ایستگاه ماهواره‌ای سوالبارد (Svalbard/SvalSat) یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های زمینی ارتباط با ماهواره‌ها در جهان است که در عرض جغرافیایی حدود 78 درجه شمالی، در مجمع‌الجزایر سوالبارد نروژ قرار دارد. اهمیت این مجموعه صرفاً به تعداد زیاد آنتن‌های آن محدود نمی‌شود؛ مزیت اصلی در هندسه مداری زمین و موقعیت شمالی آن نهفته است. این ویژگی باعث شده است که ایستگاه بتواند در هر دور گردش بسیاری از ماهواره‌های مدار قطبی، با آن‌ها ارتباط برقرار کند؛ قابلیتی که برای دریافت سریع داده‌های سنجش از دور، هواشناسی و پایش محیط‌زیست اهمیت زیادی دارد.
اما چرا موقعیت جغرافیایی 78 درجه شمالی اهمیت دارد؟
برای درک اهمیت این موضوع، ابتدا باید تفاوت میان مدار قطبی و مدارهای معمولی ماهواره‌ها را در نظر بگیریم. ماهواره‌های مدار قطبی، زمین را در مدارهایی دور می‌زنند که صفحه مداری آن‌ها تقریباً از نزدیکی قطب شمال و قطب جنوب عبور می‌کند. بسیاری از ماهواره‌های مشاهده زمین نیز در مدارهای تقریباً قطبی و بویژه مدارهای خورشیدآهنگ فعالیت می‌کنند. این مدارها امکان تصویربرداری از مناطق مختلف زمین را در شرایط نوری تقریباً مشابه فراهم می‌کنند. در عرض جغرافیایی 78 درجه شمالی، ماهواره‌های مدار قطبی در هر دور گردش خود از محدوده‌ای نزدیک به این ایستگاه عبور می‌کنند. در نتیجه، برخلاف بسیاری از ایستگاه‌های زمینی واقع در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر، SvalSat می‌تواند در تمام گذرهای روزانه بسیاری از این ماهواره‌ها به آن‌ها دسترسی داشته باشد. بعنوان مثال، یک ماهواره در مدار LEO ممکن است تقریباً 14 تا 15 بار در شبانه‌روز به دور زمین گردش کند. در مأموریت‌های مناسب، SvalSat می‌تواند هر 14 گذر روزانه را پوشش دهد؛ البته این عدد به مدار دقیق، ارتفاع، هندسه خط دید و مشخصات مأموریت بستگی دارد. بنابراین، منظور از پوشش کامل در اینجا دسترسی به تمام گذرهای مداری قابل‌مشاهده از ایستگاه است، نه ارتباط پیوسته با ماهواره در تمام مدت شبانه‌روز.
ساختار فنی ایستگاه چگونه است؟
ین ایستگاه دارای بیش از 160 آنتن در قالب یک سامانه یکپارچه دریافت و تبادل داده است که آنتن‌ها، تجهیزات فرکانس رادیویی، گیرنده‌ها، مودم‌ها، سامانه‌های کنترل و زمان‌بندی، زیرساخت پردازش داده و شبکه انتقال اطلاعات را در بر می‌گیرد. البته تعداد آنتن‌ها در طول زمان و با توسعه ایستگاه تغییر می‌کند. آنتن‌های سهموی بزرگ این مجموعه برای برقراری پیوند رادیویی با ماهواره‌ها به کار می‌روند. قطر دهانه آنتن، فرکانس کاری، بازده دهانه و کیفیت سامانه دنبال‌کننده آنتن، در بهره آنتن و توانایی دریافت سیگنال‌های ضعیف مؤثرند. بهره بالای آنتن در جهت ماهواره به بهبود نسبت سیگنال به نویز در گیرنده کمک می‌کند؛ البته عملکرد نهایی به توان فرستنده ماهواره، فاصله، تلفات مسیر، شرایط جوی و مشخصات گیرنده نیز وابسته است.
در چنین ایستگاهی، مجموعه‌ای از باندهای فرکانسی برای مأموریت‌های مختلف استفاده می‌شود. برای نمونه:
باند S: برای برخی پیوندهای فرمان و تله‌متری و همچنین انتقال داده
باند X: برای دریافت حجم زیادی از داده‌های مأموریت، از جمله اطلاعات حاصل از ماهواره‌های سنجش از دور
باند Ka: برای انتقال داده با نرخ بالا، به‌ویژه در مأموریت‌هایی که به ظرفیت مخابراتی زیادی نیاز دارند.
البته نا گفته نماند این تقسیم‌بندی مطلق نیست و نوع پیوند و باند فرکانسی به طراحی هر مأموریت بستگی دارد. بعنوان مثال، شبکه KSATlite از پیوندهای بالارونده و پایین‌رونده در باند S، پیوند پایین‌رونده در باند X و پیوند پایین‌رونده در باند Ka پشتیبانی می‌کند. نکته مهم دیگر، تفاوت میان دریافت داده‌های مأموریت و کنترل خود ماهواره است. این دو وظیفه با یکدیگر ارتباط دارند، اما یکسان نیستند. داده‌های مأموریت (Payload Data) شامل اطلاعات تولیدشده توسط ابزارهای علمی و سنجش‌گرهای ماهواره، مانند تصاویر سطح زمین یا اندازه‌گیری‌های جوی، هستند. در مقابل، تله‌متری (Telemetry) وضعیت داخلی فضاپیما را گزارش می‌کند؛ بعنوان مثال، اطلاعات مربوط به توان، دما و عملکرد زیرسامانه‌ها. ردیابی و فرمان‌دهی نیز به‌ترتیب به تعیین و پایش وضعیت حرکتی ماهواره و ارسال دستورهای عملیاتی مربوط می‌شوند. مجموعه این عملیات را معمولاً با اصطلاح TT&C، یعنی تله‌متری، ردیابی و فرمان‌دهی، توصیف می‌کنند. KSAT برای ماهواره‌های مدار پایین زمین، خدمات TT&C را در شبکه زمینی خود ارائه می‌دهد.
بخش اول
@Science_Prime
اما چرا موقعیت جغرافیایی 78 درجه شمالی اهمیت دارد؟
برای درک اهمیت این موضوع، ابتدا باید تفاوت میان مدار قطبی و مدارهای معمولی ماهواره‌ها را در نظر بگیریم. ماهواره‌های مدار قطبی، زمین را در مدارهایی دور می‌زنند که صفحه مداری آن‌ها تقریباً از نزدیکی قطب شمال و قطب جنوب عبور می‌کند. بسیاری از ماهواره‌های مشاهده زمین نیز در مدارهای تقریباً قطبی و بویژه مدارهای خورشیدآهنگ فعالیت می‌کنند. این مدارها امکان تصویربرداری از مناطق مختلف زمین را در شرایط نوری تقریباً مشابه فراهم می‌کنند. در عرض جغرافیایی 78 درجه شمالی، ماهواره‌های مدار قطبی در هر دور گردش خود از محدوده‌ای نزدیک به این ایستگاه عبور می‌کنند. در نتیجه، برخلاف بسیاری از ایستگاه‌های زمینی واقع در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر، SvalSat می‌تواند در تمام گذرهای روزانه بسیاری از این ماهواره‌ها به آن‌ها دسترسی داشته باشد. بعنوان مثال، یک ماهواره در مدار LEO ممکن است تقریباً 14 تا 15 بار در شبانه‌روز به دور زمین گردش کند. در مأموریت‌های مناسب، SvalSat می‌تواند هر 14 گذر روزانه را پوشش دهد؛ البته این عدد به مدار دقیق، ارتفاع، هندسه خط دید و مشخصات مأموریت بستگی دارد. بنابراین، منظور از پوشش کامل در اینجا دسترسی به تمام گذرهای مداری قابل‌مشاهده از ایستگاه است، نه ارتباط پیوسته با ماهواره در تمام مدت شبانه‌روز.
ساختار فنی ایستگاه چگونه است؟
ین ایستگاه دارای بیش از 160 آنتن در قالب یک سامانه یکپارچه دریافت و تبادل داده است که آنتن‌ها، تجهیزات فرکانس رادیویی، گیرنده‌ها، مودم‌ها، سامانه‌های کنترل و زمان‌بندی، زیرساخت پردازش داده و شبکه انتقال اطلاعات را در بر می‌گیرد. البته تعداد آنتن‌ها در طول زمان و با توسعه ایستگاه تغییر می‌کند. آنتن‌های سهموی بزرگ این مجموعه برای برقراری پیوند رادیویی با ماهواره‌ها به کار می‌روند. قطر دهانه آنتن، فرکانس کاری، بازده دهانه و کیفیت سامانه دنبال‌کننده آنتن، در بهره آنتن و توانایی دریافت سیگنال‌های ضعیف مؤثرند. بهره بالای آنتن در جهت ماهواره به بهبود نسبت سیگنال به نویز در گیرنده کمک می‌کند؛ البته عملکرد نهایی به توان فرستنده ماهواره، فاصله، تلفات مسیر، شرایط جوی و مشخصات گیرنده نیز وابسته است.
در چنین ایستگاهی، مجموعه‌ای از باندهای فرکانسی برای مأموریت‌های مختلف استفاده می‌شود. برای نمونه:
باند S: برای برخی پیوندهای فرمان و تله‌متری و همچنین انتقال داده
باند X: برای دریافت حجم زیادی از داده‌های مأموریت، از جمله اطلاعات حاصل از ماهواره‌های سنجش از دور
باند Ka: برای انتقال داده با نرخ بالا، به‌ویژه در مأموریت‌هایی که به ظرفیت مخابراتی زیادی نیاز دارند.
البته نا گفته نماند این تقسیم‌بندی مطلق نیست و نوع پیوند و باند فرکانسی به طراحی هر مأموریت بستگی دارد. بعنوان مثال، شبکه KSATlite از پیوندهای بالارونده و پایین‌رونده در باند S، پیوند پایین‌رونده در باند X و پیوند پایین‌رونده در باند Ka پشتیبانی می‌کند. نکته مهم دیگر، تفاوت میان دریافت داده‌های مأموریت و کنترل خود ماهواره است. این دو وظیفه با یکدیگر ارتباط دارند، اما یکسان نیستند. داده‌های مأموریت (Payload Data) شامل اطلاعات تولیدشده توسط ابزارهای علمی و سنجش‌گرهای ماهواره، مانند تصاویر سطح زمین یا اندازه‌گیری‌های جوی، هستند. در مقابل، تله‌متری (Telemetry) وضعیت داخلی فضاپیما را گزارش می‌کند؛ بعنوان مثال، اطلاعات مربوط به توان، دما و عملکرد زیرسامانه‌ها. ردیابی و فرمان‌دهی نیز به‌ترتیب به تعیین و پایش وضعیت حرکتی ماهواره و ارسال دستورهای عملیاتی مربوط می‌شوند. مجموعه این عملیات را معمولاً با اصطلاح TT&C، یعنی تله‌متری، ردیابی و فرمان‌دهی، توصیف می‌کنند. KSAT برای ماهواره‌های مدار پایین زمین، خدمات TT&C را در شبکه زمینی خود ارائه می‌دهد.
بخش اول
@Science_Prime
👍1
Science Prime
ایستگاه ماهواره‌ای سوالبارد (Svalbard/SvalSat) یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های زمینی ارتباط با ماهواره‌ها در جهان است که در عرض جغرافیایی حدود 78 درجه شمالی، در مجمع‌الجزایر سوالبارد نروژ قرار دارد. اهمیت این مجموعه صرفاً به تعداد زیاد آنتن‌های آن محدود نمی‌شود؛…
برای درک بهتر عملکرد SvalSat، یک ماهواره سنجش از دور را در مدار پایین زمین در نظر بگیریم.
ماهواره در طول گردش مداری خود از فراز مناطق مختلف زمین عبور می‌کند و با ابزارهای تصویربرداری یا اندازه‌گیری خود، داده تولید می‌کند. این داده‌ها ممکن است در حافظه داخلی ماهواره ذخیره شوند تا هنگام عبور از محدوده دید یک ایستگاه زمینی، به زمین ارسال شوند. هنگامی که ماهواره به محدوده قابل‌مشاهده SvalSat وارد می‌شود، سامانه کنترل مأموریت، گذر آن را شناسایی کرده و آنتن مناسب را برای برقراری پیوند ارتباطی آماده می‌کند. آنتن با دنبال‌کردن موقعیت ظاهری ماهواره، پرتو خود را در جهت آن تنظیم می‌کند و گیرنده زمینی سیگنال رادیویی را دریافت می‌کند. سیگنال دریافتی پس از تقویت و پردازش در زنجیره گیرنده، به داده دیجیتال تبدیل می‌شود. سپس اطلاعات اعتبارسنجی و در صورت نیاز پردازش اولیه می‌شوند و برای ذخیره‌سازی یا انتقال به مرکز عملیاتی و کاربران نهایی آماده خواهند شد. مزیت کلیدی SvalSat این است که فرصت دریافت داده را در هر گذر مناسب ماهواره‌های مدار قطبی فراهم می‌کند. این قابلیت می‌تواند فاصله زمانی میان ثبت داده و دریافت آن در زمین را کاهش دهد، زیرا برای دریافت داده‌های ذخیره‌شده لازم نیست همواره تا گذر بعدی ماهواره از فراز یک ایستگاه واقع در عرض جغرافیایی پایین‌تر منتظر ماند. البته زمان نهایی تحویل اطلاعات تنها به موقعیت ایستگاه وابسته نیست؛ برنامه‌ریزی گذرها، ظرفیت ارتباطی، حجم داده، پردازش زمینی و مسیر انتقال تا مرکز کاربر نیز در آن نقش دارند. اهمیت این ایستگاه در طیف گسترده مأموریت‌هایی آشکار می‌شود که به دریافت مکرر داده از ماهواره‌های مدار قطبی نیاز دارند. بعنوان مثال ماهواره‌های تصویربرداری، اطلاعات مربوط به پوشش گیاهی، تغییرات کاربری زمین، منابع طبیعی و تحولات سطح زمین را تولید می‌کنند. دسترسی مکرر به داده‌های آن‌ها می‌تواند فرایند پایش و تحلیل را تسریع کند. ماهواره‌های هواشناسی داده‌هایی درباره دما، رطوبت، ابرها و سایر متغیرهای جوی جمع‌آوری می‌کنند. دریافت سریع این اطلاعات در زنجیره تولید محصولات هواشناسی اهمیت دارد. همچنین بررسی وسعت و تغییرات یخ دریا، وضعیت یخچال‌ها و تغییرات محیط‌زیستی قطب شمال، تحلیل تردد کشتی‌ها، پایش فعالیت‌های دریایی و شناسایی از جمله کاربردهای داده‌های ماهواره‌ای است که از طریق چنین زیرساخت‌هایی دریافت می‌شوند. از طرفی علاوه بر دریافت داده‌های مأموریت، زیرساخت‌های زمینی می‌توانند در برقراری ارتباط با ماهواره‌ها، دریافت تله‌متری و پشتیبانی از مراحل حساس مأموریت، از جمله مراحل اولیه پس از پرتاب، نقش داشته باشند.
بخش دوم
@Science_Prime
ماهواره در طول گردش مداری خود از فراز مناطق مختلف زمین عبور می‌کند و با ابزارهای تصویربرداری یا اندازه‌گیری خود، داده تولید می‌کند. این داده‌ها ممکن است در حافظه داخلی ماهواره ذخیره شوند تا هنگام عبور از محدوده دید یک ایستگاه زمینی، به زمین ارسال شوند. هنگامی که ماهواره به محدوده قابل‌مشاهده SvalSat وارد می‌شود، سامانه کنترل مأموریت، گذر آن را شناسایی کرده و آنتن مناسب را برای برقراری پیوند ارتباطی آماده می‌کند. آنتن با دنبال‌کردن موقعیت ظاهری ماهواره، پرتو خود را در جهت آن تنظیم می‌کند و گیرنده زمینی سیگنال رادیویی را دریافت می‌کند. سیگنال دریافتی پس از تقویت و پردازش در زنجیره گیرنده، به داده دیجیتال تبدیل می‌شود. سپس اطلاعات اعتبارسنجی و در صورت نیاز پردازش اولیه می‌شوند و برای ذخیره‌سازی یا انتقال به مرکز عملیاتی و کاربران نهایی آماده خواهند شد. مزیت کلیدی SvalSat این است که فرصت دریافت داده را در هر گذر مناسب ماهواره‌های مدار قطبی فراهم می‌کند. این قابلیت می‌تواند فاصله زمانی میان ثبت داده و دریافت آن در زمین را کاهش دهد، زیرا برای دریافت داده‌های ذخیره‌شده لازم نیست همواره تا گذر بعدی ماهواره از فراز یک ایستگاه واقع در عرض جغرافیایی پایین‌تر منتظر ماند. البته زمان نهایی تحویل اطلاعات تنها به موقعیت ایستگاه وابسته نیست؛ برنامه‌ریزی گذرها، ظرفیت ارتباطی، حجم داده، پردازش زمینی و مسیر انتقال تا مرکز کاربر نیز در آن نقش دارند. اهمیت این ایستگاه در طیف گسترده مأموریت‌هایی آشکار می‌شود که به دریافت مکرر داده از ماهواره‌های مدار قطبی نیاز دارند. بعنوان مثال ماهواره‌های تصویربرداری، اطلاعات مربوط به پوشش گیاهی، تغییرات کاربری زمین، منابع طبیعی و تحولات سطح زمین را تولید می‌کنند. دسترسی مکرر به داده‌های آن‌ها می‌تواند فرایند پایش و تحلیل را تسریع کند. ماهواره‌های هواشناسی داده‌هایی درباره دما، رطوبت، ابرها و سایر متغیرهای جوی جمع‌آوری می‌کنند. دریافت سریع این اطلاعات در زنجیره تولید محصولات هواشناسی اهمیت دارد. همچنین بررسی وسعت و تغییرات یخ دریا، وضعیت یخچال‌ها و تغییرات محیط‌زیستی قطب شمال، تحلیل تردد کشتی‌ها، پایش فعالیت‌های دریایی و شناسایی از جمله کاربردهای داده‌های ماهواره‌ای است که از طریق چنین زیرساخت‌هایی دریافت می‌شوند. از طرفی علاوه بر دریافت داده‌های مأموریت، زیرساخت‌های زمینی می‌توانند در برقراری ارتباط با ماهواره‌ها، دریافت تله‌متری و پشتیبانی از مراحل حساس مأموریت، از جمله مراحل اولیه پس از پرتاب، نقش داشته باشند.
بخش دوم
@Science_Prime
👍1
نقشه آرپانت، شبکه پیشگام و جد بزرگ اینترنت امروزی و محصول DARPA در سال 1977
اکثر نودها، دانشگاه‌های برتر آمریکا مثل برکلی، استنفورد، ام‌آی‌تی یا مراکز نظامی مثل پنتاگون و پایگاه‌های هوایی هستند. اگر دقت کنید، خطوطی که به HAWAII (چپ) و LONDON و NORSAR (راست) می‌روند، بصورت زیگزاگ هستند که نشان از ارتباط ماهواره‌ای است؛ چون در آن زمان کابل‌کشی در اقیانوس وجود نداشت. مستطیل‌ها (Hosts)، نوع کامپیوترها را نشان می‌دهند مثل PDP-10, PDP-11, CDC 6600, IBM 360، نکته اینجاست که آرپانت کامپیوترهای کاملاً متفاوت از شرکت‌های مختلف را به هم متصل کرده بود.
@Science_Prime
اکثر نودها، دانشگاه‌های برتر آمریکا مثل برکلی، استنفورد، ام‌آی‌تی یا مراکز نظامی مثل پنتاگون و پایگاه‌های هوایی هستند. اگر دقت کنید، خطوطی که به HAWAII (چپ) و LONDON و NORSAR (راست) می‌روند، بصورت زیگزاگ هستند که نشان از ارتباط ماهواره‌ای است؛ چون در آن زمان کابل‌کشی در اقیانوس وجود نداشت. مستطیل‌ها (Hosts)، نوع کامپیوترها را نشان می‌دهند مثل PDP-10, PDP-11, CDC 6600, IBM 360، نکته اینجاست که آرپانت کامپیوترهای کاملاً متفاوت از شرکت‌های مختلف را به هم متصل کرده بود.
@Science_Prime
❤1
در اینجا حملۀ اتمی با بمب B-61 با قدرت 340Kt به کوه کلنگ‌گزلا شبیه‌سازی شده است.
در انفجار سطحی، بخش زیادی از انرژی بصورت موج ضربه‌ای و تابش حرارتی تلف می‌شود. اما در انفجار زیرزمینی، انرژی کلاهک 340 کیلوتنی بشدت با جرم سنگ و خاک کوپل می‌شود. این موج فشاری شدید، یک موج شوک لرزه‌ای بسیار قوی در داخل ساختار کوه ایجاد می‌کند که باعث فروپاشی تونل‌ها، خرد شدن بتن‌های دوجداره و ایجاد پدیده Spalling (کنده شدن و پرتاب سنگ‌های دیواره داخلی تونل‌ها به درون فضاهای خالی) حتی در عمق‌های بسیار بیشتر از عمق گودال انفجار می‌شود. از طرفی انفجار زیرزمینی باعث ایجاد یک ابر حلقوی شبیه به فوران آتشفشانی از ذرات داغ و رادیواکتیو در پایه مرکز انفجار می‌شود که دوزهای کشنده چند هزار رِم (Rem) در ساعت را در اطراف کوه ایجاد می‌کند. همچنین انفجار سنگرشکن، شکستگی‌های عمیقی در لایه‌های زمین ایجاد کرده و محصولات شکافت مانند سزیم-137 و استرانسیم-90 را مستقیماً وارد آبراه‌ها و سفره‌های آب زیرزمینی منطقه می‌کند.
@Science_Prime
در انفجار سطحی، بخش زیادی از انرژی بصورت موج ضربه‌ای و تابش حرارتی تلف می‌شود. اما در انفجار زیرزمینی، انرژی کلاهک 340 کیلوتنی بشدت با جرم سنگ و خاک کوپل می‌شود. این موج فشاری شدید، یک موج شوک لرزه‌ای بسیار قوی در داخل ساختار کوه ایجاد می‌کند که باعث فروپاشی تونل‌ها، خرد شدن بتن‌های دوجداره و ایجاد پدیده Spalling (کنده شدن و پرتاب سنگ‌های دیواره داخلی تونل‌ها به درون فضاهای خالی) حتی در عمق‌های بسیار بیشتر از عمق گودال انفجار می‌شود. از طرفی انفجار زیرزمینی باعث ایجاد یک ابر حلقوی شبیه به فوران آتشفشانی از ذرات داغ و رادیواکتیو در پایه مرکز انفجار می‌شود که دوزهای کشنده چند هزار رِم (Rem) در ساعت را در اطراف کوه ایجاد می‌کند. همچنین انفجار سنگرشکن، شکستگی‌های عمیقی در لایه‌های زمین ایجاد کرده و محصولات شکافت مانند سزیم-137 و استرانسیم-90 را مستقیماً وارد آبراه‌ها و سفره‌های آب زیرزمینی منطقه می‌کند.
@Science_Prime
😱3🔥2
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
این انیمیشن، شبیه‌سازی دقیقی از راکت فضایی SLS را درست پس از برخاست در مسیر پرواز مأموریت آرتمیس 2 نشان می‌دهد.
رنگ‌ها نشان می‌دهند که هوا چگونه در اطراف موشک جریان می‌یابد و اصطکاک روی سطح و جریان‌های چرخشی که معمولاً نامرئی هستند را برجسته می‌کنند. این نیروهای نامرئی بر عملکرد موشک هنگام صعود به فضا تأثیر می‌گذارند.
@Science_Prime
رنگ‌ها نشان می‌دهند که هوا چگونه در اطراف موشک جریان می‌یابد و اصطکاک روی سطح و جریان‌های چرخشی که معمولاً نامرئی هستند را برجسته می‌کنند. این نیروهای نامرئی بر عملکرد موشک هنگام صعود به فضا تأثیر می‌گذارند.
@Science_Prime
❤1