ماهواره‌های کوچک چه کاربردهایی دارند؟

به گزارش علم و فناوری آنا از مرکز روابط عمومی و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، اولین ماهواره تصویربرداری، حدود ۵۰ سال پیش به فضا پرتاب شد. امروزه تعداد محدودی ماهواره به تصویربرداری از زمین مشغول هستند.

با توجه به این که هزینه پرتاب ماهواره‌ها به فضا بسیار بالا (در حد چند صد میلیون دلار برای هر پرتاب) است، تاکنون ماهواره‌ها به ندرت به فضا پرتاب می‌شدند و شرکت‌ها سعی می‌کردند تا حد امکان قابلیت‌های بیشتری را در یک ماهواره تعبیه کنند که خود این موضوع باعث بزرگ‌تر و گران‌تر شدن ماهواره‌ها می‌شد. در حال حاضر هر یک از این ماهواره‌ها چندین تن وزن دارند و قیمت تمام شده ساخت آنها حدود یک میلیارد دلار است.

ابعاد و قیمت فضاپیماها به کاربرد آنها بستگی دارد. بعضی فضاپیماها در کف دست جا می‌شوند و برخی مانند تلسکوپ فضایی هابل به بزرگی یک اتوبوس هستند. ماهواره‌های کوچک، دسته‌ای از فضاپیماها هستند که در ابعاد تقریبی یک یخچال آشپزخانه و کمتر از ۵۰۰ کیلوگرم جرم دارند. این ماهواره‌ها طی سال‌های اخیر اهمیت روز افزونی یافته‌اند که البته دلایل موجهی نیز برای این امر وجود دارد: به دلیل کوچک بودن، هزینه طراحی آنها پایین‌تر است و با استاندارد شدن قطعات ماهواره‌ها تولید انبوه آنها آسان‌تر و ارزان‌تر است.

علاوه بر این، به دلیل داشتن وزن کم، هزینه پرتاب آنها نیز کم‌تر است. در عین حال، این ماهواره‌ها توانایی پوشش‌دهی به مناطق وسیع‌تری را دارند و در بعضی کاربردها، مانند جمع‌آوری اطلاعات علمی یا رله سیگنال، موثرتر از ماهواره‌های عادی عمل می‌کنند.

از جمله ماموریت‌های اختصاصی که برای ماهواره‌های کوچک تعریف می‌شود، می‌توان به جمع‌آوری داده به طور همزمان از چند نقطه توسط مجموعه‌ای از ماهواره‌های کوچک، بررسی ماهواره‌های بزرگ‌تر در مدار و تحقیقات دانشگاهی اشاره کرد.

چندین ماهواره‌ کوچک را می‌توان به طور همزمان به فضا پرتاب کرد و یا به عنوان محموله دوم در کنار محموله اصلی یک موشک قرار داد تا به همراه آن سفر فضایی خود را آغاز کند. البته امروزه با پیچیده‌تر شدن ماهواره‌های کوچک و نیاز آنها به مدار و زمان پرتاب ویژه، شرکت‌های مختلفی مانند: «Virgin Orbit»، «Rocket La» و «PLD Spaceکیو» برای پرتاب اختصاصی ماهواره‌های کوچک برنامه‌ریزی می‌کنند. هم‌اکنون امکان خرید ماهواره‌های کوچکِ آماده، و پرتاب آنها به فضا با قیمتی بین ۱۲ تا ۱۸ هزار دلار وجود دارد.

تاخیر زمانی در انتقال اطلاعات با ماهواره‌های بزرگ

در گذشته ماهواره‌های مخابراتی بزرگ در مدار GEO ،در فاصله ۳۶ هزار کیلومتری از زمین، قرار می‌گرفتند و با استفاده از سه ماهواره تمام نقاط کره زمین پوشش داده می‌شد. ولی به دلیل فاصله زیاد از زمین، انتقال اطلاعات با تاخیر زمانی ،Latency، روبرو بود.

امروزه ماهواره‌های مخابراتی در حال گذار به منظومه‌های ارتفاع پایین LEO ،در فاصله کمتر از دو هزار کیلومتری از زمین، هستند. البته در این ارتفاع تعداد ماهواره‌های بیشتری برای پوشش کامل زمین لازم خواهد بود و به همین دلیل این کار توسط مجموعه‌ای از ماهواره‌های کوچک انجام می‌گیرد. ولی با این روش، سرعت انتقال اطلاعات در فواصل زیاد روی زمین، حتی از فیبرنوری هم بیشتر می‌شود.

هم اکنون به دلیل هزینه بالا، تعداد ماهواره‌های تصویربرداری موجود در فضا محدود است و در نتیجه تصاویر گرفته شده از زمین قدیمی هستند. تصاویر ماهواره‌ای از اکثر نقاط زمین تنها یک بار در سال تهیه می‌شود و در نقاط دیگر تصاویر هر چند ماه یکبار گرفته می‌شوند.

با به‌کارگیری ماهواره‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر، امکان تهیه عکس‌های بیشتر در فواصل زمانی کمتر مهیا می‌شود و تصویربرداری ماهواره‌ای بهنگام از زمین به شرکت‌های بین‌المللی امکان رصد دارایی‌هایشان را داده و تصاویر با کیفیتی را برای استفاده شرکت‌ها و دولت‌ها فراهم می‌کند.

کیوب‌ست

کیوب‌ست نوعی نانو ماهواره است که ابعاد استاندارد دارد. واحد استاندارد اندازه کیوب‌ست‌ها، 1U است که ۱۰x۱۰x۱۰ سانتی‌متر طراحی شده است. البته کیوب‌ست‌های بزرگتری در اندازه‌های 1.5، 2، 3، 6 و 12U هم وجود دارند.

کیوب‌ست اولین بار در سال ۱۹۹۹ توسط دانشگاه ایالتی پلی‌تکنیک کالیفرنیا و دانشگاه استنفورد به عنوان پلتفرمی برای آموزش و کاوش فضایی توسعه داده شد. امروزه توسعه کیوب‌ست به یک صنعت تبدیل شده است و دولت‌ها، صنایع و دانشگاه‌ها برای افزایش قابلیت‌های کیوب‌ست‌ها با یکدیگر همکاری می‌کنند. منظومه‌ای از کیوب‌ست‌ها یک پلتفرم ارزان‌قیمت برای تحقیقات علمی، اثبات فناوری‌های جدید و ماموریت‌های پیشرفته فراهم می‌آورد.

سرمایه‌گذاری

بین سال‌های ۲۰۰۰ و ۲۰۰۵ کم‌تر از ۱۵ ماهواره کوچک به فضا پرتاب شدند، در سال ۲۰۱۳ این تعداد به ۹۲ ماهواره رسید و پیش‌بینی می‌شود بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۹ بیش از ۵۰۰ ماهواره کوچک به مدار فرستاده شوند.

با اینکه سرمایه اولیه مورد نیاز برای فعالیت در حوزه فضایی بالاست ولی امکان رشد اقتصادی در این حوزه، بسیار بیشتر از تجارت‌های دیگر است. در کنار این موارد، پتانسیل عظیم موجود در اینترنت فضایی و تصویربرداری به هنگام (Real-Time) از زمین، توجه سرمایه‌گذاران را به تجارت فضایی جلب کرده است.

چالش‌ها

ماهواره‌های کوچک برای پیشرانش، کنترل وضعیت، ارتباطات و پردازش نیازمند سیستم‌های بروز هستند. به عنوان مثال بر خلاف پیشران‌های پیچیده و حجیم مورد استفاده در ماهواره‌های بزرگ، ماهواره‌های کوچک نیازمند پیشران‌های ساده، کوچک و ارزان هستند. همچنین ماهواره‌های کوچک به دلیل در اختیار داشتن توان کم و ابعاد کوچک، برای برقراری ارتباط نیازمند استفاده از فناوری‌های به روز مینیاتوری هستند.

چالش اصلی که این صنعت را تهدید می‌کند، ظرفیت و قابلیت اطمینان پرتابگرهاست. پرتاب‌های ناموفق گذشته یادآور این مسئله هستند که فضا همچنان یک صنعت خطرپذیر است.