دانشمندان نوید مى دهند که سده بیست و یکم، گواه انقلاب واقعى در نظام ارتباطات فضایى خواهد بود که در طى بیست سال آینده منجر به تغییر مفاهیم زندگى بشر خواهد شد، مثلاً آموزش و بهداشت و دیگر خدمات ضرورى به برکت ارتباطات برتر و از میان خلاء با شتاب و کارایى والایى انجام خواهد گرفت. شبکه هاى اطلاعاتى با افق هاى دورتر و فراگیرتر گسترش خواهد یافت تا همه عرصه هاى تجارى، صنعتى، کشاورزى، علمى و رفاهى را دربرگیرد. طى چند سال آینده شبکه هایى از ماهواره ها در فضا گسترش خواهند یافت که شماره شان به هزاران هزار مى رسد و کاربردهاى گوناگونى خواهند داشت.
تا اویل سال ۱۹۶۰ میلادى غیر از چند ارتباط محدود که توسط دستگاه بى سیم برقرار شده بود مسئله انتخاب وجود نداشت و به علت ظرفیت کم و تقاضا براى ارتباطات بیشتر، انباشته بودن طیف هاى فرکانسى و ضعف سیستم انتقال صوتى تنها وسیله ارتباطى بین قاره اى کابل تلفنى زیردریایى بود. اما در سال ۱۹۶۰ میلادى یعنى تقریباً سه سال بعد از پرتاب اولین سفینه شوروى، آمریکایى ها نخستین قمر مصنوعى مخابراتى را در مدار زمین قرار دادند که قطر این قمر بزرگ ۳۰ متر بود و در ارتفاع ۱۵۰۰ کیلومترى زمین گردش مى کرد. این قمر مجهز به نوعى آینه بود که امواج را از ایستگاه هاى فرستنده مى گرفت و به ایستگاه هاى گیرنده که به علت کروى بودن زمین نمى توانستند آنها را به صورت مستقیم دریافت کنند منعکس مى کرد. به این ترتیب اولین ارتباط آزمایشى به وسیله ماهواره بین دو نقطه دوردست آمریکا یعنى از کالیفرنیا تا نیوجرسى برقرار شد و قسمت اعظم انرژى اشعه اى که از ایستگاه فرستنده ارسال مى شد در فضا پخش و تنها قسمت کوچکى از آن توسط ماهواره منعکس مى شد و براى اینکه اشعه منعکس شده قابل استفاده شود لازم بود به وسیله ایستگاه عظیم و پرقدرتى تقویت شود که نتیجه کار مطلوب نبود به همین دلیل آمریکایى ها شروع به ساختن قمر مصنوعى مخابراتى جدیدى کردند که امواج را به وسیله آنتن هایى از زمین دریافت و پس از تقویت به سوى ایستگاه هاى گیرنده زمینى ارسال کند. و اندیشه استفاده از ماهواره ها به صورت رله براى ارتباطات راه دور ابتدا از سوى نویسنده معروف داستان هاى علمى -تخیلى و یکى از بنیانگذاران انجمن انگلیسى بین ستاره ها آرتورسى کلارک مطرح شد و در مقاله اى در اکتبر سال ۱۹۴۵ میلادى مجله جهان بى سیم چاپ شد که این مقاله سرآغازى براى شروع فعالیت هاى جدى ارتباطات ماهواره اى شد.

•فعالیت هاى کلارک
کلارک با درنظر گرفتن سه ماهواره در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومترى از سطح زمین و روى محیط مدار دایره اى شکل دور کره زمین به فواصل مساوى از هم، پوشش ارتباط ماهواره اى تمام سطح زمین را میسر مى ساخت. بعد از چاپ مقاله کلارک طى ده سال سه اختراع مهم انجام شد که مورد استفاده آنها در ساخت ماهواره ها است؛ اولى سلول هاى خورشیدى است که تبدیل کننده انرژى نورى خورشید به الکتریسیته هستند، دوم انواع مختلف ترانزیستور و سوم لامپ تقویت موج رادیویى بوده است. در واقع این نوع تقویت کننده ها با طیف وسیع فرکانس و بازدهى حدود ۲۰ الى ۴۰ درصد از معمولى ترین نوع تقویت کننده در امواج مخابراتى ماهواره اى محسوب مى شوند.
در سال ۱۹۶۲ میلادى، تاریخ ارتباطات ورق خورد و نخستین ماهواره از نوع رله و تقویت کننده اى به نام تله استار در دهم ژوئیه همین سال از سوى آمریکا در مدار قرار گرفت و براى اولین بار برنامه اى از تلویزیون آمریکا توسط این قمر مصنوعى که بر بالاى اقیانوس اطلس قرار داشت منعکس و براى مردم نمایش داده شد و به دنبال آن دومین ماهواره از همین نوع چند ماه بعد پرتاب شد و ماهواره تله استار در مدارى که فاصله آن بین ۹۰۰ تا ۵۵۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح دریا قرار داشت نصب شد. این ماهواره ها تقریباً هر دو ساعت و نیم یک بار کره زمین را دور مى زدند و به دلیل اینکه کره زمین در هر ۲۴ ساعت یک بار به دور خود مى چرخد ارتباط بین دو نقطه از زمین فقط چند بار در شبانه روز امکان پذیر بود و این ماهواره تنها مدت کوتاهى در یک نقطه قابل رویت مى ماند که این مدت به ارتفاع مدار قمر مصنوعى که از سطح دریا قرار داشت وابسته بود. براى برقرارى ارتباط دائمى، فقط یک راه به نظر مى رسید و آن اینکه ماهواره باید در بالاى یک نقطه از زمین در ارتفاع معینى ثابت بماند که ظاهراً خیلى مشکل بود ولى عملاً وقتى زمان گردش ماهواره به دور زمین ۲۴ ساعت باشد همزمان با کره زمین به دور آن خواهد گشت و از نظر ما در آسمان بى حرکت خواهد ماند چون این قمر مصنوعى در یک مدار دایره اى حرکت مى کند که مرکز آن منطبق بر مرکز کره زمین و صفحه این دایره نیز عمود بر محور زمین است. این مدار دایره اى به موازات خط استوا خواهد بود و همین طور به دلیل سرعت قمر مصنوعى نمى تواند از مقدار معینى کمتر باشد به دلیل آنکه قمر مصنوعى باید در ۲۴ ساعت یک بار به دور زمین چرخش نماید، مى بایست محیط دایره اى مسیر قمر مصنوعى و در نتیجه ارتفاع مدار آن را بیشتر کرد.محاسبات و تجربه هاى عملى نشان داده که براى این منظور، باید ارتفاع ماهواره از سطح دریا حدوداً ۳۶ هزار کیلومتر باشد؛ فاصله اى که در آن از طرف زمین نیروى جاذبه به ماهواره وارد نمى شود. این مدار را اصطلاحاً مدار ژئوسنکرون یا زمین آهنگ مى نامند. وقتى که ماهواره به ارتفاع ۳۶ هزار کیلومترى از سطح دریا رسید آن را به آرامى منحرف مى کنند که در بالاى نقاط انتخاب شده باقى بماند ولى در صورت انحراف از مسیر اصلى و دور شدن از نقطه دلخواه توسط موتورهاى عکس العملى کوچکى که در آنها تعبیه شده و از ایستگاه هاى کنترل زمین هدایت مى شوند آن را دوباره به وضعیت مطلوب برمى گردانند. بدین ترتیب سیر تحولات ماهواره هاى مخابراتى ادامه پیدا کرد تا به امروز که شاهد به کارگیرى تکنیک هاى بسیار پیشرفته در این سیستم ها جهت ارتقاى سطح کیفیت و افزایش ظرفیت آنها هستیم.

•ماهواره هاى مخابراتى
گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سیستم هاى مخابراتى را با ظرفیت بیشتر و پوشش وسیع تر و کیفیت بهتر طلب مى کند و براى تامین این موارد یکى از روش هایى که مى تواند به طور مناسب جوابگوى نیازهاى فعلى و آتى بشر در این زمینه باشد استفاده از ماهواره هاى مخابراتى است. ماهواره هاى مخابراتى سفینه اى است که سیگنال هاى الکتریکى را از فرستنده اى زمینى دریافت مى کند و بعد از تقویت و تغییر فرکانس هاى حامل به سمت ایستگاه هاى زمینى در نقاط دیگر ارسال مى کند. چون ماهواره هاى مخابراتى سیگنال ها را تقویت کرده و سپس بازگشت مى دهند، بیشتر به عنوان تکرارکننده و رله شناخته مى شوند. ماهواره هاى مخابراتى معمولاً در مدارهاى خاصى از کره زمین قرار مى گیرند که به نظر فرستنده ها و گیرنده هاى روى زمین ثابت به نظر مى آیند. به کمک یک فرستنده بر روى زمین و یک ماهواره هم بر روى یک مدار، مى توان حدود یک سوم سطح زمین را پوشش داد. اولین ماهواره مخابراتى بین المللى از سرى اینتل است با ظرفیت ۲۴۰ کانال تلفنى در سال ۱۹۶۵ میلادى به فضا پرتاب شد و سرآغازى براى پوشش ارتباطات ماهواره اى در سطح بین المللى شد. موارد استفاده ماهواره هاى مخابراتى و تاثیر فراوان آن بر زندگى بشر باعث شده که روزبه روز توجه انسان به این وسیله ارتباطى افزایش یابد.
داشتن ماهواره مخابراتى مستقل براى هر کشورى باعث ایجاد تسهیلات در امر انتقال اطلاعات کامپیوترى از دانشگاه ها به مراکز تحقیقات و بالعکس، هر چه سریع تر انجام شدن امور اقتصادى، پوشش کلیه نقاط کشور از نظر برنامه هاى تلویزیونى، رادیویى و تلفنى با نصب سریع آنتن هاى گیرنده زمینى در نقاط مختلف کشور، آموزش کشاورزى و پزشکى از راه دور و کاربردهاى وسیع و متنوع دیگرى خواهد بود. ماهواره هاى مخابراتى در مدار خاصى مستقر مى شوند که حدود ۳۵۷۸۸ کیلومتر از خط استوا فاصله دارند. هر ماهواره با سرعت و جهتى همسان با کره زمین در حال حرکت است در این شرایط ماهواره در مکانى بالاى خط استوا نسبت به زمین ثابت مى شود. ماهواره هاى مخابراتى ابتدا براى ارتباطات تلفنى طراحى شده اند ولى امروزه شاهد ارائه سرویس هاى گوناگونى از قبیل کاربردهاى تلویزیونى تجارى و کنفرانس از راه دور از طریق ماهواره هستیم اما هنوز سرویس تلفنى بالاترین حجم را در بین دیگر سرویس ها حفظ کرده است.
در حال حاضر از ۱۹ ماهواره مخابراتى بین المللى از سرى اینتل ست ده ماهواره بالاى اقیانوس اطلس، چهار ماهواره بر روى اقیانوس آرام و پنج ماهواره دیگر بالاى اقیانوس هند قرار دارد و این ماهواره ها یک ارتباط ماهواره اى بین المللى با زیر پوشش قرار دادن تقریباً کلیه نقاط دنیا به وجود آورده اند. یک ماهواره مخابراتى که در واقع یک نوع تکرارکننده فرکانس هاى رادیویى است در ساده ترین شکل خود عملیات را انجام مى دهد.سیگنال هاى دریافت شده توسط آنتن ماهواره ابتدا به علت افت بسیار زیادى که بر اثر مسیر طولانى داشته تقویت و سپس با فرکانس نوسان ساز محلى مخلوط مى شود و تغییر فرکانس مى دهد و بالاخره پس از تقویت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده مى شود تا به طرف ایستگاه هاى موردنظر و زیر پوشش ارسال شود.
ماهواره هاى مخابراتى معمولاً بین ۸ تا ۱۲ سال عمر مى کنند. در واقع میزان سوخت موردنیاز سیستم فرعى براى حفظ موقعیت ماهواره و همچنین از کارافتادن تدریجى سلول هاى خورشیدى که در سیستم فرعى تغذیه قدرت الکتریکى قرار دارند از عوامل محدودکننده عمر ماهواره هستند.

•ویژگى هاى ماهواره هاى مخابراتى
      گسترش منطقه تحت پوشش
ارتباط بین نقاط مختلفى که در پوشش یک ماهواره قرار دارند به آسانى امکان پذیر است و وسعت زیر پوشش ماهواره بستگى به نوع آنتن ماهواره دارد که مى تواند محلى نسبتاً کوچک یا یک کشور و یا منطقه اى متشکل از چندین کشور و یا یک نیم کره باشد.
     انعطاف پذیرى
هر جا یک پایانه ماهواره اى وجود داشته باشد امکان استفاده از سیستم ماهواره اى فراهم خواهد بود. این پایانه ها را مى توان بر روى سکوى کشتى، هواپیما و واحدهاى متمرکز معینى قرار داد و از طریق آن با نقاط دیگر ارتباط برقرار کرد.
     پهناى باند زیاد
با توجه به این که در فرکانس هاى بالا مثل ۱۱ و ۱۴ گیگاهرتز پهناى باند بیشترى در اختیار ما قرار دارد مى توان از برنامه هاى تلویزیونى با کیفیت بالا، کانال هاى زیاد تلفنى و انتقال اطلاعات با سرعت بالا برخوردار شویم.
     هزینه کم
با توجه به این که ایجاد ارتباط بین دو نقطه توسط ماهواره مستقل از فاصله بین آنها است این نقاط مى توانند در هر فاصله اى از یکدیگر در منطقه زیر پوشش واقع شده باشند لذا هزینه هاى مربوطه، به بعد مسافت بستگى ندارد و براى بسیارى از موارد از هزینه ایجاد یک شبکه زیرزمینى کمتر خواهد بود.
     ضریب اطمینان
ارتباط بین دو نقطه در شبکه ماهواره اى مخابرات داراى ضریب اطمینانى برابر یا بهتر از ارتباط از مسیرهاى زمینى است.
     سرعت دریافت
به علت مسافت زیاد مثلاً بین ۷۲ هزار تا ۸۲ هزار کیلومتر بین دو پایانه ایستگاه ماهواره اى زمینى سیگنال فرستاده شده که با سرعت نور حرکت مى کند حداقل ۳۰۰ میلى ثانیه طول مى کشد تا به پایانه دیگر برسد.
     ایجاد اکو
بر اثر تبدیل خطوط انتقال از دو سیم به چهار سیم در قسمتى از مسیر شبکه زمینى، سیگنال با پدیده اکو روبه رو مى شود به این معنى که بخشى از سیگنال هاى آن بازگشت داده مى شود. براى کاهش این حادثه ناخواسته و مزاحم از تجهیزاتى به نام حذف کننده اکو استفاده مى شود.
در زمینه مزیت هاى بیشتر ماهواره مخابراتى مى توان گفت که سیگنال هاى رادیویى منتشر شده از ماهواره مخابراتى به طور همزمان مى تواند توسط چندین ایستگاه زمینى زیر پوشش دریافت شود و این مسئله فقط از طریق ماهواره هاى مخابراتى امکان پذیر است و از راه کابل یا دیگر وسایل ارتباطى میسر نیست. در واقع ارتباطات ماهواره اى براى ایجاد ارتباط بین المللى بین کشورها و ارتباطات محلى بین شهرها و مناطق دورافتاده بسیار مناسب است و مى توان با استفاده از ماهواره مخابراتى یک شبکه ارتباطى با کیفیت بالا و هزینه کم در سطحى گسترده ایجاد کرد.

•ماهواره هاى رادیو و تلویزیونى
شکى نیست که وسایل ارتباط جمعى از قبیل رادیو و تلویزیون در پیشبرد هدف هاى اجتماعى، اقتصادى، فرهنگى و فنى تاثیر بسزایى دارند. در سال هاى اخیر پخش صدا و تصویر از طریق ماهواره به عنوان موثرترین وسیله در نیل به هدف هاى فوق توجه همگان را به خود جلب کرده است. براى این منظور برنامه تلویزیونى از یک ایستگاه زمینى به ماهواره ارسال مى شود و سپس ماهواره تصویر فوق را روى یک شعاع باریک که فقط ناحیه مشخص شده اى از زمین را مى پوشاند برمى گرداند. ایستگاه زمینى با آنتن هاى بشقابى شکل تصویر را مى گیرد و آن را دوباره پخش مى کند. به عبارت دیگر مى تواند در آن واحد و به طور همزمان مثلاً در ایران برنامه هاى تلویزیونى خیلى از کشورها را مشاهده کرد. این گونه ماهواره ها مى توانند ارتباط برنامه هاى رادیو و تلویزیون را به طور مستقیم بین ماهواره و گیرنده هاى خانگى تلویزیون برقرار کنند. در ژاپن و فرانسه تصاویر تلویزیونى مستقیماً از ماهواره به گیرنده هاى خانگى که آنتن هاى کوچک و تقریباً ارزان قیمتى دارند انتقال پیدا مى کند. چنان چه قرار باشد این روش در سطوح وسیع خود به کار گرفته شود مسائل بغرنجى در زمینه حقوق فضایى و سیاسى به وجود مى آید، بدین منظور کمیته هاى تخصصى سازمان ملل متحد مشغول بررسى هستند تا راه حل هاى مناسبى براى این مسئله پیدا کنند اما در حال حاضر در بسیارى از کشورها امکان دریافت سیگنال هاى صوتى و یا تصویرى به کمک آنتن هاى معمولى وجود ندارد.

منبع:silica.coo.ir