پرتاب سهگانه ماهوارههای ایران؛ طلوع۳، ظفر۲ و کوثر۱.۵ در یک قاب
در حالی که طی ۲۰ سال گذشته مجموعاً پرتابهای ماهوارهای ۳۰ ماهواره بوده است، هماکنون حدود ۳۰ ماهواره در مراحل مختلف ساخت قرار دارند. برابری تعداد ماهوارههای طراحیشده در دو سال اخیر با کل عملکرد ۲۰ سال گذشته، نشاندهنده ورود مسیر فضایی کشور به فاز شتابگیری است.
این شتاب، شرط لازم برای گذر از پرتابهای تکماهوارهای و دستیابی به فناوری منظومههای ماهوارهای است. در روشهای سنتی، تصویربرداری کامل از یک منطقه خاص با یک ماهواره ممکن است تا سه ماه به طول انجامد؛ اما با بهرهگیری از یک منظومه ماهوارهای، میتوان کل آن منطقه را ظرف یک تا دو روز تصویربرداری کرد. هدف نهایی، دستیابی به پوشش کامل و بهتر از تمامی نقاط کشور از طریق تعامل چند ماهواره در فضا به جای اتکا به یک ماهواره واحد است.
ایجاد یک منظومه ماهوارهای نیازمند افزایش تعداد ماهوارهها و تضمین تداوم حضور آنها در مدار است. برای دستیابی به این مهم، تعداد پرتابهای سالانه باید از ۶ تا ۷ مورد به ۱۰ تا ۱۲ مورد افزایش یابد تا سرعت تثبیت فناوری شتاب گیرد. پیش از شکلگیری نهایی منظومهای متشکل از ۲۰ ماهواره، هر پرتاب آزمایشی فرصتی حیاتی برای محک زدن زیرسامانهها و تضمین موفقیتهای آتی محسوب میشود.
در حال حاضر، پروژه منظومه ماهوارهای «شهید سلیمانی» با تمرکز بر ریزماهوارهها در دست اجراست. این پروژه شامل دو ماهواره مکعبی سه واحدی (با ابعاد ۱۰ در ۳۰ سانتیمتر) است. سال گذشته یک نمونه از این ماهوارهها فخر ۱ پرتاب شد و امسال نیز نمونه دیگری برای تثبیت عملکرد زیرسیستمها پرتاب میشود. گام بعدی، پرتاب نمونه اصلی این منظومه خواهد بود.
استقرار اولین منظومه مخابراتی باریکباند (Narrowband)
از سال آینده، استقرار منظومه شهید سلیمانی به عنوان اولین منظومه ماهوارهای مخابراتی باریکباند ایران آغاز خواهد شد. این منظومه به عنوان ستون ارتباطات حساس و پایدار کشور عمل خواهد کرد و وظیفه انتقال دادهها با امنیت و سرعت بالا را از پایشهای محیطی تا پوشش مناطق دورافتاده بر عهده خواهد داشت.
کاربردهای حیاتی منظومه شهید سلیمانی
این منظومه ۲۰ ماهوارهای به گونهای طراحی شده است که بتواند در بازههای زمانی کوتاه (بین ۳۰ تا ۶۰ دقیقه) دادههای حیاتی را از هر نقطه سطح ایران به نقطهای دیگر منتقل کند. این دادهها شامل اطلاعات حسگرهای حیاتی نظیر حسگرهای حرارتی، دود، و نشتی لولههای نفت، گاز و آب در مناطق مختلف است که پایش آنها نیازمند سرعت عمل بالاست.
طبق برنامهریزیها، فرآیند استقرار باید ظرف هشت ماه عملیاتی شود؛ به این معنی که بین ۶ تا ۸ پرتاب باید در مدت زمانی کمتر از یک سال انجام پذیرد.
ارسال سه ماهواره جدید؛ گامی در بومیسازی
در همین راستا، ارسال سه ماهواره در هفتم دیماه، یکی از گامهای اساسی و مهم در مسیر بومیسازی فناوری ماهوارههای سنجشی در داخل کشور به شمار میرود.
درادامه به بررسی ویژگیهای ۳ ماهواره در آستانه پرتاب ایران میپردازیم:
ماهواره پایا یا طلوع ۳
این ماهواره با جرم حدود ۱۵۰ کیلوگرم و ابعاد حدودی ۱.۲*۱*۱ متر ، در دسته مینی ماهواره های شرکت صاایران طبقه بندی می شود و سنگینترین ماهواره بومی کشور است که تاکنون در فرآیند پرتاب قرار گرفته است.
ماهواره پایا (طلوع ۳) دارای دو سنجنده تصویربرداری با قدرت تفکیک ۵ متر سیاه و سفید و ۱۰ متر رنگی است و با توجه به استفاده از الگوریتم های پردازشی مبتنی بر هوش مصنوعی، دقت تصاویر دریافتی ماهواره به ۳ متر می رسد. لازم به توضیح است برای اولین بار در کشور، از فناوری تصویربرداری آیینه ای در این ماهواره استفاده شده و بر همین مبنا پیشرفته ترین ماهواره تصویربرداری بومی ساخته شده، محسوب می شود.
عملیات ماهواره پایا (طلوع ۳) از نظر کیفیت تصاویر، مدت زمان تصویربرداری، وسعت ناحیه تصویربرداری، و نرخ ارسال تصاویر دریافتی به زمین، نسبت به ماهواره های پرتاب شده قبلی (که همگی در کلاس نانو ماهواره و میکرو ماهواره بوده اند) کاملا ارتقا یافته و متمایز است.
با بهره گیری از زیر سامانه های پیشرانش فضایی (مشابه ماهواره چمران ۱)، این ماهواره دارای قابلیت اصلاح و مانور مداری در فضا است که از الزامات ماهواره های عملیاتی به شمار می رود و عمر مداری حداقل سه سال را برای ماهواره تضمین می کند.
بیش از ۸۰ درصد تجهیزات و زیرسامانه های این ماهواره بومی بوده و با بهره گیری از توانمندی بخش دانش بنیان و خصوصی کشور توسعه یافته اند.
به صورت کلی، فناوری های توسعه یافته طی فرایند ساخت ماهواره پایا (طلوع ۳)، منجر به دست یابی به یک سکوی مشترک با قابلیت اطمینان بالا برای ماهواره های تصویربرداری دقیق تر آتی خواهد شد.
ماهواره «ظفر۲»
ماهواره «ظفر۲»، یکی از ماهوارههای سنجشی ایران است که به سفارش سازمان فضایی ایران در دانشگاه علم و صنعت ایران طراحی و ساخته شده که در مدار LEO (مدار نزدیک به زمین) قرار خواهد گرفت.
هدف اصلی از ساخت ظفر۲، توسعه توان بومی در طراحی، یکپارچهسازی سامانههای فضایی و تصویربرداری سنجشی بوده است. از نظر فناوری ساخت، ظفر۲ یک ماهواره در کلاس وزنی ۱۰۰ تا ۱۳۵ کیلوگرم است که از سازه آلومینیومی سبکسازیشده با تحلیل تنش و ارتعاش استفاده میکند. طراحی سازه بهگونهای انجام شده که بتواند بارهای مکانیکی پرتاب (لرزه، شوک و ارتعاش) را تحمل کند.
در بخش برق و توان، این ماهواره از پنلهای خورشیدی بدنهثابت و باتریهای لیتیوم-یون فضایی استفاده میکند که توان لازم برای زیرسامانهها را تأمین مینمایند. یکی از فناوریهای شاخص ظفر، سامانه تعیین و کنترل وضعیت (ADCS) است. این سامانه شامل ژیروسکوپ، مگنتومتر، سنسور خورشیدی و عملگرهایی مانند چرخ عکسالعملی و مگنتورکر است که امکان کنترل سهمحوره و پایدارسازی دقیق برای تصویربرداری را فراهم میکند.
محموله تصویربرداری
در حوزه مأموریتی، ظفر به دوربین تصویربرداری اپتیکی با دقت تفکیک مکانی ۱۵ متر مجهز است که برای پایش منابع طبیعی، کشاورزی، مدیریت بحران و بررسی زیستمحیطی کاربرد دارد. دادهها از طریق لینک مخابراتی باند S به ایستگاه زمینی ارسال میشوند. ویژگی متمایز ظفر۲، تمرکز آن بر بومیسازی کامل زنجیره طراحی تا تستهای محیطی (حرارتی، خلأ و ارتعاش) است؛ بهطوریکه این ماهواره نقش مهمی در بلوغ فناوری فضایی دانشگاهمحور ایران داشته است.
محموله ذخیره و ارسال (S&F)
زیرسامانه محموله ذخیره و ارسال از دو بخش کلی محموله S&F در ماهواره و بخش هندست زمینی تشکیل شده است. این زیرسامانه در ماهواره امکان پخش همگانی پیام یک کاربر برای تمامی کاربران محلی را فراهم میآورد. امکان برقراری ارتباط صوتی یکطرفه بین دو کاربر که همزمان در رؤیت ماهواره هستند، از دیگر وظایف این زیرسامانه است. مأموریت دیگر این زیرسامانه، امکان ارسال پیام هر کاربر برای کاربر مقصد بصورت غیرمستقیم (ذخیره و ارسال آتی) میباشد؛ به این صورت که هرگاه کاربری در رؤیت ماهواره درخواست دریافت پیام را به زیرسامانه S&F اعلام کند، پیامهای از پیش ذخیره شده مرتبط با آن کاربر، برایش ارسال میگردد.
لذا محموله S&F دارای دو وضعیت عملکردی میباشد؛ وضعیت ارتباط ذخیره/ ارسال و وضعیت ارتباط بلادرنگ. وضعیت ارتباط ذخیره و ارسال برای ارسال و دریافت داده بین کاربران میباشد و وضعیت ارتباط بلادرنگ برای ایجاد ارتباط صوتی یک طرفه بلادرنگ بین دو کاربر است. انتخاب یکی از دو وضعیت به درخواست کاربر بستگی دارد. در صورتی که کاربر تقاضای ارسال داده داشته باشد، محموله S&F در وضعیت ذخیره و ارسال بوده و در صورتی که کاربر تقاضای ایجاد ارتباط صوتی داشته باشد، محموله S&F در وضعیت ارتباط بلارنگ قرار میگیرد.
توسط هندست زمینی ذخیره و ارسال، کاربر میتواند با سایر کاربران تبادل پیام انجام دهد. هندست در زمان رؤیت قادر است بطور میانگین حدود ۱۱۲ ثانیه با ماهواره ظفر ارتباط داشته باشد
باتوجه به اینکه محتوای یک برگه A۴ پیام متنی، حدود kb ۲۰ داده میشود؛ این مقدار به عنوان حجم پیام در نظر گرفته شده است و تعداد ۲۵۶ کاربر تعریف شده است.
محموله تحقیقاتی تشعشعات فضایی
محموله تحقیقاتی ماهواره یا SPU برای اهداف تحقیقاتی و آزمایشی همراه ماهواره ارسال میشود. وظیفه محموله تحقیقاتی تشعشعی تحت عنوان SPU در ماهواره ظفر اندازه گیری میزان دوز یونیزه کننده توسط پرتوهای کیهانی دریافتی از فضا و همچنین تشخیص اثر آنها روی تراشه های نیمه هادی از جمله حافظه های SRAM مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان ترکیبی است. پرتوهای کیهانی و ذرات پر انرژی در خارج از جو اتمسفر زمین و فضا باعث ایجاد نرخ واژگونی بیت میشوند. برد SPU ماهواره ظفر، با بهره گیری از یک تراشه FPGA مرکزی ، توانایی اندازه گیری دوز یونیزه کننده توسط ۸ سنسور را به صورت تجمعی و ۵ سنسور دما را فراهم میکند ، همچنین نرخ واژگونی بیت در حافظه های SRAM داخلی یک تراشه FPGA و حافظه های خارجی را پایش و گزارش میکند.
ماهواره «کوثر ۱.۵»
ماهواره «کوثر ۱.۵» بهعنوان سومین ماهواره شرکت دانشبنیان امیدفضا، با ترکیب تصویربرداری سنجشی دقیق و ماژول ارتباطی اینترنت اشیاء طراحی شده و با هدف توسعه پایش زمین، کشاورزی هوشمند و کاربردهای تجاری فضایی در مدار نزدیک زمین قرار خواهد گرفت.
نمونه دوم ماهواره کوثر (کوثر ۱.۵) سومین ماهواره ساخت شرکت دانش بنیان امیدفضا است که با ترکیب قابلیتهای ماهواره های نمونه اول کوثر و هدهد و با ارتقاء قابل توجه در هر دو حوزه پایش زمین و ارتباط ماهوارهای طراحی شده است.
این ماهواره نیز یک ماهواره پیشرفته بر اساس استاندارد ماهوارههای مکعبی است. ماهواره کوثر ۱.۵ محمولهی تصویربرداری در طیفهای RGB و NIR و یک ماژول ارتباطی اینترنت اشیاء (IoT) را یکپارچهسازی کرده است تا بهطور همزمان تصویربرداری فضایی و جمعآوری دادهها از حسگرهای زمینی توزیعشده را پشتیبانی کند. این طراحی دو منظوره به ماهواره امکانی را میدهد که هم در زمینهی پایش محیطی و هم در حوزهی زیرساختهای هوشمند به کار گرفته شود، از جمله با آشکارسازی پیشرفته تغییرات، پایش هوشمند کشاورزی و مدیریت منابع طبیعی. پنلهای خورشیدی بازشونده ماهواره توان کافی برای تصویربرداری با فرکانس بالا و عملیات ارتباطی پایدار را فراهم میکنند.
این ماهواره برای کاربردهای تجاری و غیرنظامی مانند کشاورزی دقیق، منابع آب، محیطزیست و پایش سرزمین طراحی شده است. ماهواره کوثر در مدار LEO (مدار نزدیک به زمین) قرار خواهد گرفت.
هسته اصلی فناوری آن، دوربین تصویربرداری با دقت تفکیک مکانی ۳.۴۵ متر در طیف مرئی و NIR است که نیازمند کنترل وضعیت دقیقتر و پایدارسازی پیشرفتهتر است. به همین دلیل، سامانه ADCS کوثر معمولاً از چرخهای عکسالعملی با دقت بالا و الگوریتمهای کنترل پیشرفته بهره میبرد.
سازه ماهواره کوثر با تحلیل حرارتی دقیق طراحی شده تا تغییرات شدید دما در مدار باعث انحراف اپتیکی دوربین نشود. استفاده از پوششهای حرارتی (MLI) و رادیاتورهای غیرفعال از عناصر کلیدی طراحی آن است. سامانه برق شامل پنلهای خورشیدی با بازده بالاتر و باتریهای فضایی پایدار است که امکان تصویربرداری پیوستهتری را فراهم میکند. در بخش مخابرات، کوثر از لینکهای داده با نرخ بالاتر (Data Rate) استفاده میکند تا حجم زیاد تصاویر سنجشی را به زمین منتقل کند. این ویژگی، کوثر را به سمت کاربردپذیری اقتصادی و خدمات دادهمحور نزدیک میکند.