ماهواره یا «قمر مصنوعی» به دستگاه‌های ساخت بشر گفته می‌شود که در مدارهایی در فضا به گرد زمین یا سیارات دیگر می‌چرخند.

نخستین ماهواره اسپوتنیک ۱ بود که در سال ۱۹۵۷ در مدار زمین قرار گرفت.

اهمیت ماهواره‌ها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است.

نخستین ماهواره مخابراتی تله‌استار بود که در سال ۱۹۶۲ در مدار قرار گرفت و ارسال و دریافت برنامه‌های تلویزیونی را بین آمریکا و اروپا ممکن کرد.

ماهواره‌ها از نظر کاربرد به چهار دسته تقسیم بندی می‌‌شوند.

ماهواره‌های جاسوسی یا نظامی
ماهوارهای منابع طبیعی که شامل ماهواره‌های هواشناسی و ماهواره‌های منابع زمینی است.
ماهواره‌های تعیین موقعیت جهانی مانند جی پی اس
ماهواره‌های مخابراتی

ماهواره

ایده استفاده از ماهواره های ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد .دانشمند، ریاضی دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگ‌ترین خالقان داستان های تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژیوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریبا ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریبا ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنال های رادیو یی و تلوزیونی را داد.

ماهواره ای که در مدار ژیوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه ای ثابت، حرکت می کند، قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش می دهد.از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است .ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیر گذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابخایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتور های مخصوصی که بوسیله ایستگاه های زمینی کنترل می شوند، کمک می کنند که ماهواره‌ها در مکان خود ثابت باقی بمانند.

جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، می باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود . در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود .یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink . دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال میدهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود .

سیگنال ارسالی به سطح زمین، بوسیله دیش های معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می کند .

قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و …. ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود .

همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می باشد و در گوشه ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش های بزرگ تر، دارد . امواج سانتی متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳-۳۰ MHz می باشد .

دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تاثیرات کم نویز و مزاحمت های فرکانسی است . البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی بوسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف می گردند. ماهواره‌ها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می کنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستمهای دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد .

لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می‌شود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می کنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه است .بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقتر در فضا انجام می‌شود , هرگز نمی‌توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده است .ماهواره‌ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود. ماهواره های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.

اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات

سیستم ماهواره ای مخابرات مجموعه ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجادارتباطات رادیویی .بخشی ازاین سیستم ماهواره ای می تواند تنها ازیک ماهواره و .ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می‌شود. این مجموعه , یک (شبکه ماهواره ای) نامیده می‌شود

ایستگاههای فضایی

ایستگاه فضایی شبکه ماهواره ای مخابرات , از ماهواره (بخش اصلی شبکه) و دستگاههای. جانبی تشکیل شده است

ساختمان ماهواره

ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده است. زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را .انجام می دهد و (ترانسپاندر) نام دارد ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی ازسطح زمین را که. درون شبکه ماهواره ای قرار دارند, پوشش می دهد یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی , سیستم کنترل موقعیت ومدار, ساختمان مکانیکی ,سیستم منبع تغذیه وموتور. اوج است

سیستم کنترل حرارتی ماهواره

این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات درون ماهواره را در حد متعادل و متعارف .حفظ کند

سیستم کنترل موقعیت ومدار

کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه .موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد

ساختمان مکانیکی

ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می‌شود , تحمل کند. بدنه ماهواره معمولاً از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می‌شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست .این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است .ساخته می‌شود

سیستم منبع تغذیه

منبع اصلی تغذیه معمولاً سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن .باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند

موتوراوج

نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره است .بعضی مواقع با.استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند

ایستگاههای زمینی : ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از: ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولاً ازچند قسمت تشکیل شده اند. آنتن , فرستنده , گیرنده , سیستمهای کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمت‌های مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی , حجم وتجهیزات .آنها متفاوت خواهدبود

آنتن ایستگاههای زمینی

به طور کلی آنتن فرستنده , انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در هر سیستم مخابرات رادیویی , آنتن نقش حساس و مهمی دارد, زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می‌شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد. این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد. آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست

اسپوتنیک ۱

اسپوتنیک ۱ (از روسی Cпутник به معنی ماهواره) اولین ماهواره ساخت انسان بود که در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ در مدار قرار گرفت. کشور شوروی با پرتاب این ماهواره به فضا در دوران جنگ سرد باعث شگفتی کشورهای غرب و ایالات متحده امریکا شد. پرتاب اسپوتنیک ۱ که بخشی از برنامه اسپوتنیک شوروی بود به آغاز عصر فضا و مسابقه فضائی منجر گردید.

مشخصات

این ماهواره به اندازه توپ بسکتبال و وزن آن در حدود ۸۳ کیلوگرم بود. اسپوتنیک ۱ دارای ۲ فرستنده رادیویی در طول موج‌های ۲۰ و ۴۰ مگاهرتز بود و در مداری بیضوی در ارتفاع متوسط ۲۵۰ کیلومتر به مدت ۹۸ دقیقه به دور کره زمین چرخید.

تلستار

تلستار نخستین ماهواره مخابراتی بود که در سال ۱۹۶۲ در مدار زمین قرار گرفت.

این ماهواره متعلق به شرکت ای‌تی‌اندتی بود و ناسا با یک موشک دلتا آن را به فضا پرتاب کرد.

تلستار برای مخابره برنامه‌های تلویزیونی طرح شده بود ولی به انتقال مکالمات تلفنی نیز می‌پرداخت.