دانش فضایی

دانش فضایی

صفحه نخست . مقاله‌های علمی . مهندسی فضایی . مدارهای فضایی شناور یا مدارهای غیر کپلری

 

پنجشنبه, ۵ امرداد ۱۳۹۶

این مطلب تا کنون ۹۴۶۴ بار خوانده شده است

چهارشنبه، ۶ امرداد ۱۳۸۹

مدارهای فضایی شناور یا مدارهای غیر کپلری

 
مدارهای فضایی شناور یا مدارهای غیر کپلری

در سال ۱۹۸۴ روبرت ال فوروارد ایده جدیدی مبنی بر استفاده از مدارهای فضایی غیرپایدار ارائه نمود که نام‌های گوناگونی همچون مدارهای شناور، مدارهای غیر کپلری یا مدارهای جابجا شده بر خود دیده است. امروزه و پس از حدود ۲۵ سال فناوری‌های جدیدی پا به عرصه وجود نهاده‌اند که شرایط تبلور این ایده را کاملاً محیا می‌سازد.

 

این مطلب با پشتیبانی  شرکت گردشگری و طبیعت‌گردی آخشیگان، تولید و منتشر شده است.

 
. www.akhshigan.co.ir .
 
دکتر روبرت ال فوروارد

در سال ۱۹۸۴ یک فیزیکدان آمریکایی به نام رابرت ال فوروارد نظریه‌ای برای استفاده از مدارهای فضایی جدید ارائه نمود که نام‌های گوناگونی همچون مدارهای شناور، مدارهای غیر کپلری یا مدارهای جابجا شده بر خود دیده است. در آن زمان مجامع علمی دنیا استفاده از این مدار فضایی جدید را غیر ممکن ارزیابی نمودند.  اما اکنون و پس از ۲۵ سال، محاسبات مهندسان آزمایشگاه مفاهیم پیشرفته فضایی در دانشگاه استراث‌کلاید نشان می‌دهد که ایده فوروارد عملی است.

دکتر فوروارد که در سال ۲۰۰۲ از دنیا رفته است، معتقد بود که می‌توان با ترفندهایی صفحه مداری مشابه مدار زمین ثابت (ژئوسنکرون) در دو سمت شمال یا جنوب صفحه استوای سماوی به دست آورد. به این ترتیب قادر خواهیم بود به تقاضای روزافزون برای دست‌یابی به نقاط جدید مداری در این مدار منحصر به فرد پاسخ دهیم.

دکتر فوردارد معتقد بود که می‌توان ماهواره‌های مخابراتی را روی یک مدار دقیقا مشابه مدار زمین ثابت اما به موازات آن و به فاصله اندکی حدود ۵۰ تا ۱۰۰ کیلومتر در شمال یا جنوب صفحه استوایی قرار داد. اما از آنجا که چنین مداری غیر کپلری است و به عبارت دیگر از تعادل دینامیکی ناشی از نیروی گرانش تبعیت نمی‌کند، باید دائماً با صرف نیروی  اندکی آن را در وضعیت از پیش تعریف شده نگه داشت. پیشنهاد مشخص دکتر فوروارد در آن زمان استفاده از بادبانهای خورشیدی بود.

مدار غیر کپلری در مقایسه با مدار کپلری

طرح وی توسط مخالفان و به بهانه دینامیک غیر معمول مداری رد شد و مطالعه بیشتری روی آن صورت نپذیرفت. اما به تازگی یک دانشجوی پاکستانی دوره دکتری به نام شاهید بیگ به همراه استاد راهنمای خود، پروفسور کلین مک اینس این ایده پیشرو را مورد آنالیز قرار دادند و در کمال تعجب مشاهده نمودند که از نظر تئوری این ایده کاملاً امکان‌پذیر است. آنها نتیجه تحقیقات خود را در مقاله‌ای در ژورنال هدایت، کنترل و دینامیک منتشر کرده‌اند.

پروفسور مک اینس می‌گوید: "ماهواره‌ها معمولا در مدارهای کپلری به دور جرم مرکزی خود که می‌تواند زمین باشد می‌چرخند. این مدارها را به افتخار یوهانس کپلر، دانشمندی که حدود ۴۰۰ سال پیش به ما کمک کرد تا حرکت مداری را درک کنیم، مدارهای کپلری می‌نامند. ماهواره‌هایی که در چنین مدارهایی قرار دارند در حالت ایده‌آل و طبق تئوری به هیچ موتوری نیاز نداشته و پس از تزریق در مدار برای همیشه در مدار باقی مانده و به دور جرم مرکزی خود گردش می‌کنند. البته در عمل اغتشاشات ناچیز مداری باعث تغییر مدار حرکت ماهواره شده و باید هر از چند گاهی موتورهای آن روشن شده و تصحیحات لازم مداری صورت گیرد.

از قوانین مداری کپلر می‌دانیم که در حالت عمومی٬ هر جسم مدارگردی مانند ماهواره‌ها برای زمین یا زمین برای خورشید روی یک بیضی به دور مرکز جرم جسم مرکزی خود می‌چرخد. بنابراین در حوزه مدارهای کپلری ما قادر به تزریق ماهواره در مداری به دور قطب شمال نیستیم.

حرکت ماهواره در مدارهای کپلری را می‌توان به حرکت یک گوی در کف دره تشبیه کرد. اگر گوی را به سمت هر کدام از دامنه‌ها منحرف کنید٬ گوی مجدداً به کف دره باز خواهد گشت و برای نگه داشتن آن در پایین دره احتیاجی به صرف نیروی اضافه نیست. از این رو است که مدارهای کپلری را مدارهای متعادل دینامیکی نیز می‌نامند.

از سوی دیگر حرکت یک ماهواره روی مداری غیر کپلری مانند چرخاندن یک گوی بر لبه یک تیغ است. لحظه ای غفلت باعث می‌شود که گوی از دیواره فرو افتد. برای حفظ موقعیت چنین گویی باید دائماً و با صرف انرژی موقعیت و وضعیت آن را اصلاح نمایید.

پروفسور مک اینس می‌گوید: ماهواره‌هایی که روی مدار زمین ثابت غیر کپلری به دور زمین می‌چرخند مانند همنوع کپلری خود تقریباً هر ۲۴ ساعت یک بار زمین را دور می زنند اما مرکز چرخش این مدار روی مرکز جرم زمین قرار ندارد بلکه قدری شمال‌تر و یا جنوب‌تر از مرکز جرم زمین است. طبیعتاً چنین مداری پایدار نیست و اگر نیرویی برای نگهداشتن آن صرف نشود٬ ماهواره طوری تغییر مدار خواهد داد تا نهایتاً مرکز چرخش آن بر مرکز جرم زمین منطبق گردد. برای ثابت نگه داشتن مرکز چرخش ماهواره در جایی متفاوت از مرکز جرم جسم مرکزی باید نیرویی به صورت دائمی به ماهواره وارد شود.

مدار  ژئوسنکرون (زمین ثابت)

مدار زئوسنکرون یا مدار زمین ثابت، مداری است دایره‌ای شکل که در ارتفاع حدود ۳۶۰۰۰ هزار کیلومتری بر فراز خط استوای زمین قرار گرفته است.

ویژگی مداری با چنین ارتفاعی این است که سرعت ماهواره‌ای که در آن مدار به دور مرکز جرم زمین می‌چرخد با سرعت چرخش زمین به دور خود برابر است. بنابراین از دید ناظر زمینی اینطور به نظر می‌رسد که ماهواره در فضا و در جایی بالای خط استوا، ثابت ایستاده است.

نگاه از بالا به یک ماهواره زمین ثابت

بنابراین برای کاربردهای خانگی ماهواره‌های مخابراتی نظیر شبکه‌های تلویزیونی ماهواره‌ای  و یا سرویس‌دهنده‌های ماهواره‌ای اینترنت که بسیار سهل‌تر است تا آنتن بشقابی دریافت امواج به سمت خاصی از فضا ثابت شود، وجود این مدار یک فرصت استثنائی به حساب می‌آید. همین خصوصیت منحصر به فرد باعث شده است تا تقاضاهای فراوانی از صاحبان ماهواره‌های مخابراتی برای کسب نقاط مداری روی این حلقه  یگانه وجود داشته باشد.

ایران از سال‌ها قبل سه نقطه مداری روی مدار ژئوسنکرون (مدار زمین ثابت) و حدوداً بر فراز کشور رزرو کرده بود که مهلت پر کردن آنها با ماهواره‌های فعال رو به اتمام است.منبع

نیروی مورد نظر قطعاً نمی‌تواند توسط موتورهای شیمیایی و یا سایر موتورهایی که سوخت زیادی مصرف می‌کنند٬ تأمین گردد. اما فشار تابشی خورشید منبعی لایزال (حداقل در مقیاس‌ ما زمینی‌ها) است که می‌تواند ما را در رسیدن به آرزوی بزرگمان برای تزریق ماهواره در مدارهای غیر کپلری یاری کند.

اما زمانی که شب می‌شود (ماهواره در سایه زمین قرار می‌گیرد) و فشار تابشی خورشید حذف می‌گردد٬ ماهواره اندک اندک به سمت صفحه استوا منحرف می‌گردد. میزان انحراف حدود ۱۰ تا ۵۰ کیلومتر در هر شب است اما آن را نیز می‌توان با استفاده از موتورهای یونی یا دیگر انواع موتورهای الکتریکی که نیروی مورد نیاز خود را از باطریها تأمین می‌کنند٬ جبران نمود.

ایده متهورانه دیگری که دکتر فوروارد پیشنهاد کرده بود٬ مدارهایی همراستای مدار زمین به دور خورشید اما در بالای قطب شمال و یا پایین قطب جنوب است. این مدارها نیز همچون مدارهای زمین ثابت غیر کپلری٬ به دور مرکز جرم جسم مرکزی خود که در اینجا خورشید است نمی‌چرخند و در عوض با دریافت نیروی دائمی از بادبانهای خورشیدی تلاش خواهند کرد که برای همیشه تعادل خود را در لبه تیغ حفظ کنند. فوردارد این مدارها را مدارهای قطب نشین با مدارهای استاتیت (تلفیق دو کلمه استاتیک و ستلایت) قطبی نام‌گذاری کرده بود.

مدار استاتیت بالا قطبی

دسترسی عملی به این ایده ۲۵ ساله باعث رونق صنعت ماهواره‌های مخابراتی خواهد شد. در صورت توفیق جهت ارسال ماهواره روی مدارهای قطب‌نشین ساکنان عرض‌های جغرافیایی شمالی و جنوبی با شرایط بهتری قادر به دریافت سیگنالهای مخابراتی خواهند شد. همچنین دانشمندان می‌توانند به آرزوی دیرینه خود جهت مراقب ۲۴ ساعته از دو قطب زمین برسند.

. شهرام يزدان‌پناه، پژوهشگر و مدرس علوم و فناوری فضايی .

برای تهیه این مقاله از منابع زیر استفاده شده است:
       ... Scots Engineers Prove Space Pioneer's 25-year-old Theory
      
... 
Robert L. Forward

       ... Statite
       ... STATITES

دانش فضایی به شما خواندن مقاله‌های زیر را نیز توصیه می‌نماید:
       ... سلسله مقالات دانش فضایی درباره مکانیک مدارهای فضایی
       ... تکنولوژی فضایی
       ... نگاهی جدید به منشأ گرانش

مهندسی فضایی   شهرام یزدان‌پناه   مکانیک مدارهای فضایی   مدار ماهواره   مدار ژئوسنکرون   مدار زمین ثابت   مدار شناور   شرکت گردشگری و طبیعت‌گردی آخشیگان   

کلیدواژه‌ها:

ارسال به بالاترین  ارسال به دنباله  ارسال به فیس‌بوک  ارسال به دلیشز  ارسال به گوگل بوکمارک  ارسال به گوگل باز  ارسال به کلوب دات کام  


آخرین مطالب منتشر شده در دانش فضایی

چند مطلب تصادفی از دانش فضایی

::  داریوش سالاری  ::
با عرض سلام
لطفا توضیحی در مورد طرز قرار گرفتن انسانها در روی سیاره زمین به هنگام چرخش زمین واینکه چرا به هنگام چرخیدن آب اقیانوسها نمی ریزند وانسانها وکلیه موجودات سرنگون نمی شوند .لطفا توضیح قانع کننده بدهید با مثالهای اسان وقابل درک و اگر می خواهید بگویید بخاطر جاذبه زمین است خودم اینرا می دانم ولی درکش مشکل است. با تشکر داریوش سالاری

جواب همانی است که خودتان هم می دانید. جاذبه زمین باعث می شود که همه چیز در این سیاره به سمت مرکز کره کشیده شود.
تلاش خواهیم کرد تا مقاله مناسبی برایتان آماده کنیم

دانش فضایی:

نظر شما چیست؟                         
 
*  نام و نام خانوادگی
*  پست الکترونیک
(نمایش داده نخواهد شد)
آدرس وبگاه

دانش فضایی همواره آماده پاسخگویی به پرسش‌های شما درباره مقالات منتشر شده٬ است .

شما همچنین می‌توانید با استفاده از این فرم اطلاعات تکمیلی خود را درباره این مطلب با سایر خوانندگان دانش فضایی به اشتراک بگذارید.

 

صفحه نخست

رویدادهای فضایی

مقاله‌های علمی

مراكز فضایی دنیا

اینترنت و فضا

ارتباط با ما

درباره دانش فضایی

انوشه انصاری

ایران در فضا

رادیو دانش فضایی

تلویزیون دانش فضایی



آخرین مطلب:

 

RSS Feed

با عضو شدن در لیست علاقمندان دانش فضایی، اولین کسی باشید که مطالب این وب‌سایت را می‌خوانید٬ می‌بینید یا می‌شنوید:

::  عضو شوید  ::


دوست دانش فضایی شوید

فیدبرنر دانش فضایی دانش فضایی در توییتر دانش فضایی در فیس‌بوک دانش فضایی در فرندفا دانش فضایی در پیغامک 

تبلیغات
موسسه طبیعت آسمان شب٬ فروشنده انواع تلسکوپ و دوربین دوچشمی٬ میکروسکوپ٬ لوازم عکاسی٬ سه پایه و مقر٬٬ کتاب و پوستر و طراح و سازنده انواع رصدخانه و آسمان نما
خرید و فروش انواع تلسکوپ
 

 

معرفی یک کتاب فضایی
معاهدات و اصول فضای ماورای جو سازمان ملل متحد
معاهدات و اصول ماورای جو سازمان ملل متحد

 

دانشنامه فضایی٬ سازمان فضایی ایران
مجله نجوم
پارس اسکای

آویا٬ پایگاه اطلاع‌رسانی هوافضای ایران

نظر خود را درباره دانش فضایی به آلکسا بگویید

قطار وبگردی

ايروشاپ٬ اولين فروشگاه اينترنتي تخصصي مهندسي هوافضا

پرسش و پاسخ‌های کانوت

صفحه نخست   .  درباره دانش فضایی   .  نقشه سايت   .  تماس با دانش فضایی  انوشه انصاری٬ بانوی ایرانی در فضا

 برداشت از مطالب وب‌سايت   دانش فضایی  به شرط ذكر منبع و ايجاد لينك به صفحه مطلب مورد نظر،  آزاد است