عنوان مقاله: مدار خورشیدآهنگ
وضعیت نگارش: مقاله کامل است
خلاصه مقاله:
مدارهای خورشیدآهنگ در بین انواع مدارهای فضایی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار هستند. این مدارات، طیفی از مدارهای قطبی با ارتفاع بین 600 تا 800 کیلومتر را تشکیل می‌دهند. ماهواره‌ای که در مسیر آنها قرار می‌گیرد، در ساعات معینی از طول روزِ زمینی بر فراز نقاط مختلف زمین ظاهر می‌شود. این امر باعث می‌شود تا عکس‌هایی که ماهواره از مناطق مختلف تهیه می‌کند، در ساعات مشخصی گرفته شده باشند و لذا به‌دلیل ثابت بودن میزان بازتاب نور خورشید در آنها، عکس‌ها قابل تطابق باشند.
مقدمه
مدارهای ماهواره‌های فضایی به اقسام گوناگونی قابل تقسیم‌بندی و تمایز هستند. مدار خورشیدآهنگ یکی از انواع مدارهای فضایی است که خاصیت ویژه‌ای دارد. ماهواره‌ای که در مدار خورشیدآهنگ قرار گیرد، مانند همه ماهواره‌های مدار کم‌ارتفاع زمینی، به دور کره زمین و بر فراز مناطق مختلف آن در پرواز است،اما با این ویژگی که ماهواره تقریباً در ساعات مشخصی بر فراز مناطق مختلف زمین قرار می‌گیرد. مثلاً اگر منطقه الف را بر روی زمین در نظر بگیریم، ماهواره همیشه راس یک ساعت محلی معین از روز، بر فراز آن ظاهر می‌شود. این مساله، کمک می‌کند تا تصاویری که ماهواره از آن محل تهیه می‌کند به لحاظ میزان روشنایی و بازتابش نور یکسان باشد. لذا تصاویر قابل مقایسه و پدیده‌ها در آنها قابل ردیابی هستند. منشاء این خاصیت، ناهمگونی هندسه کروی زمین است که مقدار بسیار کمی حالت پَخی دارد [1]. همواره در فیزیک و مهندسی، پدیده‌هایی اینچنینی، که به نوعی ناهمگونی ایجاد می‌کنند و مساله را از مسیر ایده‌آل ریاضی دور می‌کنند، برای طراحان چالش‌برانگیز و پیچیده هستند. مهندسان مجبورند چنین پدیده‌هایی را پیش‌بینی کرده و درصدد رفع و جلوگیری از بروز آنها برآیند و این مساله، یعنی صرف زمان و هزینه بیشتر. اما این‌بار، این ناهمگونی و کروی نبودن کامل زمین، نه تنها پدیده مزاحمی نیست، بلکه به کمک ماموریت‌های عکسبرداری و سنجشی فضایی می‌آید که شرح آن در ادامه خواهد آمد. |
شرح و تعریف
همان‌گونه که اشاره شد، عدم کروی بودن کامل سیاره زمین، باعث به وجود آمدن انحرافاتی در مسیر ماهواره‌ها، به‌ویژه در مدارهای کم‌ارتفاع می‌شود. در مدارات کم‌ارتفاع با زاویه میل بالا، این مساله باعث می‌شود تا صفحه مداری نوعی حرکت تقدمی را حول محور قائم گذرنده از مرکز خود تجربه کند؛ بدون اینکه تغییری در زاویه میل یا دیگر پارامترهای مداری آن به وجود آید. این پدیده، در مدارهای با زاویه میل بالا (کمی بیش از 90 درجه یا به نوعی، مدارهای قطبی) و ارتفاع حدود 600 الی 800 کیلومتر خودنمایی می‌کند [1]. میزان سرعت این حرکت تقدمی صفحه مداری، با زاویه میل و ارتفاع مداری (فاصله از مرکز زمین) رابطه دارد. این حرکت تقدمی را می‌توان به نوعی سُرِش صفحه مداری نیز تعبیر کرد [2]. مهندسان می‌توانند با تنظیم این دو عامل، حرکت ماهواره خود را در مدار خورشیدآهنگ تنظیم کنند. مدار خورشیدآهنگ، یک مدار قطبی معمولاً کم‌ارتفاع با زاویه میل 96 تا 98 درجه و دوره تناوب 96 تا 100 دقیقه است که می‌تواند دایروی یا بیضوی باشد. اگر مدار به صورت بیضوی باشد، معمولاً نقطه حضیض مداری آن برای گذر در زمان مشخص، تنظیم می‌شود [3]. ویژگی مهمی که در مدار خورشیدآهنگ پدید می‌آید، این است که زاویه تابش نور خورشید با صفحه مداری، همیشه ثابت می‌ماند. بنابراین، دوربین‌ها همیشه عکس‌هایی با میزان روشنایی مشخصی تهیه می‌کنند. تصویر 1 به خوبی نشان‌دهنده این مساله است. برای درک بیشتر مساله می‌توان از یک مثال استفاده کرد: ماهواره‌ای با دوره چرخش 96 دقیقه را در مدار خورشیدآهنگ، با ارتفاع مشخص، درنظر بگیرید. این ماهواره در هر 24 ساعت، 15 بار به دور سیاره زمین می‌چرخد. با استفاده از رابطه بین زاویه میل و ارتفاع مداری، می‌توان زاویه میل آن را طوری تنظیم کرد که هر بار که ماهواره مثلاً از بالای سر یک نقطه از مدار استوایی می‌گذرد، ساعت محلی ثابت باشد. به عنوان مثال، وقتی که از بالای سر شهر استوایی الف می‌گذرد، ساعت 2 بعدازظهر باشد، و در دور بعدی که از شهر استوایی ب (واقع شده در طول جغرافیایی چند درجه آن طرف‌تر از شهر الف) می‌گذرد، ساعت محلی شهر ب هم 2 بعد از ظهر باشد. سپس ماهواره پس از یک روز کامل (15 دور) دوباره وقتی به بالای شهر الف رسید، دوباره ساعت 2 بعد از ظهر باشد. انواع خاصی نیز از مدار خورشیدآهنگ وجود دارد. مثلاً مدارهای خورشیدآهنگی که صفحه استوایی را همیشه در حوالی ظهر یا نیمه‌شب قطع می‌کنند (یا به‌عبارت دیگر همیشه در حوالی ظهر یا نیمه‌شب از فراز خط استوا عبور می‌کنند)، به مدارهای شب و نیمه‌شبی معروف هستند. مدارهایی نیز که این صفحه را در حوالی غروب یا طلوع خورشید قطع می‌کنند، به مدارهای غروب و سپیده‌دم معروفند. ماهواره‌ای که در این مدار قرار دارد، هرگز در سایه زمین قرار نمی‌گیرد و همیشه خورشید به صفحات تامین انرژی آن می‌تابد. مدار خورشیدآهنگ حول سیارات دیگر، مانند مریخ، نیز وجود دارد [1]. | | زاویه بین شعاع تابش نور خورشید با صفحه مداری در فصول مختلف ثابت می‌ماند (ماهواره لندست). |
|
کاربردهای مدار خورشید آهنگ
کاربرد اصلی مدار خورشیدآهنگ در ماهواره‌های سنجش از دور است. عکسی که یک ماهواره از یک نقطه بر فراز زمین تهیه می‌کند، تا حد زیادی متاثر از موقعیت محل نسبت به خورشید و میزان نور خورشید بازتابش شده از آن مکان است (تصویر 2). برای اینکه ماهواره بتواند عکس‌های قابل مقایسه‌ای از یک منطقه تهیه کند، لازم است تا در زمان مشخصی از طول روز از بالای سر آن عبور کند. به عنوان مثال، اگر دو عکس از منطقه الف، یکی در هنگام ظهر محلی و یکی در هنگام غروب محلی، گرفته شده باشند، به لحاظ پردازش تصویر از ارزش چندانی برخوردار نخواهند بود، زیرا قابل مقایسه نیستند [3]. لذا لازم است تا عکس‌ها در یک زمان محلی گرفته شده باشند تا قابل مقایسه و تطبیق باشند. البته باید توجه داشت که تغییر فصول و به تبع آن تغییر زاویه تابش خورشید به سطح زمین بر روی تصاویر اخذ شده تاثیر می‌گذارد (تصویر 3)[4]. | | تصویر 2- زاویه بین شعاع تابش نور خورشید با صفحه مداری |
از آغاز عصر فضا تاکنون، بیشتر ماهواره‌های سنجش از دور در مدارهای خورشیدآهنگ به کار گرفته شده‌اند. مدارهای خورشیدآهنگ غروب و سپیده‌دم نیز در ماهواره‌های رادار فعال یا کاوشگرهای منظومه شمسی (به‌ویژه برای مشاهده دائمی خورشید) به کار گرفته می‌شوند [1]. | | تصویر 3- تغییر زاویه تابش در فصول مختلف |
|
|
مراجع
