گزارش از برنامه جدید فضایی ایران| برنامه «ظفر» برای استقرار در مدار ۵۰۰کیلومتری/ ویژگی‌های جدیدترین ماهواره ایرانی چیست؟

 طبق اعلام منابع رسمی کشور، طی روزهای آینده قرار است جدیدترین ماهواره ساخت ایران با نام «ظفر» به‌همراه موشک ماهواره‌بر سیمرغ برای استقرار در مدار 530کیلومتری، به فضا ارسال شود.

زمان دقیق این پرتاب اعلام نشده ولی در حال حاضر ماهواره ظفر برای انجام مراحل پیش از پرتاب به وزارت دفاع تحویل شده است.

در بخش اول گزارش تسنیم، به ویژگی‌های این ماهواره خواهیم پرداخت.

برنامه فضایی جمهوری اسلامی ایران از سال 1387 و با پرتاب موفقیت‌آمیز «ماهواره امید» وارد فاز جدیدی شد. پیش از آن همکاری‌هایی در جهت انتقال دانش و فناوری ساخت و به‌کارگیری ماهواره‌ها با کشورهای خارجی در جریان بود. در ادامه آن مسیر ماهواره بومی امید در داخل کشور طراحی و ساخته شده و برای ادامه کار نیز در چند مرکز علمی و پژوهشی طراحی و ساخت ماهواره‌های مختلفی در دستور کار قرار گرفت.

هر یک از ماهواره‌های مذکور با هدف آزمایش فناوری خاصی در نظر گرفته شده بود. ماهواره‌های فجر و طلوع در صنایع الکترونیک ایران در وزارت دفاع، ماهواره‌های رصد در دانشگاه مالک اشتر، نوید و ظفر در دانشگاه علم و صنعت، آت ست در دانشگاه امیرکبیر و شریف ست در دانشگاه صنعتی شریف مهمترین موارد در دهه اول بعد از پرتاب ماهواره امید بودند.

اتفاق بسیار مهم سال 1387، پرتاب امید با یک موشک ماهواره‌بر ساخت داخل به‌نام سفیر‌ــ‌1‌ــ‌آ یا سفیر امید بود. این پرتابگر در فاصله کوتاهی تا سال 1390 دو پرتاب موفق دیگر را برای ماهواره‌های نوید و رصد به ثبت رساند. پس از آن تا سال 1393 که ماهواره فجر با سفیر‌ــ‌1بی در مدار قرار گرفت خبری از چگونگی نتایج پرتاب‌های ماهواره‌بر سفیر به‌صورت عمومی منتشر نشد.

با توجه به رده وزنی محموله قابل حمل توسط سفیر‌ــ‌1 که نهایتاً در حدود 50 کیلوگرم به مدار بیضوی حدود 275 در 350 کیلومتر بود، نیاز به ماهواره‌بر قدرتمندتری برای حمل ماهواره‌های سنگین رده 80 تا 100 کیلوگرم مانند طلوع، آت ست و ظفر وجود داشت. این ماهواره‌بر به‌نام سیمرغ در همان دهه 1380 در مسیر طراحی قرار داشت و ابتدا موتور مرحله اول آن در بهمن 1388 و بعداً نمونه مقایس کامل (ماک‌آپ) آن رونمایی شد.

(در قسمت دوم گزارش مأموریت ماهواره ظفر، به‌طور کامل‌تری به موشک ماهواره‌بر سیمرغ پرداخته خواهد شد.)

مقایسه ابعاد ماهواره‌برهای سفیر و سیمرغ

تصاویر منتشرشده از ماهواره ظفر در مراسم تحویل به سازمان فضایی برای پرتاب، تفاوت‌های بسیار زیادی را نسبت به ظفر رونمایی‌شده در 18 بهمن 1389 نشان می‌داد. در زمان رونمایی از اولین نمونه ماهواره ظفر عنوان شد که ظفر ماهواره‎ای مکعبی‌شکل با ارتفاع 80 و مقطع 63*63 سانتی‌متر بوده و این ماهواره حدود 90 تا 100 کیلوگرمی در مدار دایروی 500کیلومتری با شیب 55 درجه مستقر خواهد شد.

بر اساس اطلاعات منتشرشده در آن زمان مشخص شد که ظفر علاوه بر برتری‎های فراوان نسبت به ماهواره قبلی دانشگاه علم و صنعت یعنی نوید، تفاوت‎هایی نسبت به طلوع‌ــ1 هم دارد که از آن جمله می‎توان به برخورداری از 4 دوربین اشاره کرد.

ماهواره ظفر رونمایی‌شده در بهمن 1389

این ماهواره در برنامه اولیه قرارداد خود دارای سه دوربین رنگی با رزولوشن 80 متر و طیف نور سبز، قرمز و نزدیک قرمز و یک دوربین پانکروماتیک با رزولوشن 750 متر است و طول عمر مداری این ماهواره بین 1.5 تا 3 سال برآورد می‎شود.

ظفر نسبت به نوید، 5 برابر قدرت تفکیک بهتر در تصاویر، 3 برابر دقت کنترل وضعیت بهتر، نرخ ارسال در زمینه داده‎های تصویری 15 برابر، برای داده‎های دورسنجی (تله‌متری) 13.7 برابر و برای تله‎کامند نیز 8.1 برابر بیشتر و سریعتری دارد.

کنترل وضعیت ماهواره ظفر با روش سه‌محوره انجام می‎شود که سطح بالاتری از فناوری نسبت به‌روش چرخان است که در ماهواره نوید استفاده شده بود. در نتیجه دقت کنترل وضعیت ظفر به یک درجه رسیده که بهتر از 3 درجه در نوید است. سامانه رنجینگ نصب‌شده در ظفر هم موقعیت ماهواره در طول فرایند پرتاب را قابل بررسی می‎کند.

توان مورد نیاز این ماهواره نیز با استفاده از سلول‎های خورشیدی برای دوره کاری چندماهه یا چندساله آن فراهم می‎شود که با توجه به توان بیشتر مورد نیاز برای تجهیزات موجود در ظفر، سامانه تولید انرژی آن نیز با ارتقائی اساسی نسبت به نوید ساخته شده است. ظفر تا کنون طی مراحل آماده‎سازی بهینه نیز شده است.

بنا بر این ماهواره ملی ظفر که توسط دانشگاه علم و صنعت و به‌سفارش سازمان فضایی ایران ساخته شده، ماهواره‎ای با فناوری سطح بالا، پیشرفته و عملیاتی است که قابلیت عکس‌برداری به‌صورت رنگی را دارد و با اجرای دو پروژه ماهواره نوید و ظفر متخصصان دست‌اندرکار به کلیه فناوری‎های زیرسامانه ماهواره شامل سازه، کنترل حرارت، انرژی، تصویربرداری، زیرسامانه‎های ذخیره و ارسال و الکترونیک مرتبط دست یافتند.

در بهمن 1389 و رونمایی از ظفر، برنامه پرتاب آن برای سال 1391 عنوان شده بود که محقق نشد. طبق برنامه قرار بوده نمونه پرتابی ظفر تا ابتدای تابستان سال 1392 آماه تحویل بوده و در همین سال به فضا پرتاب شود اما آماده نبودن سیمرغ و عدم بهره‌برداری از پایگاه امام خمینی(ره) که به‌گفته مسئولین وقت باید تا سال 1392 آماده بهره‌برداری می‌بود باعث تأخیر در پرتاب ظفر شد. بعدها نیز از میان مصاحبه برخی مسئولین فضایی کشور از جمله مصاحبه رئیس وقت سازمان فضایی در مهر 1395 این‌طور برداشت شد که تغییراتی در مأموریت ماهواره ظفر اعمال شده و از این رو برخی بخش‌های این ماهواره دستخوش تغییر شده که طبعاً نیازمند تکرار تمامی فرایندهای آزمایشی پیش از پرتاب است.

طبق آخرین اظهار نظرها، امید می‌رفت کارهای این ماهواره در سال 1395 به اتمام رسیده و در سال 96 آماده پرتاب باشد اما رئیس سازمان فضایی کشور اوایل مرداد آن سال اعلام کرد ماهواره ظفر علم و صنعت، تا 2 سال آینده به مرحله پرتاب می‌رسد.

وی در مهر 1396 نیز اعلام کرد: «ماهواره ظفر تا پایان سال به جمع‌بندی برای طراحی مدل جزئی می‌رسد»، از این جمله می‌توان برداشت کرد احتمالاً حجم تغییرات ظفر به‌قدری بوده که نیازمند تکرار مجدد طراحی شده است.

از جمله تغییرات ظفر تغییر برخی دوربین‌های آن بوده که شامل نصب یک دوربین با تفکیک 22.5 متر، قابلیت تعیین موقعیت و محموله ذخیره و ارسال داده همزمان به 256 کاربر است که در اوایل خرداد 93 توسط رئیس مرکز تحقیقات ماهواره‌ای دانشگاه علم و صنعت اطلاع‌رسانی شد. به‌گفته وی دو برابر شدن دقت کنترل و افزایش بیش از 15برابری نرخ ارسال داده‌های تصویری از دیگر مزایای ماهواره ظفر است.

تصاویر منتشرشده از این ماهواره در روزهای اخیر، مؤید حجم تغییرات بسیار زیاد ظفر نسبت به نمونه رونمایی‌شده اولیه است. البته بدیهی است با توجه به گذشت مدت بسیار طولانی از زمان رونمایی نمونه اولیه و رشد فناوری‌های در دسترس محققان و احتمال تأمین برخی اجزای پیشرفته از خارج، ماهواره بسیار بهتری نسبت به نمونه اولیه توسعه یابد.

علاوه بر تغییرات در ابعاد بدنه، نوع سلول‌های خورشیدی به‌کاررفته در ماهواره ظفر جدید نسبت به نسل اول آن تغییر کرده و از سلولهای خورشیدی شبیه به ماهواره‌های طلوع و فجر در آن استفاده شده است.

ماهواره ظفر رونمایی‌شده در 29 دی 1398

با توجه به نوبت پرتاب قابل اختصاص به این ماهواره، اقدام به بازطراحی و بهبود قابلیت آن برای رشد بیشتر فناوری فضایی کشور و البته استفاده کاربردی بهتر در حوزه تصویربرداری فضایی، اقدامی هوشمندانه بوده است.

در صورت استفاده از تجربیات سایر سازندگان ماهواره در کشور در بازطراحی ماهواره ظفر، این اقدام ارزش بسیار بالاتری نیز می‌یابد. به‌گفته مسئولان امر، سه سال زمان و بیش از 340 هزار نفر ساعت زمان صرف طراحی و ساخت و آزمایش ماهواره ظفر جدید شده است.

نمونه جدید ماهواره ظفر با جرم 113 کیلوگرم، ابعاد 120*90*90 سانتی‌متر، برای قرارگیری در مدار دایروی 530کیلومتری با زاویه شیب مداری 56 درجه آماده شده است. امید می‌رود که عمر این ماهواره در این مدار حداقل به 1 سال و نیم برسد.

این ماهواره در مدار فوق در زمان حدود 94 دقیقه یک دور گردش کامل به دور زمین انجام خواهد داد در نتیجه در هر روز 15 بار به دور زمین خواهد چرخید. بیشترین عمر آن نیز در مدار فوق 2 سال و نیم محاسبه شده است.

ماهواره ظفر در مراسم تحویل به سازمان فضایی

از مأموریت‌های ظفر جدید علاوه بر تصویربرداری پانکروماتیک با دو دوربین با تفکیک 25 و 50 متر به‌صورت زمان واقعی و نیز ذخیره و سپس ارسال، برقراری ارتباط صوتی بین کاربران به‌شیوه‌های مختلف عنوان شده است. امکان پخش پیام یک کاربر به‌صورت همگانی، امکان برقراری ارتباط صوتی یک‌طرفه بین دو کاربر و امکان ارسال پیام هر کاربر برای 256 کاربر مقصد از جمله مأموریت‌های مخابراتی آزمایشی در ماهواه ظفر است. این ماهواره در پوشش ایستگاه‌های زمینی مجهز به موبایل ماهواره‌ای است که موجب می‌شود دو کاربر بتوانند با تلفن همراه با یکدیگر تماس داشته باشند.

یکی دیگر از مأموریت‌های تحقیقاتی ظفر اندازه‌گیری میزان دوز یونیزه‌کننده توسط پرتوهای کیهانی دریافتی از فضا و همچنین تشخیص اثر آنها روی تراشه‌های نیمه‌هادی از جمله حافظه‌های SRAM مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان ترکیبی است. نتایج این آزمایش‌ها در طراحی‌های بعدی برای ماهواره‌های کاربردی کشور در مدارات مختلف مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

از تصاویر دریافتی از این ماهواره برای بروزرسانی نقشه‌های کاربردی اراضی در مقیاس بزرگ، پایش توسعه شهری، بروزرسانی مرز پهنه‌های کشاورزی در مقیاس بزرگ، پایش تغییرات در عرصه‌های طبیعی و جنگلی، بروزرسانی نقشه‌های پهنه‌بندی و پایش دریاچه‌های دائمی و فصلی در سطح کشور استفاده خواهد شد. همچنین آثار تخریب بلایای طبیعی و تهیه نقشه‌های ساختاری شناسایی گسل‌ها و چین‌های موجود در کشور نیز با تصاویر دریافتی از این ماهواره ممکن خواهد شد.

مکانیزم بازکننده بوم از دیگر اجزائی است که در ظفر آزمایش خواهد شد. نوع پایدارسازی این ماهواره مانند نمونه اولیه از نوع سه‌محوره بوده، باند ارتباطی کنترل آن UHF و VHF و باند تصویربرداری آن S است. یک ایستگاه نزدیک به تهران در ماهدشت و یک ایستگاه در چرمشهر و یک ایستگاه نیز در قشم کار دریافت اطلاعات و ارتباط با ماهواره ظفر را به‌عهده خواهند داشت.

مکان ایستگاه‌های کنترل و ارتباط با ماهواره ظفر

به‌گفته رئیس مرکز تحقیقات ماهواره دانشگاه علم و صنعت به‌جز چهار زیرسامانه، سایر اجزا و زیرسامانه‌ها به‌طور کامل داخل کشور طراحی و ساخته شده است.

در مراسم تحویل‌دهی دو ماهواره ظفر به سازمان فضایی، تفاوت جزئی بین این دو ماهواره ذکر شد که مربوط به دوربین آنها است به‌طوری که ظفر‌ــ‌1 از دوربین با تفکیک 25 متر و ظفر‌ــ2 از دوربین رنگی با تفکیک 16 متر برخوردار است. البته گفته نشد که هر دو ماهواره در یک پرتاب به فضا ارسال خواهند شد یا اینکه یکی به‌عنوان ذخیره در نظر گرفته شده است.

روز 29 دی 1398 این ماهواره پس از گذراندن 221 مورد آزمایش‌های مطرح پیش از پرتاب در دو نمونه کیفی و پروازی به سازمان فضایی تحویل داده شد تا به پایگاه پرتاب امام خمینی(ره) منتقل شود.

این آزمایش‌ها شامل آزمایش‌های مکانیکی، تشعشع و EMC در سطح تجهیز، 5 مجموعه آزمایش محیطی شامل مکانیکی و حرارتی در سطح سامانه و 3 مجموعه آزمایش سازگاری بر اساس استانداردهای MIL و ECSS بوده که همگی با موفقیت گذرانده شده است.

برخی از آزمایش‌ها خصوصاً آزمایش‌های تشعشع و EMC در آزمایشگاه جدید و پیشرفته‌ای در پژوهشگاه فضایی در 6ماهه اول سال 98 انجام شده و در پاییز این سال، آزمایش‌های سازگاری ماهواره ظفر با ماهواره‌بر و ایستگاه‌های زمینی به انجام رسید.

ماهواره 113کیلوگرمی ظفر

دو ماهواره دیگر شامل ماهواره مخابراتی ناهید‌ــ‌1 با رده وزنی 50 کیلوگرم و ماهواره پارس‌ــ‌1 که از دوربینی با تفکیک حدود 12 متر برخوردار است نیز در حال گذراندن آزمایش‌های نهایی خود هستند.

امید می‌رود که با تزریق موفق ماهواره ظفر علاوه بر جهش برنامه فضایی کشور در بخش ماهواره‌ها از ماهواره‌های آزمایشی و بستر فناوری با عمر کمتر از 3 ماه به ماهواره کاربردی مقدماتی با عمر 1.5 سال برسد.

همچنین تجربیات کسب‌شده و بازخورد انتخاب‌ها، طراحی‌ها و قطعات و زیرسامانه‌های ماهواره ظفر نقش مهمی در ساخت اجزای متناظر در سایر ماهواره‌های کاربردی کشور خواهد داشت.

ماهواره‌هایی که قطعاً هم گرانقیمت‌تر بوده و هم مهمتر، و در نتیجه باید ریسک انتخاب‌ها و طراحی‌ها به حداقل ممکن برسد تا راه طولانی برای رفع نیازهای فضاپایه ایران با توانمندی بومی، سریع‌تر و با کمترین تکرار ناشی از خطا طی شود.