سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل

به گزارش واحد سیاسی خبرگزاری صبح اقتصاد ماهواره پارس-۱ پس از انجام موفقیت آمیز تمام آزمایش های مربوطه در ۱۳ دی ماه ۱۳۹۹ به سازمان فضایی ایران به عنوان آخرین دستاورد عرصه ماهواره ای از برنامه فضایی کشور تحویل شد.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

پیش از این ماهواره های فجر و طلوع محصول وزارت دفاع، دوستی (شریف ست)، پیام امیرکبیر، ظفر علم و صنعت محصول دانشگاه های مختلف و ناهید-۱ ساخت پژوهشگاه فضایی ایران از جمله پروژه های ماهواره ای به اتمام رسیده در کشور بودند که هر یک وظیفه آزمودن تعدادی از فناوری های مورد نیاز در جهت نقشه راه مأموریت های کاربردی عرصه فضایی کشور را بر عهده داشتند.

مجموع قابلیت های ماهواره پارس-۱ که در این گزارش مختصراً بیان شده سبب می شود که این ماهواره پیشرفته ترین محصول ساخت داخل در این عرصه باشد.

ماهواره پارس-۱ در مرداد ۱۳۹۴ در پژوهشکده سامانه های ماهواره از مجموعه پژوهشگاه فضایی ایران تعریف شد و در مراحل ساخت و سپس آزمایش های مختلف آن سایر پژوهشکده های این پژوهشگاه، برخی دانشگاه ها و شرکت های خصوصی و نیز صنایعی از وزارت دفاع و پشتیبانی نیروهای مسلح مشارکت داشته اند.

ماهواره پارس-۱

در مسیر رسیدن به ماهواره های سنجشی حرفه‌ای و کامل، ماهواره پارس-۱ به عنوان یک ماهواره تصویربرداری اولین گام در طراحی و ساخت ماهواره‌های سنجشی محسوب می‌شود. محموله‌های متفاوت با قدرت تفکیک متوسط در پارس-۱ به کارگیری شده است تا در جهت مأموریت نهایی سنجشی، مراحل توسعه فناوری صورت پذیرد.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

ماهواره پارس-۱ به منظور تصویربرداری کاربردی، توسعه بازار داده‌های سنجشی داخلی و توسعه و آزمایش فناوری‌های پایه‌ای ماهواره‌های سنجشی و بخش زمینی آنها، طراحی و ساخته شده است.

این پروژه در برنامه راهبردی ماهواره های سنجشی به عنوان اولین گام راهبردی در راستای دستیابی به اهداف آن برنامه، معرفی شده اما علاوه بر این، مأموریت های کاربردی نیز متناسب با قابلیت های محموله های تصویربرداری نصب شده در آن برای پارس-۱ تعریف شده است.

مأموریت‌های کاربردی ماهواره پارس-۱ تهیه نقشه‌هایی با مقیاس‌های مورد نیاز از منابع آبی، حوزه‌های زیستی و مراکز جمعیتی است.

با توجه به رویکرد مثبت سازمان فضایی ایران در ارائه منابع خام اطلاعاتی خود به شرکت های دانش بنیان و استارت آپ‌های فعال در زمینه کاربرد فناوری فضایی، احتمالاً تصاویر این ماهواره نیز در اختیار این مجموعه ها قرار خواهد گرفت.

در زمینه مأموریت های راهبردی نیز برداشتن نخستین گام از مسیر راه طراحی ابرسامانه ماهواره سنجشی عملیاتی بومی، افزایش سطح فناوری ساخت سامانه های ماهواره های سنجشی در داخل کشور، توسعه استفاده از داده های سنجشی در بین نهادها و دستگاه های مختلف و در نهایت توسعه بازار داده های سنجشی در کشور را می توان ذکر کرد.

در مأموریت های فضایی، سنجش از دور به معنای استفاده از برهمکنش امواج الکترومغناطیسی با پدیده های مختلف بر روی سطح زمین و جو آن برای مطالعه و اندازه گیری مشخصات آن پدیده ها است.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

این مفهوم کلی، طیف متنوعی از رویکردهای سنجش شامل روش های فعال و غیرفعال و طیف های مختلف الکترومغناطیسی از طول موج فرابنفش تا امواج رادیویی را در بر می گیرد. یکی از رویکردهای پرکاربرد استفاده از سنجنده های اپتیکی در طول موج های فرابنفش تا فروسرخ بلند یا حرارتی (TIR یا LWIR) است.. سنجنده های اپتیکی غیرفعال، در حالت کلی یک بخش اپتیکی تشکیل شده از لنزها و آینه ها و فیلترها و … و یک بخش مکانیکی نگهدارنده و محافظ اجزای اپتیکی و الکترونیکی با دقت های مورد نیاز مأموریت و یک بخش الکترونیکی متشکل از آشکارسازهای امواج الکترومغناطیسی، بردهای پردازشی و حافظه است.

چالش‌های پیش روی یک مأموریت فضایی سنجشی کاربردی شامل توسعه سنجنده‌های اپتیکی غیرفعال با دقت بالا، توسعه زیرساخت‌های ساخت و آزمون ادوات اپتومکانیکی و اپتیکی و لایه نشانی های خاص قطعات اپتیکی، توسعه سازه با ارتعاش پائین به منظور عدم آسیب به قطعات اپتیکی در فرایند پرتاب و نیز پیشگیری از ثبت تصویر نامناسب در طی مأموریت، توسعه سامانه های پیشرانش به منظور حفظ ارتفاع مداری، توسعه مخابرات محموله با سرعت ارسال بالا، سامانه های تعیین موقعیت دقیق تصویر، سامانه های تعیین و کنترل وضعیت و موقعیت ماهواره، ایستگاه دریافت تصویر و مرکز کنترل محموله (شامل پردازش های لازم برای روی تصاویر) است.

ماهواره پارس-۱ در مداری به ارتفاع حدودی ۵۰۰ کیلومتر پرواز خواهد کرد و علاوه بر سنجنده تصویربردار در ناحیه مرئی با چهار طیف آبی، سبز، قرمز و فروسرخ نزدیک، دارای سنجنده هایی در ناحیه فروسرخ کوتاه (SWIR) و فروسرخ بلند یا حرارتی (TIR یا LWIR) بوده و قابلیت پاسخ گویی به نیاز طیف وسیعی از کاربران نهایی را در کشور دارا خواهد بود. در ادامه نیز پارس-۲ با سنجنده هایی با مشخصات بهتر و ارتقاء یافته در دست طراحی قرار دارد.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

ماهواره پارس-۱ که حامل سه نوع دوربین مختلف است

آزمایش های صورت گرفته به صورت اجرا روی هر بخش به طور مجزا در مراحل ساخت و نیز آزمایش عملکردی کلیه زیرسامانه ها و محموله ها در مرکز آزمون و یکپارچه سازی پژوهشگاه فضایی بوده است.

همچنین متخصصان پژوهشگاه فضایی ایران برای اولین بار در کشور موفق به اجرای آزمون های سازگاری الکترومغناطیسی عملکردی ماهواره پارس-۱ در سطح سامانه ای (سیستمی) روی کل ماهواره شدند.

پیش از این، آزمون های مذکور روی هر بخش (ماژول) به طور جداگانه انجام می شد. آزمون سازگاری مذکور شامل سه بخش اصلی سازگاری با پرتابگر، دورن سامانه ای و اتصالات و سیم بندی بوده است.

پس از این مرحله و ثبت نتایج مورد نظر، آزمون های محیطی شامل آزمایش های سازه ای (مشخصات جرمی، همراستایی و ارتعاشات) و آزمون خلأ حرارت صورت پذیرفته است.

نمونه تجمیع شده ماهواره پارس-۱ در مراحل آزمایش

ماهواره پارس-۱ دارای جرم کمتر از ۱۵۰ کیلوگرم بوده و با پرتابگر سیمرغ در مدار با ارتفاع حدود ۵۰۰ کیلومتر و شیب مداری ۵۵ درجه تزریق خواهد شد. سه محموله تصویربرداری این ماهواره شامل دوربین MS با تفکیک مکانی ۱۵ متر، دوربین SWIR با تفکیک ۱۵۰ متر و دوربین TIR با تفکیک ۳۰۰ متر است.

طول عمر این ماهواره ۳ سال بوده و توان تولیدی توسط مجموعه آرایه های خورشیدی در پارس-۱ حدود ۲۰۰ وات است. نوع پایدارسازی این ماهواره سه محوره با دقت ۰٫۰۸ درجه بر ثانیه بوده و دقت نشانه روی آن ۰۵ درجه بیان شده است. همچنین دقت موقعیت یابی این ماهواره نیز با GPS برابر ۲۵ متر است.

باند ارسال اطلاعات تله متری/تله کامند، S و VHF/UHF بوده و محموله ها نیز در باند X با سرعت ارسال ۱۰ Mbps داده های خود را ارسال می کنند. کلیه تبادلات داده ای این ماهواره رمزنگاری شده است.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

به طور خلاصه مهمترین دستاوردهای حاصل شده در پروژه ماهواره پارس-۱ که مراحل طراحی، ساخت و چند مرحله آزمایش را توسط متخصصان پژوهشگاه فضایی ایران و سایر گروه های همکار طی کرده شامل موارد زیر است:

طراحی، ساخت و آزمایش سه محموله دوربین با تفکیک های ۱۵، ۱۵۰ و ۳۰۰ متر
به کارگیری دوربین های SWIR و TIR برای اولین بار در ماهواره های کشور
سازه لانه زنبوری به عنوان تحمل کننده بارهای دینامیکی و استاتیکی
لوله حرارتی و دانش های مرتبط با آن برای اولین بار در ماهواره های کشور
فرستنده باند ایکس با سرعت ۱۰ Mbps
فرستنده باند S به صورت طیف گسترده
تعیین موقعیت کننده رادیویی مستقل از GPS
مکانیزم فنری با قابلیت اطمینان بالا برای باز کردن صفحات خورشیدی
ایزولاتور کاهنده ارتعاشات وارده به ماهواره از ماهواره بر
پیشرانش گاز سرد با چهار مولد
مجموعه باتری و بردهای تنظیم کننده توزیع توان به صورت فعال
حسگر ستاره

ماهواره پارس-۱ پس از باز شدن صفحات خورشیدی

ماهواره پارس-۱ شامل زیرسامانه های محموله، پیشرانش، مخابرات، مدیریت داده و فرمان، کنترل وضعیت، توان، کامپیوتر پرواز، کنترل حرارت، سازه و مکانیزمها بوده و عملیات آن توسط ایستگاه های زمینی مختلف پشتیبانی و همراهی می شود. در ادامه شرح مختصر هر یک از زیرسامانه های فوق ارائه می شود.

محموله تصویربرداری

همانطور که اشاره شد مأموریت کاربردی ماهواره پارس-۱ تصویربرداری با سه دوربین MS، SWIR و TIR به ترتیب با قدرت تفکیک یا رزولوشن مکانی ۱۵، ۱۵۰ و ۳۰۰ متر است که قرار است تصویربرداری از کل مساحت کشور را به انجام برسانند. به کمک این محموله ها امکان تصویربرداری در روز و شب برای پارس-۱ میسر می شود.

یکی از محموله های تصویربرداری پارس-۱ در مراحلی از آزمایش های اولیه

محموله های MS و SWIR این ماهواره در فاصله ۱۰۰ روز از شروع به کار، ۹۵ درصد مساحت کشور را تصویربرداری می کنند. محموله TIR نیز که قابلیت تصویربرداری در شب را ممکن می سازد در کمتر از ۴۵ روز همین مأموریت را به انجام می رساند. دوربین MS با تفکیک ۱۵ متری به کار گرفته شده در پارس-۱ در قیاس با دوربین های ماهواره های پرتاب شده قبلی در کشور دارای بهترین قدرت تفکیک است. دو دوربین دیگر نیز برای اولین بار در برنامه فضایی کشور در پارس-۱ مورد استفاده قرار گرفته اند. بر روی هر سه دوربین مذکور همانند سایر زیرسامانه ها، آزمایش های کارکردی، محیطی و EMC اجرا شده است.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

پیشرانش

با توجه به اینکه ماهواره ها به دلایل مختلف در طول دوره عمر خود دچار افت ارتفاع مداری می شوند برای حفظ ارتفاع مداری و نیز تنظیم دقیق ارتفاع در صورت نیاز، زیرسامانه پیشرانش در ماهواره ها کار گذاشته می شود. در پارس-۱ از پیشرانش گاز سرد با ۴ مولد رانش (تراستر) جداگانه هر یک با نیروی ۱ نیوتن استفاده شده است که در صفحه زیرین این ماهواره نصب شده اند.

پیش از این ماهواره فجر از چنین زیرسامانه ای استفاده نموده بود. با توجه به بارهای ارتعاشی قابل توجهی که در فرایند پرتاب تا تزریق به ماهواره وارد می شود و نیز بارهای حرارتی در طی مأموریت، آزمون نشتی گاز در زیرسامانه پیشرانش از مهمترین آزمایش های کارکردی است که روی آن به انجام می رسد.

مخابرات

پارس-۱ برای ارسال تصاویر به زمین از فرستنده در باند مخابراتی ایکس با سرعت ۱۰ Mbps استفاده می کند. استفاده از این لینک فرکانسی با سرعت مذکور برای اولین بار در این ماهواره استفاده شده است که در صورت تثبیت عملکرد، گامی مهم برای افزایش سرعت ارسال داده از ماهواره به زمین برای ماهواره های کاربردی بعدی خواهد بود. تصاویر ارسالی از پارس-۱ در دو ایستگاه زمینی قابل دریافت خواهد بود.

مدیریت داده و فرمان

به منظور ارسال فرمان از زمین و دریافت داده های سلامت عملکردی از ماهواره، باندهای فرکانسی VHF/UHF و نیز باند S در ماهواره پارس-۱ مورد استفاده قرار گرفته است. در لینک VHF/UHF ارتباط همه جهته ایستگاه با ماهواره فراهم است که در فازهای اولیه مأموریت که هنوز نشانه روی ماهواره به سمت زمین تکمیل نشده، استفاده می شود. پس از تکمیل فرایند نشانه روی، از لینک اصلی با سرعت ۳۰ kbps استفاده می شود. ایستگاه های ارسال و دریافت تله کامند و تله متری در شهرهای تهران، تبریز و قشم قرار می گیرند.

کنترل وضعیت

نشانه روی ماهواره به سمت زمین به منظور عکس برداری یا به سمت خورشید به منظور تولید توان توسط زیرسامانه کنترل وضعیت انجام می شود. این زیرسامانه دارای حسگرهای مختلف برای تعیین وضعیت ماهواره است که عبارتند از دو حسگر مغناطیس سنج، دو حسگر خورشید، سه حسگر ژایروسکوپ و یک حسگر ستاره که داده های خروجی آنها پس از پردازش به منظور تعیین وضعیت استفاده می شود. چهار چرخ عکس العملی و سه گشتاور دهنده مغناطیسی کار کنترل وضعیت را برای پارس-۱ به انجام می رسانند.

بخشی از زیرسامانه های کنترل موقعیت ماهواره

همچنین موقعیت ماهواره نیز با روش مکانیابی جهانی GPS و همچنین یک گیرنده باند S برای موقعیت یابی رادیویی صورت می گیرد. در این روش تعیین موقعیت سیگنال ها از طریق حداقل ۵ فرستنده زمینی انجام می شود که پس از دریافت سیگنالها توسط ماهواره تعیین موقعیت با محاسبات لازم صورت می گیرد.

هدف از این بخش یا ماژول که برای اولین بار در پارس-۱ استفاده شده، مستقل شدن قابلیت موقعیت یابی از داده های GPS در صورت لزوم است. الگوریتم های مورد استفاده در فرایند موقعیت یابی در پارس-۱ به طور کامل تحت آزمایش های مختلف به منظور صحه گذاری عملکرد قرار گرفته است.

چرخ عکس العملی مورد استفاده در ماهواره پارس-۱

توان

تأمین توان الکتریکی برای زیرسامانه های مختلف پارس-۱ توسط دو صفحه خورشیدی بازشونده و یک صفحه متصل به بدنه صورت می پذیرد. این سه صفحه یا پنل خورشیدی در مجموع حدود ۲۰۰ وات توان الکتریکی تولید می کنند یک باتری نیز به منظور تأمین توان در زمانی که ماهواره در دید خورشید قرار ندارد یا زمانی که توان لحظه ای زیادتری مورد نیاز است در پارس-۱ تعبیه شده است.

بردهای الکترونیکی متعددی با الگوریتم های هوشمند برای تنظیم کردن و توزیع توان الکتریکی بین زیرسامانه های مختلف و نیز شارژ باتری در هر زمان ممکن در پارس-۱ به کار رفته است.

رایانه پرواز

رایانه یا کامپیوتر پرواز ماهواره پارس-۱ وظیفه اجرای نرم افزار عملکردی ماهواره، داده برداری از تجهیزات مختلف در حال کار در آن، ذخیره داده ها و ارسال به زمین از طریق لینک مخابراتی را بر عهده دارد.

نرم افزار این ماهواره یکی از پیچیده ترین اجزای آن است که در در دو مرحله مجزا در مدل آزمایشگاهی و مدل مهندسی صحه گذاری شده است.

زیرسامانه کنترل پرواز

کنترل حرارت

در ارتفاعات جو رقیق، بخش هایی از ماهواره که در معرض نور خورشید قرار می گیرند بسیار داغ شده و بخش های در سایه بسیار سرد. در نتیجه علاوه بر نیاز به عایق های حرارتی در دیواره نیاز به یک سامانه برای تولید حرارت کافی برای بخش های سرد ماهواره نیز وجود دارد تا در مجموع دمای داخل ماهواره در حد مناسب عملکرد تجهیزات حفظ شود.

حسگرهای مختلف درجه حرارت و نیز گرم کننده های متعددی در قسمت های مختلف فضای داخلی ماهواره نصب شده است که مأموریت فوق را به انجام برسانند. در پارس-۱ برای اولین بار از سامانه لوله حرارتی به عنوان مولد حرارت استفاده شده است.

 

لوله حرارتی طرحی و ساخته شده در پژوهشگاه فضایی ایران

لوله های حرارتی به عنوان یک ساز و کار نسبتاً جدید گرمایش یا سرمایش در صنایع مختلف مطرح بوده و کاربرد آن در کشورهای صنعتی در حال گسترش است. این سامانه با استفاده از خاصیت های خود سیال، حرکت دینامیکی آن را رقم زده و در نتیجه بدون نیاز به منبع انرژی خارجی مانند پمپ، انتقال حرارت را با میزان مورد نیاز صورت می دهد.

کسب دانش طراحی، ایجاد زیرساخت های طراحی و ساخت و آزمایش عملکردی لوله های حرارتی با قابلیت اطمینان معین و سطح عملکرد مشخص از جمله مثال های سریز دانش و فناوری فضایی به سایر صنایع در ایران خواهد بود.”سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل”

لوله های حرارتی مورد استفاده در ماهواره پارس-۱

سازه و مکانیزم

تمامی تجهیزات ماهواره توسط زیرسامانه سازه، تثبیت شده و نگهداری می شوند. صفحات لانه زنبوری به منظور تحمل بارهای وارده و نگهداری این اجزا در پروژه ماهواره پارس-۱ طراحی و به کارگیری شده است. این صفحات نسبت به بدنه های عادی از نسبت تحمل بار به وزن بسیار بهتری برخوردار هستند.

همچنین برای پارس-۱ قطعه جدا کننده یا ایزولاتوری طراحی و ساخته شده که موجب کاهش ارتعاشات وارده به ماهواره در طی فرایند پرتاب تا تزریق در مدار و در نتیجه حفظ قابلیت اطمینان اجزاء می شود.

این قطعه به صورت غیرفعال یا پسیو عمل کرده و با توجه به حساسیت بالای تجهیزات فضایی مورد استفاده در ماهواره ها به ارتعاشات و احتمال بروز آسیب در آنها خصوصاً در مرحله پرتاب که بحرانی ترین زمان از نظر وارد شدن بارهای مکانیکی به ماهواره است، طراحی و ساخت این سامانه می تواند نقطه عطفی در طراحی و ساخت ماهواره ها در کشور از طریق کاهش هزینه و مدت زمان اجرای پروژه ها پدید آورد.

جداساز یا ایزولاتور طراحی و ساخته شده در پژوهشگاه فضایی ایران

روی این قطعه، آزمون های مودال، ارتعاشات رندم و هارمونیک، ارتعاشات شبه استاتیکی و شوک در راستاهای مختلف اجرا شده که جدا کننده یا ایزولاتور طراحی شده توسط متخصصان کشورمان ضمن تحمل بارهای دینامیکی و ارتعاشی وارده مشابه سازی شده با شرایط پرتاب، به خوبی بارهای منتقل شونده به نقاط مختلف ماهواره را تا ۸۰ درصد کاهش داده است.

مکانیزم مورد استفاده در پارس-۱ مأموریت باز کردن و تثبیت صفحات خورشیدی آن را بر عهده دارد. مکانیزم فنری با قابلیت اطمینان بالا برای باز کردن و یک موتور جریان مستقیم برای کنترل سرعت زاویه ای باز شدن صفحات و به حداقل رساندن نوسانات در جریان توقف آنها به کارگیری شده است. دو مدل سازه ای برای پارس-۱ ساخته شد که در دومین نمونه تمامی الزامات آزمایشی برآورده گردید.

ایستگاه های زمینی

بخش زمینی ماهواره پارس-۱ شامل ایستگاه های ارسال و دریافت دستور و داده یا تله کامند/تله متری در باندهای مختلف UHF/VHF و نیز باند S در تهران، تبریز و قشم است. همانطور که اشاره شد داده های تصویری نیز در باند ایکس دریافت می شود که توسط یک ایستگاه اصلی و یک ایستگاه پشتیبان صورت می پذیرد. حداقل ۵ ایستگاه فرستنده مربوط به زیرسامانه تعیین موقعیت رادیویی نیز به پارس-۱ خدمات دهی می کنند.

با توجه به محموله های مختلف و زیرسامانه های جدید ماهواره پارس-۱ به عنوان سنگین‌ترین ماهواره ساخت داخل، عملیاتی ترین، کاربردی ترین و پیشرفته ترین ماهواره طراحی و ساخته شده در داخل کشور توسط شبکه ای از محققان و صنایع مختلف با محوریت پژوهشگاه فضایی ایران باشد که بومی سازی دانش ها و فناوری های متعدد برای اولین بار در این پروژه صورت پذیرفته است. امید می رود که این ماهواره در چندمین پرتاب ماهواره بر سیمرغ در چند سال اخیر، با موفقیت در مدار قرار گرفته و برگی بر افتخارات عرصه فضایی کشور اضافه کند.