تبیان، دستیار زندگی

قفل های سخت افزاری و نرم افزاری

برای جلوگیری از استفاده غیرمجاز از برنامه ها ویا تكثیرغیرقانونی آنها، اصطلا حا به آنها قفل می زنند. قفل گذاری كلا به دو روش نرم افزاری و سخت افزاری انجام می شود . قفل سخت افزاری ( Hardware lock ) چنانچه ازسخت افزارخاصی برای قفل گذاری استفاده شود، به آن قفل سخت افزاری می گوییم. این قفلها بعضی به صورت یك رابط، بر روی پورت پارالل سیستم نصب می شوند كه البته هر دو نوع آن عملكرد مشابه دارند. بخش اصلی قفل، از یك حافظه قابل پاك شدن تشكیل شده كه با توجه به نوع و حجم آن، دارای عملكردی متفاوت می باشد و عمدتا به یكی از دو روش زیر عمل می كند :
الف) روش اول قفل گذاری به این صورت است كه تولید كننده نرم افزار یك یا چند بایت از اطلاعات را در قفل نوشته و برنامه در هنگام اجرا آن را چك می كند. در صورتیكه قفل وجود داشته باشد، برنامه به كار خود ادامه می دهد و اگر قفل وجود نداشته باشد و یا اطلاعات خوانده شده از روی قفل صحیح نباشد، برنامه متوقف شده و با اعلام خطا، از اجرای صحیح، سرباز می زند. این نوع قفل ها دارای ساختاری ساده، حافظه ای در حد چند بایت، و قیمتی ارزان هستند. استفاده از این قفل ها بسیار ساده بوده و نیاز به تخصص خاصی ندارد،تنها كافیست كه نرم افزار ویژه قفل را ( كه توسط شركت تولید كننده قفل ارائه شده ) اجرا نمود. در ابتدا كه قفل فاقد اطلاعات است، اول یك كلمه دلخواه، به عنوان كلمه عبور درخواست كرده و سپس با توجه به نوع قفل، یك یا چند كلمه اطلاعات را دریافت و در حافظه قفل ثبت كنید. در دفعات بعد می بایست كلمه عبوری كه اولین بار ثبت شده، وارد شود تا بتوان به اطلاعات درونی قفل دسترسی داشت. البته بعد از ورود به برنامه این كلمه قابل تغییر است. در هر صورت، پس از ثبت اطلاعات در قفل، تولید كننده نرم افزار، اطلاعات ثبت شده در یك برنلمه چك می كند كه نحوه چك كردن اطلاعات، با توجه به نوع قفل متفاوت است. در بعضی فقط اطلاعات درون قفل چك می شود و در بعضی دیگر، در مرحله اول وجود قفل چك شده و در مرحله بعدی، اطلاعات درون آن چك می شود.
ب) روش دیگر قفل گذاری به این صورت است كه تولید كننده نرم افزار، بخش كوچكی از برنامه را در حافظه قفل قرار می دهد كه در این حالت، چنانچه قفل وجود نداشته باشد برنامه به هیچ وجه، قادر به اجرا و ادامه كار نخواهد بود. این نوع قفل ها، دارای ساختاری كمی پیچیده، حافظه ای بعضا تا چند كیلو بایت، و قیمتی نسبتَََا گران هستند. استفاده از این قفل ها، به سادگی نوع قبلی نیست. البته نحوه كلی كار مشابه روش قبلی است. با اجرای نرم افزار ویژه قفل و وارد نمودن كلمه عبور، باید نام فایلی را كه می خواهیم بر روی آن قفل بزنیم، مشخص كنیم، تا بخشی از آن در قفل ثبت گردد. البته در بعضی دیگر از این نوع قفل ها، كه حفاظت بیشتری را انجام می دهند، می بایست توسط تولید كننده نرم افزار دقیقا كنترل شود كه چه بخش هایی از فایل باید در قفل ثبت گردد كه ابته انجام این كار نیاز به تخصص و تجربه كافی دارد، چرا كه بعضا ممكن است كه خطا در انجام كار، باعث بروز اشكال در برنامه تولیدی بشود. چون با این كار در واقع بخشی از برنامه در قفل ثبت می گردد، واضح است كه هر قفل فقط برای یك نسخه از برنامه می تواند مورد استفاده قرار بگیرد و به همین علت كاربرد این قفل، كمتر است. ضمنا نوع دیگری از قفل ها هستند كه هر دو روش فوق استفاده می كنند، اما طرفدار چندانی ندارند.
قفل نرم افزاری (Software Lock) چنانچه از روش ها و ترفند های نرم افزاری، برای قفل گذاری استفاده شود، به آن قفل نرم افزاری می گوییم. قفل های نرم افزاری دارای تنوع بیشتری بوده و بعضا از لحاظ طراحی و اجرا سلیقه ای و ابتكاری می با شند. اما می توان نحوه عملكرد اكثر آنها را، توسط یكی از 3 روش ذیل، تشریح نمود:
1) محدودیت در تعداد كپی(Copy Limited) در این حالت برنامه نصب كننده نرم افزار، فضای مشخصی در دیسك را با روش خاصی مرمت كرده، و تعداد مجاز نسخه برداری را در آن درج می كند. بدین طریق با هر بار كپی كردن برنامه، یك واحد از این عدد كم می شود و هنگامی كه تعداد مجاز آن به صفر رسید، دیگر نمی توان برنامه را بر روی سیستم نصب نمود. حال ممكن است این سوال مطرح شود كه مگر نمی توان پس از نصب برنامه، از آن پشتیبانی(Back Up) گرفته و سپس از نسخه پشتیبان نیز، بر روی سیستم دیگری استفاده نمود؟ پاسخ منفی است. زیرا هنگام نصب، اطلاعاتی راجع به سخت افزار سیستم كه می تواند مثلا شامل نوع قطعات و یا شماره سریال قطعات باشد، در جایی، در محدوده قفل ذخیره می شود و از این پس هر بار در هنگام اجرای برنامه، این اطلاعات به دقت چك می شود و در صورت هرگونه تغییر، برنامه اجرا نمی شود.
2) استفاده از دیسكت، در هنگام اجرای برنامه (Disk Required) در این حالت، دیسكت مورد نظر، یا به روش خاصی فرمت می شود و سپس در هنگام اجرا، اطلاعات روی آن بررسی می شود، و یا اینكه قسمتی از دیسكت را بصورت فیزیكی و عمدی خراب می كنند و در اینجا، در واقع همان صدمه ای كه به عمد، بر سطح دیسكت وارد شده است، به عنوان قفل و محافظ نرم افزار عمل می كند. از این پس برای انتقال برنامه از یك سیستم به سیستم دیگر، این فلاپی مانند قفل سخت افزاری عمل می كند و می بایست مختصات آن توسط برنامه تایید شود و چنانچه این فلاپی در درایو نباشد، برنامه اجرا نخواهد شد.
3) قفل سی دی (اجرا از روی سی دی) با متداول شدن سی دی ویا لوح فشرده، روش جدیدی در قفل گذاری ابداع شد و آن اجرای برنامه از روی سی دی است. در این حالت برنامه هنگام اجرا، به سی دی رجوع كرده و نقاط خاصی از آن را چك می كند. این نقاط بخش هایی هستند كه به صورت فیزیكی علامت گذاری شده اند ودر واقع به نوعی صدمه دیده اند و معمولا این خرابی با تابش اشعه لیزر انجام می شود. به این ترتیب به اصطلاح نقاط معینی از سی دی لیزرسوز می شود. این نقطه یا نقاط، به عنوان قفل سی دی عمل می كند و از عمل تكثیر یا كپی برداری و همچنین استفاده غیر مجاز از آن جلوگیری به عمل می آورد.
در خاتمه سوالی كه در مورد سه روش فوق الذكر مطرح است، این است كه آیا می توان قبل از نصب، از دیسكت ها و سیدی های قفل گذاری شده كپی تهیه كرد و سپس آنها را نصب كرد؟
پاسخ منفی است، زیرا همانگونه كه اشاره شد، یا بخشی از دیسكت و یا تمامی ان، به روش خاصی فرمت می شود كه قابل كپی برداری نیست و یا اینكه محل ونقاطی كه بر روی دیسكت و یا سی دی، به صورت فیزیكی و عمدی صدمه دیده اند، اجازه كپی برداری را نمی دهند و مانع از انجام این كار می شوند.

آشنایی با ماهواره های مخابراتی (2)  

اجزای تشكیل‌دهنده ماهواره مخابراتی
یك ماهواره از زیرسامانه‌های متعددی تشكیل شده تا بتواند وظیفه عملیاتی خود را به درستی انجام دهد. به طور كلی یك ماهواره كوچك مخابراتی شامل زیرسامانه‌های ذیل است:

زیرسامانه ردیابی، تله‌متری و فرمان (‌تی‌تی‌سی)
وظیفه زیرسامانه تی‌تی‌سی، كدگذاری داده‌های زیرسامانه‌های دیگر برای ارسال به صورت سیگنال‌های تله‌متری است. ‌همچنین دریافت، كدگشایی و ارسال فرامین رسیده از زمین به سایر زیرسامانه‌ها توسط این زیرسامانه انجام می‌شود. تی‌تی‌سی با ایجاد ارتباط دایم با مركز پشتیبانی زمینی، كاركرد درست ماهواره را تضمین می‌كند.

زیرسامانه تأمین نیرو (پی‌اِس‌اِس)
زیرسامانه پی‌اس‌اس، انرژی الكتریكی مورد نیاز برای دیگر سامانه‌ها را فراهم می‌سازد. این زیرسامانه و سامانه الكترونیك كنترلی مرتبط با آن، انرژی لازم برای كار زیرسامانه‌های دیگر را به مقدار كافی تأمین می‌كند و معمولاً شامل مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی نصب شده روی بدنه یا آرایه‌های خورشیدی است كه باتری‌ها را برای زمان كسوف ماهواره شارژ می‌كنند.
آرایه‌های خورشیدی هنگام پرتاب ماهواره و قراردهی در مدار، به شكل تا شده هستند و پس از پایداری كامل ماهواره باز می‌شوند. از آن پس، بال‌های خورشیدی با قرارگیری در برابر خورشید توان الكتریكی مورد نیاز را تولید می‌كنند.

زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت (اِی‌دی‌سی‌‌اِس)
وظیفه زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، تعیین وضعیت و كنترل ماهواره است، به طوری كه موقعیت مدار عملیاتی و پوشش آنتنی مورد نیاز ماهواره تأمین و حفظ شود. این زیرسامانه باید قادر به انجام وظایفی در مدارهای انتقال باشد تا قرارگیری صحیح در مدار موردنظر حاصل شود. برای این منظور، زیرسامانه باید شرایط چرخش‌پایدار یا پایداری سه‌محوره را در مدارهای انتقال كنترل كند. پس از تأمین این شرایط و روشن شدن موتور كمكی، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت، پایداری ماهواره را هنگام قرارگیری در مدار نهایی فراهم می‌سازد.
وظایف شرح داده شده، توسط جت‌های گاز سرد یا گرم، عملگرهای مغناطیسی، چرخ‌های عكس‌العملی و یا ژایروها انجام می‌شود. فرمان‌های كنترلی با استفاده از داده‌های به دست آمده از حسگرهای موقعیت‌یاب، كه می‌توانند حسگرهای اینرسی مانند ژایروها و یا حسگرهای خورشیدی، ستاره‌ای و زمینی باشند و مقایسه آنها با برنامه از قبل داده شده، به دست می‌آیند. بنابراین حسگرها و عملگرها، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت را در انجام عملیات لازم برای حفظ موقعیت و وضعیت ماهواره، در شرایط پایدار، یاری می‌كنند.
هنگام قرارگیری ماهواره در موقعیت‌های نامطلوب یا خطرناك، زیرسامانه تعیین و كنترل وضعیت با انجام عملیاتی خودكار، موقعیت و وضعیت ماهواره را تصحیح می‌كند و ماهواره را در وضعیت عملیاتی مطلوب قرار می‌دهد. در این حالت امكان اختلال در پوشش آنتن وجود دارد كه با حفظ ارتباطات تله‌متری و فرمان، می‌توان عملیات تصحیح پوشش آنتن را توسط مركز پشتیبانی زمینی ماهواره انجام داد.

زیرسامانه كنترل حرارت
زیرسامانه كنترل حرارت، محیط حرارتی لازم برای كار زیرسامانه‌های دیگر را فراهم می‌كند. این زیرسامانه اغلب شامل اجزای غیرفعال، مانند روكش‌های حرارتی است كه روی سطح ماهواره را می‌پوشانند. زیرسامانه كنترل حرارت همچنین می‌تواند مجهز به گرماسازهای قابل كنترل و یا رادیاتورهای تشعشعی نیز باشد. كلیه این اقدامات، به منظور تأمین دمای عملیاتی لازم برای زیرسامانه‌ها صورت می‌گیرد.

محموله مخابراتی
زیرسامانه‌های مخابراتی نصب شده روی ماهواره كه انجام مأموریت اصلی ماهواره را بر عهده دارد، محموله ماهواره نامیده می‌شوند. این زیرسامانه در طراحی ماهواره تعیین‌كننده است و باید اهداف تعیین‌شده را تأمین نماید. تمام زیرسامانه‌های دیگر ماهواره، زیرسامانه مخابراتی ماهواره را برای ارتباط با زمین پشتیبانی می‌كنند. ماهواره‌های مخابراتی از تجهیزاتی با عنوان ترنسپاندر برای ارتباط استفاده می‌كنند كه از اختصار عبارت ترنسمیتر- ریسپاندر به دست آمده است. در واقع، ترنسپاندر یك فرستنده- گیرنده خودكار است كه در فركانس‌هایی خاص، سیگنال‌ها را دریافت، تقویت و ارسال می‌كند. معمولاً سیگنال‌های ورودی و خروجی ترنسپاندر متفاوت است؛ به بیان دیگر، ترنسپاندر سیگنال ورودی را در یك فركانس یا باند دریافت و آن را پس از تقویت و انجام فرایند لازم، بلافاصله تحت فركانس یا باند دیگری مخابره می‌كند.
در مخابرات ماهواره‌ای، از باندهای گوناگونی استفاده می‌شود. این باندها با توجه به محدوده فركانسی آنها در طیف الكترومغناطیس دسته‌بندی می‌شوند. از این رو، تعاریف گوناگونی برای دسته‌بندی محدوده باندهای فركانسی وجود دارد. در اینجا، از تعاریف ارائه شده توسط جامعه مهندسین برق و الكترونیك استفاده می‌شود. با توجه به این دسته‌بندی، باند سی، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس 4 تا 8 گیگاهرتز است. این باند اولین باند فركانسی بود كه برای ارتباطات تجاری ایستگاه زمینی به ماهواره اختصاص داده شد. معمولاً ماهواره‌های دارای ترنسپاندر باند سی، از محدوده فركانس 7/3 تا 2/4 گیگاهرتز برای ارتباط با ایستگاه زمینی و از محدوده فركانس 925/5 تا 425/6 گیگاهرتز برای دریافت سیگنال از ایستگاه استفاده می‌كنند. ارتباط بهینه باند سی نیاز به بشقاب‌های دریافت‌كننده بزرگ، معمولاً با قطر 5/2 تا 5/3 متر دارد و دریافت‌كننده‌های كوچك مانند بشقاب‌های خانگی برای این ارتباط مناسب نیست. از این رو، باند سی برای مصارفی مثل شبكه‌های تلویزیونی دولتی كاربرد دارد. باند سی خود برحسب محدوده فركانسی و نوع كاربرد، با نام‌های گوناگون از جمله باند سی گسترده یا باند سی روسی شناخته می‌شود.
باند ایكس با محدوده فركانسی 7 تا 5/12 گیگاهرتز، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو است. خط ارسال ماهواره به زمین و بالعكس برای این باند در حالت استاندارد، به ترتیب 25/7 تا 75/7 گیگاهرتز و 9/7 تا 4/8 گیگاهرتز تعیین شده است. آژانس‌های فضایی، ارگان‌های نظامی، زیردریایی‌ها و هواپیماها از این باند برای مخابرات ماهواره‌ای و رادار استفاده می‌كنند.
باند كِی‌اِی، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس تقریبی 18 تا 40 گیگاهرتز است. این باند به طور گسترده در مخابرات ماهواره‌ای و رادارهای برد كوتاه هواپیماهای نظامی كاربرد دارد.
باند كِی‌یو، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس حدود 12 تا 18 گیگاهرتز است. باید توجه داشت كه در محدوده فركانس 7/10 تا 5/12 گیگاهرتز، تعریف محدوده كاری باند كِی‌یو و باند ایكس با یكدیگر هم‌پوشانی دارند. كاربرد اصلی باند كِی‌یو در مخابرات ماهواره‌ای و به‌ویژه ارتباط ناسا با شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بین‌‌المللی است. پخش مستقیم رادیو- تلویزیونی با استفاده از این باند در بسیاری از كشورها ارائه می‌شود.
باند اِس، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس 2 تا 4 گیگاهرتز است. این باند معمولاً برای رادارهای هواشناسی، برخی ماهواره‌های مخابراتی و ارتباطات ناسا با شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بین‌المللی كاربرد دارد. در برخی كشورها نیز از این باند برای پخش ماهواره‌ای به تلویزیون‌های خانگی استفاده می‌شود، اگرچه در بیشتر كشورها، باند كِی‌یو برای چنین مواردی به كار می‌رود. اخیراً، باند اِس در محدوده فركانسی 2 تا 2/2 گیگاهرتز برای شبكه‌های خدمات ماهواره‌ای تلفن سیار استفاده می‌شود.
باند اِل، بخشی از طیف الكترومغناطیس در محدوده مایكروویو با فركانس تقریبی 1 تا 2 گیگاهرتز است. از این باند فركانسی معمولاً در مخابرات ماهواره‌ای مانند پخش رادیویی دیجیتال و همچنین سامانه‌های مكان‌یابی جهانی مانند گالیلو و گلوناس استفاده می‌شود.
هر ماهواره مخابراتی ممكن است یك یا چند ترنسپاندر را برای مقاصد گوناگون حمل كند كه این ترنسپاندرها، در باندهای ویژه‌ای ارسال و دریافت سیگنال را بر عهده دارند.

موتور اصلی ماهواره (اِی‌‌بی‌اِم)
در ماهواره‌های مخابراتی زمین‌ثابت، این موتور یك راكت سوخت جامد و یا موتور سوخت مایعی است كه تنها یك بار پس از پرتاب ماهواره كار می‌كند. موتور اصلی ماهواره، امكان تغییر مدار ماهواره را از مدار انتقال بیضوی استوایی به مدار عملیاتی زمین‌ثابت فراهم می‌سازد. این موتور با وجود نصب روی ماهواره، معمولاً به عنوان یك زیرسامانه برای ماهواره محسوب نمی‌شود، زیرا عملیات آن تنها در حدود یك دقیقه طول می‌كشد.

زیرسامانه سازه
سازه ماهواره باید استحكام لازم را برای جلوگیری از رسیدن آسیب به بخش‌های مختلف ماهواره دارا باشد. محموله‌های ارزشمند و حساس ماهواره‌های مخابراتی كه معمولاً با سرمایه‌گذاری هنگفت ساخته شده‌اند، حین پرتاب و یا فعالیت در مدار نباید با كوچكترین آسیبی مواجه شوند، وگرنه ممكن است تمام هزینه‌های صرف‌شده برای طراحی، ساخت و پرتاب ماهواره از بین برود. در حقیقت، وظیفه اصلی زیرسامانه سازه‌ حفاظت از ماهواره در برابر ارتعاشات و نیروهای نسبتاً شدید حین پرتاب و همچنین نیروهای پیش‌بینی شده در مدار است. با توجه به رابطه مستقیم وزن ماهواره و هزینه پرتاب آن، استفاده از مواد مركب در ساخت ماهواره‌ها افزایش روزافزون پیدا كرده است.

ارتباط بین زیرسامانه‌های ماهواره
زیرسامانه‌های ماهواره با كنار هم قرارگرفتن، مجموعه ماهواره را تشكیل می‌دهند. سلامت كار تمام زیرسامانه‌ها با ارسال سیگنال‌های فرمان و دریافت سیگنال‌های تله‌متری كنترل می‌شود. مراقبت از صحت عملیات ماهواره نیز از طریق زیرسامانه تی‌تی‌سی بر عهده بخش كنترل زمینی است كه باید مطابق استانداردهای موجود انجام شود. زیرسامانه‌هایی كه به محموله مخابراتی مربوط می‌شوند، مهمترین بخش‌های عملیاتی ماهواره هستند. معمولاً معماری بخش‌های مختلف طوری انجام می‌شود كه ماهواره قادر به حمل انواع محموله‌های دیگر نیز باشد. ماهواره مخابراتی ملی فرانسه، تلِكام1، نمونه‌ای از یك ماهواره چندمنظوره است.

 آشنایی با ماهواره های مخابراتی (1)

مقدمه
در جهان امروز، فناوری فضایی به عنوان یكی از مهم‌ترین زمینه‌های رقابتی در بین كشورها شناخته می‌شود؛ به‌گونه‌ای كه میزان دستیابی به اشكال گوناگون فناوری فضایی، مبنای دقیقی برای مقایسه كشورها از نظر توسعه اقتصادی و صنعتی محسوب می‌شود. بهره‌برداری از فضا با اهداف مختلفی صورت می‌گیرد كه از آن جمله می‌توان به اكتشافات علمی، استفاده از منابع بیكران فضا، مخابرات، سنجش از دور، آموزش از دور، مكان‌یابی و ناوبری اشاره كرد. با توجه به ویژگی‌ها و كاربردهای منحصربه ‌فرد فناوری‌های فضایی، دیگر نمی‌توان زندگی بشر را بدون استفاده از فضا متصور بود.
در این میان، یكی از كاربردهای مهم و حیاتی فضا برای انسان مخابرات است. امروزه، پیشرفت و تكامل جوامع بشری و افزایش روزافزون نیازهای ارتباطی، توسعه شیوه‌های نوین ارتباطی را ضروری كرده است. ماهواره‌های مخابراتی را می‌توان بهترین، كارآمدترین و گاهی تنها راه ایجاد ارتباط بین دو نقطه از كره زمین دانست. مزایای بی‌شمار این فناوری، از جمله سرعت عمل بالا، پوشش مناسب، امكان ارتباط با دورترین و غیرقابل دسترس‌ترین مناطق و به‌صرفه بودن، استفاده از ماهواره‌های مخابراتی را اجتناب‌ناپذیر كرده است.

در مجموع، نقش ارزنده ماهواره‌های مخابراتی در زندگی امروز بشر غیرقابل انكار است. از جمله كاربردهای گوناگون این ماهواره‌ها، می‌توان به پخش انواع برنامه‌های تلویزیونی و رادیویی، شبكه‌های انتقال داده جهانی و منطقه‌ای مانند اینترنت، آموزش از دور، سمینارهای صوتی- تصویری بلادرنگ، ارسال اطلاعات، امداد و نجات و انواع مكالمات تلفنی ثابت و متحرك اشاره كرد. همچنین ماهواره‌های مخابراتی، گامی بزرگ در صنعت تجاری‌سازی فضا محسوب می‌شوند و بهره‌برداری تجاری از این ماهواره‌ها، به‌ویژه پس از جنگ سرد در دهه 90 میلادی، راه را برای گسترش تجارت فناوری فضایی در تمام زمینه‌ها هموار كرد. به دلیل همین كاربردهای ارزشمند، دستیابی به فناوری ساخت، توسعه و پرتاب ماهواره‌های مخابراتی برای تمام كشورهای جهان حیاتی به نظر می‌رسد.

شكل 1- نمونه‌هایی از ماهواره‌های مخابراتی

تاریخچه
اسپوتنیك1 شوروی سابق، اولین ساخته دست بشر كه در سال 1957 مرزهای فضا را به روی بشر گشود، نخستین سیگنال‌های رادیویی را برای اولین بار از فضا به زمین مخابره كرد. اولین ارتباط ماهواره‌ای با زمین در قالب پروژه پاون و با ماهواره آمریكایی اِسكور در سال 1958 صورت گرفت كه در آن از یك ضبط‌صوت برای ذخیره و ارسال پیام‌های صوتی استفاده شد. این ماهواره پیام تبریك سال نو میلادی را به زمین مخابره كرد. پس از آن، ناسا ماهواره اِكو را در سال 1960 كه به شكل بالونی آلومینیمی بود، برای بازپخش غیرفعال ارتباطات رادیویی به فضا پرتاب كرد. كوریر1بی كه توسط شركت آمریكایی فیلكو طراحی و در 1960 پرتاب شد، اولین ماهواره بازپخش فعال امواج رادیویی نام گرفت.
ماهواره تِل‌استار متعلق به شركت تلگراف و تلفن آمریكا، اولین ماهواره مخابراتی فعال بازپخش مستقیم بود كه طبق توافقی چندملیّتی برای توسعه ماهواره‌های مخابراتی توسط ناسا در دهم ژوئیه 1962 از كیپ‌كاناورال پرتاب شد. این پرتاب همچنین اولین پرتابی بود كه با سرمایه‌گذاری بخش خصوصی انجام شد.
اولین ماهواره زمین‌آهنگ، ماهواره سینكام2 متعلق به شركت فضایی- مخابراتی هیوز بود كه در 26 ژوئیه 1963 پرتاب شد. این ماهواره با سرعت ثابت، یك بار در روز به دور زمین می‌چرخید، اما به این دلیل كه زاویه میل مداری آن صفر نبود، سایه ماهواره روی زمین نسبت به خط استوا حركتی شمالی- جنوبی داشت و بنابراین برای ردیابی ماهواره تجهیزات خاصی مورد نیاز بود. سینكام3 به عنوان اولین ماهواره زمین‌ثابت، در 19 اوت 1964 به فضا پرتاب شد. قرارگیری در مدار زمین‌ثابت باعث می‌شد تا از دید ناظر زمینی، ماهواره در فضا ثابت به نظر برسد. از این رو، برای ارسال و دریافت سیگنال از ماهواره، به تجهیزات رهگیری نیازی نبود. این ماهواره در موقعیت مداری 180 درجه شرقی قرار داشت و در همان سال برای بازپخش تلویزیونی رقابت‌های المپیك تابستانی 1964 از توكیو به ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت. این رویداد، اولین ارسال برنامه‌های تلویزیونی بر فراز اقیانوس آرام بود.
كمی پس از سینكام3، ماهواره اینتل‌ست1 در ششم آوریل 1965 به عنوان یك ماهواره مخابراتی زمین‌ثابت بر فراز اقیانوس اطلس و در موقعیت مداری 28 درجه غربی قرار گرفت. در نهم نوامبر 1972 نیز، آنیك اِی1 اولین ماهواره زمین‌ثابتی بود كه برای ارائه خدمات مخابراتی به قاره آمریكا، توسط شركت تله‌ست كانادا به فضا پرتاب شد. پس از آن، روند پرتاب ماهواره‌های مخابراتی از اقصی نقاط جهان گسترش روزافزون یافت.

شكل 2- ماهواره‌های مخابراتی می‌توانند در مدارهای زمین‌آهنگ، مولنیا و یا كم‌ارتفاع زمینی قرار گیرند.

ماهواره‌های مخابراتی زمین‌ثابت (ژئو)
از دید ناظر زمینی، ماهواره‌ای كه در مدار زمین‌ثابت باشد به صورت معلق در فضا به نظر می‌آید. دلیل این امر این است كه ماهواره زمین‌ثابت در هر روز، تنها یك بار به دور زمین می‌چرخد. به بیان دیگر، سرعت ماهواره در چنین مداری برابر با سرعت گردش زمین به دور خود است.
مدار زمین‌ثابت با ارتفاعی حدود 35800 كیلومتر از سطح زمین، برای كاربردهای مخابراتی بسیار مناسب است، زیرا آنتن‌های زمینی كه باید مستقیماً به سمت ماهواره نشانه بروند، در مورد این نوع ماهواره‌ها بدون نیاز به تجهیزات پرهزینه ویژه ردیابی ماهواره می‌توانند عملكرد بالایی داشته باشند. به‌خصوص برای مواردی مانند پخش مستقیم تلویزیونی كه نیاز به تعداد زیادی آنتن زمینی است، صرفه‌جویی در هزینه تجهیزات ایستگاه زمینی در مقابل هزینه‌های پرتاب ماهواره به مدار زمین‌ثابت بسیار چشمگیر است.
ایده اولیه وجود چنین مداری به اندیشه‌ها و تحقیقات كنستانتین تسیلكوفسكی روسی برمی‌گردد. اما كاربردی‌‌ترین پیشنهاد در مورد استفاده از ماهواره‌های مخابراتی زمین‌ثابت عملیاتی را آرتور سی كلارك، نویسنده استرالیایی، طی مقاله‌ای با عنوان رله‌های خارج از زمین در مجله انگلیسی وایرلس ورلد (جهان بی‌سیم)، در اكتبر 1945 مطرح كرد. در این مقاله، اساس به‌كارگیری ماهواره‌ها در مدار زمین‌ثابت به منظور ارسال پیام‌های رادیویی تشریح شده بود. كلارك حتی توان و فركانس‌های مورد نیاز برای چنین ماهواره‌هایی را نیز محاسبه كرد و نشان داد كه چگونه می‌توان كل كره زمین را با سه ماهواره زمین‌ثابت پوشش داد. از این رو اغلب كلارك را به عنوان پدر ماهواره‌های مخابراتی می‌شناسند.

شكل 3- چگونگی پوشش زمین توسط ماهواره مخابراتی زمین‌ثابت
پس از پرتاب ماهواره‌های تل‌استار، سینكام3، آنیك اِی1 و وِستار1، آمریكا ماهواره ست‌كام 1 را در سال 1975 به فضا پرتاب كرد. این ماهواره یك تجربه موفق در پخش برنامه‌های تلویزیونی ماهواره‌ای بود.
تا سال 2000، شركت فضایی- مخابراتی هیوز (كه پس از فروخته شدن به شركت بوئینگ، با عنوان مركز توسعه ماهواره‌ای بوئینگ شناخته می‌شود) كار ساخت حدود چهل درصد از ماهواره‌های مخابراتی سراسر جهان را بر عهده داشت. در حال حاضر، دیگر سازندگان اصلی ماهواره شامل شركت‌های سامانه‌های فضایی لورال (از زیرمجموعه‌های شركت مخابراتی و فضایی لورال آمریكا با مسئولیت محدود)، لاكهیدمارتین، نورتروپ‌گرومن، آلكاتل‌اسپیس و ایدس‌آستریوم هستند.

ماهواره‌های مخابراتی واقع در مدارهای كم‌ارتفاع (لئو)
مدارهای كم‌ارتفاع زمینی، به مدارهایی واقع در ارتفاع 200 تا 2000 كیلومتری سطح زمین اطلاق می‌شود. سرعت گردش ماهواره‌ها به دور زمین با كاهش ارتفاع مداری، افزایش می‌یابد. برای مثال، زمان یك دور گردش ماهواره‌ای كه در مداری به ارتفاع چهارصد كیلومتر از سطح زمین قرار دارد، حدود 90 دقیقه است. این در حالی است كه یك ماهواره واقع در مدار زمین‌ثابت به ارتفاع حدود 36000 كیلومتری سطح زمین، به 24 ساعت زمان نیاز دارد تا یك بار به دور زمین بچرخد. از طرفی، ماهواره‌های واقع در مدارهای كم‌ارتفاع، تنها می‌توانند محدوده‌ای به شعاع حدود 1000 كیلومتر را بر سطح زمین پوشش دهند. بنابراین، برای یك ارتباط بدون اختلال، حتی برای كاربردهای منطقه‌ای، تعداد زیادی از این نوع ماهواره‌ها لازم است.
قرار دادن ماهواره در مدار كم‌ارتفاع زمینی كم‌هزینه‌تر از پرتاب ماهواره به مدار زمین‌ثابت بوده و به دلیل نزدیك بودن ماهواره به زمین، قدرت سیگنال كمتری مورد نیاز است (قدرت سیگنال با مجذور فاصله رابطه عكس دارد، بنابراین این كاهش در فاصله‌های زیاد بسیار چشمگیر خواهد بود). از این رو، بین تعداد ماهواره‌ها و هزینه آنها باید حالت بهینه انتخاب شود. لازم به ذكر است كه میان تجهیزات ماهواره‌ای و ایستگاه زمینی در دو نوع ماهواره زمین‌ثابت و كم‌ارتفاع زمینی تفاوت زیادی وجود دارد.
مجموعه‌ای از ماهواره‌ها كه با هم به انجام مأموریتی معین بپردازند، ناوگان ماهواره‌ای خوانده می‌شود. دو نمونه از این مجموعه‌ها كه با هدف برقراری مكالمات تلفنی در نقاط دوردست به وجود آمدند، ایریدیوم و گلوبال‌استار نام دارند. به عنوان مثال، ناوگان ایریدیوم كه سراسر كره زمین را پوشش می‌دهد، دارای 66 ماهواره است. مورد دیگری كه ماهواره‌های كم‌ارتفاع زمینی امكان‌پذیر كرده‌اند، پوشش غیرپیوسته است كه در این حالت، داده‌ها هنگام عبور ماهواره از فراز نقطه‌ای از زمین دریافت و در ماهواره ذخیره شده و سپس با حركت ماهواره و رسیدن به نقطه‌ای دیگر از زمین، ارسال می‌شوند. سامانه مخابراتی تجاری كَسكید مربوط به پروژه ماهواره‌ای كَسیوپ آژانس فضایی كانادا بر همین اساس طراحی شده است.

ماهواره‌های مخابراتی مولنیا
همان‌گونه كه ذكر شد، ماهواره‌های زمین‌ثابت بر فراز استوا به دور زمین می‌چرخند و به همین دلیل برای ارائه خدمات به نقاط روی عرض‌های جغرافیایی بالاتر مناسب نیستند؛ چرا كه در عرض جغرافیایی بالاتر، ممكن است زاویه دید ماهواره نزدیك به افق یا حتی پایین‌تر از آن قرار بگیرد و ارتباط تحت اثر تداخلی زمین تضعیف شود. در این حالت، مدارهای مولنیا می‌توانند به عنوان جایگزین مدار زمین‌ثابت استفاده شوند.

شكل 4- چگونگی پوشش زمین توسط ماهواره مخابراتی واقع در مدار مولنیا

شكل 5- دوره تناوب ماهواره در مدار مولنیا، 12 ساعت است كه بیشتر این زمان را در مناطق شمالی زمین به سر می‌برد.
مدارهای مولنیا، بیضی بسیار كشیده‌ای با زاویه میل 4/63 درجه هستند. ارتفاع زیاد مدار مولنیا در نقطه اوج آن نسبت به نقطه حضیض این مدار باعث می‌شود تا ماهواره‌ای كه در چنین مداری قرار می‌گیرد، درصد بیشتری از زمان یك پریود كامل خود را در منطقه اوج مدار طی كند. این موضوع به همراه زاویه میل نسبتاً زیاد چنین مداری باعث می‌شود تا ماهواره‌های عملیاتی در مدار مولنیا برای تبادل اطلاعات رادیویی در عرض‌های شمالی و جنوبی زمین كارآمد باشند. دوره تناوب ماهواره در مدار مولنیا حدود 12 ساعت است و كمتر از چهار ساعت از این مدت را در ناحیه حضیض به سر می‌برد. بنابراین ماهواره واقع در مدار مولنیا قادر است به مدت هشت ساعت در هر چرخش مناطق شمالی كره زمین را پوشش دهد. بدین ترتیب، می‌توان با سه ماهواره مولنیا (به علاوه ماهواره‌های یدك در مدار) پوششی پیوسته را در یك محدوده جغرافیایی فراهم آورد. این ماهواره‌ها عموماً برای خدمات تلویزیونی و رادیویی بر فراز روسیه استفاده می‌شوند. كاربرد دیگر این نوع ماهواره‌ها در سامانه‌های رادیویی متحرك است تا هنگام حركت ماشین‌ها در مناطق شهری حتی با وجود ساختمان‌های بلند نیز، ارتباط مناسبی برقرار شود.
اولین ماهواره مولنیا در 23 آوریل 1965 برای پخش آزمایشی سیگنال‌های تلویزیونی از مسكو به سیبری و نواحی شرقی روسیه به فضا پرتاب شد. در نوامبر 1967، متخصصان شوروی سابق سامانه بی‌نظیر شبكه ماهواره‌ای تلویزیونی ملی خود را با نام اوربیتا ایجاد كردند كه بر پایه ماهواره‌های مولنیا طراحی شد.
ادامه دارد .....