مدار زمین- آهنگ یک مدار بلند پیرامون زمین است که به ماهواره ها اجازه می دهد خود را با چرخش زمین همگام و هماهنگ کنند.
به گزارش پایگاه خبری تحلیلی فناوری و نوآوری، این مدار جایگاهی ارزشمند برای دیده بانی آب و هوا، مخابرات و ارتباطات
است. از آن جایی که در یک مدار زمین‌آهنگ، ماهواره ها با همان سرعت چرخش
زمین حرکت می کنند، چنین به نظر می رسد که ماهواره بر فراز یک طول
جغرافیایی ثابت جای گرفته است، هر چند که گاهی ممکن است به سوی شمال یا
جنوب رانده شود. ماهواره ها برای گردش در سه گونه مدار اصلی ساخته می شوند
که بر پایه ی فاصله از زمین تعریف شده است که شامل «مدار پایین زمین (یا
نزدیک زمین)»، «مدار میانی زمین»، و «مدار بلند زمین» می شود.
هر چه
ماهواره ای بالاتر از سطح زمین (یا هر جرم دیگری) باشد، کُندتر حرکت خواهد
کرد. این به دلیل اثر گرانش زمین است که بر ماهواره های نزدیک تر به مرکز،
نیروی کشش بیشتری وارد می کند تا ماهواره هایی که دورتر از مرکز هستند.
بنابراین
یک ماهواره در مدار پایین زمین - مانند ایستگاه فضایی بین المللی که حدود
۴۰۰ کیلومتر بالای سطح زمین است- هر ۹۰ دقیقه یک بار به گرد زمین می چرخد و
در هر زمان از روز، چشم اندازهای گوناگونی از زمین را می بیند.
ماهواره
هایی که در مدار میانی زمین هستند (از ۲ هزار تا ۳۵ هزار و 780 کیلومتر)،
گردش آهسته تری دارند و بدین ترتیب می توانند جزییات بیشتری را در هر منطقه
زمین ببینند. ولی در مدار زمین‌آهنگ، دوره مداری ماهواره با زمان گردش
زمین، یعنی حدود ۲۴ ساعت، هماهنگ است و چنین به نظر می رسد که ماهواره ثابت
بر فراز یک نقطه زمین ایستاده است.
سود و زیان این مدار
یک
ماهواره در مدار زمین‌آهنگ می تواند تقریبا همیشه یک نقطه از سیاره را
ببیند. این ماهواره ها برای دیدهبانی زمین به دانشمندان امکان می دهند که
میزان دگرگونی های یک ناحیه را در گذر ماه ها یا سال ها ببینند.
ایراد
این مدار هم این است که ماهواره محدود به بخش کوچکی از زمین می شود؛ برای
نمونه اگر یک فاجعه طبیعی در جای دیگری رخ دهد، ماهواره نمی تواند به سراغ
آن برود زیرا برای این جابجایی نیاز به سوخت خواهد داشت.
این مدار برای
امور نظامی بسیار سودمند است. برای نمونه، آمریکا نگران فعالیت هایی در
جاهای ویژه ای از جهان است - یا می خواهد کارکرد نیروهای خود را ببیند- و
یک مدار زمین‌آهنگ می تواند به گونه ای همیشگی از یک ناحیه ویژه تصویر
بردارد و چیزهای دیگر را زیر نظر بگیرد.
رقابت مداری
بر پایه
سیگنال های ماهواره ای، ۴۰۲ ماهواره در مدار زمین‌آهنگ وجود دارد. بر پایه
یک بررسی که توسط لاورنس رابرتز انجام گرفت بر روی هم، ۱۸۰۰ ماهواره را می
توان در “حلقه” مدار زمین‌آهنگ جای داد.
هر چند، محدودیت ها و تنگناهای
فضایی و فناوری آشکاری در این مورد وجود دارد. یکی از این تنگناهای ویژه
آن است که ماهواره ها باید در یک ناحیه بسیار محدود باقی بمانند و چندان از
“شکاف” یا “بازه” مداری‌ای که بر فراز زمین به آن ها داده شده دورتر
نروند، زیرا ممکن است ماهواره های دیگر را با خطر روبرو سازند.
اتحادیه بین المللی مخابرات بازه هایی را برای مدارهای زمین‌آهنگ تعیین کرده و به ستیز میان کشورها بر سر این بازه ها رسیدگی می کند.
به
همین روند، پیش بینی ها و تمرین های خوبی برای این در نظر گرفته شده که
ماهواره های نیمه-مرده را پیش از پایان یافتن سوختشان، به مدار “گورستان”
بالای مدار زمین‌آهنگ برده و راه را برای نسل بعدی ماهواره ها باز کنند.
ماهواره
ها همچنین باید به اندازه ای از یکدیگر دور باشند که ارتباطاتشان با
یکدیگر تداخل پیدا نکند. بنابراین جدایی آن ها باید دستکم ۱ تا ۳ درجه
باشد. با پیشرفت فناوری این امکان نیز وجود خواهد آمد که شمار بیشتری
ماهواره را در نقطه ی کوچک تری جای دهیم.
عمده مزیت ماهواره ای که در مدار زمین اهنگ قرار می گیرد این است که نسبت به یک منطقه از زمین به صورت ثابت باقی می ماند.
نیازی
نیست تا ایستگاه زمینی مرتبط با آن ، ماهواره را ردگیری کنند و بدین ترتیب
مقدار زیادی از پیچیدگی و هزینه ایستگاه های زمینی کاسته می شود.
البته
فاصله حدود 36 هزار کیلومتری ماهواره های زمین آهنگ با ایستگاه های زمینی
باعث می شود سیگنال های آنها بسیار ضعیف شوند و بنابراین به فرستنده های با
توان بسیار بالا نیازمند هستند. ارسال و دریافت سیگنال از یک ماهواره زمین
اهنگ تا ایستگاه زمینی بیش از حدود 0.25 ثانیه طول می کشد که این خود در
مواردی مانند مکالمات تلفنی یا ویدئو کنفرانس می تواند مشکلی به حساب آید.
پرتاب
یک ماهواره زمین آهنگ ، به ازای هر کیلوگرم وزن ماهواره بین 15 هزار تا 25
هزار دلار هزینه دارد. امروزه عمر این ماهواره ها بین 10 تا 16 سال است.
در دهه 80 عمر این ماهواره ها به طور متوسط 7 سال بود.
در حال حاضر با
پیشرفت فناوری و افزایش استفاده از فضا، مدار زمین آهنگ بسیار شلوغ شده
است. حدود 310 ماهواره در این مدار قرار گرفته‌اند. در گذشته حداقل فاصله
مجاز بین 2 ماهواره زمین آهنگ ، 3 درجه، معادل 1900 کیلومتر بود؛ اما
امروزه این مقدار به یک درجه کاهش پیدا کرده است. بیشتر این ازدحام در طول
جغرافیایی بین 50 تا 90 درجه شرقی بر فراز اقیانوس هند، تا 35 درجه غربی بر
فراز اقیانوس اطلس و 85 تا 135 درجه غربی بر فراز اقیانوس شمالی است.
زاویه
میل مدار زمین آهنگ صفر درجه است ، لذا حالت بهینه پرتاب آنها از پایگاه
های فضایی در اطراف خط استوا است. پایگاه های فضایی با عرض جغرافیایی بالا
که از خط استوا دور هستند چندان مناسب پرتاب ماهواره های زمین آهنگ مناسب
نیستند.
کاربردها و ملاحظات ماهواره های زمین‌آهنگ
بیشترین کاربرد ماهواره های زمین آهنگ در مخابرات از راه دور، ارتباطات تلفنی، پخش تلویزیونی، رادیویی و ویدئو کنفرانس است.
البته
این نوع ماهواره ها در هواشناسی و مخابرات نظامی نیز کاربرد وسیعی دارند.
از این نوع ماهواره ها به دلیل فاصله بسیار دورتری که از زمین دارند در
کابردهای سنجشی کمتر استفاده می شود.
تا دهه 80 تقریبا کلیه خدمات
مخابراتی تجاری توسط ماهواره های زمین آهنگ پوشش داده می شد؛ اما در دهه 90
یک سری ماهواره های زنجیره ای مدار پایین نیز جهت سرویس مخابراتی وارد
بازار شد که می توانستند پوشش مخابراتی زیادی را تامین کنند.
هم اکنون
نیز بیشتر خدمات مخابراتی و ارتباطی راه دور تجاری جهان با استفاده از
ماهواره هایی انجام می شود که در مدار زمین اهنگ قرار می گیرند. ماهواره
های زمین آهنگ اگرچه نمی توانند تصاویر با وضوح بالایی از جو زمین تهیه
کنند، اما به دلیل احاطه ای که به پخش بزرگی از زمین دارند برای مصارف
هواشناسی بسیار مناسب هستند.
