دانشمندان نويد مى دهند كه سده بيست و يكم، گواه انقلاب واقعى در نظام ارتباطات فضايى خواهد بود كه در طى بيست سال آينده منجر به تغيير مفاهيم زندگى بشر خواهد شد، مثلاً آموزش و بهداشت و ديگر خدمات ضرورى به بركت ارتباطات برتر و از ميان خلاء با شتاب و كارايى والايى انجام خواهد گرفت. شبكه هاى اطلاعاتى با افق هاى دورتر و فراگيرتر گسترش خواهد يافت تا همه عرصه هاى تجارى، صنعتى، كشاورزى، علمى و رفاهى را دربرگيرد. طى چند سال آينده شبكه هايى از ماهواره ها در فضا گسترش خواهند يافت كه شماره شان به هزاران هزار مى رسد و كاربردهاى گوناگونى خواهند داشت.

تا اويل سال ۱۹۶۰ ميلادى غير از چند ارتباط محدود كه توسط دستگاه بى سيم برقرار شده بود مسئله انتخاب وجود نداشت و به علت ظرفيت كم و تقاضا براى ارتباطات بيشتر، انباشته بودن طيف هاى فركانسى و ضعف سيستم انتقال صوتى تنها وسيله ارتباطى بين قاره اى كابل تلفنى زيردريايى بود. اما در سال ۱۹۶۰ ميلادى يعنى تقريباً سه سال بعد از پرتاب اولين سفينه شوروى، آمريكايى ها نخستين قمر مصنوعى مخابراتى را در مدار زمين قرار دادند كه قطر اين قمر بزرگ ۳۰ متر بود و در ارتفاع ۱۵۰۰ كيلومترى زمين گردش مى كرد. اين قمر مجهز به نوعى آينه بود كه امواج را از ايستگاه هاى فرستنده مى گرفت و به ايستگاه هاى گيرنده كه به علت كروى بودن زمين نمى توانستند آنها را به صورت مستقيم دريافت كنند منعكس مى كرد. به اين ترتيب اولين ارتباط آزمايشى به وسيله ماهواره بين دو نقطه دوردست آمريكا يعنى از كاليفرنيا تا نيوجرسى برقرار شد و قسمت اعظم انرژى اشعه اى كه از ايستگاه فرستنده ارسال مى شد در فضا پخش و تنها قسمت كوچكى از آن توسط ماهواره منعكس مى شد و براى اينكه اشعه منعكس شده قابل استفاده شود لازم بود به وسيله ايستگاه عظيم و پرقدرتى تقويت شود كه نتيجه كار مطلوب نبود به همين دليل آمريكايى ها شروع به ساختن قمر مصنوعى مخابراتى جديدى كردند كه امواج را به وسيله آنتن هايى از زمين دريافت و پس از تقويت به سوى ايستگاه هاى گيرنده زمينى ارسال كند. و انديشه استفاده از ماهواره ها به صورت رله براى ارتباطات راه دور ابتدا از سوى نويسنده معروف داستان هاى علمى -تخيلى و يكى از بنيانگذاران انجمن انگليسى بين ستاره ها آرتورسى كلارك مطرح شد و در مقاله اى در اكتبر سال ۱۹۴۵ ميلادى مجله جهان بى سيم چاپ شد كه اين مقاله سرآغازى براى شروع فعاليت هاى جدى ارتباطات ماهواره اى شد.

 

•فعاليت هاى كلارك

كلارك با درنظر گرفتن سه ماهواره در ارتفاع ۳۶ هزار كيلومترى از سطح زمين و روى محيط مدار دايره اى شكل دور كره زمين به فواصل مساوى از هم، پوشش ارتباط ماهواره اى تمام سطح زمين را ميسر مى ساخت. بعد از چاپ مقاله كلارك طى ده سال سه اختراع مهم انجام شد كه مورد استفاده آنها در ساخت ماهواره ها است؛ اولى سلول هاى خورشيدى است كه تبديل كننده انرژى نورى خورشيد به الكتريسيته هستند، دوم انواع مختلف ترانزيستور و سوم لامپ تقويت موج راديويى بوده است. در واقع اين نوع تقويت كننده ها با طيف وسيع فركانس و بازدهى حدود ۲۰ الى ۴۰ درصد از معمولى ترين نوع تقويت كننده در امواج مخابراتى ماهواره اى محسوب مى شوند.

در سال ۱۹۶۲ ميلادى، تاريخ ارتباطات ورق خورد و نخستين ماهواره از نوع رله و تقويت كننده اى به نام تله استار در دهم ژوئيه همين سال از سوى آمريكا در مدار قرار گرفت و براى اولين بار برنامه اى از تلويزيون آمريكا توسط اين قمر مصنوعى كه بر بالاى اقيانوس اطلس قرار داشت منعكس و براى مردم نمايش داده شد و به دنبال آن دومين ماهواره از همين نوع چند ماه بعد پرتاب شد و ماهواره تله استار در مدارى كه فاصله آن بين ۹۰۰ تا ۵۵۰۰ كيلومتر بالاتر از سطح دريا قرار داشت نصب شد. اين ماهواره ها تقريباً هر دو ساعت و نيم يك بار كره زمين را دور مى زدند و به دليل اينكه كره زمين در هر ۲۴ ساعت يك بار به دور خود مى چرخد ارتباط بين دو نقطه از زمين فقط چند بار در شبانه روز امكان پذير بود و اين ماهواره تنها مدت كوتاهى در يك نقطه قابل رويت مى ماند كه اين مدت به ارتفاع مدار قمر مصنوعى كه از سطح دريا قرار داشت وابسته بود. براى برقرارى ارتباط دائمى، فقط يك راه به نظر مى رسيد و آن اينكه ماهواره بايد در بالاى يك نقطه از زمين در ارتفاع معينى ثابت بماند كه ظاهراً خيلى مشكل بود ولى عملاً وقتى زمان گردش ماهواره به دور زمين ۲۴ ساعت باشد همزمان با كره زمين به دور آن خواهد گشت و از نظر ما در آسمان بى حركت خواهد ماند چون اين قمر مصنوعى در يك مدار دايره اى حركت مى كند كه مركز آن منطبق بر مركز كره زمين و صفحه اين دايره نيز عمود بر محور زمين است.

اين مدار دايره اى به موازات خط استوا خواهد بود و همين طور به دليل سرعت قمر مصنوعى نمى تواند از مقدار معينى كمتر باشد به دليل آنكه قمر مصنوعى بايد در ۲۴ ساعت يك بار به دور زمين چرخش نمايد، مى بايست محيط دايره اى مسير قمر مصنوعى و در نتيجه ارتفاع مدار آن را بيشتر كرد.محاسبات و تجربه هاى عملى نشان داده كه براى اين منظور، بايد ارتفاع ماهواره از سطح دريا حدوداً ۳۶ هزار كيلومتر باشد؛ فاصله اى كه در آن از طرف زمين نيروى جاذبه به ماهواره وارد نمى شود. اين مدار را اصطلاحاً مدار ژئوسنكرون يا زمين آهنگ مى نامند. وقتى كه ماهواره به ارتفاع ۳۶ هزار كيلومترى از سطح دريا رسيد آن را به آرامى منحرف مى كنند كه در بالاى نقاط انتخاب شده باقى بماند ولى در صورت انحراف از مسير اصلى و دور شدن از نقطه دلخواه توسط موتورهاى عكس العملى كوچكى كه در آنها تعبيه شده و از ايستگاه هاى كنترل زمين هدايت مى شوند آن را دوباره به وضعيت مطلوب برمى گردانند. بدين ترتيب سير تحولات ماهواره هاى مخابراتى ادامه پيدا كرد تا به امروز كه شاهد به  كارگيرى تكنيك هاى بسيار پيشرفته در اين سيستم ها جهت ارتقاى سطح كيفيت و افزايش ظرفيت آنها هستيم.

 

•ماهواره هاى مخابراتى
 

 

 

گسترش ارتباطات در سطح جهان، استفاده از سيستم هاى مخابراتى را با ظرفيت بيشتر و پوشش وسيع تر و كيفيت بهتر طلب مى كند و براى تامين اين موارد يكى از روش هايى كه مى تواند به طور مناسب جوابگوى نيازهاى فعلى و آتى بشر در اين زمينه باشد استفاده از ماهواره هاى مخابراتى است. ماهواره هاى مخابراتى سفينه اى است كه سيگنال هاى الكتريكى را از فرستنده اى زمينى دريافت مى كند و بعد از تقويت و تغيير فركانس هاى حامل به سمت ايستگاه هاى زمينى در نقاط ديگر ارسال مى كند. چون ماهواره هاى مخابراتى سيگنال ها را تقويت كرده و سپس بازگشت مى دهند، بيشتر به عنوان تكراركننده و رله شناخته مى شوند. ماهواره هاى مخابراتى معمولاً در مدارهاى خاصى از كره زمين قرار مى گيرند كه به نظر فرستنده ها و گيرنده هاى روى زمين ثابت به نظر مى آيند. به كمك يك فرستنده بر روى زمين و يك ماهواره هم بر روى يك مدار، مى توان حدود يك سوم سطح زمين را پوشش داد. اولين ماهواره مخابراتى بين المللى از سرى اينتل است با ظرفيت ۲۴۰ كانال تلفنى در سال ۱۹۶۵ ميلادى به فضا پرتاب شد و سرآغازى براى پوشش ارتباطات ماهواره اى در سطح بين المللى شد. موارد استفاده ماهواره هاى مخابراتى و تاثير فراوان آن بر زندگى بشر باعث شده كه روزبه روز توجه انسان به اين وسيله ارتباطى افزايش يابد.

داشتن ماهواره مخابراتى مستقل براى هر كشورى باعث ايجاد تسهيلات در امر انتقال اطلاعات كامپيوترى از دانشگاه ها به مراكز تحقيقات و بالعكس، هر چه سريع تر انجام شدن امور اقتصادى، پوشش كليه نقاط كشور از نظر برنامه هاى تلويزيونى، راديويى و تلفنى با نصب سريع آنتن هاى گيرنده زمينى در نقاط مختلف كشور، آموزش كشاورزى و پزشكى از راه دور و كاربردهاى وسيع و متنوع ديگرى خواهد بود. ماهواره هاى مخابراتى در مدار خاصى مستقر مى شوند كه حدود ۳۵۷۸۸ كيلومتر از خط استوا فاصله دارند. هر ماهواره با سرعت و جهتى همسان با كره زمين در حال حركت است در اين شرايط ماهواره در مكانى بالاى خط استوا نسبت به زمين ثابت مى شود. ماهواره هاى مخابراتى ابتدا براى ارتباطات تلفنى طراحى شده اند ولى امروزه شاهد ارائه سرويس هاى گوناگونى از قبيل كاربردهاى تلويزيونى تجارى و كنفرانس از راه دور از طريق ماهواره هستيم اما هنوز سرويس تلفنى بالاترين حجم را در بين ديگر سرويس ها حفظ كرده است.

در حال حاضر از ۱۹ ماهواره مخابراتى بين المللى از سرى اينتل ست ده ماهواره بالاى اقيانوس اطلس، چهار ماهواره بر روى اقيانوس آرام و پنج ماهواره ديگر بالاى اقيانوس هند قرار دارد و اين ماهواره ها يك ارتباط ماهواره اى بين المللى با زير پوشش قرار دادن تقريباً كليه نقاط دنيا به وجود آورده اند. يك ماهواره مخابراتى كه در واقع يك نوع تكراركننده فركانس هاى راديويى است در ساده ترين شكل خود عمليات را انجام مى دهد.سيگنال هاى دريافت شده توسط آنتن ماهواره ابتدا به علت افت بسيار زيادى كه بر اثر مسير طولانى داشته تقويت و سپس با فركانس نوسان ساز محلى مخلوط مى شود و تغيير فركانس مى دهد و بالاخره پس از تقويت مجدد به آنتن فرستنده ماهواره داده مى شود تا به طرف ايستگاه هاى موردنظر و زير پوشش ارسال شود.

ماهواره هاى مخابراتى معمولاً بين ۸ تا ۱۲ سال عمر مى كنند. در واقع ميزان سوخت موردنياز سيستم فرعى براى حفظ موقعيت ماهواره و همچنين از كارافتادن تدريجى سلول هاى خورشيدى كه در سيستم فرعى تغذيه قدرت الكتريكى قرار دارند از عوامل محدودكننده عمر ماهواره هستند.

 

•ويژگى هاى ماهواره هاى مخابراتى 

گسترش منطقه تحت پوشش

 ارتباط بين نقاط مختلفى كه در پوشش يك ماهواره قرار دارند به آسانى امكان پذير است و وسعت زير پوشش ماهواره بستگى به نوع آنتن ماهواره دارد كه مى تواند محلى نسبتاً كوچك يا يك كشور و يا منطقه اى متشكل از چندين كشور و يا يك نيم كره باشد. 

انعطاف پذيرى
هر جا يك پايانه ماهواره اى وجود داشته باشد امكان استفاده از سيستم ماهواره اى فراهم خواهد بود. اين پايانه ها را مى توان بر روى سكوى كشتى، هواپيما و واحدهاى متمركز معينى قرار داد و از طريق آن با نقاط ديگر ارتباط برقرار كرد. 
پهناى باند زياد.

با توجه به اين كه در فركانس هاى بالا مثل ۱۱ و ۱۴ گيگاهرتز پهناى باند بيشترى در اختيار ما قرار دارد مى توان از برنامه هاى تلويزيونى با كيفيت بالا، كانال هاى زياد تلفنى و انتقال اطلاعات با سرعت بالا برخوردار شويم.
هزينه كم.

با توجه به اين كه ايجاد ارتباط بين دو نقطه توسط ماهواره مستقل از فاصله بين آنها است اين نقاط مى توانند در هر فاصله اى از يكديگر در منطقه زير پوشش واقع شده باشند لذا هزينه هاى مربوطه، به بعد مسافت بستگى ندارد و براى بسيارى از موارد از هزينه ايجاد يك شبكه زيرزمينى كمتر خواهد بود. 

ضريب اطمينان

ارتباط بين دو نقطه در شبكه ماهواره اى مخابرات داراى ضريب اطمينانى برابر يا بهتر از ارتباط از مسيرهاى زمينى است. 
 

سرعت دريافت

به علت مسافت زياد مثلاً بين ۷۲ هزار تا ۸۲ هزار كيلومتر بين دو پايانه ايستگاه ماهواره اى زمينى سيگنال فرستاده شده كه با سرعت نور حركت مى كند حداقل ۳۰۰ ميلى ثانيه طول مى كشد تا به پايانه ديگر برسد. 

 

ايجاد اكو

بر اثر تبديل خطوط انتقال از دو سيم به چهار سيم در قسمتى از مسير شبكه زمينى، سيگنال با پديده اكو روبه رو مى شود به اين معنى كه بخشى از سيگنال هاى آن بازگشت داده مى شود. براى كاهش اين حادثه ناخواسته و مزاحم از تجهيزاتى به نام حذف كننده اكو استفاده مى شود. 

در زمينه مزيت هاى بيشتر ماهواره مخابراتى مى توان گفت كه سيگنال هاى راديويى منتشر شده از ماهواره مخابراتى به طور همزمان مى تواند توسط چندين ايستگاه زمينى زير پوشش دريافت شود و اين مسئله فقط از طريق ماهواره هاى مخابراتى امكان پذير است و از راه كابل يا ديگر وسايل ارتباطى ميسر نيست. در واقع ارتباطات ماهواره اى براى ايجاد ارتباط بين المللى بين كشورها و ارتباطات محلى بين شهرها و مناطق دورافتاده بسيار مناسب است و مى توان با استفاده از ماهواره مخابراتى يك شبكه ارتباطى با كيفيت بالا و هزينه كم در سطحى گسترده ايجاد كرد. 

 

•ماهواره هاى راديو و تلويزيونى

شكى نيست كه وسايل ارتباط جمعى از قبيل راديو و تلويزيون در پيشبرد هدف هاى اجتماعى، اقتصادى، فرهنگى و فنى تاثير بسزايى دارند. در سال هاى اخير پخش صدا و تصوير از طريق ماهواره به عنوان موثرترين وسيله در نيل به هدف  هاى فوق توجه همگان را به خود جلب كرده است. براى اين منظور برنامه تلويزيونى از يك ايستگاه زمينى به ماهواره ارسال مى شود و سپس ماهواره تصوير فوق را روى يك شعاع باريك كه فقط ناحيه مشخص شده اى از زمين را مى پوشاند برمى گرداند. ايستگاه زمينى با آنتن هاى بشقابى شكل تصوير را مى گيرد و آن را دوباره پخش مى كند. به عبارت ديگر مى تواند در آن واحد و به طور همزمان مثلاً در ايران برنامه هاى تلويزيونى خيلى از كشورها را مشاهده كرد. اين گونه ماهواره ها مى توانند ارتباط برنامه هاى راديو و تلويزيون را به طور مستقيم بين ماهواره و گيرنده هاى خانگى تلويزيون برقرار كنند. در ژاپن و فرانسه تصاوير تلويزيونى مستقيماً از ماهواره به گيرنده هاى خانگى كه آنتن هاى كوچك و تقريباً ارزان قيمتى دارند انتقال پيدا مى كند. چنان چه قرار باشد اين روش در سطوح وسيع خود به كار گرفته شود مسائل بغرنجى در زمينه حقوق فضايى و سياسى به وجود مى آيد، بدين منظور كميته هاى تخصصى سازمان ملل متحد مشغول بررسى هستند تا راه حل هاى مناسبى براى اين مسئله پيدا كنند اما در حال حاضر در بسيارى از كشورها امكان دريافت سيگنال هاى صوتى و يا تصويرى به كمك آنتن هاى معمولى وجود ندارد.