توضیحات

جزوه طراحی سازه های فضایی پیشرفته ( طراحی ماهواره )

جزوات فنی مهندسی

مهندسی فضایی ( به انگلیسی: Space Engineering) به عنوان گرایش تحصیلات تکمیلی در مقطع کارشناسی و دکتری مهندسی هوافضا (Aerospace Engineering) در دنیا تعریف شده است. تمامی مباحث مربوط به طراحی ماموریت و ساخت وسیله ای که بتواند در خارج از جو زمین، به کند و کاو بپردازد، در مهندسی فضایی تعریف شده اند. از آنجا که یک فضاپیما یا ماهواره تجمیعی از محصولات در علوم مختلف است، بستر کار و فعالیت در چنین پروژه هایی کاملا به صورت گروهی و تیمی است.

مهندسی فضایی شاخه ای از علوم مهندسی است که در آن تحلیل، طراحی و ساخت کلیه اجرام و وسایل جهت انجام ماموریت در فضا، مانند ماهواره ها، فضاپیماها، ربات های فضایی و مانند این ها در این بستر انجام می شود. به عنوان مثال ارسال فضاپیمایی چند تنی به نواحی دور دست منظومه شمسی، مدارهای پیچیده فضایی، و کنترل و هدایت یک فضاپیما در میلیاردها کیلومتر دورتر از زمین، تنها گوشه کوچکی از چالشهایی است که علم مهندسی فضایی جهت پاسخ گویی به آنها ایجاد شده است.

پرتاب ماهواره اسپاتنیک در اواخر دهه شصت میلادی نقطه عطفی در پیشرفتهای فضایی بشر بود که دریچه ای جدید از شگفتی های خلقت را به روی انسان باز کرد. از آن تاریخ تا به امروز بیش از نیم قرن میگذرد. در این سالیان دراز کشورهای پیشرفته عزم خود را برای تسخیر عرصه فضایی مصممتر کرده اند، به گونه ای که اکنون سهم عمده ای از چندین هزار ماهواره فعال متعلق به این کشورها است. کشورهای در حال توسعه نیز عمدتاً به کمک کشورهای صنعتی درصدد به رهگیری از مزایای فراوان ماهواره برآمده اند.
در دهه اخیر، تلاش کشورها برای ساخت ماهواره فراتر از بعد سیاسی و قدرتنمایی آن رفته و به صورت یک نیاز درآمده است. از ماهواره برای کابردهای مختلفی از مخابرات و تصویربرداری و هواشناسی گرفته تا جاسوسی و اکتشاف معادن استفاده میگردد. در روزگاری که پوشش خبری ماهواره اجازه خودنمایی را به رسانه های محلی کشورهای در حال توسعه نمیدهد و قدرت تفکیک پذیری زیر یک متر در ماهواره های جاسوسی، کوچکترین تحولات داخلی کشورها را فاش میکند، دیگر زمانی برای تعلل نمی ماند. متأسفانه نیاز به ساخت ماهواره در کشورمان دیر احساس شد ولی از طرف دیگر جای خوشوقتی است که به هر حال این امر تحقق یافته است. مکانیزم های فضایی به علت کاربرد فراوانی که در وسایل فضایی به ویژه ماهواره ها دارند، همواره مورد توجه طراحان و مهندسان فضایی بوده اند. مکانیزم های فضایی عمدتاً برای کاربردهای رهاکردن قفل اولیه و یا رهایش و جدایش وسایل استفاده می شوند و یا در مواردی خاص مانند بالکهای خورشیدی ماهواره برای گسترش یافتن و قفل انتهایی آنها نیز کاربرد دارند. آرایه های خورشیدی در ماهواره ها برای جذب انرژی خورشیدی، در زیرسیستم توان الکتریکی استفاده می شوند. در بسیاری از ماهواره ها این آرایه ها روی بال هایی نصب میگردند که در ابتدای پرتاب بسته بوده (به علت محدودیت حجم پرتابگر) و بعد از قرارگرفتن ماهواره در مدار، در موقعیت مناسب باز می شوند. بازشدن این بالک ها تأثیر بسزایی در دینامیک و کنترل ماهواره و ایجاد اغتشاشات در آن دارد.

از مهمترین مسایل مربوط به طراحی و ساخت وسایل پرنده می‏ توان به تحلیل و طراحی سازه مربوطه اشاره نمود. قرارگیری پرنده در شرایط مختلف پروازی اهم از شرایط محیطی، شرایط نیرویی اعمال شده از سوی فضای اطراف جسم و همچنین شرایط مانورهای مختلف، موقعیت‏ های ویژه ‏ای را برای سازه یک جسم پرنده پدید می‏ آورد که با هدف کاهش وزن سازه و به منظور افزایش بار مفید و برد پرنده ناگزیر به انجام تحلیل‏ سازه‏ های هوافضایی در مرحله طراحی و بهینه ‏سازی جسم پرنده می ‏باشیم.

برنامه‌های توسعه سازمان فضایی ایران

برنامه اول توسعه

برنامه ۱۰ ساله اول سازمان فضایی برای سال‌های ۸۵ تا ۹۴ تنظیم شد و توانستیم تعدادی ماهواره تحقیقاتی در مدار ۲۵۰ کیلیومتری کره زمین با ماندگاری حداکثر ۳ ماهه پرتاب و با زمین ارتباط برقرار کنیم. در واقع در گام نخست به چرخه فناوری فضایی دسترسی کامل پیدا کرده‌ایم و در گام دوم با کسب اقتدار ملی در سطح منطقه رتبه اول فناوری را به دست آوردیم.

برنامه دوم توسعه

برنامه ۱۰ ساله دوم نیز برای سال‌های ۱۳۹۵ تا ۱۴۰۴ تنظیم شده است و قصد داریم چرخه فناوری فضایی را به خوبی تثبیت کنیم. البته اولویت ما ساخت ماهواره های عملیاتی و قرار گرفتن در مدار بالای ۵۰۰ کیلومتر سطح زمین است تا بتوانیم سیگنال پایدار از ماهواره توسط ایستگاه زمینی دریافت کنیم. اهداف دیگر ما نیز ساخت ماهواره، پرتاب‌گر (لانچر) و ایستگاه بومی است.

برای پرتاب ماهواره امیر کبیر با تعدادی از پرتاب‌گرهای خارجی مذاکراتی را صورت داده‌ایم که به دلیل تحریم‌های انجام شده، هیچ یک از آنها حاضر به همکاری با ما نشدند و برای حل این مشکل خودمان دست به کار شده‌ایم و با توان متخصصان و مهندسان داخلی به ساخت پرتاب‌گر بومی اقدام کرده و حالا قادریم ماهواره را در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتر از سطح زمین و زاویه ۵۰ درجه قرار دهیم.

البته در برنامه ۱۰ ساله دوم تمرکز بیشتری بر روی ایجاد زیرساخت‌ها و توسعه ماهواره‌ها داشته‌ایم؛ زیرا در عصر کنونی اقتصاد فضا به عنوان یک اقتصاد نوظهور به‌ وجود آمده است و ظرف ۱۰ سال با بیش از ۱۳۹ درصد رشد همراه بوده که میانگین رشد آن نسبت به میانگین اقتصاد جهانی ۶٫۵ برابر بیشتر بوده است و تا ۲۰ سال آتی این رشد همچنان ادامه می‌یابد.

باید از این بازار نهایت استفاده را داشته باشیم، چرا که فضا یک فرصت و دغدغه برای کسب ثروت شناخته می‌شود.

ایران، جزو ۹ کشور برتر ساخت ماهواره

رئیس سازمان فضایی در ادامه عنوان کرد از نظر علمی در منطقه رتبه اول را داریم. البته در سال ۲۰۱۶ در مهندسی فضا به رتبه ۱۴ دنیا رسیدیم که با رشد پایدار به رتبه ۱۱ دنیا صعود کرده‌ایم و انتظار داریم در آینده‌ای نزدیک اقتدار علمی به اقتدار فناوری، صنعتی و اقتصادی نزدیک شود.

در دهه اول توسعه ما بخش‌های مختلف ماهواره‌ها را به خوبی توسعه داده‌ایم و امیدواریم با مهیا ساختن ساز و کار مناسب برای کارآفرینان به زودی در حوزه بین‌الملل نیز به موفقیت‌های چشمگیری برسیم.

این مقام مسئول در ادامه اظهار کرد در دهه اول توسعه (سال ۸۵ تا ۹۴) ایران جزو ۹ کشور برتر ساخت ماهواره در کنار کشورهایی نظیر آمریکا، روسیه، اروپا و کانادا قرار دارد که از چرخه کامل فناوری فضایی برخوردار هستند و همانطور که بیان کردیم اولویت ما توسعه بازار و اقتصاد بوده و قصد داریم با دیدگاه حداکثری به صنعت و توسعه بازار، در حوزه فضایی به موفقیت‌های چشمگیری دست یابیم.

سهم اقتصاد در پروژه‌های فضایی

مرتضی براری در ادامه افزود در پروژه‌های جدید فضایی بیش از ۱۰ شرکت دانش بنیان ایجاد شده و در صنعت فضایی فعال بوده به فعالیت می‌پردازند. البته در سال ۲۰۱۷ سهم اقتصاد فضا در جهان ۳۴۵ میلیارد دلار بوده که ۷۶ درصد آن توسط بخش خصوصی اداره می‌شود.

رئیس سازمان فضایی اظهارات وزیر ارتبطات مبنی بر مهیا ساختن فضایی برای ورود بخش خصوص را تاکید کرد و گفت بستر ورود بخش‌های خصوصی را در پروژه ماهواره های سنجشی فراهم ساخته‌ایم که کمیسیون مقررات در حال بررسی این موضوع است.

در حال حاضر ایستگاه بستر مناسبی برای بخش خصوصی محسوب می‌شود و آنها می‌توانند از داده‌های ماهواره‌ای در کسب و کارهای خود به خوبی استفاده کند.

همکاری دانشگاه‌ها با سازمان فضا

براری در ادامه عنوان کرد هدف ما از ساخت ماهواره‌ها در زمینه‌هایی نظیر مدیریت بلایا، محیط زیست و خدمات شهری است که از همکاری دانشگاه‌ها برای فعالیت در این حوزه‌ها استفاده شده است.

همچنین درصددیم از دانشگاه‌های علاقه‌مند در حوزه‌های یاد شده و جهت توسعه فضای کسب و کار دعوت کنیم و داده‌های ماهواره‌ای را به صورت رایگان در دسترس آن‌ها قرار دهیم. البته یکی از اهداف ما نهادینه کردن صنعت فضایی در کشور است و در این راستا ۳ ماهواره در ۳ دانشگاه شریف، امیرکبیر و علم و صنعت به واسطه مهندسان و متخصصان داخلی طراحی و ساخته شد.

ماهواره پیام امیر کبیر آماده پرتاب است

سید مصطفی صفوی همامی، مدیر پروژه ماهواره پیام امیرکبیر در خصوص آماده بودن این ماهواره اظهار کرد قرارداد پروژه ماهواره پیام امیر کبیر میان سازمان فضایی و این دانشگاه منعقد شد و این ماهواره آماده پرتاب است. از مشخصات ظاهری این ماهواره می‌توان به ابعاد ۵۰ تا ۶۰ سانتی‌متر در هر بعد و وزن و ارتفاع ۵۰۰ کیلومتر اشاره کرد.

نخستین نسل ماهواره‌های کوچک که با نام امید به فضا پرتاب شده‌اند تا ارتفاع ۲۵۰ تا ۳۵۰ کیلومتر در مدار قرار گرفته و عمر مفید آن ماهواره‌ها نیز بین ۳۵ تا ۴۵ روز بوده است، اما با افزایش ارتفاع مداری تا ۵۰۰ کیلومتر در ماهواره امیر کبیر، این ماهواره می‌تواند تا حدود دو تا سه سال در مدار ۵۰۰ کیلومتری به دور کره زمین حرکت کند.

همچنین ساخت ماهواره‌ای با عمر حدودی دو تا سه سال یکی از بهترین تفاوت‌های این ماهواره نسبت با سایر ماهواره‌های ساخته شده در ایران است.

ویژگی های ماهواره پیام امیر کبیر

صفوی همامی در ادامه عنوان کرد علاوه بر اینکه این ماهواره عمر بالایی دارد، از ۴ دوربین در طول موج‌های مختلف و ذخیره اطلاعات که کاربرد عملی آن فعالیت رادیو آماتوری ماهواره است، بهره می‌برد. در حال حاضر فعالیت رادیو آماتوری در جهان توسعه یافته و اطلاعات عمومی کشورها با هم تبادل می‌شود.

نسلی از ماهواره‌های دارای فعالیت رادیو آماتوری در دنیا ساخته شده‌اند که با هزینه اندکی تولید می‌شوند و این توانایی را فراهم می‌سازند تا ماهواره‌ها از طریق رادیوآماتورها با یکدیگر گفتگو کنند.

ماهواره امیرکبیر نیز به گونه‌ای طراحی شده که ۴۵ کاربر به صورت همزمان می‌توانند با هم ارتباط و گفتگو داشته باشند. ماهواره امیر کبیر دارای سه ماموریت اصلی نظیر عکس‌برداری از زمین با ۴ دوربین در طول موج‌های مختلف، ذخیره‌سازی اطلاعات و محموله علمی تشعشات فضایی است.

نحوه ساخت ماهواره امیر کبیر (خودکفایی در ساخت پرتاب‌گر)

صفوی همامی تاکید کرد برای طراحی و ساخت ماهواره باید چندین رشته با هم همکاری کنند و در ساخت ماهواره امیرکبیر ۴ دانشکده و ۱۶ نفر از اساتید در این پروژه فعال بودند. البته ۱۱۰ دانشجوی مقاطع دکترا و کارشناسی ارشد نیز در ساخته این ماهواره فعالیت داشته‌اند.

همامی در ادامه افزود سازمان فضایی ایران در سال ۱۳۸۵ قرار شد فناوری ساخت ماهواره را به ۳ دانشگاه امیرکبیر، علم و صنعت و دانشگاه شریف تحویل دهد که ۳ سال به طول انجامید.

برای پرتاب ماهواره امیر کبیر با تعدادی از پرتاب‌گرهای خارجی مذاکراتی را صورت داده‌ایم که به دلیل تحریم‌های انجام شده، هیچ یک از آنها حاضر به همکاری با ما نشدند و برای حل این مشکل خودمان دست به کار شده‌ایم و با توان متخصصان و مهندسان داخلی به ساخت پرتاب‌گر بومی اقدام کرده و حالا قادریم ماهواره را در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتر از سطح زمین و زاویه ۵۰ درجه قرار دهیم.

هزینه ساخت ماهواره امیر کبیر

همامی در زمینه هزینه‌های انجام شده جهت ساخت ماهواره امیر کبیر عنوان کرد در حدود ۱۲٫۵ میلیارد تومان صرف ساخت این ماهواره شده است. البته در سطح جهانی، اتحادیه جهانی مخابرات در ژنو سوئیس مسئول ارائه مجوز و فرکانس‌های‌ ماهواره‌ای است و تنها نهادی که در سطح جهانی ارتباطات فرکانسی را انجام می‌دهد اتحادیه جهانی مخابرات است.

این اتحادیه ارتباطات فرکانسی را در سطح جهان پخش کرده و ماهواره ما تداخل فرکانسی با هیچ ماهواره‌ای در منطقه نخواهد داشت. همچنین تست‌های محیطی حرارت و ارتعاشات با ایجاد آزمایشگاه کنترل حرارتی انجام و گارگاه ساخت بدنه ماهواره نیز ساخته شده است.