حال حاضر كشورهاي مختلفي مثل چين، هند، ژاپن، برزيل و فرانسه (اتحاديه‌ي اروپا) نيز به جمع كشورهـاي داراي فنّـاوري پرتاب ماهواره پيوسته‌اند. استراتژي‌هاي توسعه فضايي و مسيري كه كشورهاي مختلف براي دست‌يابي به فضا طي كرده‌اند، متفاوت مي‌باشد. نوع موشكهاي مورد استفاده براي پرتاب و تنوع آنها، محل پرتاب (از نظر جغرافيايي)، تجهيزات پايگاه پرتاب و ... از جمله مسائل مطرح در پرتاب ماهواره مي‌باشند كه تصميم‌گيري در مورد آنهـا، تأثير بسيار زيادي بر ميزان سرمايه‌گذاريهاي مورد نياز و تحقيقات بعدي دارد. از اين رو هر كدام از كشورهاي صاحب اين فنّـاوري، متناسب با توانمندي‌ها و زيرساخت‌هاي علمي و صنعتي خود، مسير خاصي را براي دست‌يابي به فضا طي كرده‌اند.
مراحل پرتاب و قراردهي ماهواره در مدار
1- مرحله‌بندي پرتاب‌کننده
هاي مورد استفاده براي مأموريت‌هاي فضايي به طور معمول از چند مرحله يکي بر بالاي ديگري تشکيل مي‌شوند. هر مرحله يک سامانه‌ي پيشران با سيستم کنترل مجزاست که پس از پايان يافتن سوزش از مراحل بعدي و بار جدا مي‌شود. مزيت اين مرحله‌بندي از اين حقيقت سرچشمه مي‌گيرد که پس از جدايش يک مرحله‌ي سوخته، سامانه سبکتر شده و بنابراين آسان‌تر تا سرعت بالاتري شتاب مي‌گيرد. مزيت ديگر اين است که اين کار امکان طراحي بهينه‌ي موتور براي کار در شرايط جوي ويژه‌اي که موتور در آن کار مي‌کند را به‌دست مي‌دهد.
مراحل يک پرتاب‌کننده به مسير آن، تعداد و نوع مانورها و محتواي انرژي پيشران آن و عوامل ديگر بستگي دارد و مي‌تواند به شش مرحله برسد. مرحله‌ي نخست که مرحله‌ي تقويت‌کننده نيز ناميده مي‌شود از همه بزرگ‌تر بوده، رانش و ضربه‌ي کل بزرگ‌تري لازم دارد. مرحله‌ي پاياني که به طور معمول کوچک‌تر بوده و اغلب سوخت جامد دارد، بار را حمل مي‌کند. بسياري از پرتاب‌کننده‌ها، از دو تا شش راکت پيراموني يا تقويت‌کننده با سوخت جامد يا مايع دارند که با هم مرحله‌ي نخست مکمل، به دور مرحله ي نخست اصلي را تشکيل مي‌دهند. آنها به طور معمول با مرحله‌ي نخست شروع به کار کرده و پيش از پايان کار آن از سامانه جدا مي‌شوند.
2- مدارها
ماهواره‌ها بيشتر بيضوي و گاه دايروي هستند. اگرچه تعاريف انواع مدارها ممكن است در منابع مختلف تفاوت‌هايي داشته باشد،در بيشتر منابع مدارهاي پايين (LEO (Low Earth Orbit)) را مدارهاي با ارتفاع کمتر از 500 و حتي تا 1500 کيلومتر تعريف مي‌كنند. ارتفاع مدار بايد بيرون از جو باشد تا كمترين انرژي صرف غلبه بر نيروي پسا که باعث كاهش سرعت و در نتيجه نزديکتر شدن ماهواره به زمين مي‌شود، گردد. از سوي ديگر پرتوهاي به‌دام افتاده در کمربند ون‌آلن (Van Allen belts) و اثرات نامناسب آنها بر تجهيزات حساس ماهواره نيز انتخاب مدارهاي پايين را الزامي مي‌کند.
قطبي، مدار پاييني است (در حدود ارتفاع 850 کيلومتر) که از دو قطب زمين مي‌گذرد. مدار قطبي با چرخش زمين درون آن، در فضا ثابت مي‌ماند، در نتيجه ماهواره‌ي درون اين مدار پوشش بيشتري از زمين دارد، به همين دليل از اين مدار بيشتر براي نقشه‌برداري و تصويربرداري استفاده مي‌شود.
زمين آهنگ (geosynchronous orbit) ، مداري است که ماهواره درون آن همواره در يک موقعيت زميني جاي دارد. اين مدار بيشتر براي ماهواره‌هاي با كاربري ارتباطي و پيش‌بيني هوا استفاده مي‌شود. به دليل ارتفاع بسيار زياد اين مدار از زمين و در نتيجه نياز به انرژي فراوان براي پرتاب مستقيم ماهواره به آن، از مدارهاي پاركينگ يا استراحت در فرايند پرتاب استفاده مي‌شود. اين مدارهاي موقت مدارهاي زمين- آهنگ انتقالي خوانده مي‌شوند. ماهواره‌هاي مخابراتي ابتدا به مدار پايين پرتاب مي‌شوند تا براي پرتاب به مدار هدف از سرعت مداري در مدار پاركينگ نيز استفاده شود. سپس موتورهايشان روشن شده، نيروي موتورها همراه با سرعت اوليه‌ي مدار پاركينگ، آنها را به مدار زمين آهنگ انتقالي مي‌برد. ماهواره‌ها پس از رسيدن به دورترين نقطه‌ي اين مدار تغيير مسير داده، وارد مدار دايره شکل زمين مي‌شوند. مدارهاي ميان مدارهاي پايين و مدارهاي زمين آهنگ، مدارهاي مياني (Mid-earth orbits) ناميده مي شوند که گاه براي ماهواره هاي مخابراتي با مصارف ويژه کاربرد دارند.
(Inclination) ، زاويه‌ي ميان صفحه‌ي استوايي و مسير است. مدار استوايي انحراف صفر و مدار قطبي انحراف 90 درجه دارد. چون چرخش زمين به دور خود، سرعت اوليه‌اي به سامانه مي‌دهد، و اين سرعت در مناطق نزديکتر به استوا بيشتر است، پرتاب از استوا به سوي شرق بيشترين بار را مي‌تواند داشته باشد.
مداري، سرعت لازم براي تعادل با گرانش است، براي مداري در ارتفاع 240 کيلومتر، اين سرعت حدود 27360 کيلومتر بر ساعت است، هرچه ارتفاع مدار کمتر باشد، سرعت لازم بيشتر است.
شکل 1- سرعت، انرژي، دوره‌ي تناوب مداري به همراه سرعت فرار از زمين به عنوان تابعي از ارتفاع دايروي مدار ماهواره که بر اساس فرض زمين کروي و ثابت بنا شده و پسا را نيز در نظر نمي‌گيرد.
3- ماهواره‌ها
ها از ديد وزني به سه دسته‌ي بزرگ با جرم بيش از 1000 کيلوگرم، متوسط با وزن ميان 500 تا 1000 کيلوگرم و کوچک با وزن ميان 100 تا 500 کيلوگرم تقسيم مي‌شوند. بخش بزرگي از ماهواره‌ها، مخابراتي (ارتباطي) هستند که بيشتر در مدارهاي زمين آهنگ با ارتفاع 35786 کيلومتر جاي مي‌گيرند و وزني از 1000 تا بيش از 4000 کيلوگرم دارند. گاه ماهواره‌هاي مخابراتي در مدارهاي پايين نيز قرار داده مي‌شوند. در سال‌هاي اخير استفاده از مدارهاي پايين با ارتفاع حدود 1000 کيلومتر به خاطر فراهم آوردن پوشش جهاني براي کاربران مخابراتي شخصي و متحرک افزايش يافته است.
هاي هواشناسي در مدارهاي مختلف از مدارهاي پايين تا مدارهاي زمين آهنگ جاي مي‌گيرند. ماهواره‌هاي نظامي و جاسوسي داراي مداري پايين با انحراف بالا هستند تا سطح بيشتري از زمين را تحت پوشش قرار دهند.
4- پايگاه پرتاب
جغرافيايي پايگاه پرتاب، به طور موثري کارايي فرآيند پرتاب را تعيين مي کند. براي مدارهاي پايين و زمين آهنگ، استفاده ي بيشينه از نرخ گردش زمين براي بدست آوردن سرعت مداري لازم به سوي شرق، اهميت ويژه اي دارد. در نتيجه يک پرتاب به سوي شرق با گراي (Azimuth) 90 درجه، بيشترين بازده را دارد. چون پايگاه پرتاب بايد در صفحه ي مداري هدف قرار داشته باشد، عرض جغرافيايي پايگاه، انحراف کمينه اي را که مي توان بدون استفاده از مانور در مسير صعود بدست آورد، تعيين مي کند. چون مدارهاي زمين آهنگ ( به طور اسمي) داراي انحراف صفر هستند، هرچه پايگاه نزديک به استوا باشد، کارايي بيشتري دارد.
مرکز پرتاب، شامل پردازش محموله و به هم بستن اجزا است. پردازش محموله شامل بازبيني و بررسي محموله و تجهيزات کنترل بر روي زمين، نصب سخت افزارهايي چون باطري ها و سيستم هاي مورد نياز، بررسي فشار و نشتي گاز و آزمون هاي مختلف است. عمليات مجتمع سازي در مرکز پرتاب دربردارنده ي به هم بستن مراحل موشک، آزمون گردشي (spin tests) ، پرکردن مخازن، قراردهي محموله در موشک و آزمون پيش از پرتاب همه ي سامانه ها ( آزمون مجتمع شده) است. نحوه ي بستن محموله به موشک براي سامانه هاي پرتاب مختلف، متفاوت است. روش مرسوم، به هم بستن عمودي است که نخست موشک قائم شده و سپس محوله روي آن نصب مي شود. براي اين کار از برج هاي مختلف استفاده مي کنند که طبقات مختلفي براي قراردهي و بازديد مراحل موشک و محموله به کار مي روند. يک نحوه ي ديگر، به هم بستن افقي موشک بر روي زمين و سپس قائم کردن آن است.[3]
5- فرآيند پرتاب
5-1- موشک پرتابه اي
پرتاب (projection velocity) مناسب براي يک موشک پرتابه اي براي بردهاي مختلف در شکل 1 آمده است.
شکل 2- برد موشک پرتابه‌اي
5-2- موشک صعودي
صعودي يا sounding rocket براي شناسايي تغييرات جوي به كار مي‌رود. در واقع کابرد علمي از موشک نيز صعود عمودي درون جو بوده است. سرعت پرتاب مورد نياز براي رسيدن به ارتفاع هاي مورد مختلف، به همراه زمان کل پرواز در شکل 2 آمده است. همچنين اين شکل ظرفيت سرعت مورد نياز براي قراردهي ماهواره ها در مدار هاي دايروي در ارتفاع هاي مختلف را نشان مي دهد.
شکل 3- سرعت لازم براي موشک هاي صعودي و ماهواره ها
6- پرتاب ماهواره
که يک ماهواره از زمين پرتاب مي شود، سه فاز از مسير را مي‌پيمايد:
- سامانه ها عمودي پرتاب شده، سپس مانوري چرخشي در زمان کار راکت انجام مي‌دهند تا آنکه بردار سرعت پرواز را در جهت مطلوب قرار دهند. اين فاز به مانند موشک پرتابه‌اي است؛
- سامانه يک مسير باليستيکي آزاد (به طور معمول بيضوي) تا رأس آن را دنبال مي‌کند؛
- ماهواره، رانشي اضافي براي شتاب گرفتن تا سرعت مدار خود لازم دارد. اين مرحله‌ي پاياني را قراردهي در مدار مي گويند.
شکل 4- مسير نوعي صعود پرتاب کننده‌ي ماهواره
منبع : موسسه خدمات فنی و مهندسی هوافضا-جمشيد فضيلتي