سامانه ستاره‌ياب در ماهواره‌هاي ايراني

بر این اساس، حسگر ستاره‌یاب نصیر 1 به عنوان ابزار قدرتمند ناوبری، به منظور پایان دادن به وابستگی‌های صنعت هوافضای ایران به كوشش دانشمندان فضایی دانشگاه خواجه نصیر‌الدین طوسی و با حمایت ستاد توسعه فناوری هوافضای معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری طراحی و تولید شده است.

با دكتر جعفر روشني‌يان رييس دانشكده هوافضاي دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي كه حسگر ستاره‌یاب نصیر1 توسط وی و تیمی از دانشكده هوافضا و برق این دانشگاه به نتیجه رسیده است همصحبت شده‌ایم. گفت‌وگویمان را بخوانید.

ناوبري ستاره‌اي بر چه پايه‌اي شكل مي‌گيرد؟

شروع ستاره‌شناسی به 2800 سال قبل از میلاد مسیح بر می‌گردد. درآن زمان انسان‌ حركات ستاره‌های آسمان را به عنوان وسيله‌اي برای اندازه‌گيري زمان و تخمين‌ تقويم زيرنظر داشتند، اما این موضوع رفته‌رفته ابعاد دیگری نیز به خود گرفت. با گذشت سال‌ها و تغییر تفكرات دانشمندان درمورد زمین مركزی یا خورشید مركزی امروزه بشر به اعماق كیهان دسترسی پیدا كرده و حتی نقشه‌های آسمان را نیز تهیه كرده است.

این نقشه‌ها كه از آنها به عنوان كاتولوگ ستارگان یاد می‌شود توسط ماهواره‌های مختلفی همچون هیپاركوس طی سال‌ها عكاسی از فضای لایتناهی، جمع‌آوری شده و در اختیار منجمان قرار گرفته است. زیربنای فناوری ناوبری نجومی بر پایه وجود كاتولوگ ستارگان است. در واقع این كاتولوگ‌های ستاره هستند كه راهنمای ستاره‌یاب در تشخیص ستارگان و تعیین وضعیت هستند. از سوی دیگر نیاز به تعیین موقعیت و وضعیت در خشكی، دریا، هوا و فضا سبب شده است كه دانشمندان و متخصصان به توسعه دانش و فناوری ناوبری با استفاده از روش‌های مختلف بپردازند. روش‌های ناوبری اینرسی INS، روش ناوبری با كمك سیستم موقعیت‌یاب جهانی GPS و روش‌های ناوبری سماوی از جمله روش‌های بارز هستند.

از آنجا كه روش‌های ناوبری نجومی بر مبنای مشاهده اجرام سماوی نظیر خورشید و ستاره‌ها توسعه می‌یابند جزو دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین روش‌های ناوبری هستند.

فناوری ناوبری نجومی یكی از فناوری‌های پیچیده و راهبردی در زیرساخت ‌های سامانه‌های هوافضایی محسوب می‌شود كه دستیابی به آن می‌تواند باعث شكوفایی و پیشرفت هر چه بیشتر علوم فضایی و دیگر گرایش‌های مرتبط شود.

سامانه ناوبری نجومی شامل سخت‌افزار اپتیكی، سخت‌افزار الكترونیكی، نرم‌افزار پردازش تصویر، نرم‌افزار تشخیص الگوی ستاره، نرم‌افزار تعیین وضعیت، برنامه‌نویسی زبان ماشین و میز تست می‌شوند. بخش سخت‌افزار اپتیكی یك ستاره‌یاب شامل یك لنز فضایی یا نجومی، یك آشكارساز تصویر و یك پردازنده عددی است. لنز نجومی یك تصویر مناسب از فضا را آماده كرده و به صورت یك تصویر روی آشكارساز می‌فرستد. آشكارساز تصویر اپتیكی را به صورت یك تصویر دیجیتال الكترونیكی تبدیل می‌كند و در نهایت در بخش سخت‌افزار الكترونیكی كه شامل نرم‌افزارهاست، پردازنده عددی وضعیت ماهواره را از تصویر گرفته شده استخراج می‌كند.

شناسایی ستارگان در میدان دید ستاره‌یاب به روش‌های مختلفی امكان‌پذیر است، الگوریتم‌های گمشده در فضا كه بدون داشتن اطلاعات از وضعیت فعلی، تعیین وضعیت می‌كند و الگوریتم‌های بازگشتی از جمله این روش‌هاست.

الگوریتم‌های به كار گرفته شده در پروژه نصیر1 الگوریتم شناسایی الگوی ستاره بدون بعد از دسته الگوریتم‌های گمشده در فضاست. این الگوریتم از زوایای صفحه‌ای یك مثلث تشكیل شده در تصویر به رئوس ستارگان استفاده می‌كند، اما با توجه به مشكلات فنی این روش اصلاحاتی به این روش اعمال شده كه عملكرد آن را بسیار بهبود بخشیده است. از این رو اين سامانه قادر است تا با تصويربرداري از ستارگان آسمان و تطبيق اطلاعات آنها با حافظه پردازشگر خود، وضعيت ماهواره‌ها را با دقت بالايي محاسبه كند.

علم ناوبري، علم تعيين موقعيت است، هر وسيله پرنده و حتي وسايلي كه در درياها حركت مي‌كنند بايد بتوانند موقعيت خود را مشخص كنند. براي اين كه بدانند به چه جهتي بايد حركت كنند ابتدا بايد وضعیت فعلي خود را مشخص كنند. روش معمول استفاده از سيستم‌هاي ژيروسكوپي است كه به اصطلاح در هوا فضا به ناوبري اينرسي مشهور است، اما براي اين‌كه خطاهاي اين نوع ناوبري كاهش يابند، مي‌توان از موقعيت ستاره‌ها استفاده كرد.

همان‌طور كه انسان با استفاده از ستاره‌ها موقعيت خود را تشخيص مي‌دهند. اگر در يك فضاپيما انسان نباشد اين كار بايد توسط كامپيوتر انجام شود. بنابراين تصويري كه توسط سيستم ستاره‌ياب گرفته مي‌شود توسط برد پردازشگر اين سامانه مورد تحليل قرار مي‌گيرد. تمامي الگوريتم‌ها در برد پردازشگر قرار دارد كه مي‌تواند از طريق آنها ستاره‌هايي كه در تصوير ديده مي‌شود مشخص كرد و موقعيت ماهواره را تعيين و اصلاح كند.

امیربامه