دکتر مهرزاد نصیریان ، دانش آموخته دکترای رشته مهندسی برق دانشگاه

دکتر مهرزاد نصیریان ، دانش آموخته دکترای رشته مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین توسی و طراح نرم افزار شبیه سازی ردیابی ماهواره ها،

ماهواره ها نقش مهمی در توسعه صنعتی ، ایفا می کنند و ارتباط صحیح با این ابزار مهم در پیشرفت و توسعه کشورها، مستقیما وابسته به جهتگیری صحیح ماهواره و ردگیری دقیق سیگنال از ایستگاه زمینی است.
البته ردگیری ماهواره ها به این راحتی نیست و درواقع در جهتگیری صحیح ماهواره ، انتخاب ساختار و اجزای ماهواره ، نوع کنترل وضعیت و تعیین وضعیت ماهواره نقش بسزایی دارند. در این رابطه یک نرم افزار شبیه ساز ردگیر ایستگاه زمینی و کنترل وضعیت ماهواره در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین توسی طراحی شده است.
این موضوع از آنجا حائز اهمیت است که در حال حاضرکشورهای معدودی دانش و تجهیزات مربوط به پرتاب و ردگیری ماهواره ها را در اختیار دارند.

از زمان پرتاب اولین ماهواره با نام اسپوتنیک 1 در چهارم اکتبر 1957 میلادی سیستم های ردگیری ماهواره مورد توجه بوده اند. اسپوتنیک 1 برای اعلام حضورش در فضا صدای بوق مانندی را با کمک امواج رادیویی ارسال می کرد. طی 3 ماهی که این ماهواره در مدار بود، به صورت مداوم ردگیری و اکسپلورر امریکایی به فضا پرتاب شد، این ماهواره 4 ماه اطلاعات به زمین مخابره کرد و سپس به مدت 12سال در مدار باقی ماند. بعد ماهواره هایی که برخی حیوانات نظیر سگ (لایکا) و میمون (هام) را به فضا بردند، طراحی و به فضا پرتاب شدند.
یوری گاگارین (1961) با فضاپیمای وستوک یک دور کامل به دور زمین گشت و با زمین ارتباط برقرار کرد و سپس جان گلن (1962) در پروازش به نام دوستی 7 ، سه بار به دور زمین چرخید و با زمین ارتباط برقرار کرد. اولین ماهواره هواشناسی نیز به نام تیروس در اول آوریل 1960 پرتاب شد و در پی آن اولین ماهواره مخابراتی به نام تل استار در 10 جولای 1962 برای تامین امور تلفن و تلگراف در امریکا پرتاب شد.
امروزه ماهواره های با اهداف مخابراتی ، هواشناسی ، منابع زمینی ، تصویربرداری ، نظامی و جاسوسی و ردیابی طراحی و به فضا پرتاب می شوند.
در این میان روش های مختلف ردگیری شامل روش ردگیری رادیویی ، برنامه ریزی شده ، پله ای ، روش ردگیر مونو پالس ، هوشمند، اپتیکی ، راداری است که پایه و پشتیبان همه این روش ها روش پیش برنامه ریزی است.
امروزه کشورهایی مثل روسیه و فرانسه ، امریکا، هند و چین تجهیزات پرتاب و ردگیری ماهواره دارند.

ارتباط مستقیم با ماهواره ها

به گفته دکتر مهرزاد نصیریان ، دانش آموخته دکترای رشته مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین توسی و طراح نرم افزار شبیه سازی ردیابی ماهواره ها، این شبیه ساز قادر است با توجه به نوع کنترل کننده به کار رفته و نوع تعیین وضعیت ماهواره و نحوه ترکیب آنها با هم و با توجه به نوع مدار و ماموریت و اغتشاشات فضایی مربوط، علاوه بر تعیین وضعیت ماهواره در مدار، نمایش انیمیشنی از حرکت ماهواره در فضا با قابلیت تعیین منطقه دید روی زمین ارائه کند.
این نرم افزار در ردگیری دقیق ماهواره و تنظیم و کنترل زوایای آنتن ایستگاه زمینی نقش مهمی می تواند بازی کند. تولید زوایای آنتن ایستگاه زمینی از طریق نرم افزارهای استاندارد مختلف صورت می پذیرد، اما در طرح جدید روشی مناسب به منظور طراحی نرم افزاری با قابلیت های خاص عنوان و در نهایت یک نرم افزار کامپیوتری متفاوت ارائه شده است.
این نرم افزار شبیه ساز ویژه ایستگاه زمینی ، توانمندی تولید زوایای ارتفاع و سمت آنتن ایستگاه زمینی با سرعت ها و مشتقات مربوط به منظور ردگیری هر نوع ماهواره را داراست. این نرم افزار دارای قابلیت نمایش انیمیشنی حرکت ماهواره روی صفحه گسترده زمین و فضای سه بعدی است. از ویژگی های این نرم افزار، تعیین منطقه دید ماهواره از زمین و تعیین منطقه دید ایستگاه زمینی از ماهواره است. همچنین در این نرم افزار تمامی اختلالات فضایی باعث اختلال در حرکت ماهواره ، بررسی می شوند. در ضمن ، این نرم افزار دارای ورودی و خروجی های شبیه نرم افزارهای استاندارد است. در نهایت ، علاوه بر مقایسه نتایج این نرم افزار با یک نرم افزار استاندارد، به منظور بررسی صحت این نرم افزار، به وسیله یک ایستگاه زمینی دریافت ، سیگنال ارسالی از یک یا چند ماهواره با زوایای تولیدی از این نرم افزار ردگیری شده است.

نمایش ماهواره ها در فضای سه بعدی

این نرم افزار شبیه ساز درواقع برای ردیابی ماهواره از طریق هدایت و کنترل دقیق محورهای چرخنده آنتن ایستگاه زمینی طراحی شده است. به گفته نصیریان ، این شبیه ساز قادر است با توجه به نوع کنترل کننده به کار رفته و نوع تعیین وضعیت ماهواره و نحوه ترکیب آنها با هم و با توجه به نوع مدار و ماموریت و اختلالات فضایی مربوط، علاوه بر تعیین وضعیت ماهواره در مدار، نمایش انیمیشنی از حرکت ماهواره در فضا با قابلیت تعیین منطقه دید روی زمین ارائه کند.
از جمله ویژگی های این طرح می توان براحتی کار کردن با نرم افزار، در دسترس بودن اطلاعات عملیاتی ردگیری و مخابراتی مانند زوایای ردگیری و فرکانس داپلر به صورت تکست به منظور تحلیل و استفاده عملیاتی در ایستگاه زمینی ، دارا بودن تمامی قابلیت نرم افزارهای ردگیر خارجی ، دستیابی به دانش فنی این نرم افزارها (با وجود قیمت های بالا فقط نسخه اجرایی آنها در دسترس است و به هیچ عنوان اصل برنامه ها و دانش فنی آنها موجود نیست) و ایجاد توانمندی در طراحی و ساخت و دستیابی به فناوری فنی ساخت ایستگاه زمینی قابل حمل در کشور اشاره کرد. ضمن آن که استفاده از محصول به دست آمده در طرح های کاربردی ، تحقیقاتی ، آموزشی و ایجاد بستر مناسب در این زمینه ها، دستیابی به اصل برنامه های ردگیر ماهواره و در نتیجه نیاز تلاش به همکاری و همیاری کشورهای صاحب فناوری در انجام طراحی ایستگاه های زمینی از لحاظ تهیه نرم افزارهای مربوط شامل نرم افزار پیش بین مدار، نرم افزارهای تعیین زوایای آنتن ایستگاه زمینی ، نرم افزارهای تعیین پارامترهای کپلر از روی اطلاعات موقعیت و سرعت ماهواره (GPS) و سخت افزارهای متناسب با آن ، صرفه جویی اقتصادی در تهیه این نرم افزارها و نیاز نداشتن به پرداخت قیمت های بالای نرم افزارهای قابل استناد خارجی با توجه به در دسترس نبودن اصل آنها، قابلیت مانور در تکمیل نمونه های پیشرفته تر ایستگاه زمینی با توجه به کسب دانش فنی اصل این نرم افزارها، به دست آوردن اعتماد لازم در ردگیری ماهواره های خاص با توجه به بی اعتمادی به نتایج به دست آمده از نرم افزارهای خارجی و اطلاعات موجود در اینترنت و قابلیت شبیه سازی های عکسبرداری عملیاتی به کمک آن ممکن می شود.

زمینه سازی برای طراحی سیستم های بومی

نصیریان درباره اهمیت اجرای این طرح از لحاظ علمی و اقتصادی می گوید: با توجه به قیمت های بالای نرم افزارهای مشابه با دقت مناسب در حد چند میلیون دلار، اهمیت این نرم افزار از لحاظ اقتصادی مشخص است. به عنوان مثال نرم افزار STK و نسخه اجرایی آن در حد 5 میلیون دلاراست. از لحاظ علمی هم کسب دانش فنی مربوط بسیار حائز اهمیت است و علاوه بر بی نیازی از کشورهای صاحب این فناوری می تواند زمینه ساز طراحی سیستم های مختلف جستجوگر و ردگیر بومی ماهواره و نیز طراحی سیستم های مناسب کنترل وضعیت ماهواره در سطح کشور شود.
تاکنون از نتایج این طرح 11 مقاله در نشریات داخلی و بین المللی به چاپ رسیده است. نصیریان هدف از این طرح را ارائه راهکار و تولید دانش فنی برای حل بعضی معضلات فضایی کشور می داند و می گوید: پایه ایترین موضوع برای کارهای فضایی دستیابی به دانش فنی کنترل و تعیین وضعیت ماهواره با توجه به نوع ساختار، موقعیت حرکتی ماهواره در مدار با حضور اختلالات محیطی و قرارگیری محورهای حرکتی آنتن ایستگاه به طور صحیح در ردگیری ماهواره است.
امروزه نرم افزارهایی که به طور کامل دارای همه این قابلیت ها باشند، محدود و گاهی اوقات دارای قیمت های بالا هستند و چون اصل و دانش آنها در اختیار نیست بسیاری از ایده هایی که طراح در ذهن دارد، از سوی آنها قابل انجام نیست ، لذا حرکت در جهت تولید چنین نرم افزارهای ضروری و در درازمدت سبب استقلال در این عرصه های علمی خواهد شد. نصیریان آینده این طرح را بسیار عالی ارزیابی می کند و می افزاید: هم اکنون نتایج این نرم افزار در طرح های عملی در حال استفاده است و طرح های با فناوری های بسیار پیشرفته بر اساس یافته های این نرم افزار در حال تعریف و انجام است ، به طوری که تا چند سال گذشته هرگز تصور نمی شد انجام این طرح ها به صورت بومی به این زودی ها به دلیل قیمت بالا صورت پذیرد.