با پرتاب «ماهواره ملي اميد» سوار بر ماهواره بر سفير اميد در سال 87 عصر فضا در ايران آغاز شد و به زعم بسياري از كارشناسان اين حوزه، صنعت هوافضاي ايران پس از پرتاب ماهواره اميد و تكرار موفقيت در پرتاب ماهواره هاي «رصد 1» و «نويد علم و صنعت» نشان داد كه در زمينه پرتاب و در مدار قرار دادن ماهواره به خودكفايي رسيده است. اما اين موفقيت پايان راه نيست و به منظور تثبيت و توسعه اين فناوري جهت قرار گرفتن ماهواره در مدارهاي 36 هزار كيلومتر كه به مدار «زمين آهنگ» مشهورند، استفاده از ابزارهاي دقيق ناوبري امري اجتناب ناپذير است.
بر اين اساس، حسگر ستاره ياب نصير 1 به عنوان ابزار قدرتمند ناوبري، به منظور پايان دادن به وابستگي هاي صنعت هوافضاي ايران به كوشش دانشمندان فضايي دانشگاه خواجه نصير الدين طوسي و با حمايت ستاد توسعه فناوري هوافضاي معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري طراحي و توليد شده است.
با دكتر جعفر روشني يان، رئيس دانشكده هوافضاي دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي كه حسگر ستاره ياب نصير1 توسط وي و تيمي از دانشكده هوافضا و برق اين دانشگاه به نتيجه رسيده است هم صحبت شده ايم.
ناوبري ستاره اي بر چه پايه اي شكل مي گيرد؟شروع ستاره شناسي به 2800 سال قبل از ميلاد مسيح بر مي گردد. درآن زمان انسان حركات ستاره هاي آسمان را به عنوان وسيله اي براي اندازه گيري زمان و تخمين تقويم زيرنظر داشتند، اما اين موضوع رفته رفته ابعاد ديگري نيز به خود گرفت. با گذشت سال ها و تغيير تفكرات دانشمندان درمورد زمين مركزي يا خورشيد مركزي امروزه بشر به اعماق كيهان دسترسي پيدا كرده و حتي نقشه هاي آسمان را نيز تهيه كرده است.
اين نقشه ها كه از آنها به عنوان كاتولوگ ستارگان ياد مي شود توسط ماهواره هاي مختلفي همچون هيپاركوس طي سال ها عكاسي از فضاي لايتناهي، جمع آوري شده و در اختيار منجمان قرار گرفته است. زيربناي فناوري ناوبري نجومي بر پايه وجود كاتولوگ ستارگان است. در واقع اين كاتولوگ هاي ستاره هستند كه راهنماي ستاره ياب در تشخيص ستارگان و تعيين وضعيت هستند. از سوي ديگر نياز به تعيين موقعيت و وضعيت در خشكي، دريا، هوا و فضا سبب شده است كه دانشمندان و متخصصان به توسعه دانش و فناوري ناوبري با استفاده از روش هاي مختلف بپردازند. روش هاي ناوبري اينرسي INS، روش ناوبري با كمك سيستم موقعيت ياب جهاني GPS و روش هاي ناوبري سماوي از جمله روش هاي بارز هستند.
از آنجا كه روش هاي ناوبري نجومي بر مبناي مشاهده اجرام سماوي نظير خورشيد و ستاره ها توسعه مي يابند جزو دقيق ترين و قابل اعتمادترين روش هاي ناوبري هستند.
فناوري ناوبري نجومي يكي از فناوري هاي پيچيده و راهبردي در زيرساخت هاي سامانه هاي هوافضايي محسوب مي شود كه دستيابي به آن مي تواند باعث شكوفايي و پيشرفت هر چه بيشتر علوم فضايي و ديگر گرايش هاي مرتبط شود.
عملكرد يك حسگر ستاره ياب مثل ستاره ياب نصير1 چگونه است؟يك ستاره ياب به كمك دوربين نجومي و تجهيزات اپتيكي خود از فضاي اطراف ماهواره كه شامل ستارگان است يك عكس تهيه مي كند. پس از پردازش عكس و استخراج اطلاعات آن، ستارگان ثبت شده در تصوير شناسايي شده و وضعيت ماهواره با توجه به محور ديد عكس تعيين مي شود. سپس اين عكس به كامپيوتر سامانه ستاره ياب ارسال شده و ابتدا پردازش مي شود. پس از پردازش فرآيند بازشناسي الگو صورت گرفته و با كاتالوگ مقايسه مي گردد. از اين رهگذر مشخص مي گردد كه چه ستاره هايي در معرض ديد قرار داد و در نتيجه جهت يابي دقيق ماهواره صورت گرفته و مسير يا وضعيت ماهواره اصلاح مي گردد.
حسگر ستاره ياب نصير 1 از چه بخش هايي تشكيل شده است؟سامانه ناوبري نجومي شامل سخت افزار اپتيكي، سخت افزار الكترونيكي، نرم افزار پردازش تصوير، نرم افزار تشخيص الگوي ستاره، نرم افزار تعيين وضعيت، برنامه نويسي زبان ماشين و ميز تست مي شوند. بخش سخت افزار اپتيكي يك ستاره ياب شامل يك لنز فضايي يا نجومي، يك آشكارساز تصوير و يك پردازنده عددي است. لنز نجومي يك تصوير مناسب از فضا را آماده كرده و به صورت يك تصوير روي آشكارساز مي فرستد. آشكارساز تصوير اپتيكي را به صورت يك تصوير ديجيتال الكترونيكي تبديل مي كند و در نهايت در بخش سخت افزار الكترونيكي كه شامل نرم افزارهاست، پردازنده عددي وضعيت ماهواره را از تصوير گرفته شده استخراج مي كند.
روشني يان: فناوري ناوبري نجومي يكي از فناوري هاي پيچيده و راهبردي در زيرساخت هاي سامانه هاي هوافضايي محسوب مي شود كه دستيابي به آن مي تواند باعث شكوفايي و پيشرفت هرچه بيشتر علوم فضايي شود.
همچنين سيستم پردازش تصوير توانايي باز كردن و تحليل 4 فرمت تصويري (TIFF،FITS،JPG،BMP) را دارد. اين تصاوير ابتدا كاليبره شده و بعداز حذف نويز جريان تاريك و نويز بازخواني وارد مرحله بعدي كه تشخيص نواحي مرتبط با ستارگان است مي شوند. بعد از مشخص شدن نواحي، مختصات مربوط به مركز هر ستاره در بلوك مركزيابي تعيين و مشخص مي شود. بردارهاي حاصل از مختصات مركز ستارگان به ترتيب شدت روشنايي آنها وارد بلوك بازشناسي الگو خواهد شد؛ اين الگوريتم قادر به دستيابي به دقت هايي بهتر از نيم پيكسل است. علاوه بر اين بخشي هم با هدف نورسنجي و استخراج قدر ستارگان در اين سيستم تعبيه شده است كه بنابر نياز كاربر مي تواند به كار گرفته شود.
از اين تصاوير چگونه مي توان فهميد كجا قرار داريم؟شناسايي ستارگان در ميدان ديد ستاره ياب به روش هاي مختلفي امكان پذير است، الگوريتم هاي گمشده در فضا كه بدون داشتن اطلاعات از وضعيت فعلي، تعيين وضعيت مي كند و الگوريتم هاي بازگشتي از جمله اين روش هاست.
الگوريتم هاي به كار گرفته شده در پروژه نصير1 الگوريتم شناسايي الگوي ستاره بدون بعد از دسته الگوريتم هاي گمشده در فضاست. اين الگوريتم از زواياي صفحه اي يك مثلث تشكيل شده در تصوير به رئوس ستارگان استفاده مي كند، اما با توجه به مشكلات فني اين روش اصلاحاتي به اين روش اعمال شده كه عملكرد آن را بسيار بهبود بخشيده است. از اين رو اين سامانه قادر است تا با تصويربرداري از ستارگان آسمان و تطبيق اطلاعات آنها با حافظه پردازشگر خود، وضعيت ماهواره ها را با دقت بالايي محاسبه كند.
تفاوت ناوبري اينرسي با ناوبري ستاره اي چيست؟علم ناوبري، علم تعيين موقعيت است، هر وسيله پرنده و حتي وسايلي كه در درياها حركت مي كنند بايد بتوانند موقعيت خود را مشخص كنند. براي اين كه بدانند به چه جهتي بايد حركت كنند ابتدا بايد وضعيت فعلي خود را مشخص كنند. روش معمول استفاده از سيستم هاي ژيروسكوپي است كه به اصطلاح در هوا فضا به ناوبري اينرسي مشهور است، اما براي اين كه خطاهاي اين نوع ناوبري كاهش يابند، مي توان از موقعيت ستاره ها استفاده كرد.
همان طور كه انسان با استفاده از ستاره ها موقعيت خود را تشخيص مي دهند. اگر در يك فضاپيما انسان نباشد اين كار بايد توسط كامپيوتر انجام شود. بنابراين تصويري كه توسط سيستم ستاره ياب گرفته مي شود توسط برد پردازشگر اين سامانه مورد تحليل قرار مي گيرد. تمامي الگوريتم ها در برد پردازشگر قرار دارد كه مي تواند از طريق آنها ستاره هايي كه در تصوير ديده مي شود مشخص كرد و موقعيت ماهواره را تعيين و اصلاح كند.
چه كشورهايي صاحب اين فناوري هستند و آيا از اين حسگر مي توان در ماهواره هاي بعدي ايران كه در آينده پرتاب مي شوند، استفاده كرد؟در حال حاضر كشورهاي انگشت شماري از صاحبان فناوري ماهواره، موفق به ساخت اين حسگر ارزشمند فضايي شده اند كه مي توان به كشورهاي روسيه، آمريكا، فرانسه، چين و ژاپن اشاره كرد و در مورد استفاده در ماهواره هاي ايراني بايد بگويم، ان شاءالله با ساخت نمونه فضايي سامانه ستاره ياب نصير 1 در چند ماه آتي،اين تکنولوژي در ماهواره هاي آينده مورد آزمايش و بهره برداري قرار خواهد گرفت.
بازنشر از روزنامه جام جم، شماره 3438
PC Flight Simulation Geek Since 1998
