پرتاب اخیر سه ماهواره ایرانی و دریافت نخستین تصویر از ماهواره «پایا» نقطه عطفی در توسعه سنجش از دور و خدمات فضایی کشور است. در این گزارش مفصل، روند پرتاب، تستهای مداری، مشکلات فنی اولیه، فعالسازی محمولهها و چشمانداز برنامههای آینده را بهزبان ساده و در عین حال فنی مرور میکنیم.
لحظه پرتاب و برقراری ارتباط اولیه
در تاریخ 7 دیماه، ساعت 16:48 سه ماهواره ایرانی توسط ماهوارهبر «سایوز» به فضا پرتاب و با موفقیت در مدار قرار گرفتند. طبق زمانبندی، تزریق کامل ماهوارهها بین ساعات 19 تا 21:30 انجام شد و تیم کنترل زمینی از ساعتهای 21:30 تا 22 موفق به برقراری ارتباط با هر سه ماهواره شد. سیگنالهای اولیه نشاندهنده وضعیت سالم ماهوارهها و صحت فرآیند تزریق بود؛ امری که پایه هر عملیات مداری بعدی به شمار میآید.
چالش سرعت دورانی و رفع آن در ماهواره «پایا»
یکی از نکات فنی که در همان مراحل نخستین مورد توجه قرار گرفت، افزایش اندک سرعت دورانی ماهواره «پایا» پس از تزریق بود. افزایش سرعت زاویهای میتواند بر روی کارایی سیستمهای کنترل وضعیت (ADCS)، پایدارسازی و نشانهروی محموله تصویربرداری تأثیر بگذارد. تیم فنی ظرف هفته اول با اجرای مانورها و استفاده از عملگرها (از جمله چرخهای واکنشی، مگنتورکرها و در صورت لزوم سیستمهای محرک دیگری) عملیات پایدارسازی را انجام دادند و مشکل برطرف شد. این تجربه نشان داد که رصد و پاسخ سریع تیم عملیات زمینی نقش کلیدی در حفظ سلامت ماهوارهها دارد.
شروع فاز تستهای مداری و اهمیت بررسی زیرسامانهها
پس از پرتاب، ماهوارهها وارد فاز «تست مداری» میشوند که معمولاً در یک تا دو ماه نخست پس از پرتاب ادامه دارد. در آزمایشگاه روی زمین، ماهوارهها پیش از پرتاب تحت آزمونهای فراوانی قرار میگیرند اما شرایط محیطی مدار (تغییرات دما، شوکهای پرتاب، خلأ و تابشهای فضایی) متفاوت است و بنابراین زیرسامانهها باید در مدار مجدداً ارزیابی شوند. این زیرسامانهها عبارتاند از:
- زیرسامانه ارتباطی: تلهمتری و تلهکامند برای ارسال داده و دریافت فرامین
- زیرسامانه تأمین و توزیع توان: باتریها، پنلهای خورشیدی و مدارهای تغذیه
- سیستم پایدارسازی و کنترل وضعیت (ADCS): حسگرها و عملگرها برای نشانهروی و پایدارسازی
- کنترل حرارت: مدیریت دمای اجزا در برابر تغییرات شدید محیطی
- محمولههای علمی و تصویربرداری: دوربینها و سنسورهای مرتبط
بررسی دقیق زیرسامانه تأمین و توزیع توان در هفته ابتدایی با اولویت انجام شد، زیرا هرگونه نقص در سیستم تغذیه میتواند باعث از کار افتادن کل ماهواره شود. خوشبختانه نتایج اولیه نشان داد سیستم توان عملکرد مناسبی دارد و باتریها و پنلهای خورشیدی در محدوده مورد انتظار کار میکنند.
فعالسازی محموله تصویربرداری و دریافت نخستین تصویر
یکی از دستاوردهای مهم فنی در روزهای اولیه پس از پرتاب، فعال شدن دوربینهای ماهواره پایا بود که محموله اصلی تصویربرداری آن را تشکیل میدهند. فعالسازی محموله مرحله حساسی است: ابتدا مدارها و سیستمهای خنککنندگی و تغذیه بررسی شده، سپس راهاندازی نرمافزاری و آزمونهای عملکردی انجام میشود. ماهواره پایا از برنامه زمانبندی تستهای مداری جلوتر عمل کرده و نخستین تصویر آن توسط تیم کنترل و وزارت ارتباطات تأیید شد.
نوع محموله پایا، اپتیک آینهای است؛ اپتیکهای آینهای معمولاً نسبت به عدسیها کیفیت تصویر بالاتر و حساسیت فضایی بهتری ارائه میدهند، بهویژه در محدودههایی که نیاز به تفکیک بهتر و SNR بالاتری است. دریافت موفق تصویر اولیه، نشانهای از صحت طراحی، همگرایی سیستمهای اپتیکی و دقت مونتاژ در کارخانه است.
مراحل حیاتی کالیبراسیون دوربین در مدار
پس از فعالسازی دوربینها، فاز حساس کالیبراسیون آغاز میشود. کالیبراسیون شامل اصلاحات هندسی، طیفی و موقعیتی است که برای تبدیل تصاویر خام به دادههای قابل استفاده علمی و مدیریتی ضروریاند:
- تصحیح هندسی: اطمینان از حفظ نسبتهای هندسی، اندازهها و زاویهها در تصویر نسبت به واقعیت زمینی.
- کالیبراسیون طیفی: تنظیم پاسخ رنگی حسگرها تا بازتاب طیفی ثبتشده با واقعیت مطابقت داشته باشد.
- تصحیح موقعیت: تعیین دقیق محل هر پیکسل نسبت به مختصات جغرافیایی با استفاده از دادههای ناوبری و حسگرهای تعیین وضعیت.
فضا محیطی پویا با تغییرات دمایی شدید و شوکهای مکانیکی است؛ کمترین جابجایی میکرومتری در چینش اپتیکی میتواند موجب انحرافات قابل توجه در کیفیت تصویر شود. به همین دلیل، فرایند کالیبراسیون نیازمند پردازش زمینی دقیق، مقایسه با دادههای مرجع و احتمالاً اجرای مانورهای کنترل وضعیت برای تنظیم بهتر نشانهروی است.
زیرسامانه ارتباطی در ارتفاع حدود 500 کیلومتر
برقراری ارتباط مطمئن با ماهواره در ارتفاع تقریبی 500 کیلومتری برای دریافت تلهمتری و ارسال فرمان حیاتی است. تلهمتری حجم وسیعی از اطلاعات شامل سلامت باتری، وضعیت پنلهای خورشیدی، دادههای سنسورها و لاگهای سیستمها را منتقل میکند. همچنین اتصال پایدار برای ارسال فرامین کالیبراسیون و تنظیم پارامترهای نرمافزاری لازم است. در صورت اختلال در لینک، عملیات تعمیر و بازیابی پیچیده و زمانبر خواهد شد.
برای اطمینان از پوشش مناسب، ایستگاههای زمینی و برنامهریزی عبورها (passes) نقشی کلیدی دارند. هر عبور زمانی محدود برای تبادل داده فراهم میکند؛ بنابراین برنامهریزی دقیق و بهینهسازی اولویت انتقال دادهها اهمیت زیادی دارد.
وضعیت ماهوارههای «کوثر» و «ظفر»؛ نشانهروی و خدمات جانبی
دو ماهواره دیگر این پرتاب نیز وضعیت مطلوبی دارند. ماهواره کوثر پس از انجام فرایند پایدارسازی چرخشی، وارد فاز آزمایش الگوریتمهای کنترل و نشانهروی شد. نشانهروی به معنای جهتدهی دقیق ماهواره طوری است که وجه حامل دوربین کاملاً عمود بر سطح هدف قرار گیرد؛ این عملیات برای گرفتن تصاویر با کیفیت بالا ضروری است و نیازمند حسگرهای ستارهای، ژیروسکوپها، سنسورهای خورشیدی و عملگرهای دقیق است.
ماهواره ظفر نیز پس از اتمام عملیات چرخشزدایی، شرایط پایداری ارتباطی مناسبی دارد. زیرسیستم توان و وضعیت باتریهای آن مورد تأیید قرار گرفته و به زودی فرایند نشانهروی آن برای تصویربرداری آغاز میشود. علاوه بر تصویربرداری، ماهوارههای ظفر و کوثر قابلیت ارائه خدمات اینترنت اشیاء (IoT) را نیز دارند که امکان تبادل دادههای کمحجم برای سنسورها و دستگاههای دورافتاده را فراهم میکند.
دقتهای تصویربرداری و موارد کاربرد دادهها
طبق اطلاعات فنی اعلامشده، دقت تصویربرداری ماهوارهها متفاوت است: پایا در حالت رنگی دقت 10 متر و در حالت سیاهوسفید دقت 5 متر دارد، ظفر دقت حدود 15 متر رنگی و کوثر دقتی بهتر از 5 متر (حدود 4 متر) ارائه میدهد. گفتنی است با پردازشهای تکمیلی و تلفیق داده، ارتقای دقت مکانی تا حدودی امکانپذیر است.
دادههای ماهوارهای کاربردهای متنوعی دارند که از جمله مهمترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کشاورزی دقیق: پایش سطح زیرکشت، تعیین نیاز آبی و تشخیص مناطق دچار تنش
- مدیریت منابع آب: پایش مخازن سدها، تالابها، ذخیره برفی و سطح آب رودخانهها
- محیط زیست: شناسایی منابع آلودگی، پایش جنگلها و پوشش گیاهی
- مدیریت بحران: برآورد خسارات سیل، زلزله، آتشسوزی و پشتیبانی تصمیمگیری در زمان بحرانی
- بهروزرسانی نقشهها و پایش تغییر کاربری اراضی
همچنین محمولههای تصویربرداری با اپتیک آینهای کیفیت تصاویر را بالا میبرند که برای تحلیلهای دقیقتر و استخراج اطلاعات مکانی ارزشمند است.
قابلیتهای ارتباطی IoT و نقش منظومهها
ماهواره ظفر توانایی برقراری ارتباط همزمان با 256 کاربر در زمان عبور از دید ایستگاه زمینی را دارد که نشاندهنده ظرفیت بالای سرویسدهی برای دستگاههای کمحجم و سنسورهای متعدد است. اگر این ماهوارهها در قالب یک منظومه هماهنگ عمل کنند، پوشش زمانی و مکانی به شدت بهبود مییابد و بازه زمانی دسترسی به دادهها کاهش پیدا میکند؛ بهعبارتی با افزایش تعداد ماهوارهها میتوان بازه میان دو عبور موثر را کوتاهتر کرد.
منظومه ماهوارهای «شهید سلیمانی» که برنامهریزی شده شامل 24 ماهواره باریکباند باشد، برای ارائه خدمات IoT در شرایط بحرانی هدفگذاری شده است. با چنین منظومهای میتوان ظرف نیمساعت تا یک ساعت از هر نقطه کشور دادههای حسگرها را دریافت کرد؛ قابلیتی که در مدیریت بحران و کاهش نیاز به نیروی انسانی نقش تعیینکنندهای دارد.
فناوریهای کلیدی: ADCS، تلهمتری و مدیریت توان
برای درک بهتر عملکرد ماهوارهها لازم است نگاهی فنیتر به برخی زیرسامانهها بیندازیم. سیستم کنترل وضعیت و تعیین جهت (ADCS) شامل حسگرهایی مانند ستارهنمای (star tracker)، ژیروسکوپهای با دقت بالا، سنسورهای خورشیدی و عملگرهایی مانند چرخهای واکنشی (reaction wheels) و مگنتورکرها است. هماهنگی میان این اجزا باعث میشود ماهواره بتواند حالت نشانهروی دقیق را حفظ کند و لرزشهای اضافی را از بین ببرد.
تلهمتری و تلهکامند نیز شامل لینکهای دادهای با پهنای باند مشخص، پروتکلهای فشردهسازی و رمزنگاری است تا سلامت ماهواره، دادههای علمی و فرمانها بهصورت ایمن منتقل شوند. سیستم توزیع توان شامل پنلهای خورشیدی ساخت با کارایی مناسب، شارژکنترلرها و بستههای باتری قابل اعتماد است که برای ادامه عملیات در تاریکی مدار ضروریاند.
چشمانداز فنی و افزایش دقت در نسلهای بعدی
برنامه توسعه ماهوارهای کشور تنها به پرتاب این سه ماهواره محدود نمیشود. اهداف فنی عبارتاند از تثبیت فناوری، افزایش عمر مفید، افزایش تعداد ماهوارهها و ارتقای دقت تصویربرداری. پروژههای در دست اجرا شامل ماهواره «پارس 3»، توسعه ماهوارههای با دقت بهتر از یک متر و آمادهسازی «پارس 2» برای پرتاب است. هدفها مشخص و بلندپروازانهاند: انتقال از دقتهای چند متری امروز به دقتهای زیر یک متر در نسلهای آتی.
برای دستیابی به چنین دقتهایی، ترکیب فناوریهای اپتیکی پیشرفته، سیستمهای ناوبری دقیقتر (مانند GNSS با دقت بالا)، و پردازشهای تصویری پیشرفته روی زمین لازم است. همچنین کیفیت مونتاژ، تست محیطی و کنترل کیفیت در فاز ساخت نقش بنیادی دارد.
ماهوارههای مخابراتی؛ طرح «ناهید 3» و مدار GEO
علاوه بر ماهوارههای سنجشی، توسعه ماهوارههای مخابراتی نیز در دستور کار است. برای ارائه خدمات پهنباند پایدار و پوشش دائمی، مدار «دهها هزار کیلومتری» یا GEO (حدود 36 هزار کیلومتر) ضروری است. طراحی و ساخت ماهواره «ناهید 3» برای قرارگیری در مدار 36 هزار کیلومتری یکی از پروژههای کلیدی است که به افزایش پوشش و ارائه خدمات بومی مخابراتی کمک خواهد کرد. ماهوارههای مخابراتی در این مدار میتوانند خدمترسانی دائم به یک منطقه وسیع را تضمین کنند و افزایش عمر و پهنای باند از اهداف اصلی هستند.
همکاریهای بینالمللی، استفاده از پرتابگرها و توازن بومیسازی
صنعت فضایی ماهیتی بینالمللی دارد؛ از این رو کشورها هم از ظرفیتهای داخلی و هم از همکاریهای بینالمللی بهره میبرند. ایران نیز ضمن توسعه پرتابگرهای داخلی، از پرتابگرهای خارجی در موارد لازم استفاده میکند تا سرعت استقرار ماهوارهها در مدار افزایش یابد. در زمینه تصاویر با دقت بسیار بالا نیز همکاریهای بینالمللی و استفاده از منبع داده خارجی در مراحل میانی میتواند مکمل ظرفیتهای بومی باشد تا نیازهای مدیریتی کشور برآورده شود.
ملاحظات مدیریتی و مزایای کاربردی برای مردم
دادههای ماهوارهای نه تنها جنبه فنی دارند بلکه کاربردهای مدیریتی و اقتصادی نیز برجستهاند. دسترسی بومی به تصاویر و خدمات مخابراتی مزایایی نظیر تسریع در تصمیمگیریها، کاهش هزینههای واردات داده، ایجاد فرصتهای کسبوکار در حوزه تحلیل دادههای مکانی و توسعه خدمات نوین را به همراه دارد. افزون بر این، موفقیتهای فنی-علمی زمینه جذب نخبگان، رشد شرکتهای خصوصی فضایی و تقویت زنجیرههای تأمین بومی را تسهیل میکند.
جمعبندی میانی: چرا این پرتاب اهمیت دارد؟
پرتاب موفق سه ماهواره و دریافت اولین تصویر از پایا نشان داد توانمندیهای ساخت، تست و بهرهبرداری از ماهواره در کشور رو به رشد است. این پروژهها نه تنها مهارتهای فنی را تقویت میکنند بلکه دادههای کاربردی و خدماتی فراهم میآورند که در کشاورزی، مدیریت آب، محیط زیست، بحران و حوزه مخابراتی قابل استفادهاند. طرحهای آتی مانند منظومه شهید سلیمانی و ماهوارههای با دقت یک متر، افق جدیدی را در توسعه فضایی کشور میگشایند.
در نهایت، استمرار در تستهای مداری، کالیبراسیون دقیق محمولهها، بهبود الگوریتمهای کنترلی و تمرکز بر ارتقای دقت و افزایش تعداد ماهوارهها، سه محور اصلی است که میتواند ایران را در مسیر تبدیل شدن به بازیگری مؤثرتر در حوزه ماهوارههای سنجشی و مخابراتی یاری کند.
