بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از مدارهاي ارتفاع پایین بهخاطر کاهش هزینه پرتاب موردتوجه است. از این نوع مدار نیز براي طراحی منظومههاي ماهوارهاي استفاده میشود. در این مقاله شبیهسازي دینامیک با آنالیز پوششدهی منطقهاي براي منظومه ماهوارهاي در مدار ارتفاع پایین صورت میگیرد. براي اهداف و مأموریتهاي مختلف میتوان منظومههاي متفاوتی طرحریزي کرد.
براي منطقه ایران بهمنظور پوشش کامل و زمان دسترسی بدون وقفه، منظومههاي ماهوارهاي ارتفاع پایین با سناریوهاي مختلف با دو طرح اصلی شبیهسازي میشود. با توجه به معیارهاي کیفیت سرویسدهی از بین دوسري 16 منظومهاي دو منظومه براي دو کیفیت سرویسدهی متفاوت، پیشنهاد میشود. نمودارهاي درصد پوششدهی و زمان عدم دسترسی برحسب عرض جغرافیایی براي حالتهاي مختلف ارائه میشود.
مقدمه
استفاده از منظومههاي ماهوارهاي مدار پایین امروزه براي سرویسدهی در نواحی مختلف کره زمین بهصورت کلی - global - یا منطقهاي - Regional - یک موضوع عملیاتی و تحقیقاتی فعال است. در سرویسدهی کلی هدف سیستم ماهوارهاي تحت پوشش قراردادن تمام نقاط کره زمین است، در مقابل در استراتژي منطقهاي یک ناحیه یا بخش خاصی از کرة زمین هدف اصلی سرویسدهی سیستم است.
بهدلیل اینکه در سیستمهاي استفادهکننده از مدارهاي ارتفاع پایین همانند مدارهاي زمین آهنگ همواره نمیتوانیم روي یک ناحیه ثابت بوده و یک منطقه و یا یک ایستگاه زمینی را رؤیت کنیم این تغییرپذیري در ساختار و وضعیت، اغلب ایجاب میکند که براي آنالیز عملکرد سیستم، شبیهسازيهاي دینامیک انجام شود.
ویژگی کلیدي که در شبیهسازيهاي دینامیک وجود دارد بهطور خلاصه این است که میتوان از نتایج شبیهسازي دینامیک مقادیر آماري - در طول یک بازه زمانی یا مکانی دلخواه - را استخراج نمود.
یک سیستم ماهوارهاي مدار پایین قادر است بهطور مؤثر به یک ناحیه خاص از کره زمین سرویس دهد، این سرویس میتواند از نوع ارائه اطلاعات تصویري، صوتی، جغرافیایی، و ... باشد. هر سرویس بسته به شرایط کاربردي آن یک حداقل کیفیت سرویسدهی را باید برآورده کند که این معیار تابع پارامترهاي زیادي از جمله تجهیزات بخشهاي فضایی و بخشهاي زمینی است. پیش از آنالیز کیفیت سرویسدهی لازم است که کیفیت پوششدهی منظومه ماهوارهاي براي ناحیه هدف ارزیابی شود چرا که پوششدهی ماهوارهها میتواند عملکرد سایر بخشها را تحت تأثیر قراردهد، این کار از طریق شبیهسازي دینامیک براي "آنالیز پوششدهی منطقهاي" یا به اختصار RCA صورت میگیرد
شکل-1 نمایی از پوششدهی منظومه ارتفاع پایین براي منطقه هدف ایران
شکل-2 نمایی از پوششدهی کلی منظومه مدار ارتفاع بالا
به کارگیري ماهواره هاي مدار پایین در عرصه ارتباطات
ظهور موبایل و فناوري سلولی زیربناي سیستمهاي ماهوارهاي خصوصی را رقم زد. همزمان با رشد فناوري، زیرسیستمهاي موردنیاز به آن نیز گسترش یافته و جدید شدند. که در اوج این صنایع، صنعت ارتباطات از جایگاه بالایی برخوردار است. براي سالها ماهوارههاي ارتباطاتی از مدار زمین ثابت استفاده میکردهاند که دلایل این امر را میتوان به پوشش دادن منطقه وسیعی از کره زمین، قابلیت اطمینان بالا و مهمتر از همه ثابت بودن بر روي یک نقطه از کره زمین دانست. که این موضوع داراي مزیتهایی است. از جمله این که ماهوارهها با یک زاویه فراز - Elevation angle - و یک زاویه Azimuth با ایستگاه زمینی ارتباط برقرار میکنند. ولی این مزیتها هزینههایی را نیز تحمیل خواهند کرد که از آن جمله میتوان به این نکته اشاره کرد که با توجه به ارتفاع 36000 کیلومتري این نوع ماهوارهها باید از توان بالایی براي انتقال دادهها استفاده کرد که این امر نیز مستلزم استفاده از زیر سیستمهاي قويتر است.
علاوهبراین، قرار دادن ماهواره در مدارهاي ارتفاع بالا نیاز به عبور دادن آنها از کمربندهاي ونآلن - شکل - 4، است که این امر نیز نیازمنديهاي تجهیزات الکترونیکی و پوششی ماهواره را زیاد کرده تا در تشعشعها آسیب نبینند. که تمام این موارد علاوهبر محدودیتهاي تکنولوژي باعث زیاد شدن وزن ماهواره شده که این امر نیز باعث افزایش هزینه میشود. علاوهبر تأمین هزینه ذکر شده فرستادن ماهواره به مدار GEO به ماهوارهبرهاي سنگینتر و با تکنولوژي پیچیدهتر وابسته است.
بهدلیل همین مشکلات در طی20 سال گذشته تحقیقات بسیاري براي قرار دادن ماهوارهها در مدارهایی با ارتفاع پایین انجام شد. هدف این تحقیقات، طراحی منظومههاي ماهوارهاي براي پوششدهی کلی در ارتفاع پایین است که این ایده با توجه پیشرفتهاي الکترونیکی که باعث کوچکتر شدن هرچه بیشتر سیستمها و افزایش بازدهی شده، محقق شد
استفاده از منظومههاي مدار پایین به جاي منظومههاي ارتفاع بالا مزیتهاي فراوانی به همراه دارد که میتوان به کاهش وقفه انتقال داده در هر بازه زمانی از 120 میلی ثانیه به 1تا 10 میلی ثانیه و کاهش توان ارسالی در ماهواره اشاره کرد. که این خود کوچک شدن تجهیزات الکترونیکی و سیستمهاي مربوطه را نتیجه میدهد
ثانیاً عبور نکردن از کمربندهاي ونآلن باعث کاهش پیچیدگی تکنولوژي ساخت و کاهش هزینه میشود که در نهایت با کاهش وزن ماهواره میتوانیم با ماهوارهبرهاي کوچکتر آن را در مدار قرار دهیم و یا حتی از هواپیما براي قرار دادن آن در مدار استفاده کنیم همانند .Pegasus جدول - 1 - ، استفاده از مدارهاي گوناگون و مشخصات هزینهاي، طول عمر و ... را نشان میدهد.
شکل -3 نمودار وقفه ارتباطاتی با درنظر گرفتن ارتفاع و پریود مداري.
شکل -4مدار و کمربندهاي ون آلن در اطراف زمین
جدول1 مقایسه مدارهاي گوناگون از دید طراحی
