ماهواره ناهید ۳

ماهواره «ناهید ۳» نماد بلوغ راهبردی ایران در حوزه ارتباطات فضاپایه است؛ پروژه ای که ادامه ی مسیر موفقیت آمیز ناهید ۱ و ۲ را با جهشی فناورانه دنبال می کند. این ماهواره با وزنی در حدود ۱۱۰ کیلوگرم و در کلاس میکروست، برای قرارگیری در مدار پایین زمین با ارتفاع تقریبی ۵۰۰ کیلومتر و شیب مداری ۵۵ درجه طراحی شده است. هدف اصلی از توسعه ی این سامانه، فراهم سازی زیرساخت های مخابراتی مستقل، افزایش توان انتقال داده های پهن باند از طریق باند KU، و آزمودن فناوری هایی است که بسترساز دستیابی به مدار زمین آهنگ در آینده خواهند بود.

در بخش کنترل وضعیت، ناهید ۳ به سامانه ی سه محوره ی ADCS مجهز شده که با استفاده از حسگرهای خورشیدی، ژیروسکوپ، مگنتومتر و چرخ های واکنشی، قادر است موقعیت ماهواره را با دقت بالا در هر سه محور اصلی حفظ کند. این قابلیت برای تثبیت ارتباط با ایستگاه های زمینی و پایداری سیگنال حیاتی است. در حوزه توان الکتریکی، آرایه های خورشیدی بازشونده با سلول های لیتیوم-یون ساخت داخل طراحی شده اند تا ماهواره بتواند حدود ۱۲۰ وات انرژی تولید و ذخیره کند. این سامانه با طراحی مقاوم در برابر تشعشعات فضایی و نوسانات حرارتی، عملکرد پایدار زیرسیستم ها را تضمین می کند.

سامانه های ارتباطی ناهید ۳ از باندهای مختلفی بهره می برند؛ از جمله KU برای انتقال داده های حجیم و اینترنت ماهواره ای، و باندهای S، UHF و VHF برای تله متری و تله کامند. آنتن های جهت دار با مکانیزم تنظیم خودکار، عملکرد ارتباطی را بهینه سازی کرده اند. کنترل حرارتی نیز با ترکیبی از عایق های چندلایه، رادیاتورها و هیترهای داخلی انجام می شود تا دمای عملیاتی زیرسیستم ها در محدوده ی امن حفظ شود. بخش مدیریت داده از پردازنده ی مرکزی مقاوم در برابر خطاهای ناشی از تشعشعات فضایی استفاده می کند و داده های ماموریتی را با الگوریتم های رمزنگاری و فشرده سازی ذخیره می نماید.

از منظر ماموریتی، ناهید ۳ برای آزمودن عملی فناوری ارتباطی پهن باند در مدار، برقراری ارتباط دوطرفه در زمان عبور از ایستگاه های زمینی، بررسی عملکرد سامانه ها در شرایط واقعی فضایی و تولید داده های علمی و مهندسی طراحی شده است. این پروژه همچنین بستری برای انتقال دانش فنی و توسعه ی نسل های آتی ماهواره های ارتباطی محسوب می شود.

در کنار این ماموریت ها، ناهید ۳ نقش حیاتی در اکوسیستم فضایی در حال شکل گیری ایران ایفا می کند. ارتباط آن با منظومه های ماهواره ای شهید سلیمانی، پروژه های سنجشی راداری مانند «راد ۱» و «راد ۲»، و بلوک های انتقال مداری «سامان» نشان می دهد که ایران در حال حرکت به سوی یک شبکه ی فضایی جامع، یکپارچه و بومی است. این هم افزایی پروژه ها نه تنها از منظر فناوری ارزشمند است، بلکه در دیپلماسی فضایی نیز به ایران جایگاه ژئوپلیتیکی قدرتمندی می بخشد.

در نهایت، ناهید ۳ بیش از یک ماهواره ارتباطی است؛ نمادی از مقاومت فناورانه، خودکفایی ملی، و چشم انداز روشن ایران در مسیر استقلال فضایی و نقش آفرینی موثر در صنعت فضایی جهانی است.در ماهواره های مدار پایین زمین (LEO)، حفظ پایداری و جهت گیری دقیق ماهواره نسبت به زمین، خورشید و سایر نقاط مرجع، یکی از مهم ترین چالش های طراحی سیستم های فضایی است. سامانه کنترل وضعیت و جهت گیری (Attitude Determination and Control System – ADCS) به عنوان بخش مرکزی در این فرآیند شناخته می شود که متشکل از زیرسامانه های سنجش، کنترل و عملگرها است.

زیرسامانه تعیین وضعیت، مسئول اندازه گیری و تحلیل موقعیت لحظه ای ماهواره در فضاست. سنسورهایی مانند سنسور خورشیدی، سنسور زمین، مگنتومتر و ژیروسکوپ ها، داده های ضروری را برای تخمین جهت گیری فراهم می سازند. این داده ها با استفاده از فیلتر کالمن و الگوریتم های آماری پردازش می شوند تا وضعیت دقیق زاویه ای ماهواره به دست آید.

در مرحله بعد، زیرسامانه کنترل وضعیت وظیفه دارد خطای جهت گیری را اصلاح کرده و وضعیت مطلوب را حفظ کند. عملگرهایی چون چرخ های عکس العملی، مغناطورکرها و در برخی موارد پیشران های کوچک، برای تولید گشتاور کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند. بهره گیری از قانون پایستگی زاویه ای در طراحی چرخ ها و تعامل مغناطیسی با میدان زمین از جمله روش های بدون مصرف سوخت برای اصلاح جهت گیری هستند.

الگوریتم های کنترل در ADCS نقش کلیدی دارند. کنترل کننده PID برای پاسخ سریع و پایدار، کنترل بهینه برای کمینه سازی مصرف منابع، و کنترل تطبیقی برای مقابله با شرایط مداری متغیر از جمله روش های رایج در این سامانه هستند. ارتباط ADCS با سایر زیرسامانه ها نظیر آرایه های خورشیدی، سامانه های تصویربرداری و مخابراتی نیز حائز اهمیت است؛ چرا که جهت گیری صحیح تاثیر مستقیمی بر عملکرد این بخش ها دارد.

با توجه به پیشرفت های اخیر، چالش هایی چون کاهش نویز سنسورها، بهبود خودکارسازی با هوش مصنوعی، و استفاده از حسگرهای MEMS در طراحی سبک تر و دقیق تر، در دستور کار محققان قرار گرفته اند. همچنین استفاده از مفاهیم کنترل فرم پذیر برای ماهواره های با پیکربندی متغیر، آینده ای جدید در طراحی ADCS رقم خواهد زد.