماهواره طلوع در نظر گرفته شده است. از تصاوير تهيه شده توسط دوربين نصب شده بر روي ماهواره فجر مي‌توان در فعاليت‌هاي هواشناسي و نقشه‌برداري استفاده کرد.
از دیگر قابلیت های ماهواره فجر بکارگیری روش ترکیبی برای موقعیت یابی آن است که شامل دو روش استفاده از ایستگاه های زمینی و سامانه موقعیت یابی جهانی(GPS) در داخل ماهواره است. پژوهشگران شرکت صنايع الکترونيک ‌ايران موفق به طراحي، ساخت و آزمایش گيرنده GPS فضايي براي موقعيت‌يابي در مدارهاي لئو (LEO) شده اند که در این ماهواره از این نوع سامانه ها استفاده شده است. بدین ترتیب اين ماهواره علاوه بر آزمایش سامانه‌های مختلف، کار حرفه‌اي مانند موقعيت‌يابي در فضا را نیز انجام مي‌دهد.

ماهواره فجر از شکل هندسی شش ضلعی با ارتفاع 49 سانتیمتر و عرض 35 سانتیمتر برخودار بوده و بین 50 تا 60 کیلوگرم جرم دارد. فجر نسبت به امید دو برابر و نسبت به رصد-1 سه تا چهار برابر سنگین تر است. هر چند ماهواره 15.3 کیلوگرمی رصد-1 اولین ماهواره کشور مجهز به سلول های خورشیدی و همچنین محموله تصویربرداری با تفکیک 150 متر بوده است اما با توجه به عمر کوتاه کمتر از دوماهه رصد-1 و اهداف آزمایشی و تحقیقاتی از پرتاب آن باید ماهواره فجر با کمینه عمر یک تا یک ونیم سال را به عنوان نخستین ماهواره سنجشی کاربردی کشور به حساب آورد.

ماهواره های امید و رصد-1 با نوع پایه ماهواره بر سفیر پرتاب شده و در مدار بیضوی با اوج 350 و حضیض 250 کیلومتر قرار گرفتند در حالیکه فجر با نوع بهسازی شده سفیر با نام سفیر-1بی که قابلیت حمل حدود 50 کیلوگرم محموله را به همان مدار دارد راهی خواهد شد. همچنین با افزایش ارتفاع از طریق مانور مداری فجر در نهایت در مدار 400 کیلومتری دایروی(فاصله تقریباً ثابت نسبت به زمین) قرار خواهد گرفت.
بنابراین فجر نسبت به رصد-1 ماهواره ای کاملاً حرفه ای و عملیاتی خواهد بود. البته هر دوی ا