ندا اظهری، مترجم:صبح دیروز بود که پرتاب ماهواره ایرانی «ثریا» با ماهواره‌بر «قائم 100» به سمت مدار 750 کیلومتر خبرساز شد. اتفاقی که باعث بازخورد گسترده رسانه‌های خارجی شد و بسیاری را به تحسین دانشمندان ایرانی واداشت. «قائم 100» در زمره گروهی از ماهوارهبرها قرار می‌گیرد که قادرند ماهواره‌هایی به وزن 50 کیلوگرم به بالا را به ارتفاع مدار 750 کیلومتری پرتاب کند. در این گزارش قرار است علاوه‌بر بررسی ویژگی‌های ماهواره «ثریا» و ماهواره‌بر «قائم 100»، به اهمیت ارتفاع مدار 750 کیلومتر در فضا بپردازیم.
مدار 750؛ پرچگالی‌ترین نقطه از مدار زمین
چیزی که بیش از هر چیز پرتاب ماهواره «ثریا» توسط ماهواره‌بر «قائم 100» را مهم و خبرساز کرد، پرتاب این ماهواره به ارتفاع مدار 750 کیلومتری بود؛ ارتفاعی که به مدار پایین زمین (LEO) معروف است. به گزارش ناسا، مدارهای زمین‌محور، ارتفاع 2000 کیلومتر یا کمتر را دربرمی‌گیرند. مدار پایین زمین، ناحیه‌ای در مدار زمین است که به دلیل نزدیکی به کره زمین برای حمل‌ونقل، ارتباطات، مشاهدات و... بسیار مناسب است. ایستگاه بین‌المللی فضایی و بسیاری از سکوهای پیشنهادی آینده در همین مدار قرار گرفته‌اند. به‌طورکلی فضا یک صنعت رو به رشد است و مدار پایین زمین فرصت‌های زیادی را از ابعاد مختلف ایجاد می‌کند. این نقطه از مدار علاوه‌بر اینکه اکتشافات فناورانه را ترویج می‌کند، مزایای مختلفی هم برای بشریت دارد که از طریق کار و تحقیق در فضا توسعه می‌یابد. به دلیل اهمیتی که مدار پایینی زمین دارد، تجاری‌سازی این نقطه از فضا گام بعدی اکتشافات و گسترش بیشتر حضور انسان در منظومه شمسی را امکان‌پذیر می‌کند. این نقطه، محیطی ایده‌آل برای آموزش خدمه، تحقیق و آزمایش سخت‌افزارها به‌منظور استفاده در فرآیندهای اکتشافی فراهم می‌کند. ایستگاه بین‌المللی فضایی پیشگام در این حوزه است. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که ارتفاع 750 تا 900 کیلومتری از فضا، بیشتر به دلیل انتشار همزمان خورشید یکی از پراستفاده‌ترین نقاط فضایی محسوب می‌شود؛ از این رو چگالی فضایی در این نقطه بالاتر است به این معنی که تعداد اجرام در حجم‌های مختلف در این نقطه از فضا بیشتر است. این منطقه چند 100 کیلومتری بالاتر از جو قابل لمس است در نتیجه، استفاده از یک دستگاه تقویت‌کننده کشش تاثیر زیادی در این منطقه ایفا می‌کنند به‌طوری که این سیستم‌های تقویت‌کننده کشش مساحت کشش فضاپیماها را افزایش داده و دور شدن آنها را از مدار به حداقل می‌رساند. به دنبال این اتفاق احتمال برخورد ماهوارهها و فضاپیماها کاهش یافته و به‌طور پایدار در فضا باقی می‌مانند. از آنجایی که حذف ماهواره‌های استفاده‌شده و مراحل پرتاب آنها به‌صورت ایمن بدون ایجاد زباله‌های مداری بیشتر برای انجام عملیات‌های ایمن در آینده در این ارتفاع از مدار اهمیت دارد، استفاده از سیستم‌های تقویت‌کننده کشش، ماندگاری زباله‌های فضایی را کاهش می‌دهد. فیزیک تاثیر سرعت زیاد بین اجسام مختلف با چگالی بالا در فضا پیامدهای انرژی حاصل از آنها را در برخورد با هر جسمی ایجاد می‌کند. نکته کلیدی که در این بین وجود دارد این است که برخورد بین اجسام بزرگ و لایه‌ها و اتصالات با چگالی پایین در این منطقه منجر به تکه‌تکه شدن فاجعه‌آمیز و شکسته شدن جسم در حال برخورد می‌شود. همین برخوردها ممکن است ماهواره‌های عملیاتی را غیرفعال کند. از سوی دیگر برخورد اجسامی که بقایای بزرگی از آنها باقی مانده به مرور تعداد اجسام زباله‌های مداری را افزایش می‌دهد.
بازار 7 میلیارد دلاری پیش‌روی ماهواره‌های مدار پایین زمین
طبق آماری که statistaاز آخرین تعداد ماهواره‌های حاضر در ارتفاع مدار پایین زمین منتشر کرده تا انتهای سال 2022، بیش از 88 درصد ماهواره‌های فعال در مدار پایین زمین قرار دارند که تعداد 5938 ماهواره را در این مدار شامل می‌شود. در این میان، 9 درصد از ماهوارهها (580 ماهواره) در «مدار زمین ایستا» (GEO)، 141 ماهواره در «مدار میانی زمین» (MEO) و 59 ماهواره هم در «مدار بیضوی» حضور دارند. بیشتر مدارهایی که در مدار پایین زمین حضور دارند در ارتفاعی کمتر از 1000 کیلومتری از سطح زمین می‌چرخند بنابراین قابلیت انجام کارهایی را دارند که در ارتفاع‌های بالاتر قابل انجام نیستند. درحالی‌که کارکرد اصلی ماهواره‌های واقع در این مدار مدت‌ها تصویربرداری‌های ماهواره‌ای بود، اما در سال‌های اخیر ارائه‌دهندگان اینترنت ماهواره‌ای برای مقاصد ارتباطی پرتاب ماهوارهها را به این ارتفاع افزایش داده‌اند تا از این طریق بتوانند امکان ارائه اینترنت‌های پرسرعت با حداقل تأخیر را برای مشتریان خود فراهم کنند. از مهم‌ترین شرکت‌هایی که سرمایه‌گذاری هنگفتی روی این مدار انجام داده شرکت «استارلینک» اسپیس‌ایکس است که تا اکتبر 2023 بیش از یک‌سوم ماهواره‌های فعال در مدار را به خود اختصاص داده بود. به گزارش businessresearchinsights، بازار جهانی ماهواره‌های مدار پایین زمین در سال 2022 به رقمی بالغ بر چهار میلیارد و 200 میلیون دلار رسید و انتظار می‌رود این بازار تا سال 2031 با میانگین رشد سالانه 18.06 درصدی به رقمی حدود شش میلیارد و 900 میلیون دلار برسد. با توجه به اینکه دنیا نگاه ویژه‌ای به این نقطه از فضا پیدا کرده، چینی‌ها وارد رقابت با سایر کشورها شده‌اند تا بتوانند خود را به‌عنوان پیشگام در اکتشافات فضایی اعلام کنند. به نظر می‌رسد ورود ماهواره‌های چینی به این مدار بازار جهانی این ماهوارهها را متحول کند و رشد چشمگیری را در سال‌های پیش‌رو به همراه داشته باشد. با توجه به اینکه شبکه‌های اینترنت پرسرعت در دنیا بسیار پرطرفدار شده اپراتورهای شبکه‌های اینترنتی تلاش می‌کنند شبکه‌های 5G را گسترش دهند. ماهواره‌های مدارپایین زمین نقش حیاتی در توسعه این شبکه‌ها در دنیا ایفا می‌کنند. ماهواره‌هایی که در این نقطه از مدار زمین قرار می‌گیرند تقاضا را برای دسترسی بیشتر به اتصالات اینترنتی افزایش داده است. به لحاظ جغرافیایی بازار ماهواره‌های مدارپایین زمین در آمریکای‌شمالی، آمریکای‌لاتین، اروپا، آسیا و اقیانوسیه، خاورمیانه و آفریقا تقسیم شده است.
ماهوارهبرها در دنیا
ماهوارهبرها در دنیا برای پرتاب ماهواره یا فضاپیما به فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند و درواقع سامانه‌های پرتاب‌مداری موشک‌ها و سایر سامانه‌هایی هستند که قادر به قرار دادن محموله‌ها در مدار زمین یا خارج از آن هستند. تمام سیستم‌های پیشران پرتابی که تا امروز به‌کار گرفته شده‌اند، موشک‌های شیمیایی بوده‌اند که در یکی از سه دسته اصلی قرار می‌گیرند.یک گروه از این ماهوارهبرها، موشک‌های سوخت جامد یا موشک‌های سوخت جامد موتوری هستند که از پیشرانه‌های جامد استفاده کرده و معمولا ترکیبی از سوخت پودری و اکسیدکننده است که توسط چسبی پلیمری به‌هم متصل شده و به شکل استوانه‌ای توخالی در می‌آیند. سیلندر از داخل مشتعل شده و به‌صورت شعاعی به‌سمت بیرون می‌سوزد و گازهای در‌حال انبساط و آئروسل‌ها از طریق نازل به بیرون می‌گریزند. نوع دوم ماهوارهبرها، موشک‌های پیشران مایع موتوری هستند که پیشران مایع را به داخل محفظه احتراق تغذیه می‌کنند. بیشتر موتورهای مایع از یک پیشرانه دوگانه استفاده می‌کنند که شامل دو پیشران مایع (سوخت و اکسیدکننده) است که پیش از مخلوط شدن و سوزاندن در داخل محفظه احتراق، به‌طور جداگانه ذخیره و نگهداری می‌شوند. نوع سوم ماهوارهبرها نیز موشک‌های هیبریدی پیشران هستند که از ترکیبی از پیشران‌های جامد و مایع استفاده می‌کنند که معمولا شامل یک اکسیدکننده مایع است که از طریق یک سیلندر توخالی از سوخت جامد پمپ می‌شود. تمام فضاپیماهای فعلی از موشک‌های شیمیایی معمولی شامل سوخت جامد یا دو پیشرانه مایع برای پرتاب استفاده کرده اما در این میان برخی از آنها در مرحله اول از موتورهای جت تنفس هوا استفاده می‌کنند.
ماهوارهبرها در ایران
نخستین ماهواره‌بر ایران با نام «سفیر» در سال 87 (2007) ماهواره امید را به مدار نزدیک زمین در فاصله 245 کیلومتری پرتاب کرد. در آن زمان ایران نهمین کشور دنیا بود که توانمندی پرتاب ماهواره را به فضا به‌دست آورده بود. وزن محموله پرتابی این ماهواره‌بر 50 کیلوگرم بود. این ماهواره‌بر در سال 2019 به کار خود پایان داد. ماهواره‌بر «سیمرغ» در سال 2016 به‌عنوان جایگزینی برای سفیر به فضا پرتاب شد که برای پرتاب ماهواره‌ای با وزن 350 کیلوگرم در مدار 500 کیلومتری زمین طراحی شده بود. سومین ماهواره‌بر ایرانی «ذوالجناح» بود که دو پرتاب موفق را در پرونده خود دارد. نخستین رونمایی از آن در سال 99 انجام شد. این ماهواره که برای حمل ماهوارهها و محموله‌های 220 کیلوگرمی طراحی شده، در مدار 500 کیلومتری از زمین قرار گرفت. ماهواره‌بر دیگری که به‌دست محققان ایرانی تولید شد، در سال 99 توانست محموله‌ای تا وزن 50 کیلوگرم را تا مدار 425 کیلومتری از زمین پرتاب کند و توانست ماهواره «نورا 1» را با موفقیت در مدار قرار دهد. ماهواره‌بر بعدی که به‌دست محققان ایرانی ساخته شده، «قائم 100» است که نخستین‌بار در سال 1401 پرتاب شد. در این پرتاب، قابلیت این ماهواره‌بر برای پرتاب 80 کیلوگرم وزن تا مدار 500 کیلومتری از زمین بود اما با ارتقای این سیستم، در روز گذشته این ماهواره‌بر توانست ماهواره «ثریا» را با وزن 100 کیلوگرم بر مدار 750 کیلومتری از زمین پرتاب کند.
نخستین ماهواره‌بر سوخت جامد سه‌مرحله‌ای در ایران
ماهواره‌بر قائم 100 گروهی از موشک‌های ماهواره‌بر ساخت ایران هستند که دسترسی ایران را به مدارهای پایینی زمین امکان‌پذیر می‌کنند. این ماهواره یک ابزار پرتاب فضایی است که نخستین بار در نوامبر 2022 رونمایی شد. این ماهواره‌بر نخستین پرواز آزمایشی خود را در پرتاب ماهواره در زیر مدار در سال 2022 با موفقیت انجام داد و در نخستین مأموریت خود به‌عنوان پرواز مداری در سال 2023 (1402)، ماهواره مخابراتی ناهید را پرتاب کرد که پروژه شکست خورد و ماهواره نتوانست در مدار قرار گیرد. قائم 100 اولین موشک سوخت جامد سه‌مرحله‌ای است و در ابتدا قرار بود ماهواره‌هایی با وزن 80 کیلوگرم را در ارتفاع 500 کیلومتری قرار دهد اما در پرتاب اخیر خود موفق شد ماهواره «ثریا» را در مدار 750 کیلومتری قرار دهد. نخستین موتور سوخت جامد ماهواره‌برهای ایرانی موتور «رافع» است که آزمایش زمین استاتیک را در ژانویه 2022 (دی‌ماه 1400) با موفقیت پشت سر گذاشت. «رافع» قادر به تولید 68 تن نیروی رانشی است. این دستگاه از کنترل بردار رانش گیرده‌دار برای فرمان استفاده می‌کند و از یک پوشش کامپوزیت فیبر کربنی تشکیل شده که وزن را در مقایسه با پوشش معمولی کاهش می‌دهد. «قائم 100» به همت نیروی هوافضای سپاه ساخته شده و علاوه‌بر سپاه پاسداران انقلاب اسلامی، وزارت ارتباطات هم در موفقیت این پرتاب همکاری داشته‌اند.