دانشمندان نوید می دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعی در نظام ارتباطات فضایی خواهد بود که در طی بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگی بشر خواهد شد، مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضروری به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایی والایی انجام خواهد گرفت.
























دانشمندان نوید می دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعی در نظام ارتباطات فضایی خواهد بود که در طی بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگی بشر خواهد شد، مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضروری به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایی والایی انجام خواهد گرفت. شبکه های اطلاعاتی با افق های دورتر و فراگیرتر گسترش خواهد یافت تا همه عرصه های تجاری، صنعتی، کشاورزی، علمی و رفاهی را دربرگیرد. طی چند سال آینده شبکه هایی از ماهواره ها در فضا گسترش خواهند یافت که شماره شان به هزاران هزار می رسد و کاربردهای گوناگونی خواهند داشت.
تا اویل سال ۱۹۶۰ میلادی غیر از چند ارتباط محدود که توسط دستگاه بی سیم برقرار شده بود مسئله انتخاب وجود نداشت و به علت ظرفیت کم و تقاضا برای ارتباطات بیشتر، انباشته بودن طیف های فرکانسی و ضعف سیستم انتقال صوتی تنها وسیله ارتباطی بین قاره ای کابل تلفنی زیردریایی بود. اما در سال ۱۹۶۰ میلادی یعنی تقریباً سه سال بعد از پرتاب اولین سفینه شوروی، آمریکایی ها نخستین قمر مصنوعی مخابراتی را در مدار زمین قرار دادند که قطر این قمر بزرگ ۳۰ متر بود و در ارتفاع ۱۵۰۰ کیلومتری زمین گردش می کرد. این قمر مجهز به نوعی آینه بود که امواج را از ایستگاه های فرستنده می گرفت و به ایستگاه های گیرنده که به علت کروی بودن زمین نمی توانستند آنها را به صورت مستقیم دریافت کنند منعکس می کرد. به این ترتیب اولین ارتباط آزمایشی به وسیله ماهواره بین دو نقطه دوردست آمریکا یعنی از کالیفرنیا تا نیوجرسی برقرار شد و قسمت اعظم انرژی اشعه ای که از ایستگاه فرستنده ارسال می شد در فضا پخش و تنها قسمت کوچکی از آن توسط ماهواره منعکس می شد و برای اینکه اشعه منعکس شده قابل استفاده شود لازم بود به وسیله ایستگاه عظیم و پرقدرتی تقویت شود که نتیجه کار مطلوب نبود به همین دلیل آمریکایی ها شروع به ساختن قمر مصنوعی مخابراتی جدیدی کردند که امواج را به وسیله آنتن هایی از زمین دریافت و پس از تقویت به سوی ایستگاه های گیرنده زمینی ارسال کند. و اندیشه استفاده از ماهواره ها به صورت رله برای ارتباطات راه دور ابتدا از سوی نویسنده معروف داستان های علمی تخیلی و یکی از بنیانگذاران انجمن انگلیسی بین ستاره ها آرتورسی کلارک مطرح شد و در مقاله ای در اکتبر سال ۱۹۴۵ میلادی مجله جهان بی سیم چاپ شد که این مقاله سرآغازی برای شروع فعالیت های جدی ارتباطات ماهواره ای شد.


● فعالیت های کلارک
کلارک با درنظر گرفتن سه ماهواره در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح زمین و روی محیط مدار دایره ای شکل دور کره زمین به فواصل مساوی از هم، پوشش ارتباط ماهواره ای تمام سطح زمین را میسر می ساخت. بعد از چاپ مقاله کلارک طی ده سال سه اختراع مهم انجام شد که مورد استفاده آنها در ساخت ماهواره ها است؛ اولی سلول های خورشیدی است که تبدیل کننده انرژی نوری خورشید به الکتریسیته هستند، دوم انواع مختلف ترانزیستور و سوم لامپ تقویت موج رادیویی بوده است. در واقع این نوع تقویت کننده ها با طیف وسیع فرکانس و بازدهی حدود ۲۰ الی ۴۰ درصد از معمولی ترین نوع تقویت کننده در امواج مخابراتی ماهواره ای محسوب می شوند.
در سال ۱۹۶۲ میلادی، تاریخ ارتباطات ورق خورد و نخستین ماهواره از نوع رله و تقویت کننده ای به نام تله استار در دهم ژوئیه همین سال از سوی آمریکا در مدار قرار گرفت و برای اولین بار برنامه ای از تلویزیون آمریکا توسط این قمر مصنوعی که بر بالای اقیانوس اطلس قرار داشت منعکس و برای مردم نمایش داده شد و به دنبال آن دومین ماهواره از همین نوع چند ماه بعد پرتاب شد و ماهواره تله استار در مداری که فاصله آن بین ۹۰۰ تا ۵۵۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح دریا قرار داشت نصب شد. این ماهواره ها تقریباً هر دو ساعت و نیم یک بار کره زمین را دور می زدند و به دلیل اینکه کره زمین در هر ۲۴ ساعت یک بار به دور خود می چرخد ارتباط بین دو نقطه از زمین فقط چند بار در شبانه روز امکان پذیر بود و این ماهواره تنها مدت کوتاهی در یک نقطه قابل رویت می ماند که این مدت به ارتفاع مدار قمر مصنوعی که از سطح دریا قرار داشت وابسته بود. برای برقراری ارتباط دائمی، فقط یک راه به نظر می رسید و آن اینکه ماهواره باید در بالای یک نقطه از زمین در ارتفاع معینی ثابت بماند که ظاهراً خیلی مشکل بود ولی عملاً وقتی زمان گردش ماهواره به دور زمین ۲۴ ساعت باشد همزمان با کره زمین به دور آن خواهد گشت و از نظر ما در آسمان بی حرکت خواهد ماند چون این قمر مصنوعی در یک مدار دایره ای حرکت می کند که مرکز آن منطبق بر مرکز کره زمین و صفحه این دایره نیز عمود بر محور زمین است. این مدار دایره ای به موازات خط استوا خواهد بود و همین طور به دلیل سرعت قمر مصنوعی نمی تواند از مقدار معینی کمتر باشد به دلیل آنکه قمر مصنوعی باید در ۲۴ ساعت یک بار به دور زمین چرخش نماید، می بایست محیط دایره ای مسیر قمر مصنوعی و در نتیجه ارتفاع مدار آن را بیشتر کرد.محاسبات و تجربه های عملی نشان داده که برای این منظور، باید ارتفاع ماهواره از سطح دریا حدوداً ۳۶ هزار کیلومتر باشد؛ فاصله ای که در آن از طرف زمین نیروی جاذبه به ماهواره وارد نمی شود.
این مدار را اصطلاحاً مدار ژئوسنکرون یا زمین آهنگ می نامند. وقتی که ماهواره به ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری از سطح دریا رسید آن را به آرامی منحرف می کنند که در بالای نقاط انتخاب شده باقی بماند ولی در صورت انحراف از مسیر اصلی و دور شدن از نقطه دلخواه توسط موتورهای عکس العملی کوچکی که در آنها تعبیه شده و از ایستگاه های کنترل زمین هدایت می شوند آن را دوباره به وضعیت مطلوب برمی گردانند. بدین ترتیب سیر تحولات ماهواره های مخابراتی ادامه پیدا کرد تا به امروز که شاهد به کارگیری تکنیک های بسیار پیشرفته در این سیستم ها جهت ارتقای سطح کیفیت و افزایش ظرفیت آنها هستیم.


● ماهواره های مخابراتی
گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سیستم های مخابراتی را با ظرفیت بیشتر و پوشش وسیع تر و کیفیت بهتر طلب می کند و برای تامین این موارد یکی از روش هایی که می تواند به طور مناسب جوابگوی نیازهای فعلی و آتی بشر در این زمینه باشد استفاده از ماهواره های مخابراتی است. ماهواره های مخابراتی سفینه ای است که سیگنال های الکتریکی را از فرستنده ای زمینی دریافت می کند و بعد از تقویت و تغییر فرکانس های حامل به سمت ایستگاه های زمینی در نقاط دیگر ارسال می کند. چون ماهواره های مخابراتی سیگنال ها را تقویت کرده و سپس بازگشت می دهند، بیشتر به عنوان تکرارکننده و رله شناخته می شوند. ماهواره های مخابراتی معمولاً در مدارهای خاصی از کره زمین قرار می گیرند که به نظر فرستنده ها و گیرنده های روی زمین ثابت به نظر می آیند. به کمک یک فرستنده بر روی زمین و یک ماهواره هم بر روی یک مدار، می توان حدود یک سوم سطح زمین را پوشش داد. اولین ماهواره مخابراتی بین المللی از سری اینتل است با ظرفیت ۲۴۰ کانال تلفنی در سال ۱۹۶۵ میلادی به فضا پرتاب شد و سرآغازی برای پوشش ارتباطات ماهواره ای در سطح بین المللی شد. موارد استفاده ماهواره های مخابراتی و تاثیر فراوان آن بر زندگی بشر باعث شده که روزبه روز توجه انسان به این وسیله ارتباطی افزایش یابد.
داشتن ماهواره مخابراتی مستقل برای هر کشوری باعث ایجاد تسهیلات در امر انتقال اطلاعات کامپیوتری از دانشگاه ها به مراکز تحقیقات و بالعکس، هر چه سریع تر انجام شدن امور اقتصادی، پوشش کلیه نقاط کشور از نظر برنامه های تلویزیونی، رادیویی و تلفنی با نصب سریع آنتن های گیرنده زمینی در نقاط مختلف کشور، آموزش کشاورزی و پزشکی از راه دور و کاربردهای وسیع و متنوع دیگری خواهد بود. ماهواره های مخابراتی در مدار خاصی مستقر می شوند که حدود ۳۵۷۸۸ کیلومتر از خط استوا فاصله دارند. هر ماهواره با سرعت و جهتی همسان با کره زمین در حال حرکت است در این شرایط ماهواره در مکانی بالای خط استوا نسبت به زمین ثابت می شود. ماهواره های مخابراتی ابتدا برای ارتباطات تلفنی طراحی شده اند ولی امروزه شاهد ارائه سرویس های گوناگونی از قبیل کاربردهای تلویزیونی تجاری و کنفرانس از راه دور از طریق ماهواره هستیم اما هنوز سرویس تلفنی بالاترین حجم را در بین دیگر سرویس ها حفظ کرده است.
در حال حاضر از ۱۹ ماهواره مخابراتی بین المللی از سری اینتل ست ده ماهواره بالای اقیانوس اطلس، چهار ماهواره بر روی اقیانوس آرام و پنج ماهواره دیگر بالای اقیانوس هند قرار دارد و این ماهواره ها یک ارتباط ماهواره ای بین المللی با زیر پوشش قرار دادن تقریباً کلیه نقاط دنیا به وجود آورده اند. یک ماهواره مخابراتی که در واقع یک نوع تکرارکننده فرکانس های رادیویی است در ساده ترین شکل خود عملیات را انجام می دهد.سیگنال های دریافت شده توسط آنتن ماهواره ابتدا به علت افت بسیار زیادی که بر اثر مسیر طولانی داشته تقویت و سپس با فرکانس نوسان ساز محلی مخلوط می شود و تغییر فرکانس می دهد و بالاخره پس از تقویت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده می شود تا به طرف ایستگاه های موردنظر و زیر پوشش ارسال شود.
ماهواره های مخابراتی معمولاً بین ۸ تا ۱۲ سال عمر می کنند. در واقع میزان سوخت موردنیاز سیستم فرعی برای حفظ موقعیت ماهواره و همچنین از کارافتادن تدریجی سلول های خورشیدی که در سیستم فرعی تغذیه قدرت الکتریکی قرار دارند از عوامل محدودکننده عمر ماهواره هستند.


● ویژگی های ماهواره های مخابراتی
▪ گسترش منطقه تحت پوشش
ارتباط بین نقاط مختلفی که در پوشش یک ماهواره قرار دارند به آسانی امکان پذیر است و وسعت زیر پوشش ماهواره بستگی به نوع آنتن ماهواره دارد که می تواند محلی نسبتاً کوچک یا یک کشور و یا منطقه ای متشکل از چندین کشور و یا یک نیم کره باشد.
▪ انعطاف پذیری
هر جا یک پایانه ماهواره ای وجود داشته باشد امکان استفاده از سیستم ماهواره ای فراهم خواهد بود. این پایانه ها را می توان بر روی سکوی کشتی، هواپیما و واحدهای متمرکز معینی قرار داد و از طریق آن با نقاط دیگر ارتباط برقرار کرد.
▪ پهنای باند زیاد
با توجه به این که در فرکانس های بالا مثل ۱۱ و ۱۴ گیگاهرتز پهنای باند بیشتری در اختیار ما قرار دارد می توان از برنامه های تلویزیونی با کیفیت بالا، کانال های زیاد تلفنی و انتقال اطلاعات با سرعت بالا برخوردار شویم.
▪ هزینه کم
با توجه به این که ایجاد ارتباط بین دو نقطه توسط ماهواره مستقل از فاصله بین آنها است این نقاط می توانند در هر فاصله ای از یکدیگر در منطقه زیر پوشش واقع شده باشند لذا هزینه های مربوطه، به بعد مسافت بستگی ندارد و برای بسیاری از موارد از هزینه ایجاد یک شبکه زیرزمینی کمتر خواهد بود.
▪ ضریب اطمینان
ارتباط بین دو نقطه در شبکه ماهواره ای مخابرات دارای ضریب اطمینانی برابر یا بهتر از ارتباط از مسیرهای زمینی است.
▪ سرعت دریافت
به علت مسافت زیاد مثلاً بین ۷۲ هزار تا ۸۲ هزار کیلومتر بین دو پایانه ایستگاه ماهواره ای زمینی سیگنال فرستاده شده که با سرعت نور حرکت می کند حداقل ۳۰۰ میلی ثانیه طول می کشد تا به پایانه دیگر برسد.
▪ ایجاد اکو
بر اثر تبدیل خطوط انتقال از دو سیم به چهار سیم در قسمتی از مسیر شبکه زمینی، سیگنال با پدیده اکو روبه رو می شود به این معنی که بخشی از سیگنال های آن بازگشت داده می شود. برای کاهش این حادثه ناخواسته و مزاحم از تجهیزاتی به نام حذف کننده اکو استفاده می شود.
در زمینه مزیت های بیشتر ماهواره مخابراتی می توان گفت که سیگنال های رادیویی منتشر شده از ماهواره مخابراتی به طور همزمان می تواند توسط چندین ایستگاه زمینی زیر پوشش دریافت شود و این مسئله فقط از طریق ماهواره های مخابراتی امکان پذیر است و از راه کابل یا دیگر وسایل ارتباطی میسر نیست. در واقع ارتباطات ماهواره ای برای ایجاد ارتباط بین المللی بین کشورها و ارتباطات محلی بین شهرها و مناطق دورافتاده بسیار مناسب است و می توان با استفاده از ماهواره مخابراتی یک شبکه ارتباطی با کیفیت بالا و هزینه کم در سطحی گسترده ایجاد کرد.


● ماهواره های رادیو و تلویزیونی
شکی نیست که وسایل ارتباط جمعی از قبیل رادیو و تلویزیون در پیشبرد هدف های اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و فنی تاثیر بسزایی دارند. در سال های اخیر پخش صدا و تصویر از طریق ماهواره به عنوان موثرترین وسیله در نیل به هدف های فوق توجه همگان را به خود جلب کرده است. برای این منظور برنامه تلویزیونی از یک ایستگاه زمینی به ماهواره ارسال می شود و سپس ماهواره تصویر فوق را روی یک شعاع باریک که فقط ناحیه مشخص شده ای از زمین را می پوشاند برمی گرداند. ایستگاه زمینی با آنتن های بشقابی شکل تصویر را می گیرد و آن را دوباره پخش می کند. به عبارت دیگر می تواند در آن واحد و به طور همزمان مثلاً در ایران برنامه های تلویزیونی خیلی از کشورها را مشاهده کرد. این گونه ماهواره ها می توانند ارتباط برنامه های رادیو و تلویزیون را به طور مستقیم بین ماهواره و گیرنده های خانگی تلویزیون برقرار کنند. در ژاپن و فرانسه تصاویر تلویزیونی مستقیماً از ماهواره به گیرنده های خانگی که آنتن های کوچک و تقریباً ارزان قیمتی دارند انتقال پیدا می کند. چنان چه قرار باشد این روش در سطوح وسیع خود به کار گرفته شود مسائل بغرنجی در زمینه حقوق فضایی و سیاسی به وجود می آید، بدین منظور کمیته های تخصصی سازمان ملل متحد مشغول بررسی هستند تا راه حل های مناسبی برای این مسئله پیدا کنند اما در حال حاضر در بسیاری از کشورها امکان دریافت سیگنال های صوتی و یا تصویری به کمک آنتن های معمولی وجود ندارد.