روایتی کامل از دستاورد ماهواره‌های ایرانی کوثر و هدهد در فضا

به گزارش مشرق، یک سال از پرتاب دو ماهواره ملی «کوثر» و «هدهد» می‌گذرد؛ مأموریتی که نقطه عطف تازه‌ای در روند ماهواره‌سازی کشور توسط بخش خصوصی بود و توانست ساختار بومی طراحی، کنترل و ارتباط با پرتابگر بین‌المللی را تجربه کند.
این دو ماهواره در حالی به ایستگاه پرتاب رسیدند که مراحل طراحی و ساخت آن‌ها از دل توان داخلی و ظرفیت شرکت‌های دانش‌بنیان ایرانی شکل گرفته بود.
شرکت دانش‌بنیان امید فضا، به مدیریت دکتر حسین شهرابی، طی سال‌های اخیر یکی از مجموعه‌های فعال در توسعه ماهواره‌های سبک عملیاتی ایران بوده است.
این مجموعه در پروژه‌های «کوثر» و «هدهد» علاوه بر طراحی سامانه‌های جدایشی و مدارهای کنترل وضعیت، به ارتقای الگوریتم‌های موقعیت‌یابی بومی اقدام کرد.
ماهواره کوثر از سال ۱۳۹۸ آغاز شد و هدهد دو سال بعد، اما هر دو با تکمیل مراحل آزمایش به‌صورت هم‌زمان راهی مدار شدند و نخستین داده‌های تله‌متری را به زمین مخابره کردند.
با وجود موفقیت پرتاب و دریافت داده‌های مطمئن از هر دو مأموریت، چالش‌هایی در ادامه مسیر مشاهده شد؛ از جمله ضعف توان در چرخه شارژ صفحات خورشیدی و تغییرات زاویه مداری که بر عملکرد سامانه توان اثر گذاشت.
از سوی دیگر، ماهواره هدهد با ضریب موفقیت بیش از ۹۰ درصد مأموریت اولیه، توانست به‌عنوان نخستین ماهواره ایرانی با همکاری شبکه آماتور جهانی سیگنال مخابره کند.
اکنون، پس از گذشت یک سال از این تجربه تاریخی، شرکت امید فضا آماده است نسل بعدی ماهواره‌های خود را ـ که با نام «دونمایه» شناخته می‌شود ـ طی یکی تا دو ماه آینده به فضا پرتاب کند.
این مأموریت قرار است آغازگر فصل تازه‌ای از ماهواره‌های چندحسگری و داده‌محور ایران باشد.
با توجه به این توضیحات و به همین بهانه، از حسین شهرابی، مدیرعامل شرکت دانش‌بنیان امید فضا دعوت کردیم تا درباره روند ماهواره‌سازی در ایران، وضعیت ماهواره‌های کوثر و هدهد در مدار و برنامه پرتاب ماهواره «دومایه» در آینده نزدیک گفت‌وگو کنیم.
در ادامه بخش اول این گفت‌وگو را از نظر می‌گذارنید:
درباره پیشینه ساخت ماهواره‌های کوثر و هدهد توضیح بدهید و اینکه ساخت این ماهواره‌ها چقدر زمان برده است؟
ماهواره کوثر و ماهواره هدهد.
ماهواره کوثر از سال ۹۸ شروع شده بود و ماهواره هدهد دو سال بعد از کوثر شروع شد، اما هر دو ماهواره در یک پرتاب به ایستگاه پرتاب رسیدند و برای مأموریت آماده شدند.
این دو پروژه با دو رویکرد تقریباً متفاوت طراحی شدند.
ماهواره کوثر مبتنی بر تجربیات سنتی نزدیک به پانزده سال گذشته کشور بود، اما ماهواره هدهد بیشتر بر پایه تجربیات صنعت نوین فضایی و استفاده از ظرفیت سایر صنایع شکل گرفت؛ صنایعی که قطعات مورد استفاده آن‌ها معمولاً در بازار فراوان‌اند و اطمینان بالا، دوام زیاد و قیمت ارزان‌تری دارند.
رویکرد این دو ماهواره از نظر فنی متفاوت بود و از نظر مأموریتی نیز تفاوت داشتند؛ یکی با مأموریت اینترنت اشیا طراحی شده بود و دیگری برای سنجش از دور.
با وجود تفاوت مأموریت‌ها، محور هر دو ماهواره کاربردهای کشاورزی بود.
پس از اتمام طراحی و ساخت، این دو ماهواره به مرحله پرتاب رسیدند.
در مرحله پرتاب، سامانه‌های جدایشی و تعامل آن‌ها با پرتابگر بین‌المللی از مهم‌ترین بخش‌های مأموریت بودند.
لطفاً بفرمایید نگرانی اصلی در این تعامل چه بود و تیم امید فضا چگونه توانست استانداردهای ایمنی مورد نیاز را تأمین کند؟
در مرور روند پرتاب، نخستین مسئله مهم برای تیم مأموریت، دستیابی به یک پرتاب موفق بود؛ موفقیتی که هم به عملکرد پرتابگر و هم به سامانه‌های جدایشی مربوط می‌شد که توسط متخصصان داخلی توسعه یافته بودند.
در سامانه جدایشی، نوآوری‌های زیادی اجرا شد؛ نوآوری‌هایی که در ابتدا نگرانی‌هایی برای پرتابگر ایجاد کرد، چراکه پرتابگر بین‌المللی و با تجربه بود و وقتی نوآوری‌های جدایشی را دید، خواستار آن شد که مجموعه ایرانی استانداردهای لازم را ارائه کند و برخی آزمون‌های سختگیرانه بر سامانه‌های جدایشی انجام دهد تا اطمینان حاصل شود همه‌چیز مطابق اصول ایمنی پیش می‌رود.
در این مأموریت، کارشناسان ایرانی هم سامانه جدایش از پرتابگر را توسعه داده بودند و هم سامانه‌های باز شدن آنتن‌ها و سامانه باز شدن بالک‌ها در محفظه حمل ماهواره را.
همه این فرآیندها مکانیکی - الکترونیکی بودند و این احتمال وجود داشت که در تعامل با پرتابگر، خطایی رخ دهد و از همان ابتدا نقص فنی ایجاد شود.
با این حال، تمام مراحل به‌خوبی انجام شد و حتی مواردی که پیش‌تر به‌عنوان نقاط نگران‌کننده مطرح شده بودند، به‌طور کامل پاسخ خود را به‌درستی دادند.
در نهایت، مکانیزم‌های جدایش به‌طور کامل موفق بودند.
اولین چک‌لیست‌های بررسی پس از پرتاب، مربوط به جدایش صحیح ماهواره‌ها و باز شدن مکانیزم‌هایی بود که طراحی شده بودند.
این اقدامات هم در مورد کوثر و هم در مورد هدهد با موفقیت انجام شد.
پس از آن، باید اطمینان حاصل می‌شد که سیستم توان هر ماهواره شروع به کار کرده است.
معمولاً پس از پرتاب، باتری‌های ماهواره‌ها از قبل شارژ شده‌اند، و از این رو در لحظات اولیه، عملکرد سیستم‌ها بدون مشکل پیش می‌رود.
همین اتفاق در مورد کوثر و هدهد نیز رخ داد؛ باتری‌ها شارژ بودند و عملکرد اولیه به‌درستی انجام شد.
چه عواملی باعث شد نخستین داده‌های مخابره‌شده از ماهواره هدهد دریافت شود و این ماهواره در همان ساعات اولیه از دید ایستگاه‌های خارجی قابل ردیابی باشد؟
آیا از ابتدا چنین همکاری بین‌المللی پیش‌بینی شده بود؟
اما نخستین تله‌متری یا داده مخابره‌شده‌ای که تیم مأموریت دریافت کرد، از ماهواره هدهد بود.
دلیل این مسئله پیش‌بینی خاصی بود که در طراحی هدهد انجام شده بود.
این ماهواره طوری طراحی شده بود که ایستگاه‌های بین‌المللی نیز بتوانند سیگنال‌های آن را دریافت کنند.
یک شبکه گسترده آماتوری شامل بیش از ۶۰۰۰ ایستگاه در نقاط مختلف جهان، شروع به دریافت اطلاعات از هدهد کردند.
به همین دلیل، در همان دقایق اولیه پس از جدایش ماهواره، امکان اطمینان از صحت اولیه عملکرد هدهد فراهم شد، چون سیگنال‌های ارسالی آن توسط ایستگاه‌های بین‌المللی دریافت و ثبت شد.
تقریباً به فاصله ۲۴ ساعت، بعد از دریافت نخستین داده‌های هدهد، اطلاعات ماهواره کوثر نیز دریافت شد.
در این فاصله زمانی، تیم مأموریت اندکی نگران شده بود که چرا داده‌های کوثر با تأخیر منتقل می‌شود، اما پس از دریافت داده‌ها، مشخص شد که عملکرد آن نیز صحیح است.
این اتفاق نشان داد که مجموعه‌های فرستنده در هر دو ماهواره شروع به کار کرده‌اند و برقراری ارتباط به‌درستی انجام شده است.
در دوره شناسایی موقعیت مداری، گفته شد بیش از پنجاه ماهواره هم‌زمان با پروژه‌های ایرانی تزریق شدند.
تیم امید فضا چگونه توانست بدون داده‌های بین‌المللی موقعیت مداری دقیق کوثر و هدهد را استخراج کند؟
در ادامه مأموریت، یک چالش اولیه دیگر پیش آمد.
پس از هر پرتاب، سایت‌های بین‌المللی موقعیت مداری ماهواره‌هایی را که به مدار تزریق شده‌اند، ردیابی و منتشر می‌کنند.
این داده‌ها برای عموم مردم و پژوهشگران قابل مشاهده است و تیم‌های مأموریت نیز معمولاً از همین داده‌ها برای تطبیق و بررسی استفاده می‌کنند.
البته در این پروژه، خود ماهواره‌ها هم گیرنده موقعیت‌یاب داشتند اما پرتاب کوثر و هدهد به‌صورت هم‌زمان با پرتاب بیش از پنجاه ماهواره دیگر انجام شده بود.
در آن پرتابگر، بیش از ۵۰ ماهواره قرار داشت که همگی به فضا تزریق شدند.
به‌دلیل تعداد زیاد ماهواره‌ها، تشخیص موقعیت دقیق هر کدام از سوی مرجع بین‌المللی و انتشار عمومی موقعیت آن‌ها برای مردم جهان، تقریباً یک ماه طول کشید.
از آن‌جا که تیم ایرانی تا حدی روی داده‌های این مراجع حساب کرده بود، این تأخیر باعث ایجاد یک چالش طبیعی شد.
در نتیجه، در طول آن ماه نخست، موقعیت ماهواره‌ها باید مستقیماً از خود آن‌ها دریافت می‌شد.
در این مرحله نیز، هدهد عملکرد موفق‌تری نسبت به کوثر داشت و توانست با ارسال داده‌های موقعیت‌یابی دقیق‌تر، اطلاعات لازم را سریع‌تر به زمین منتقل کند.
دلیل اینکه روند دریافت داده‌ها برای ما اهمیت زیادی داشت، این بود که همین داده‌ها را فقط ایستگاه زمینی ما دریافت نمی‌کرد؛ ایستگاه‌های بین‌المللی هم آن‌ها را دریافت می‌کردند، و این همکاری بین‌المللی باعث می‌شد که حتی پیش از آنکه ماهواره هدهد وارد دید ایستگاه زمینی خودمان شود، بتوانیم از طریق مشارکتی که آن ایستگاه‌ها در بستر جهانی انجام می‌دادند، به داده‌های هدهد دسترسی پیدا کنیم.
همین موضوع موجب شد که با استفاده از داده‌های خارجی و همکاری جهانی، بتوانیم موقعیت مداری ماهواره را خودمان استخراج کنیم.
در این مسیر، همکاران ما از مجموعه الگوریتم‌های هوشمند و بهینه‌سازی‌های هوشمند استفاده کردند و توانستند در همان فاصله یک‌ماهه، که تنها داده‌های تله‌متری ماهواره در اختیارمان بود، موقعیت مداری دقیق هدهد و کوثر را استخراج کنند.
در آن زمان به یاد دارم حدود ۱۹ ویرایش از موقعیت مداری کوثر را توسعه داده بودیم و هر بار پس از محاسبات جدید، حس می‌کردیم داده‌ها نسبت به نسخه پیشین دقیق‌تر شده‌اند.
پس از حدود یک ماه، داده‌های بین‌المللی نیز منتشر شد و هنگامی که نتایج نهایی ما با آن داده‌ها مقایسه شدند، دیده شد ویرایش‌های نهایی ما بسیار نزدیک به داده‌های رسمی جهانی هستند.
این تجربه برای ما کاملاً جدید بود، تا پیش از آن هیچ‌گاه چنین وضعیتی را نداشتیم.
حتی در سطح کشور نیز کسی سابقه‌ای مشابه نداشت؛ همکاران ما در بخش‌های دولتی که در جریان پرتاب‌های مختلف بودند، اعلام کردند تاکنون پیش نیامده بود که تیمی به مدت یک ماه بدون داده‌های بین‌المللی موقعیت مداری عمل کند.
این مسئله یک چالش فنی مهم بود که به لطف تلاش تیم و طراحی الگوریتم‌های بومی، با موفقیت پشت سر گذاشته شد.
در واقع می‌توان گفت تا این مرحله، هم تجربه‌های تازه‌ای برای کارشناسان حاصل شد که سابقه قبلی نداشت و هم با موفقیت عملیاتی پایان یافت.
از جنبه فنی، در سامانه‌های جدایشی از طراحی‌هایی استفاده شده بود که سابقه قبلی در کشور نداشت؛ برای نخستین بار این سامانه‌ها در مأموریت فضایی به‌کار رفتند.
همچنین در تعیین موقعیت مداری ماهواره‌ها از الگوریتم‌های هوشمند استفاده شد که آن هم برای نخستین بار در مأموریت ملی به اجرا درآمد.
پس از موفقیت در این مراحل، ارزیابی سایر بخش‌های ماهواره‌ها آغاز شد.
معمولاً در فرایند به‌دستگیری ماهواره، فازی وجود دارد که در همان مراحل ابتدایی پرتاب، باید عملکرد هر بخش ماهواره به‌صورت جداگانه بررسی شود.
نخستین نکته‌ای که برای تیم مأموریت مطرح بود، عملکرد سیستم توان و میزان کارایی آن بود؛ اینکه آیا سیستم توان ماهواره کار خود را به‌درستی انجام می‌دهد یا خیر.
وقتی سیستم توان به شکل صحیح عمل کند، یعنی جذب انرژی خورشیدی و چرخه شارژ باتری و مصرف انرژی در مدار به‌درستی در حال انجام است.
در بررسی جذب انرژی خورشید، مشخص شد باید میزان جذب در هر دور گردش مداری و نحوه مصرف توان بررسی شود؛ اینکه آیا توان جذب‌شده صرف شارژ باتری‌ها می‌شود و آیا این چرخه به شکل پایدار تکرار می‌شود یا نه.
در ارزیابی‌های حاصل، مشخص شد که در هر دو ماهواره کوثر و هدهد این چرخه به درستی عمل می‌کند؛ اما بین آن‌ها تفاوت‌هایی دیده شد.
در هدهد این چرخه کاملاً منظم بود؛ جذب توان انجام می‌شد، باتری‌ها شارژ می‌شدند، و همه بخش‌های ماهواره به‌درستی کار خود را انجام می‌دادند.
در کوثر نیز این فرایند انجام می‌شد، اما گاهی کمبود توان مشاهده می‌شد؛ مثلاً در بازه‌های تقریباً دوهفته‌ای، جذب توان خورشیدی بسیار خوب بود، ولی در برخی مواقع کاهش پیدا می‌کرد.
این مسئله نشان داد که عملکرد کوثر از نظر توان در مجموع خوب بود و اگر مشکلی هست در کاهش جذب انرژی خورشیدی است!
در بررسی‌های بعدی مشخص شد که وضعیت ماهواره هنوز کاملاً به سمت زمین تنظیم نشده است، و هنگامی که ماهواره به‌درستی به سمت زمین قرار گیرد، صفحات خورشیدی آن نیز باید نسبت به خورشید زاویه بهینه داشته باشند تا جذب انرژی به‌درستی انجام شود.
برای رفع این موضوع، تصمیم گرفته شد ضرایب کنترلی ماهواره اصلاح شوند؛ زیرا تنظیم‌های کنترلی قبلی که برای وضعیت مداری پیش‌بینی شده بود، نیاز به بازنگری داشت.
این اصلاحات با توجه به داده‌های تله‌متری ماهواره انجام شد تا جهت‌گیری آن نسبت به زمین بهینه شود.
دلیل اینکه هدهد در این بخش بدون مشکل عمل کرده بود، این بود که از ابتدا شرایط جذب توان خورشیدی آن مستقل از وضعیت زاویه‌ای طراحی شده بود؛ بنابراین هیچ مشکلی برای تأمین توان در آن ایجاد نشد و عملکرد پایدار و مطلوب داشت.
در این مرحله از بررسی، ارزیابی چک‌لیست‌های عملکرد نیز انجام شد.
نتایج نشان داد که در ماهواره کوثر، حدود ۷۰ درصد از چک‌لیست‌های مأموریتی با موفقیت اجرا شده‌اند، و در ماهواره هدهد، این عدد به حدود ۹۰ درصد رسید.
بر همین اساس، فرض تیم مأموریت بر این بود که سامانه‌های هدهد در وضعیت پایدار قرار دارند و عملکرد معمولی خود را انجام می‌دهند: چرخه شارژ و دشارژ باتری به‌درستی انجام می‌شود، ارسال اطلاعات در زمان‌های مقرر صورت می‌گیرد، و فرمان‌های ارسالی از ایستگاه زمینی نیز به‌درستی دریافت و اجرا می‌شود.
در ادامه مأموریت، پیش‌بینی شده بود که امکان ارسال فرمان از ایستگاه‌های مختلف جهانی به ماهواره هدهد فراهم شود؛ به‌گونه‌ای که ایستگاه‌های بین‌المللی نیز قادر باشند به ماهواره ما فرمان ارسال کنند.
این قابلیت از پیش در طراحی هدهد لحاظ شده بود و تمام حالتهای عملیاتی مربوط به آن اجرا شد.
همه این مراحل با موفقیت اجرا شدند و بر اساس ارزیابی‌های انجام‌شده، عملکرد ماهواره هدهد از نظر فنی کامل اعلام شد.
جمع‌بندی نهایی کارشناسان فنی نیز تأیید کرد که ماهواره هدهد مطابق برنامه از پیش‌تعیین‌شده در حال فعالیت است و همه سامانه‌هایش طبق روال طراحی عمل می‌کنند.
اما درباره ماهواره کوثر، در بخش کنترل وضعیت مداری و جهت‌گیری آن به سمت زمین، همچنان اقدامات اصلاحی در حال انجام بود.
برای اجرای این اصلاحات لازم بود ماهواره روشن باشد تا ارتباط با آن برقرار شود و بتوان فرمان‌های اصلاحی مربوط به ضرایب کنترلی را اعمال کرد.
از آنجا که وضعیت انرژی ماهواره با تنظیم زاویه مداری آن تداخل پیدا کرده بود، در برخی زمان‌ها ماهواره به دلیل کمبود توان خاموش می‌شد؛ در نتیجه امکان برقراری ارتباط و ارسال فرمان به آن وجود نداشت.
همین خاموشی دوره‌ای باعث می‌شد ارتباط قطع شود و اصلاحات انجام نشود.
این موضوع کار تیم فنی را در مرحله کنترل وضعیت به‌شدت دشوار کرد.
علاوه بر این، در بررسی‌های بعدی مشکلات دیگری نیز در ایستگاه‌های زمینی مشاهده شد.
در روند استفاده از این ایستگاه‌ها، مشکلات فنی و محدودیت‌هایی به وجود آمد و عملاً دسترسی تیم به ایستگاه‌ها کاهش یافت.
با وجود همه این مسائل، وضعیت فعلی ماهواره کوثر به شکلی است که همچنان در مدار قرار دارد و مأموریتش متوقف نشده است.
البته باید توجه داشت که در این مرحله، زمان‌های دید ماهواره بسیار محدود شده و ارتباط مستقیم زمین با آن فقط در فواصل خاص امکان‌پذیر است.
پایان بخش اول