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.

 

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.

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 این ماهواره ها توانایی تولید توان در مدار را با بهره گیری از سلول های خورشیدی دارند.
همچنین در ماهواره فجر از عایق های حرارتی چند لایه و پوشش های خاص چند لایه استفاده شده است. مسئله انتقال حرارت و ترمودینامیک داخلی در ماهواره ها با توجه به اختلاف شدید دما بین وجوه مختلفی که رو و پشت به نور خورشید قرار دارند بسیار پیچیده بوده بعلاوه حرکت خود ماهواره نیز عامل دیگری در ازدیاد این پیچیدگی به شمار می رود که برای استقرار موفق و طولانی مدت ماهواره در مدار ضمن تجهیز آن به حسگرهای پیشرفته و کارآمد کار علمی سنگینی نیز برای تعیین شرایط حرارتی ماهواره توسط متخصصان جوان و نخبه کشور به انجام رسیده است.

ماهواره فجر هم اکنون تمامی آزمایشات پیش از پرتاب از جمله انطباق با ماهواره بر را به انجام رسانیده و در اولین نوبت پرتاب قرار دارد.
هر چند ماهواره فجر در رده ماهواره های سبک و کوچک طبقه بندی می شود اما نگاهی به رویکرد کشورهای پیشرو در این زمینه نشان می دهد که علاقه به ماهواره های بزرگ و سنگین با توجه به پیشرفت در ساخت زیرسامانه های کوچک و سبک کمتر شده و از تعداد زیادی ماهواره کوچک به صورت منظومه ای اما در ارتفاعات چند صد کیلومتری برای کاربردهای متعددی بهره گیری می کنند. در ایران نیز با توجه به مشکلات توسعه ماهواره برهایی با قابلیت حمل محموله های بسیار سنگین به ارتفاعات بالا از هم اکنون استفاده از منظومه ای از ماهواره های سبک در ارتفاع بالا در دستور کار قرار گرفته که ماهواره های طلوع در همین راستا طراحی شده اند. ماهواره فجر و نیز با توجه به اینکه نسل قبل از طلوع محسوب می شود آغازی بر استقرار چشم سوم ایران در ارتفاعات بالا خواهند بود.

 

ماهواره بر سفیر فجر
به گزارش مشرق، ماهواره برها کار انتقال ماهواره را از سطح زمین به مدار مورد نظر و استقرار آن با دقت بالا و در زاویه مطلوب به انجام می رسانند. با توسعه فناوری های موشکی در کشور و با بهره گیری از تجارب حاصله موشک حامل دو مرحله ای سفیر یک طراحی و آزمایش شد و پس از اصلاحات لازم موشک سفیر امید به عنوان نوع پایه ماهواره برهای کشور وارد خدمت شده و ماهواره 27 کیلوگرمی امید را با سرعت بیش از 8100 متر بر ثانیه در مدار قرار داد.
با توجه به لزوم برداشتن گام های بزرگ برای توسعه برنامه فضایی کشور نیاز به انتقال ماهواره های سنگین تر به ارتفاعات بالاتر وجود دارد که عاقلانه ترین کار بهسازی همین ماهواره بر موجود برای رسیدن به توانایی لازم است.
گفتنی است کشورهای پیشروی فضایی نیز ماهواره برهای جدید خود را بر اساس بهسازی نمونه های در دسترس خود می سازند که این روش از نظر کاهش هزینه، کاهش زمان طراحی و آزمایش و همچنین اطمینان عملیاتی و کاهش ریسک بسیار مطلوب است.
در این راستا انواع بهسازی شده سفیر با نام های سفیر-1آ و سفیر-1بی توسعه یافتند که ماهواره بر سفیر-1آ که به آن سفیر رصد نیز گفته می شد نانوماهواره 15.3 کیلوگرمی رصد-1 را به ارتفاع کمی بیشتر از امید برد و بار دیگر کارایی و قابلیت اطمینان بالای خود را نشان داد. بنابراين با پرتاب ماهواره رصد و قرار گرفتن در مدار مورد نظر، اين رده از ماهواره‌برهاي كشور كه توسط سازمان صنایع هوافضا ساخته شده است، تثبيت و آزمایش تكرار پذيري نیز شد.

همچنین دو مرحله ای بودن ماهواره برهای خانواده سفیر نیز از ویژگی های برتر آنها به شمار می رود که برای کشوری با سابقه کم در عرصه فضایی بسیار قابل توجه است. هر دو مرحله این پیشران ها از نوع سوخت مایع بوده و از فناوری کنترل بردار رانش(TVC) برخوردار هستند. طول مرحله اول موشک سفیر حدوداً 4.5 برابر طول مرحله دوم آن(بدون احتساب بخش در بر دارنده ماهواره) است. موتور مرحله اول بسیار پرقدرت بوده و کار جدا کردن ماهواره بر از سطح زمین را به انجام می رساند و موتور مرحله دوم هر چند رانش کمتری دارد اما با مدت زمان کارکرد بیشتر خود نسبت به مرحله اول، نقش مهمی در فرایند قراردادن ماهواره در مدار دارد. تیغه های نصب شده در انتهای بدنه از نوع ثابت بوده و تنها نقش پایداری کننده موشک را با کمک نیروهای آیرودینامیکی بر عهده دارند.

 

میزان رانش پیشران مرحله اول در نوع پایه سفیر تقریباً 9.5 برابر رانش تولیدی موتور مرحله دوم و زمان کارکرد این مرحله تقریباً 2.1 برابر مرحله اول است. با اتمام کار پیشران مرحله اول، این موتور به همراه تمامی بخشهای مرتبط در سازه و بدنه و در واقع بخش بزرگی از موشک جدا شده و با سبکتر شدن موشک، کار اوجگیری به سمت مورد نظر ادامه می یابد. سامانه کنترلی مرحله اول از نوع نازل ثابت با تیغه های متحرک بوده و در مرحله دوم خود نازل(خروجی گازهای موتور) تغییر زاویه می دهد. این سامانه برای هرچه دقیق تر قرار دادن ماهواره در مدار از دقت بسیار بالا و در نتیجه از فناوری پیشرفته با پشتوانه علمی و تخصصی بسیار بالا در زمینه علم دینامیک و کنترل برخوردار است.
با بهسازی موتور ماهواره بر سفیر امید، كه در رديف بهترين موتور هاي مراحل بالاي ماهواره بر ها قرار دارد، نسبت به موتورهاي مرحله دوم ماهواره بر سفير اميد شاخص انرژيكي بالاتري حاصل شده است. از ويژگي هاي شاخص اين موتور ايجاد قابليت كنترل پذيري بالا در مرحله ي ماهواره بر است .
در بهينه سازي اين موتور ضمن حفظ نقاط قوت موتور مرحله دوم سفير اميد تلاش شده تا با كاهش سوخت مصرفي موتور، جرم محموله ماهواره بر افزايش داده شود. قابليت حركت محفظه ي احتراق در حين كار موتور، دور بالاي پمپ ها از قابلیت های برجسته اي است كه در موتور مرحله ي دو سفير اميد و نسل بهينه شده ي آن وجود دارد.
در واقع با افزایش رانش موتور از 32 به 37 تن(افزایش حدود 50 درصدی در وزن و  25 درصدی در ارتفاع‌) قابلیت حمل ماهواره تا وزن 50 كیلوگرم به مدار بیضوی 250-400 كیلومتری برای این ماهواره بر 22 متری که 1.25 متر نیز قطر دارد بوجود آمده است.

برای توضیح بیشتر پیرامون دشواری های طراحی و ساخت یک موتور کاملاً جدید باید گفت ضمن نیاز به اجرای تمام مراحل مطالعه و طراحی، تمامی انواع آزمایشات نیز باید بر روی پیشران جدید اجرا شود تا از مطلوب بودن نتیجه اطمینان حاصل شود. مثلاً با توجه به اینکه گازهای پرسرعت خروجی از موتور راکتی تراکم پذیر(Compressible) هستند قابلیت ارتعاش دارند. در صورت ورود گاز به مدهای ارتعاشی نامطلوب به طبع آن نازل(خروجی موشک)، لوله های حاوی سوخت، شیرها و اتصالات و سازه موشک نیز دچار ارتعاش شده و در صورت بروز پدید تشدید(Resonance) موشک ماهواره بر از بین خواهد رفت. بنابراین تمامی محاسبات پیچیده دینامیک سیالات، حرارت، سازه برای خاص ترین حالات نیز باید اجرا شده که به نوبه خود بسیار زمانبر بوده و پس از ساخت نمونه اولیه آزمایش صورت گیرد.

با توجه به نیاز به اجرای آزمایشات جزئی و کامل که برخی از انواع آنها هزینه ای بالغ بر یک میلیون دلار دارند، کشورهای مختلف به خصوص کشورهای در حال توسعه پس از رسیدن به یک پیشران مناسب با بهسازی و توسعه و روشهایی چون کلاستر کردن(استفاده چند عدد از پیشران موجود در کنار هم) توان ماهواره برهای خود را ارتقاء می دهند که چنین رویکردی در برنامه فضایی کشورمان نیز در دستور کار است.

برنامه فضایی کشورمان تا کنون از روند مناسبی برخوردار بوده و مراحل آن سریعتر از بسیاری از کشورهای فضایی جهان به پیش می رود. امید است با توسعه روز افزون فناوری های ماهواره ها در کشور که به ساخته شدن سریعتر تعداد کافی از نمونه های مورد نیاز از آنها منجر می شود، ماهواره برهای بهتر و توانمندتری نیز در دسترس قرار گرفته(مثلاً ماهواره برهایی با قابلیت قرار دادن چند ماهواره در فضا در هر بار پرتاب) و در مجموع برنامه فضایی کشورمان از سرعت مطلوب تری و نتایج عملیاتی برخوردار گردد.