lcd

هر روز نمایشگرهای کریستال مایع یا LCD:Liquid Crystal Display را در اطراف خود می‌بینید. از تلفن همراهتان گرفته تا ساعت دیجیتالی یا نمایشگرهای تلویزیون و کامپیوتر.
نام کریستال مایع کمی نا آشنا و غیر معمول به نظر می‌رسد چون تصوری که از کریستال داریم ماده‌ای سخت و کاملاً جامد است. بیایید در این مورد بیشتر بدانیم و سپس به سراغ معرفی صفحه نمایش LCD برویم.

همه ما می‌دانیم که سه حالت ماده وجود دارد. جامد، مایع و گاز. مولکول‌های جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و به همین دلیل با نظم مشخصی جسمی معمولاً سخت را تشکیل می‌دهند. در مقابل مولکول‌های مایع از نیروی جاذبه مولکولی کمتری برخوردار هستند ولی باز هم این نیرو به اندازه‌ای است که آن‌ها را با هم متحد قرار دهد و مانند گاز آزادانه در محیط، به صورت بی‌نظم حرکت نکنند.

در این میان بعضی مواد حالتی بین مایع و جامد به خود می‌گیرند. به این معنی که هم مانند جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و هم مانند مایع به حالت سیال حرکت می‌کنند. کریستال مایع بیشتر به حالت مایع تمایل دارد تا جامد.

با این حال مقدار گرمایی که برای مایع کردن کریستال جامد نیاز است تقریباً زیاد است. به همین دلیل است که صفحه نمایش‌های LCD در دماهای مختلف رفتار غیر عادی از خود نشان می‌دهند.

با توجه به نوع کریستال، انواع مختلفی از کریستال مایع وجود دارد. نوعی از کریستال مایع که از آن در ساخت LCD استفاده می‌شود نسبت به عبور جریان رفتار‌های مختلفی از خود نشان می‌دهد. یکی از این رفتار عبور و گسیل نور از خود است.

کریستال‌های مایع را به دو دسته تقسیم می‌کنند. نوعی از آن گرما گرا هستند و به تغییرات گرمایی واکنش نشان می‌دهند. نوع دیگر به تغییرات شیمیایی واکنش نشان می‌دهند.

نوع اول را نیز از نظر ساختار مولکولی به دو نوع تقسیم می‌کنند. نوعی که در شکل گیری در محیط به حالت تصادفی شکل می‌گیرد و نوع دیگری که خود حالت مشخص و آرایش مخصوصی دارد.

شکل گیری نوع دوم بستگی به اثر یک عامل خارجی دارد. این عامل می‌تواند یک جریان الکتریکی باشد و یا یک قالب فیزیکی که کریستال تحت آن شکل گیرد. کریستال مایع معمولاً حالتی گره مانند به خود می‌گیرند ولی با عبور جریان رشته‌های آن‌ها از یکدیگر باز می‌شوند و به صورت منظم شکل می‌گیرند.

در ساخت LCD چهار موضوع کلی وجود دارد:

• اینکه نور می‌تواند قطبی شود
• کریستال مایع می‌تواند نور را تغییر و از خود عبور دهد
• ساختار کریستال مایع با عبور جریان تغییر می‌کند
• و اینکه موادی شفاف وجود دارند که جریان را از خود عبور می‌دهند

برای ساخت LCD ابتدا نیاز به دو شیشه قطبی شده (Polarized) نیاز داریم. روی طرفی از شیشه که قطبی نشده است ماده‌ای پلاستیکی کشیده می‌شود. این ماده باعث می‌شود تا شبکه‌هایی بر روی سطح شیشه ایجاد شود.

سپس بر روی این لایه پلاستیکی، لایه‌ای از کریستال مایع نیز کشیده می‌شود. شبکه‌های تشکیل شده از پلاستیک به کریستال مایع شکل و فرم می‌دهند. سپس صفحه‌های شیشه قطبی شده که با روکش‌های پلاستیکی و کریستالی آماده شده‌اند را در ردیف‌های عمودی و افقی در مقابل یکدیگر قرار می‌دهند.

با عبور نور از هر کدام از لایه‌ها، سرعت و زاویه لرزش آن تغییر می‌کند. در انتها اگر زاویه و جهت گیری نور با شبکه تشکیل شده از پلاستیک بر بروی صفحه انتهایی مطابق باشد، نور از آن عبور می‌کند.

همانطور که گفتیم با القای جریان به کریستال مایع شکل گره مانند آن باز می‌شود. در این حالت نور را در زاویه و جهت‌ گیری متفاوت با خطوط شبکه مانند لایه بیرونی قرار می‌دهد و نور را از خود عبور نمی‌دهد و آن قسمت از کریستال تاریک‌تر به نظر می‌رسد.

کریستال مایع به هیچ عنوان از خود نور گسیل نمی‌کند. به همین دلیل برای تشکیل تصویر به غیر از القای جریان، نیاز به منبع خارجی نور نیز داریم.

برای درک بهتر این مطلب به یک ساعت دیجیتالی نگاه کنید. قسمتی از صفحه که اعداد در آن نمایش داده نمی‌شوند روشن است. این نوع صفحه‌های LCD معمولاً دارای منبع نور خارجی نیستند و تنها نور محیط را بازتاب می‌دهند. سپس با القای جریان در کریستال مایع از انعکاس نور در قسمتی که می‌خواهیم آن را نمایش دهیم جلوگیری می‌کنیم و به جای ایجاد تصویر با روشن کردن، با خاموش کردن مناطقی از صفحه‌ای روشن تصاویر را نمایش می‌دهیم.

این نوع LCDها برای صفحه نمایش‌هایی مناسب هستند که تصاویری مشخص را همواره نشان می‌دهند. صفحه‌های 7 قسمتی یا 7Segment مثال مناسبی برای این نوع است.

در LCDهای رنگی از نوعی نور فلورسنت استفاده می‌شود و صفحه‌ای گسترده از این نوع لامپ نور را به طور مساوی می‌تاباند تا از متناسب بودن تصویر اطمینان حاصل شود.

LCDهای ماتریسی نیز نوع دیگری از نمایش‌گر‌های LCD‌ هستند. برای ساخت اینگونه LCDها از دو لایه شیشه‌ای به استفاده می‌شود.

به یکی از این شیشه‌ها ردیف و به دیگری یک سطرها متصل می‌شوند. هر سطر به یک مدار مجتمع متصل می‌شود و هر کدام از نوعی ماده شفاف رسانا ساخته شده است. به این ترتیب با فرستادن جریان به هر پیکسل، کریستال مایع از هم باز می‌شود و نور را عبور نمی‌دهد. این نوع LCD مشکلات بزرگی از جمله زمان طولانی برای پاسخ دارد.

صفحه نمایش‌هایی که تصاویر رنگی را نشان می‌دهند دارای سه زیر- پیکسل سبز و آبی و قرمز هستند. برای ساخت هر پیکسل یک مدار مجتمع و یک خازن نیاز است. برای یک لپ‌تاپ ساده که LCD آن 768×1024 پیکسل دارد 2359296 خازن و IC استفاده شده است. مشکلی که در این میان رخ می‌دهد این است که اگر تنها یکی از ترانزیستور‌ها و یا خازن‌ها به صورت دقیق کار نکنند قسمتی از صفحه از کار می‌افتد.

با فراگیر شدن استفاده از LCD‌ و بزرگتر ساختن و بیشتر کردن پیکسل‌ها، شانس داشتن ترانزیستور‌ها و خازن‌های معیوب بیشتر می‌شود و سازندگان هم اکنون به دنبال رفع اینگونه مشکلات و رسیدن به پیکسل‌های بیشتر و بالا بردن دقت و کیفیت نمایشگر‌ها LCD هستند.

نیروی گرانش

گرانش (Gravity)

فهرست مقالات گرانش
مباحث علمی	مباحث کاربردی و تجربی
گرانش	تداخل سنج کوانتومی
گرانش علیه گرانش	تداخل سنج نوترونی
قوانین کپلر	جرم لختی
قانون جهانی گرانش	جرم گرانشی
ثابت جهانی گرانش	شتاب گرانش
اصل هم ارزی جرم	میدان گرانش
اثر گرانش	حرکت سیارات و ماهواره
گرانش در مکانیک کوانتومی	پتانسیل گرانش
انرژی پتانسیل گرانشی	پتانسیل سرعت
مرکز گرانش اجسام	معادلات میدان گرانش
قانون گاوس در گرانش	سرعت فرار
تقویت و تضیف گرانش	شتاب جاذبه زمین در میدان گرانش
نیروی گرانش	عدسی گرانشی
وزن ظاهری
مغناطیس گرانشی

از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود:

1.      تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.

2.      حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب می‌شدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم می‌دانستند. یکی از دستاوردهای بزگ جناب آقای اسحاق نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. در سال 1665 ، پس از تعطیلی مدرسه بخاطر شیوع طاعون ، نیوتن که در آن زمان 23 سال داشت، از کمبریج به لینکلن شایر رفت. او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:

... در همان سال (1665) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی باهم مشابهند. وویلیام استوکلی ، یکی از دوستان جوان اسحاق نیوتن می‌نویسد، وقتی با اسحاق نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است اسحاق نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین جایی به ذهنش خطور کرده است. استوکس می‌نویسد:« او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود، سقوط یک سیب توجهش را جلب می‌کند و به مفهوم گرانش پی می‌برد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی بکار می‌برد و ... .» البته باید گفت: اینکه سیب مذکور به سر اسحاق نیوتن خورده است یا خیر معلوم نیست!
اسحاق نیوتن تا سال 1678 ، یعنی تقریبا تا 22 سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را بطور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث می‌شد او نتایج خود را انتشار ندهد، می‌توان به دو دلیل اشاره کرد: یکی شعاع زمین ، که برای انجام محاسبات لازم بود و اسحاق نیوتن آن را نمی‌دانست و دیگری ، اسحاق نیوتن بطور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت. زیرا مردی کمرو و درونگرا بود و از بحث و جدل نفرت داشت.
راسل در مورد او می‌گوید:« اگر او با مخالفتهایی که گالیله با آنها مواجه بود روبرو می‌شد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمی‌کرد. در واقع ، ادموند هالی (که ستاره دنباله‌دار هالی به نام اوست) باعث شد اسحاق نیوتن کتاب اصول را منتشر کند. اسحاق نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب - زمین فراتر می‌رود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم می‌دهد.

گرانش را میتوان در سه قلمرو مطالعه کرد:

1.      جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است، ولی بسیار ضعیفتر از آن است که ما با حواس معمولی خود آنرا درک کنیم.

2.      جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده می‌توانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب سفینه‌های فضایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.

3.      در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه شمسی و برهمکنش سیاره‌ها و ستاره‌ها ، گرانش نیروی غالب است.
اسحاق نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه شمسی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد باهم بیان کند.

قانون گرانش جهانی

نیرویی که دو ذره به جرمهای m₁ و m₂ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد می‌کنند، نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند و بزرگی آن برابر است با:

F = Gm₁m₂/r²

G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این قانون گرانش جهانی اسحاق نیوتن است. برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور می‌شویم:

·         نیروهای گرانش میان دو ذره ، زوج نیروهای کنش - واکنش (عمل و عکس العمل) هستند. ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول (جاذبه) و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند. به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم (جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است. بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.

·         ثابت جهانی G را نباید با g که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد. ثابت G دارای بعد L³/MT² و یک کمیت نرده‌ای است (عددثابتی است)، در حالی که g با بعد LT^-2 یک کمیت برداری است ، که نه جهانی است و نه ثابت (در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر می‌کند).
با انجام آزمایشات دقیق می‌توان مقدار G را بدست آورد. این کار را برای اولین بار لرد کاوندیش در سال 1798 انجام داد. در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با:

G = 6.67×10^-11

نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد می‌کند، ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است. در واقع جرم زمین را می‌توان با استفاده از قانون گرانش جهانی اسحاق نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد. به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی می‌دانند که زمین را وزن کرده است! جرم زمین را M_e و جرم جسمی واقع بر سطح آنرا m می‌گیریم. داریم:

F = GmM_e/R_e² & F = mg

mg = GmM_e / R_e² → M_e = g R_e²/G

که R_e شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است. زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض می‌کنیم.

گرانش و لختی

نیروی گرانش وارد بر هر جسم ، همانطور که در معادله F = Gm₁m₂/r² مشخص است با جرم متناسب است. به دلیل وجود این تناسب میان نیروی گرانش و جرم است که ما معمولا نظریه گرانش را شاخه‌ای از مکانیک می‌دانیم، در حالی که نظریه مربوط به دیگر نیروها (الکترومغناطیسی ، هسته‌ای و ... )را جداگانه بررسی می‌کنیم. یک نتیجه مهم این تناسب آن است که ما می‌توانیم جرم را با اندازه گیری نیروی گرانشی وارد بر آن (وزن آن) تعیین کنیم. برای اینکار از یک نیرو سنج استفاده می‌کنیم، یا نیروی گرانشی وارد بر یک جرم را با نیروی گرانشی وارد بر جرم استاندارد (مثلا وزنه یک کیلو گرمی) ، به کمک ترازو مقایسه می‌کنیم. به عبارت دیگر برای تعیین جرم جسمی ، آنرا وزن می‌کنیم.
اگر بخواهیم جسم ساکنی را روی یک سطح افقی بدون اصطکاک به جلو برانیم ، متوجه می‌شویم که برای حرکت دادن آن نیرو لازم است، زیرا جسم لخت است و می‌خواهد در حال سکون باقی بماند. یا اگر در حال حرکت است، می‌کوشد این حالت را حفظ کند، در این حالت گرانش وجود ندارد. در فضا(دور از زمین) نیز همین نیرو برای شتاب دادن به یک جسم لازم است. این جرم است که ایجاب می‌کند که برای تغییر دادن حرکت جسم ، نیرو بکار رود. همین جرم است که در دینامیک در رابطه F= ma ظاهر می‌شود.
اما وضع دیگری نیز وجود دارد که در آن هم جرم جسم ظاهر می‌شود.
به عنوان مثال برای نگه داشتن جسمی در ارتفاعی بالا تر از سطح زمین ، نیرو لازم است. اگر ما جسم را نگه نداریم با حرکت شتابدار به زمین سقوط می‌کند. نیروی لازم برای نگه داشتن جسم در هوا از نظر بزرگی با نیروی جاذبه گرانشی میان جسم و زمین برابر است. در اینجا لختی هیچ نقشی ندارد، بلکه خاصیت جذب شدن اجسام توسط اجسام دیگری چون زمین مهم است.
تغییرات شتاب گرانشی (g) همانطور که گفتیم g ثابت نیست و از نقطه‌ای به نقطه دیگر زمین ، بسته به فاصله آن نقطه از مرکز زمین تغییر می‌کند(در نقاط نزدیک سطح زمین می‌توان آنرا ثابت فرض کرد که شما هم در حل مسائل همین کار را انجام می‌دهید و آن را 9.8 یا 10 متر بر مجذور ثانیه فرض می‌کنید).
اما موضوع دیگری بجز فاصله تا مرکز زمین ، نیز وجود داردکه بر g تأثیر می‌گذارد و آن دوران زمین است. اگر جسمی در استوا به یک نیرو سنج آویخته شده باشد، نیروهای وارد بر جسم عبارتنداز: کشش رو به بالای نیروسنج ، w ،که همان وزن ظاهری جسم است و کشش رو به پایین جاذبه گرانشی زمین که با رابطه: F = GmM_e/r² بیان می‌شود. این جسم در حال تعادل نیست زیرا ضمن دوران با زمین تحت تأثیر شتاب جانب مرکز a_R قرار دارد. بنا براین باید نیروی جانب مرکز برآیندی به طرف مرکز زمین به جسم وارد شود. در نتیجه F ، نیروی جاذبه گرانشی (وزن واقعی جسم) باید از w ، نیروی کشش رو به بالای نیروسنج (وزن ظاهری جسم) بیشتر باشد. بنابراین: (دراستوا)

GM_em/R_e² - mg = ma_R --------> آنگاه F - w = ma_R بنابراین: F = ma (نیروی برآیند)

پس: g = GM_e/R_e² - a_R

از آنجایی که: a_R = Reω² = R_e(2π/T)² = 4π²R_e/T² که در آن ω سرعت زاویه‌ای دوران زمین ،T دوره تناوب و R_e شعاع زمین است. در قطبها از آنجایی که شعاع دوران صفر است بنابراین: 0 = a_R است، پس داریم:

g = GM_e/R_e²

که همان نتیجه قبلی است.

میدان گرانش

یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. اگر بخواهیم می‌توانیم این موضوع را بصورت تأثیر کنش مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم. این دیدگاه را کنش از راه دور می‌نامند. یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه باهم تماس داشته باشند روی هم اثر می‌گذارند. دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است، که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر می‌دهد که در آن میدان گرانشی ایجاد می‌کند. این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد می‌کند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار ، میدان نقش واسطه ایفا می‌کند.
در مثال جرم زمین ، اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم، نیرویی بر آن وارد می‌شود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است ، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg. بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین می‌توان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست می‌آورد و آنرا شدت میدان گرانش در آن نقطه می‌نامند. چون g = F/m شدت میدان گرانش در هر نقطه را می‌توان بصورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم.

وزن و جرم

وزن جسمی روی زمین 10 اسحاق نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم، چند اسحاق نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟

1.      یک؟

2.      ده؟

3.      صفر؟

4.      در فضا نمی‌توان به جسمی شتاب داد!
وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبه‌ای که زمین به آن وارد می‌کند. وزن چون از نوع نیروست ، کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی ، یعنی به طرف مرکز زمین است . بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی اسحاق نیوتن بیان می‌شود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه در خلا سقوط می‌کند، شتاب آن برابر شتاب گرانش «g» و نیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از قانون دوم نیوتن (F = ma) ، برای جسمی که آزادانه سقوط می‌کند استفاده کنیم خواهیم داشت: w = mg. که w و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است. برای اینکه از سقوط جسمی جلو گیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم ، به گونه‌ای که برآیند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین می‌کند.
گفتیم وزن هر جسم ، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد می‌کند، یک کمیت برداری است، جرم جسم یک کمیت نرده ای است. رابطه میان وزن وجرم بصورت w = mg است.چون g از یک نقطه زمین به نقطه دیگر آن تغییر می‌کند، w یعنی وزن جسمی به جرم m در مکانهای مختلف متفاوت است. بنابراین یک کیلو گرم جرم در محلی که g برابر 9.8 متر بر مجذور ثانیه است، 9.8 اسحاق نیوتن ( 9.8 = 9.8×1= w )و درمحلی که g برابر 9.78 متر بر مجذور ثانیه است، 9.78 اسحاق نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیرو سنجها) ، مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار ، مقادیر یکسانی را نشان می‌دهند (زیرا نیرو سنج وزن را نشان می‌دهد، ولی ترازوی شاهین دار جرم را).
در نواحی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد می‌شود) وجود ندارد، وزن یک جسم صفر است. در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر می‌ماند. در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار ساده‌ای است (w = 0 )، ولی اگر فضا نورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد می‌شود (زیرا m مخالف صفر است). برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین ، زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین ، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است، زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست.

ماهواره

اطلاعاتی در مورد سیستم ماهواره ای و دامنه فرکانسی

دستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ها در باند مایکروویو عمل می‌کنند. در واقع ماهواره

صرفا ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی

بازپخش می‌شود.

این مدار تقریبا دایره شکل در ارتفاع 36800کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در
این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله

سلول‌های خورشیدی از خورشید می‌گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شی

قرار گرفته در مدار را دقیقا بی اثر می‌سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره‌ها با

حرکت دورانی زمین کاملا همزمان و برابر است و باعث می‌شود ماهواره نسبت به

نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.

ایستگاه زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس 6گیگاهرتز ارسال می‌کند. این

فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می‌شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته

و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر 4 گیگا

هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می‌دهد. در واقع

ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می‌کند. آنتن ماهواره

ترانسپوندر نام دارد.

از مدار همزمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است. و هر

ماهواره می‌تواند تقریبا 40% از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره‌ها را طوری

می‌شود طراحی کرد که علائم پیام رسانی ضعیف‌تر به تمام این ناحیه فرستاده

شود و یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان

وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر

واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به طور مثال وقتی برنامه‌ای

تلویزیونی در تمام شهرها و دهکده‌های یک یا چند کشور پخش شود در این حالت

ماهواره ماهواره پخش برنامه است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح

گسترده‌ای از زمین انتشار یابد ایستگاههای زمینی باید آنتن‌های بسیار بزرگ و

پیچیده‌ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین

متمرکز می‌شوند و به حد کافی قوی هستند می‌توان از ایستگاههای زمینی

کوچکتر ساده‌تر و ارزانتر استفاده کرد. از آنجایی که ماهواره‌ها برای جلوگیری

از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند لذا شماره مکان‌های مداری در مدار

همزمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این

رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از

فرکانس‌ها برای انواع روز افزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره‌ای بوسیله

شمار روزافزونی از کشورها بی نهایت دشوار شده است. از سویی استفاده از

ماهواره‌ها در کشورهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز

دقیق‌تر نه تنها از نظر به کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار

همزمان با زمین نیاز می‌باشد. برخی از ماهواره‌ها نیز در مدار ناهمزمان با چرخش

زمین non- geosynchronous قرار داده می‌شوند.در ماهواره‌های نا همزمان با مدار

زمین ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت

سر می‌گذارد و از تیررس خارج می‌شود در نتیجه برای اینکه ارسال همواره ادامه

یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه

ارتباطی بسیار پیچیده و گران است. لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره‌ها

بیشتر جذب ماهواره همزمان با زمین می‌شود.

================================================== ============

دامنه یا باند فرکانسی ماهواره ها :

ماهواره های امروزی صرفا از Ku باند یا C band استفاده نمی کنند بلکه دامنه های

(باند) دیگری نیز وجود دارند خیلی از این دامنه فرکانسها ( باندها) برای برنامه های

تلوزیونی و رادیویی نیستند و استفاده های خاص دیگری دارند به عنوان مثال برای

اهداف نظامی برای ماهواره های نظامی و یا امواج ارسالی برای اهداف تجاری و یا

دامنه فرکانس مورد استفاده در ماهواره های هواشناسی تمامی ماهواره ها از دو

پهنای امواج استفاده میکنند. یکی برای ارسال امواج از زمین به ماهواره (uplink )

بوده ودیگری برای ارسال امواج از ماهواره به زمین (downlink)
در زیر انواع باند ها با موارد استفاده آورده شده:
L – band : دامنه فرکانس از 1530-1650 مگاهرتز : ماهواره ای هواشناسی و

ماهواره های کنترل کننده ترافیک هوایی و دریایی مثل Inmarsat
S – band :دامنه فرکانس از 2535-2655 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به زمین

توسط ماهواره های مخابراتی به عنوان مثال عرب ست واینتل ست
C – band: دامنه فرکانس از 3700-4200 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به زمین

در ماهواره های مخابراتی . اغلب ماهواره های آمریکا –آفریقا و آسیا
C – band : دامنه فرکانس از 4500-4800 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به زمین

در ماهواره های نظامی
C – band : دامنه فرکانس از 5900-7000 مگاهرتز: ارسال امواج از زمین به ماهواره

در ماهواره های مخابراتی و نظامی
X – band: دامنه فرکانس از 7200-7750 مگاهرتز: ماهواره های نظامی ( ناتو)

X – band: دامنه فرکانس از 7900-8400 مگاهرتز: ارسال امواج از زمین به ماهواره

در ماهواره های نظامی

: Ku - band 1 دامنه فرکانس از10700 -11750 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به

زمین در اغلب ماهواره هایی که به سیستم آنالوگ برنامه پخش میکنند
Ku - band 2 : دامنه فرکانس از11750 -12500 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به

زمین در ماهواره هایی که برنامه های زنده پخش میکنند
Ku - band 3 : دامنه فرکانس از12500 -12750 مگاهرتز: ارسال امواج از ماهواره به

زمین در ماهواره هایی که برنامه های دیجیتال پخش میکنند (اولین بار توسط

فرانسه مورد استفاده قرار گرفت )
Ku – band : دامنه فرکانس از12750 -13250 مگاهرتز: ارسال امواج از زمین به

ماهواره های تلوزیونی مخابراتی
Ku – band : دامنه فرکانس از14000 -14800 مگاهرتز: ارسال امواج از زمین به

ماهواره های تلوزیونی مخابراتی
Ku – band : دامنه فرکانس از17300 -18100 مگاهرتز: ارسال امواج از زمین به

ماهواره های تلوزیونی مخابراتی
Ka – band : دامنه فرکانس از18300 -21200 مگاهرتز: بندرت استفاده میگردد

ماهواره های کوپرنیکوس فقط با یک ترانسپوندر از این دامنه استفاده میکند. این باند

فقط برای آزمایشات مورد استفاده قرار میگیرد در آینده استفاده بیشتری از این

طول موج خواهد شد زیرا کل طول موج های ku بطور کامل استفاده خواهند شد

K – band : دامنه فرکانس از27500 -31000 مگاهرتز: برای ارسال امواج از زمین به

ماهواره در آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

+ نوشته شده در  سه شنبه پانزدهم مرداد 1387ساعت 21:25  توسط easy  |  نظر بدهید

---

ماهواره و تاریخچه آن

ماهواره ی مصنوعی شی ایست که توسط انسان ساخته شده و به طور مداوم در

حال حرکت در مداری حول زمین یا اجرام دیگری در فضا می باشد. بیشتر ماهواره

های ساخته شده تاکنون حول کره زمین در حرکتند و در مواردی چون مطالعه

کائنات، ایستگاه های هوا شناسی، انتقال تماس های تلفنی از فراز اقیانوس ها،

ردیابی و تعیین مسیر کشتی ها و هواپیماها و همینطور امور نظامی به کار

می روند.

ماهواره هایی نیز وجود دارند که دور ماه، خورشید، اجزام نزدیک به زمین و سیاراتی

نظیر زهره، مریخ و مشتری در حال گردش می باشند. این ماهواره ها اغلب
اطلاعات مربوط به جرم آسمانی که حول آن در گردشند را جمع آوری می کنند.

به جز ماهواره های مصنوعی مذکور اشیای در حال گردش دیگری نیز در فضا وجود

دارند از جمله فضا پیما ها، کپسول های فضایی و ایستگاه های فضایی که به آنها

نیز ماهواره می گوییم. البته اجرام دیگری نیز در فضا وجود دارند به نام زباله های

فضایی شامل بالابرنده های مستهلک راکت ها، تانک های خالی سوخت و … که به

زمین سقوط نکرده اند و در فضا در حرکتند. در این مقاله به این اجرام نمی پردازیم.

اتحادیه جماهیر شوروی پرتاب کننده اولین ماهواره مصنوعی، اسپاتنیک ۱، در سال
۱۹۵۷ بود. از آن زمان ایالات متحده و حدود ۴۰ کشور دیگر سازنده و پرتاب کننده

ماهواره به فضا بوده اند.

امروزه قریب به ۳۰۰۰ ماهواره فعال و ۶۰۰۰ زباله فضایی در حال گردش به دور

زمینند.
انواع مدارها:

مدارهای ماهواره ها اشکال گوناگونی دارند. برخی دایره شکل و برخی به شکل

بیضی می باشند. مدارها از لحاظ ارتفاع (فاصله از جرمی که ماهواره حول آن در

گردش است) نیز با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال بعضی از ماهواره در مداری دایره

شکل حول زمین خارج از اتمسفر در ارتفاع ۲۵۰ کیلومتر(۱۵۵ مایل) در حرکتند و

برخی در مداری حرکت می کنند که بیش از ۳۲۲۰۰ کیلومتر (۲۰۰۰۰ مایل) از زمین

فاصله دارد. ارتفاع بیشتر مدار برابر است با دوره گردش ( مدت زمانیکه ماهواره یک

دور کامل در مدار خود حرکت می کند) طولانی تر.

یک ماهواره زمانی در مدار خود باقی می ماند که بین شتاب ماهواره ( سرعتی که

ماهواره می تواند در طی یک مسیر مستقیم داشته باشد ) و نیروی گرانش ناشی

از جرم آسمانی که ماهواره تحت تاثیر آن می باشد و دور آن در گردش است تعادل

وجود داشته باشد. چنانچه شتاب ماهواره ای بیشتر از گرانش زمین باشد ماهواره

در یک مسیر مستقیم از زمین دور می شود و چنانچه این شتاب کمتر باشد ماهواره

به سمت زمین برخواهد گشت.

برای درک بهتر تعادل بین گرانش و شتاب، جسم کوچکی را در نظر بگیرید که به

انتهای یک رشته طناب متصل و در حال چرخش است. اگر طناب پاره شود جسم

متصل به آن در یک مسیر صاف به زمین می افتد. طناب در واقع کار گرانش را انجام

می دهد تا شی بتواند به چرخش خود ادامه دهد. ضمنا وزن شی و طناب میتوانند

نشانگر رابطه بین ارتفاع ماهواره و دوره گردش آن باشد. طناب بلند مانند ارتفاع بلند

است. هر چه طناب بلندتر باشد زمان بیشتری نیاز است تا شی متصل به آن یک دور

کامل بچرخد. طناب کوتاه مانند ارتفاع کوتاه است و در زمان کمتری شی مذکور یک

دور کامل در مدار خود گردش خواهد کرد.

انواع گوناگونی از مدارها وجود دارند اما اغلب ماهواره هایی که حول زمین در

گردشند در یکی از این چهار گونه مدار حرکت میکنند. (۱) ارتفاع بلند، ﮋئوسینکرنوس.

(۲) ارتفاع متوسط. (۳) سان سینکرنوس، قطبی. (۴) ارتفاع کوتاه . شکل اغلب این

گونه مدارها دایره ایست.

مدارهای ارتفاع بلند، ﮋئوسینکرنوس بر فراز استوا و در ارتفاع ۳۵۹۰۰ کیلومتر(۲۲۳۰۰

مایل) قرار دارند. ماهواره های اینگونه مدارها حول محور عمودی زمین با سرعت و

جهت برابر حرکت زمین حرکت می کنند. بنابراین هنگام رصد آنها از روی زمین

همواره در نقطه ای ثابت به نظر می رسند. برای پرتاب و ارسال این ماهواره ها

انرﮋی بسیار فراوانی لازم است.

ارتفاع یک مدار متوسط حدود ۲۰۰۰۰ کیلومتر (۱۲۴۰۰ مایل) و دوره گردش ماهواره

های آن ۱۲ ساعت است . مدار خارج از اتمسفر زمین و کاملا پایدار است. امواج

رادیویی که از ماهواره های موجود در این مدارها ارسال می گردد در مناطق

بسیارزیادی از زمین قابل دریافت است. پایداری و وسعت مناطق تحت پوشش این

گونه مدارها آنها را برای ماهواره های ردیاب مناسب می نماید.

مدارهای سان سینکرنوس، قطبی، ارتفاع نسبتا کوتاهی دارند. آنها تقریبا از فراز هر

دو قطب زمین عبور می کنند.مکان این مدارها متناسب با حرکت زمین به دور

خورشید در حرکت است به گونه ایکه ماهواره ی این مدار خمواره در یک ساعت

محلی ثابت از استوا عبور می کند. از آنجاییکه این ماهواره ها از همه عرض های

جغرافی زمین می گذرند قادرند که اطلاعات را از تمامی سطح زمین دریافت نمایند.

در اینجا می توان ماهواره TERRA را به عنوان مثال نام برد. وظیفه این ماهواره

مطالعه اثرات چرخه ها ی طبیعی و فعالیت های انسان بر روی آب و هوای کره

زمین است. ارتفاع مدار این ماهواره ۷۰۵ کیلومتر (۴۳۸ مایل) و دوره گردش آن ۹۹

دقیقه است. زمانیکه این ماهواره از استوا عبور می کند ساعت محلی همیشه
۱۰:۳۰ صبح و یا ۱۰:۳۰ شب است.

یک مدار ارتفاع کوتاه درست بر فراز جو زمین قرار دارد جاییکه تقریبا هوایی برای

ایجاد تماس و اصطکاک وجود ندارد. برای ارسال ماهواره به این نوع مدارها انرﮋی

کمتری نسبت به سه نوع مدار مذکور دیگر لازم است. ماهواره ها ی مطالعاتی که

مسئول دریافت اطلاعات از اعماق فضا می باشند غالبا در این مدارها در حرکتند.

برای مثال تلسکوپ هابل که در ارتفاع ۶۱۰ کیلومتر(۳۸۰ مایل) با دوره گردش ۹۷

دقیقه در حرکت است.

انواع ماهواره ها :

ماهواره های مصنوعی بر اساس ماموریت هایشان طبقه بندی می شوند. شش نوع

اصلی ماهواره وجود دارند. (۱) تحقیقات علمی، (۲) هواشناسی، (۳) ارتباطی، (۴)

ردیاب، (۵) مشاهده زمین، (۶) تاسیسات نظامی.

ماهواره های تحقیقات علمی اطلاعات را به منظور بررسی های کارشناسی جمع

آوری می کنند. این ماهواره ها اغلب به منظور انجام یکی از سه ماموریت زیر

طراحی و ساخته می شوند. (۱) جمع آوری اطلاعات مربوط به ساختار، ترکیب و

تاثیرات فضای اطراف کره زمین. (۲) ثبت تغییرات در سطح و جو کره زمین. این

ماهواره ها اغلب در مدارهای قطبی در حرکتند. (۳) مشاهده سیارات، ستاره ها و

اجرام آسمانی در فواصل بسیار دور. بیشتر این ماهواره ها در ارتفاع کوتاه در

حرکتند. ماهواره های مخصوص تحقیقات علمی حول سیارات دیگر، ماه و خورشید

نیز حضور دارند.

ماهواره های هواشناسی به دانشمندان برای مطالعه بر روی نقشه های

هواشناسی و پیش بینی وضعیت آب و هوا کمک می کنند. این ماهواره ها قادر به

مشاهده وضعیت اتمسفر مناطق گسترده ای از زمین می باشند.

بعضی از ماهواره های هواشناسی در مدارهای سان سینکرنوس، قطبی، در

حرکتند که توانایی مشاهده بسیار دقیق تغییرات در کل سطح کره زمین را دارند. آنها

می توانند مشخصات ابرها، دما، فشار هوا، بارندگی و ترکیبات شیمیایی اتمسفر را

اندازه گیری نمایند. از آنجا که این ماهواره ها همواره هر نقطه از زمین را در یک

ساعت مشخص محلی مشاهده می کنند دانشمندان با اطلاعات به دست آمده قادر

به مقایسه دقیق تر آب و هوای مناطق مختلفند. ضمنا شبکه جهانی ماهواره های

هواشناسی که در این مدارها در حرکتند می توانند نقش یک سیستم جستجو و نجا

ت را بر عهده گیرند. آنها تجهیزات مربوط به شناسایی سیگنال های اعلام خطر در

همه هواپیما ها و کشتی های خصوصی و غیر خصوصی را دارا هستند.

بقیه ماهواره های هواشناسی در ارتفاع های بلند تر در مدارهای ژئوسینکرنوس

قرار دارند. از این مدارها، آنها می توانند تقریبا نصف کره زمین و تغییرات آب و هوایی

آن را در هر زمان مشاهده کنند. تصاویر این ماهواره ها مسیر حرکت ابرها و تغییرات

آنها را نشان می دهد. آنها همینطور تصاویر مادون قرمز نیز تهیه می کنند که گرمای

زمین و ابرها را نشان می دهد.

ماهواره های ارتباطی در واقع ایستگاه های تقویت کننده سیگنال ها هستند، از

نقطه ای امواج را دریافت و به نقطه ای دیگر ارسال می کنند. یک ماهواره ارتباطی

می تواند در آن واحد هزاران تماس تلفنی و جندین برنامه شبکه تلوزیونی را تحت

پوشش قرار دهد. این ماهواره ها اغلب در ارتفاع های بلند، مدار ﮋئوسینکرنوس و بر
فراز یک ایستگاه در زمین قرار داده می شوند.

یک ایستگاه در زمین مجهز به آنتنی بسیار بزرگ برای دریافت و ارسال سیگنال ها

می باشد. گاهی چندین ماهواره که دریک شبکه و درمدارهای کوتاهترقرار گرفته

اند، امواج را دریافت و با انتقال دادن سیگنال ها به یکدیگر آنها را به کاربران روی

زمین در اقصی نقاط آن می رسانند. سازمانهای تجاری مانند تلوزیون ها و شرکت

های مخابراتی در کشورهای مختلف از کاربران دائمی این نوع ماهواره ها هستند.

به کمک ماهواره های ردیاب، کلیه هواپیماها، کشتی ها و خودروها بر روی زمین

قادربه مکان یابی با دقت بسیار زیاد خواهند بود. علاوه بر خودروها و وسایل نقلیه

اشخاص عادی نیز میتوانند از شبکه ماهواره های ردیاب بهره مند شوند.در واقع

سیگنال های این شبکه ها در هر نقطه ای از زمین قابل دریافتند.

دستگاه های دریافت کننده، سیگنال ها را حداقل از سه ماهواره فرستنده دریافت و

پس از محاسبه کلیه سیگنال ها، مکان دقیق را نشان می دهند.

ماهواره های مخصوص مشاهده زمین به منظور تهیه نقشه و بررسی کلیه منابع

سیاره زمین و تغییرات ماهیتی چرخه های حیاتی در آن، طراحی و ساخته می

شوند. آنها در مدارهای سان سینکرنوس قطبی در حرکتند. این ماهواره ها دائما در

شرایط تحت تابش نور خورشید مشغول عکس برداری از زمین با نور مرئی و

پرتوهای نا مرئی هستند.

رایانه ها در زمین اطلاعات به دست آمده را بررسی و مطالعه می کنند. دانشمندان

به کمک این ماهواره معادن و مراکز منابع در زمین را مکان یابی وظرفیت آنها را

مشخص می کنند.همینطور می توانند به مطالعه بر روی منابع آبهای آزاد و یا مراکز

ایجاد آلودگی و تاثیرات آنها و یا آسیب های جنگل ها و مراتع بپردازند.

ماهواره های تاسیسات نظامی مشتمل از ماهواره های هواشناسی، ارتباطی،

ردیاب و مشاهده زمین می باشند که برای مقاصد نظامی به کار می روند.برخی از

این ماهواره ها که به ماهواره های جاسوسی نیز شهرت دارند قادر به تشخیص

دقیق پرتاب موشکها، حرکت کشتی ها در مسیر های دریایی و جابجایی تجهیزات

نظامی در روی زمین می باشند.
زندگی و مرگ ماهواره ها

ساخت یک ماهواره:

هر ماهواره حامل تجهیزاتیست که برای انجام ماموریت خود به آن ها نیاز دارد. برای

مثال ماهواره ای که مامور مطالعه کائنات است مجهز به تلسکوپ و ماهواره مامور

پیش بینی وضع هوا مجهز به دوربین مخصوص برای ثبت حرکات ابرها است.

علاوه بر تجهیزات تخصصی، همه ماهواره ها دارای سیستمهای اصلی برای کنترل

تجهیزات خود و عملکرد ماهواره می باشند. از جمله سیستم تامین انرﮋی، مخازن،

سیستم تقسیم برق و … . در هر یک از این بخشها ممکن است از سلول های

خورشیدی برای جذب انرﮋی مورد نیاز استفاده شود. بخش داده ها و اطلاعات نیز

مجهز به رایانه هایی به منظور جمع آوری و پردازش اطلاعات به دست آمده از

طریق تجهیزات و اجرای فرامین ارسال شده از زمین می باشد.

هریک از تجهیزات جانبی و بخشهای اصلی یک ماهواره به طور جداگانه طراحی،

ساخته و آزمایش می شوند. متخصصان بخشهای مختلف را کنارهم گذاشته و

متصل می کنند تا زمانیکه ماهواره کامل شود و سپس ماهواره در شرایطی نظیر

شرایطی که هنگام ارسال از سطح زمین و هنگام استقرار در مدار خود خواهد

داشت آزمایش می شود. اگر ماهواره همه آزمایش ها را به خوبی گذراند آماده

پرتاب می شود.

پرتاب ماهواره:

برخی ماهواره ها توسط شاتل ها در فضا حمل می شوند ولی اغلب ماهواره ها

توسط راکت هایی به فضا فرستاده می شوند که پس از اتمام سوختشان به درون

اقیانوسها می افنتد.بیشتر ماهواره ها در ابتدا با حداقل تنظیمات در مسیر مدار خود

قرار داده می شوند. تنظیمات کامل را راکت هایی انجام می دهند که داخل ماهواره

کار گذاشته می شوند. زمانیکه ماهواره در یک مسیر پایدار در مدار خودقرار گرفت

می تواند مدت های درازی در همان مدار بدون نیاز به تنظیمات مجدد باقی بماند.

انجام ماموریت:

کنترل بیشتر ماهواره ها در مرکزی بر روی زمین است. رایانه ها و افراد متخصص در

مرکز کنترل وضعیت ماهواره را تحت نظر دارند. آنها دستورالعمل ها را به ماهواره

ارسال می کنند و اطلاعات جمع آوری شده توسط ماهواره را دریافت می نمایند.

مرکز کنترل از طریق امواج رادیویی با ماهواره در ارتباط است. ایستگاه ها یی بر

روی زمین این امواج را از ماهواره دریافت و یا به آن ارسال می کنند.

ماهواره ها معمولا به طور دائم از مرکز کنترل دستورالعمل دریافت نمی کنند. آنها در

واقع مثل روباتهای چرخان هستند.روباتی که سلول های خورشیدی خود را برای

دریافت انرﮋی کافی تنظیم و کنترل می کند و آنتن های خود را برای دریافت

دستورات خاص از زمین آماده نگه می دارد. تجهیزات ماهواره به صورت مستقل و

اتوماتیک وظایف خود را انجام می دهند و اطلاعات را جمع آوری می کنند.

ماهواره ها ی موجود در ارتفاع عای بلند مدار ﮋئوسینکرنوس در ارتباط همیشگی و

دائم با زمین می باشند. ایستگاه ها ی زمین می تواند دوازده بار در روز با ماهواره

های موجود در ارتفاع کوتاه ارتباط برقرار نمایند. در طول هر تماس ماهواره اطلاعات

خود را ارسال و دستورالعمل ها را زا ایستگاه دریافت می کند. تبادل اطلاعات تا

زمانیکه ماهواره از فراز ایستگاه عبور می کند می تواند ادامه داشته باشد که

معمولا زمانی حدود ۱۰ دقیقه است.
چنانچه قسمتی از ماهواره دچار نقص فنی شود اما ماهواره قادر به ادامه ماموریت

های خود باشد، معمولا همچنان به کار خود ادامه می دهد. در چنین شرایطی مرکز

کنترل روی زمین بخش آسیب دیده را تعمیر و یا مجددا برنامه نویسی می کند. در

موارد نادری نیزعملیات تعمیرماهواره را شاتل ها در فضا انجام می دهند. و اما

چنانچه آسیب های وارد آمده به ماهواره به اندازه ای باشد که ماهواره دیگر قادر به

انجام ماموریت های خود نباشد مرکز کنترل فرمان توقف ماهواره را صادر می کند.

سقوط از مدار:

یک ماهواره در مدار خود باقی می ماند تا زمانیکه شتاب آن کم شود و در چنین

حالتی نیروی گرانش ماهواره را به سمت پایین و به سمت اتمسفر می کشاند.

سرعت ماهواره هنگام برخورد با مولکول های خارجی ترین لایه اتمسفر کم می

شود. هنگامی که نیروی گرانش ماهواره را به سمت لایه های داخلی اتمسفر می

کشاند هوایی که در جلوی ماهواره قرار می گیرد سریعا به قدری فشرده و داغ می

شود که در این هنگام بخشی و یا تمامی ماهواره می سوزد.

تاریخچه:
در سال ۱۹۵۵ شوروی تحقیقات خود را برای پرتاب ماهواره مصنوعی به فضا آغاز

کرد. در تاریخ چهارم اکتبر ۱۹۵۷ این اتحادیه ماهواره اسپاتنیک ۱ را به عنوان اولین

ماهواره مصنوعی به فضا ارسال نمود. این ماهواره در هر ۹۶ دقیقه یک دور کامل به

دور زمین می چرخید و اطلاعات به دست آورده خود را به شکل سیگنال های

رادیویی قابل دریافت به زمین ارسال می کرد. در تاریخ ۳ نوامبر ۱۹۵۷ اتحادیه

جماهیر شوروی دومین ماهواره مصنوعی یعنی اسپاتنیک ۲ را به فضا فرستاد. این

ماهواره حامل اولین حیوانی بود که به فضا سفر کرد. سگی به نام لایکا. پس از آن

ایالات متحده ماهواره کاوشگر۱ را در تاریخ ۳۱ ﮋانویه ۱۹۵۸ و ونگارد ۱ را در تاریخ ۱۷

مارس همان سال به فضا فرستاد.

نخستین ماهواره ارتباطی اکو۱ در ماه اگست سال ۱۹۶۰ از ایالات متحده به فضا

فرستاده شد. این ماهواره امواج رادیویی به زمین می فرستاد. در آپریل ۱۹۶۰ نیز

اولین ماهواره هواشناسی تیروس ۱ که تصاویر ابرها را به زمین ارسال می کرد

فرستاده شد.

نیروی دریایی آمریکا سازنده اولین ماهواره ردیاب، ترانزیت ۱ب درآپریل سال ۱۹۶۰

بود. به این ترتیب تا سال ۱۹۶۵ در هر سال بیش از ۱۰۰ ماهواره به مدارهایی در فضا

فرستاده شدند.

از سال ۱۹۷۰ دانشمندان به کمک رایانه و نانو تکنولوﮋی موفق به اختراع سازه ها

تجهیزات پیشرفته تری برای ماهواره شده اند. به علاوه کشور های دیگر همینطور

سازمانهای تجاری مبادرت به خریداری و ارسال ماهواره نموده اند. در سالهای اخیر

بیشتر از ۴۰ کشور ماهواره در اختیار دارند و نزدیک به ۳۰۰۰ ماهواره در مدارها به

انجام ماموریت های خود می پردازند.