گلوناس چیست و چگونه کار می‌کند؟

1666 بازدید

سامانه گلوناس (GLONASS)

گلوناس (GLONASS) نوعی سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) است که برای ناوبری هوایی، دریایی و زمینی، سنجش سرعت، زمان‌سنجی و موقعیت‌یابی سه‌بعدی در تمام شرایط آب‌وهوایی روی سطح زمین یا در فضای نزدیک به زمین به‌کار می‌رود. سامانه گلوناس طی دهه ۱۹۷۰ در شوروی و برای رقابت با جی‌پی‌اس طراحی و راه‌اندازی شد و در حال حاضر توسط روسیه به‌کار گرفته می‌شود. اولین ماهواره گلوناس در سال ۱۹۸۲ به فضا پرتاب شد و در حال حاضر ۲۴ ماهواره گلوناس در مدار خود مشغول کارند. مجموعه فلکی ماهواره‌های گلوناس در سال ۱۹۹۵ کامل شد و این سامانه از سال ۲۰۱۰ تمام خاک روسیه را پوشش داد. در ادامه، با جزییات بیشتری توضیح داده می‌شود که گلوناس (GLONASS) چیست و چگونه کار می‌کند و چه کاربردی دارد.

مطلب مرتبط: ماهواره مخابراتی چیست و ماهواره‌های مخابراتی چگونه کار می‌کنند؟

گلوناس (GLONASS مخفف Global Navigation Satellite System) به‌معنی سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی است. بیدو (BeiDou)، گلوناس (GLONASS) و جی‌پی‌اس (GPS) از جمله سامانه‌های ماهواره‌ای فعلی برای ناوبری هستند.

سامانه گلوناس چگونه کار می‌کند

گلوناس نیز مانند هر سامانه ماهواره‌ای ناوبری دیگری سه جزء اصلی دارد که چنین هستند: بخش فضا، بخش راه‌بری و بخش کاربر.

اجزای اصلی گلوناس (GLONASS) چیست

همانطور که گفته شد، سامانه ناوبری ماهواره‌ای گلوناس از سه جزء اصلی تشکیل شده است که چنین هستند:

بخش فضا (space segment): صورت فلکی ماهواره‌های گلوناس
قسمت راه‌بری (control segment): تاسیسات کنترلی در زمین
بخش کاربر (user segment): تجهیزات کاربر

مجموعه ماهواره‌ها در سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی را اصطلاحا صورت فلکی ماهواره‌ای (constellation satellites) می‌نامند. صورت فلکی گلوناس از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است که در سه صفحه مداری مجزا جای دارند. این ماهواره‌ها در مدارهای دوار به‌طول ۱۹,۱۰۰ کیلومتر و با شیب ۶۴.۸ درجه نسبت به استوا در گردش هستند. هر ماهواره هر ۱۱ ساعت و ۱۵ دقیقه و ۴۴ ثانیه یک‌بار مدار گردش خود را کامل می‌کند. دوره زمانی گردش هر ماهواره به‌گونه‌ای تنظیم شده است که برخلاف سامانه جی‌پی‌اس طی دوران فعالیت خود به پالس‌های اصلاح‌کننده نیازی نداشته باشد. فاصله ماهواره‌ها از هم سبب می‌شود تا سطح زمین و فضای نزدیک زمین پیوسته تحت پوشش ماهواره‌های گلوناس باشد. هر صفحه مداری دارای ۸ ماهواره و فاصله آن‌ها با هم برابر است.

تاسیسات کنترلی گلوناس از مرکز کنترل سامانه و شبکه فرمان و ایستگاه‌های ردیابی تشکیل شده است که در خاک روسیه جای دارند. بخش راه‌بری یا کنترل، وظیفه پایش وضعیت مجموعه ماهواره‌های گلوناس، تحصیح پارامترهای گردش ماهواره‌ها و بارگذاری داده‌های ناوبری را عهده‌دار است.

بخش کاربری نیز از فرستنده‌ها و پردازنده‌های تشکیل شده است که علائم یا اصطلاحا سیگنال‌های ناوبری گلوناس را دریافت و پردازش می‌کنند تا کاربر بتواند مختصات، سرعت و زمان را طبق آن محاسبه کند.

مطلب مرتبط: سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) چیست و چگونه کار می‌کند؟

کاربرد گلوناس چیست

گلوناس برای ناوبری هوایی، دریایی و زمینی، سنجش سرعت، زمان‌سنجی و موقعیت‌یابی سه‌بعدی در تمام شرایط آب‌وهوایی روی سطح زمین یا در فضای نزدیک به زمین به‌کار می‌رود.

تاریخچه شکل‌گیری سامانه گلوناس

ایده استفاده از ماهواره‌ برای ناوبری و موقعیت‌یابی در سال ۱۹۷۵ و هنگامی مطرح شد که کارشناسان علوم فضایی کاربرد احتمالی فناوری‌های رادیو-نجومی در ناوبری هوافضایی را بررسی می‌کردند. آن زمان تعدادی از موسسات شوروی تحقیقاتی را در دست انجام داشتند که هدفش افزایش دقت ناوبری، پشتیبانی فراگیر، کاربردهای روزمره و به‌کارگیری ناوبری ماهواره‌ای در تمام شرایط آب‌وهوایی بود. نتایج این پژوهش در سال ۱۹۶۳ در قالب پروژه‌ای تحقیقاتی و سامانه‌‌ای موسوم به تیسکادا پیاده‌سازی شد.

ماهواره‌های تیسکادا در مدار پایین زمین (LEO) جای داشتند. در سال ۱۹۶۷ اولین ماهواره ناوبری شوروی، Kosmos-192، به فضا پرتاب شد که طی دوران فعالیت خود پیوسته با فرکانس ۱۵۰ مگاهرتز و ۴۰۰ مگاهرتز سیگنال‌های ناوبری رادیویی به زمین می‌فرستاد. سامانه تیسکادا از چهار ماهواره تشکیل شده بود که در سال ۱۹۷۹ در ارتفاع ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین با شیب ۸۳ درجه و فاصله گردشی برابر نسبت به استوا در مدارهای دوارشان جای گرفتند.

در ۱۹۸۲ نخستین ماهواره گلوناس به فضا پرتاب شد و سپس به مرور، جایگزین تیسکادا شد. گلوناس در ۱۹۹۳ کاملا عملیاتی شد. پس از مدتی کارایی گلوناس رو به کاهش نهاد تا این‌که روسیه تصمیم گرفت این سامانه را با دست‌کم ۱۸ ماهواره فعال به‌روز کند و در حال حاضر گلوناس ۲۴ ماهواره دارد. این سامانه از زمان آغاز به‌کار خود تا به‌حال بارها رو به تکامل نهاده است.

وقتی گیرنده گلوناس (مثلا در گوشی همراه) می‌خواهد موقعیت مکانی فرد در زمین را نشان دهد، داده‌های دست‌کم چهار ماهواره را دریافت می‌کند تا موقعیت فرد در فضای سه‌بعدی را محاسبه و آن را با زمان سیستمی هماهنگ کند.

سیگنال‌های ماهواره گلوناس هویت ماهواره و نیز مواردی مثل اطلاعات موقعیت‌یابی، سرعت و شتاب جهت محاسبه محل فعلی ماهواره و اطلاعات مربوط به وضعیت سلامت ماهواره را مشخص می‌کند.

بسامد سیگنال‌ ماهواره‌های گلوناس

بسامدها یا فرکانسهای مورد پشتیبانی ماهواره‌های گلوناس چنین هستند:

L1 (بسامد ۱۵۹۸.۰۶۲۵ تا ۱۶۰۵.۳۷۵ مگاهرتز)
L2 (بسامد ۱۲۴۲.۹۳۷۵ تا ۱۲۴۸.۶۲۵ مگاهرتز)
L3 (بسامد ۱۲۰۲.۰۲۵ مگاهرتز)

مطلب مرتبط: تلسکوپ جیمز وب چیست و کجاست و چگونه کار می‌کند؟

جدول ویژگی‌های گلوناس و نسخه‌های آن

ماهواره‌ای گلوناس

قابلیت‌ها	گلوناس	گلوناس-ام	گلوناس-کا	کلوناس-کا۲
زمان اجرا	۱۹۸۲ تا ۲۰۰۵	۲۰۰۳ تا ۲۰۱۶	۲۰۱۱ تا ۲۰۱۸	۲۰۱۷ به بعد
وضعیت	پایان ماموریت	در حال کار	تصحیح بر مبنای ارزیابی در مدار	در حال توسعه
پارامترهای اسمی مدار	دوار ارتفاع: ۱۹۱۰۰ کیلومتر شیب: ۶۴.۸ درجه دوره زمانی: ۱۱ ساعت و ۱۵ دقیقه و ۴۴ ثانیه
تعداد ماهواره‌ در مجموعه فلکی (جهت ناوبری)	۲۴
تعداد صفحه‌ مداری	۳
تعداد ماهواره‌ در هر صفحه مداری	۸
موشک‌های ماهواره‌بر		سایوز-۲.۱بی و پروتون-ام
دوره طراحی (سال)	۳.۵	۷	۱۰	۱۰
جرم (کیلوگرم)	۱۵۰۰	۱۴۱۵	۹۳۵	۱۶۰۰
ابعاد (متر)		۲.۷۱ * ۳.۰۵ * ۲.۷۱	۲.۵۳ * ۳.۰۱ * ۱.۴۳	۲.۵۳ * ۶.۰۱ * ۱.۴۳
توان (وات)		۱۴۰۰	۱۲۷۰	۴۳۷۰
طرح پلتفرم	فشاری	فشاری	غیرفشاری	غیرفشاری
پایداری ساعت به‌ازای تعیین/مشاهده	۵۱۰^-۱۳/۱۱۰^-۱۳	۱۱۰^-۱۳/۵۱۰^-۱۴	۱۱۰^-۱۳۵*۱۰^-۱۴	۱۱۰^-۱۴/۵۱۰^-۱۵
نوع سیگنال	FDMA	FDMA FDMA+CDMA برای ماهواره‌های ۷۵۵ تا ۷۶۱	FDMA و CDMA	FDMA و CMA
سیگنال‌های با دسترسی آزاد	L1OF (1602 MHz)	L1OF (1602MHz) L2OF (1246 MHz) L3OC (1202 MHz) برای ماهواره‌های ۷۵۵ به بعد	L1OF (1602 MHz) L2OF (1246 MHz) L3OC (1202 MHz) L2OC (1248 MHz) برای ماهواره‌های ۱۷L به بعد	L1OF (1602MHz) L2OF (1246 MHz) L1OC (1600 MHz) L2OC (1248 MHz)
سیگنال‌های با دسترسی محدود	L1SF (1592 MHz) L2SF (1237 MHz)	L1SF (1592 MHz) L2SF (1237 MHz)	L1SF (1592 MHz) L2SF (1237 MHz) L2SC (1248 MHz) برای ماهواره‌های ۱۷L به بعد	L1SF (1592 MHz) L2SF (1237 MHz) L1SC (1600 MHz) L2SC (1248 MHz)
لینک‌های متقاطع: بسامد رادیویی لیزر	ندارد ندارد	دارد ندارد	دارد ندارد	دارد دارد
جست‌وجو و بازیابی	ندارد	ندارد	دارد	دارد