ترانزیت-ناوست
تنها چند روز پس از پرتاب ماهواره اسپوتنیک-1 به وسیله روسها، دو فیزیکدان آمریکایی با استفاده از تجزیه و تحلیل سیگنالهای رادیویی اسپوتنیک توانستند مدار آن را محاسبه کنند. جورج ویفنباخ و ویلیام گویر ،از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز، محاسبات خود را بر اساس "پدیده دوپلر" انجام دادند. مدیر آزمایشگاه ، فرانک مک کلور، حدس می زد که اگر با استفاده از اثر دوپلر می توان موقعیت یک ماهواره را تعیین کرد پس شاید راهی وجود داشته باشد که با استفاده از این تکنیک بتوان محل یک گیرنده زمینی را نیز مشخص کرد.

بر این اساس، توسعه یک سیستم ناوبری ماهواره ای در سال 1958 آغازشد ولی اولین ماهواره آن ،با نام ترانزیت-1آ، در سپتامبر سال بعد به دلیل نقص فنی موشک حامل از قرارگرفتن در مدار زمین بازماند. در سال 1960 ماهواره دوم با نام ترانزیت-1بی با موفقیت در مدار قرارگرفت. 4 سال بعد، نیروی دریایی این سیستم را ،که امروزه با نام ناوست شناخته می شود، در اختیارگرفت. ماهواره های سیستم ناوست با نام اسکار یا نُوا شناخته می شدند و در مدار قطبی با فاصله 1100 کیلومتر بر گرد زمین می چرخیدند. ناوست به گونه ای طراحی شده بود که برای تعیین موقعیت یک گیرنده زمینی سیگنالهای حداقل 5 ماهواره باید آن را پوشش می دادند. زمانی که این سیستم عملیاتی شد همواره 10 ماهواره ناوست در مدار بودند.

نیروی دریایی ایالات متحده از ناوست برای ناوبری زیردریایی های مسلح به کلاهکهای هسته ای بهره گیری می کرد. وظیفه دوم این سیستم رله کردن پیامهای رمزشده بود. با بهبودهایی که بعدها داده شد ناوست می توانست با دقتی در حدود 200 متر مکان یک گیرنده زمینی را مشخص کند.

ناوست در سال 1996 به نفع سیستم پیشرفته تر جی.پی.اس کنارگذاشته شد و امروزه ماهواره های آن برای نیروی دریایی آمریکا نقش یک "صندوق پستی فضایی" را بازی می کنند. در سالهای 1967 تا 1991 هزاران کشتی، زیردریایی، هواپیما و کشتی خصوصی از سیستم ناوبری ناوست استفاده می کردند و حتی مدارکی در دست است که نشان می دهد بعضی از کشتی های شوروی سابق نیز به گیرنده های ناوست مجهز شده بودند.

جی.پی.اس

در سال 1967 نیروی دریایی ایالات متحده یک ساعت دقیق اتمی را به همراه ماهواره تیماشن به مدار زمین فرستاد. کارکرد بدون اشکال این ساعت پایه ای
برای سیستم موقعیت یاب جدید این کشور شد. "جی.پی.اس" در کنترل نیروی هوایی آمریکا قراردارد و اولین ماهواره این سیستم (بلاک-1) در سال 1978 در مدار قرارداده شد. تا سال 1985 تعداد10 ماهواره آزمایشی دیگر روانه فضا شدند و در سال 1989 اولین ماهواره بلاک-2 در مدار قرارگرفت. جی.پی.اس در سال 1993 به صورت کاملا عملیاتی درآمد و یک سال بعد این سیستم دارای 24 ماهواره در مدار زمین بود.

سیگنالهای ارسال شده توسط ماهواره های این سیستم دارای اطلاعاتی مانند زمان دقیق ارسال سیگنال و اطلاعات دقیق مدار پروازی ماهواره می باشد. گیرنده های زمینی جی.پی.اس زمان ارسال هر سیگنال را اندازه گیری کرده و فاصله خود را تا ماهواره محاسبه می کنند. با استفاده از فرمولهای مثلثاتی فاصله محاسبه شده با اطلاعات موقعیت ماهواره ترکیب شده، محل گیرنده مشخص می شود و اغلب، موقعیت گیرنده بر روی یک نقشه به نمایش درمی آید. گیرنده های فعلی می توانند اطلاعاتی مانند جهت و سرعت گیرنده زمینی را نیز محاسبه کرده و به نمایش درآورند.

در تئوری، برای محاسبه مکان یک کاربر پوشش 3 ماهواره کفایت می کند اما به دلیل اشکالات کوچکی در اندازه گیری زمان، عملا از 4 ماهواره برای تعیین موقعیت استفاده می شود. جی.پی.اس برای پوشش تمامی سطح کره زمین از 24 ماهواره استفاده می کند. این ماهواره ها در 6 صفحه مداری قرار دارند و هر صفحه شامل 4 ماهواره می شود. ماهواره های جی.پی.اس در ارتفاع تقریبا 20000 کیلومتری قرارگرفته اند. همواره چند ماهواره ذخیره برای جی.پی.اس در نظر گرفته شده اند. به عنوان مثال در ماه مارس 2008 تعداد 31 ماهواره در مدار زمین قرارداشتند. ماهواره های اضافی به دقت اندازه گیریها کمک می کنند.
پس از این که شوروی سابق در سال 1983 یک فروند جمبوجت کره جنوبی را ،که به دلیل اشتباه ناوبری وارد حریم هوایی این کشور شده بود، سرنگون کرد
رئیس جمهور وقت آمریکا ،رونالد ریگان، طی دستوری استفاده از جی.پی.اس را برای کاربران غیرنظامی آزاد کرد تا از بروز حوادثی این چنین در آینده جلوگیری شود. تا سال 2000 سیگنالهای جی.پی.اس که برای مقاصد غیرنظامی بکارمی رفتند از دقت کمتری نسبت به سیگنالهای نظامی برخوردار بودند. از سال 2000 به بعد دقت این سیگنالها افزایش یافت و دقت گیرنده های جی.پی.اس غیرنظامی از 100 متر به حدود 20 متر کاهش یافت. البته دولت آمریکا کنترل دقیقی بر جی.پی.اس های غیرنظامی اعمال می کند و گیرنده هایی که بتوانند در ارتفاعی بیش از 18 کیلومتر و با سرعتی بیش از 1000 گره دریایی کار کنند را در رده گیرنده های نظامی طبقه بندی کرده و خرید آن را منوط به اخذ مجوز از مراجع نظامی کرده است. علت این تصمیم دولت آمریکا آن است کشورهایی مانند کره شمالی نتوانند از این گیرنده ها برای افزایش دقت موشکهای بالستیک خود استفاده کنند. درحال حاضر سیستم موقعیت یاب جی.پی.اس تنها سیستم عملیاتی موقعیت یاب ماهواره ای جهان است که به صورت آزاد در دسترس عموم قراردارد.

پاروس-سیکادا

شوروی سابق اولین تجربه خود برای مکان یابی ماهواره ای را در سال 1967 آغازکرد و سیستم خود را پاروس نام نهاد. مشکلاتی که در توسعه نرم افزارهای محاسباتی روی داد سبب شد تا پروژه پاروس با تأخیر مواجه شود و اولین ماهواره آن در سال 1974 پرتاب شد. در نهایت، سرویسهای نظامی شوروی سابق در سال 1976 توانستند به صورت عملیاتی از پاروس استفاده کنند. پاروس شامل 6 ماهواره بود که هرکدام در یک صفحه مداری با زاویه 30 درجه نسبت به دیگری قرار داشتند. این سیستم دقتی در حدود 100 متر داشت.

در سال 1974 پروژه سیستم تعیین موقعیت غیرنظامی با نام سیکادا به راه افتاد. سیکادا در حقیقت نمونه غیرنظامی پاروس بود که برای استفاده در کشتی های غیرنظامی و استفاده های علمی طراحی شده بود. اولین ماهواره سیکادا در سال 1978 به فضا پرتاب شد. سیکادا از دست کم 4 ماهواره استفاده می کرد که هر کدام در یک صفحه مداری جداگانه به گرد زمین می چرخیدند. این سیستم سیگنالهایی ارسال می کرد که هم به وسیله کاربران نظامی و هم کاربران کشتی های غیرنظامی قابل استفاده بودند و بیشتر برای تعیین موقعیت ایستگاه های ثابت زمینی یا کشتی های کم سرعت مناسب بودند.

گلوناس

توسعه نسل بعدی سیستم مکان یاب ماهواره ای در شوروی سابق در سال 1976 آغازشد. اولین پرتاب ماهواره ای برای مکان یاب ماهواره ای روسها ،که به گلوناس شهرت یافته، در سال 1982 آغاز شد.

گلوناس ،به مانند جی پس اس آمریکایی ها، برای مقاصد نظامی و هدفگیری موشکهای بالستیک ساخته شد. روسها قبل از راه اندازی گلوناس سیستم مکان یاب ماهواره ای به نام سیکادا را ساخته بودند که برای کامپیوترهای آن محاسبه دقیق موقعیت 1 تا 2 ساعت وقت می گرفت. درعوض، گیرنده های گلوناس به محض قرارگرفتن در معرض سیگنالهای ماهواره می توانند موقعیت را محاسبه و اعلام کنند. در بهترین حالت، گلوناس در سطح دقتی برابر با 57-70 متر و در ارتفاع دقتی برابر با 70 متر دارد و می تواند سرعت 15 سانتیمتر بر ثانیه را تشخیص دهد.

گلوناس در حالت عملیاتی دارای 24 ماهواره است که 21 عدد از آنها برای ارسال اطلاعات و 3 عدد به صورت ذخیره در نظرگرفته شده اند. این ماهواره ها در 3 صفحه مداری به گرد زمین گردش می کنند و هر صفحه 8 ماهواره را شامل می شود. در نتیجه این آرایش، هر گیرنده گلوناس در هر زمانی می تواند حداقل 5 ماهواره را در دید خود داشته باشد. در سال 2007 ولادیمیر پوتین طی فرمانی دستور داد تا استفاده از گلوناس برای تمامی کاربران غیرنظامی داخلی یا خارجی بدون پرداخت حق اشتراک آزاد اعلام شود. در سال 1991 گلوناس می توانست تمامی سطح جهان را پوشش دهد. کمبودهای مالی پس از فروپاشی شوروی سبب شد تا جایگزینی برای تعدادی از ماهواره ها ،که عمرشان تمام شده بود، به فضا ارسال نشود و همین امر سبب شده است تا امروزه گلوناس دارای نقاط کور زیادی باشد. روسیه در سال 2001 بازسازی گلوناس را از سرگرفت و با پیوستن هندوستان به این پروژه در سال 2004 انتظار می رود که تا انتهای سال 2010 گلوناس دوباره بتواند تمامی جهان را پوشش دهد. در ماه فوریه 2009 گلوناس دارای 19 ماهواره عملیاتی در مدار زمین بود. این سیستم ناوبری برای پوشش تمامی خاک روسیه دست کم به 18 ماهواره نیاز دارد.

بیدو

در روز 30 اکتبر 2000 چین ماهواره بیدو-1آ و در دسامبر همان سال بیدو-1بی را در مدار زمین قرارداد. ماهواره های بعدی این سیستم موقعیت یاب در سالهای 2003 و 2006 با موفقیت پرتاب شدند.

بر خلاف سیستمهای جی.پی.اس، گلوناس و گالیله؛ چینی ها ماهواره های خود را در مدار ژئوسنکرون قرار داده اند. مزیت این راه حل در این است که بیدو به تعداد کمتری ماهواره نیاز داشته باشد اما در عین حال سطح پوشش داده شده توسط بیدو کمتر از سیستمهای رقیب خواهد شد. محدوده تحت پوشش بیدو از طول جغرافیایی 70 تا 140 درجه شرقی و عرض جغرافیایی 5 تا 55 درجه شمالی تجاوز نخواهدکرد.

محاسبه موقعیت در سیستم بیدو مراحل زیر را دنبال می کند:
1- یک سیگنال از یک ایستگاه متحرک به سمت آسمان ارسال می شد
2- هر کدام از ماهواره های ژئوسنکرون سیگنال را دریافت می کنند.
3- هر ماهوره به هنگام دریافت سیگنال زمان دقیق را به یک ایستگاه زمینی ثابت اعلام می کند.
4- ایستگاه زمینی با محاسبه اختلاف زمان سیگنالهای دریافتی موقعیت ایستگاه متحرک را محاسبه کرده و از یک نقشه برای تعیین ارتفاع آن کمک می گیرد.
5- ایستگاه زمینی موقعیت 3بعدی ایستگاه متحرک را به ماهواره ها ارسال می کند.
6- ماهواره ها موقعیت محاسبه شده را در اختیار ایستگاه متحرک قرار می دهند.

در نوابر 2006 چین اعلام کرد که سیستم مکان یاب ماهواره ای بیدو از سال 2008 عملیاتی خواهد شد و دقتی در حدود 10 متر خواهد داشت. یک سال بعد چین توانست دقت سیستم بیدو را به 0.5 متر برساند و پس از آمریکا دومین کشوری باشد که در ناوبری ماهواره ای به دقتی کمتر از 1 متر دست پیداکند.
چین برای اینکه بیدو را به صورت یکی سیستم عملیاتی با پوشش تمامی سطح کره زمین قرار دهد در حال توسعه یک سیستم جدید می باشد. این سیستم بیدو-2 یا کمپس نام دارد و از 35 ماهواره استفاده می کند. 5 عدد از این ماهواره ها در مدار ژئوسنکرون و بقیه آنها در مدار متوسط قرار خواهند گرفت. این آرایش به بیدو-2 اجازه خواهد داد تا تمامی سطح کره زمین را پوشش دهد. بیدو-2 دارای دو نوع خدمات خواهد بود: خدمات آزاد برای چین و خدمات نظامی با پرداخت حق اشتراک. تا کنون 2 ماهواره از ماهواره های بیدو-2 به مدار زمین پرتاب شده اند.

دوریس

سیستم ماهواره ای دوریس توسط آژانس فضایی فرانسه طراحی و اجرا شده است و مرکز هدایت آن در شهر تولوز در خاک فرانسه قرار دارد. به علاوه، 50 تا 60 ایستگاه زمینی در نقاط مختلف زمین برپاشده اند تا بتوانند به خوبی مدار ماهواره های دوریس را پوشش دهند. این ایستگاه ها تنها به ارسال سیگنال به ماهواره ها می پردازند. ماهواره ها نیز بر اساس اثر دوپلر می توانند با دقتی در حدود 2 سانتیمتر مدار خود را تعیین کنند. همین محاسبات به دوریس اجازه می دهد تا موقعیت ایستگاه های زمینی را نیز تعیین کند. البته دقت دوریس کمتر از جی.پی.اس است اما دوریس هنوز هم در "چهارچوب مرجع جهانی" شرکت دارد. دوریس 4 ماهواره دارد وظیفه اصلی آن مشاهده سطح اقیانوس ها می باشد.

آی.آر. ان.اس.اس

دولت هندوستان باور دارد که در صورت بروز درگیریهای نظامی تضمینی برای ارائه اطلاعات سیستمهای مکان یاب ماهواره ای عمومی ،مانند جی.پی.اس، به این کشور در دست نخواهد بود. از این رو، سازمان تحقیقات فضایی هندوستان نیز یک پروژه موقعیت یاب ماهواره بومی را در دست اجرا دارد. کار بر روی سیستم موقعیت یاب آی.آر.ان.اس.اس در سال 2006 آغاز شده و هندوستان انتظار دارد تا سال 2012 آن عملیاتی کند. هندوستان تصمیم دارد تمامی اجزا و قطعات زمینی و فضایی این سیستم را به صورت بومی تولید کند.
آی.آر.ان.اس.اس از 7 ماهواره استفاده می کند که 3 عدد از آنها در مدار ژئوسنکرون قرار خواهندگرفت. این آرایش به تمام ایستگاه های هدایت هند اجازه می دهد تا هر 7 ماهواره را در دید داشته باشند. قرار است تا آی.آر.ان.اس.اس به دقتی در حدود 20 متر در داخل هندوستان و شعاع 2000 کیلومتری مرزهای این کشور دست پیداکند.

هنوز معلوم نیست که آیا توسعه آی.آر.ان.اس.اس بر روی همکاری هندوستان و روسیه برای توسعه گلوناس تأثیر دارد یا خیر؟

گالیله

در سال 1999 سیستمهای موقعیت یاب جداگانه ای که توسط آلمان، ایتالیا، بریتانیا و فرانسه در حال توسعه بودند در یکدیگر ادغام شدند. اولین مرحله پروژه سیستم موقعیت یاب اروپایی گالیله رسما در روز 26 می 2003 و با توافق اتحادیه اروپا و آژانس فضایی اروپا آغازشد. گالیله راه حل جایگزین اروپایی ها برای استقلال آنها از جی.پی.اس آمریکایی و گلوناس روسی است و آنها،برخلاف آمریکایی ها، هدف اصلی خود را استفاده غیرنظامی از گالیله اعلام کرده اند. آمریکا این حق را برای خود محفوظ نگه داشته است تا در هنگام نیاز دقت جی.پی.اس را برای کاربران عمومی پایین آورد یا از دسترسی آنها به صورت کامل جلوگیری کند. البته آمریکا دسترسی متحدان نظامی خود به جی.پی.اس را محدود نخواهد ساخت. اروپایی ها اعلام کرده اند که گالیله تنها در هنگام درگیریهای بسیار جدی محدود خواهد شد و همواره برای کاربران نظامی و غیرنظامی در دسترس خواهد بود.

در سال 2002 سخنگوی پروژه اعلام کرد که به دلیل مشکلات مالی و فشار فزاینده آمریکا توسعه گالیله تقریبا متوقف شده است. چند ماه بعد فشارهای آمریکا سبب شد تا کشورهای اروپایی بر داشتن یک سیستم موقعیت یاب مستقل تأکید کنند و کار بر روی پروژه گالیله از سرگرفته شد. پس از طی شدن مراحل ابتدایی پروژه، اروپایی ها در تأمین مالی گالیله به مشکل برخوردکردند. در این زمان حملات یازدهم سپتامبر به وقوع پیوست و دولت آمریکا بازهم مخالفت خود را با گالیله به اتحادیه اروپا اعلام کرد.

در سال 2003 کشور چین و یک سال بعد اسرائیل به پروژه گالیله پیوستند و سال 2005 سال ورود اکراین،مراکش، عربستان سعودی و هندوستان به پروژه گالیله بود.

در نوابر 2007 وزرای ارتباطات 27 کشور اروپایی توافق کردند تا بودجه مورد نیاز برای عملیاتی شدن گالیله تا سال 2013 را تأمین کنند. گالیله ،پس از راه اندازی، دارای دو مرکز کنترل خواهد شد. اولین مرکز کنترل در نزدیکی مونیخ آلمان و دومی در نزدیکی رم ، پایتخت ایتالیا، واقع خواهد شد. 7 شرکت خصوصی که درگیر توسعه گالیله بودند در ابتدای سال 2007 این پروژه را رها کردند و بنا بر توصیه مشاور حمل و نقل اتحادیه اروپا این اتحادیه ،خود، پروژه گالیله را در دست گرفت.

هزینه گالیله تا پایان سال 2005 در حدود 1.1 میلیارد یورو برآورد شد و پرتاب 30 ماهواره این سیستم تا سال 2010 برنامه ریزی شده است. هزینه کل پروژه در حدود 3.4 میلیارد یورو برآورد می شود.

قرار است که گالیله به دقتی بیش از جی.پی.اس و گلوناس دست بیابد و در ارتفاعات بالا نیز دقتی خوب ارائه کند. هدف سیاسی از راه اندازی اروپا بی نیاز کردن کشورهای عضو اتحادیه از جی.پی.اس و گلوناس در هنگام روی دادن درگیریهای نظامی یا بحرانهای سیاسی است. اگرچه گالیله یک سیستم کاملا مستقل است اما قرار است گیرنده های آن به گونه ای طراحی شوند که کاربر بتواند در صورت نیاز از سیستم جی.پی.اس نیز استفاده کند. به علاوه، ماهواره های گالیله توانایی این را دارند که سیگنالهای "سیستم جهانی امداد دریانوردی" را دریافت و ارسال کنند.

استفاده عمومی از سیستم موقعیت یاب ماهواره ای گالیله مانند جی.پی.اس آزاد است اما دستیابی به دقتهای بالا برای مقاصد نظامی کنارگذاشته شده است.

گالیله از 30 ماهواره استفاده می کند که در مدار مئو به گرد زمین می چرخند. این ماهواره ها در 3 صفحه پخش شده اند که هر کدام با دیگر 56 درجه زاویه دارد. طول عمر هر ماهواره سیستم گالیله 12 سال تعیین شده است.

سیستم موقعیت یاب ماهواره ای گالیله به مشتریان خود 4 سرویس مختلف ارائه می دهد. اولین سرویس "سرویس باز" می باشد که برای تمام افراد آزاد و رایگان می باشد. این سرویس به کاربر اجازه می دهد تا با دقت 4 متر در سطح افقی و 8 متر در ارتفاع موقعیت خود را پیداکند.

سرویس دوم "سرویس تجاری" است که با گرفتن اشتراک دقتی برابر با 1 متر را به مشترکین ارائه می کند. این سرویس بر خلاف سیستم قبلی از 3 سیگنال جداگانه به جای دو سیگنال بهره گیری می کند.

سرویسهای بعدی سرویس "عمومی تثبیت شده" و "ایمنی زندگی" هستند که دقت آنها برابر با سرویس باز است اما هدف اصلی آنها مقابله با روشهای ایجاد پارازیت و اختلال الکترونیکی می باشد. سرویس اول برای کاربران انتظامی و امنیتی (پلیس،نیروهای اطلاعاتی و...) و سرویس دوم برای صنعت حمل و نقل (هواپیمایی، کشتیرانی و...) درنظرگرفته شده اند.

اولین ماهواره گالیله که در مدار قرارگرفت جیو-آ نام داشت که در روز 28 دسامبر 2005 توسط آژانس فضایی اروپا در مدار قرارگرفت. این ماهواره در حقیقت یک ماهواره آزمایش بود. پس از آن 7 ماهواره آزمایش دیگر توسط آژانس فضایی اروپا به فضا پرتاب شده اند.

تکمله

با توجه به مطالب بالا درمیابیم که هر قدرت نظامی که بخواهد اقتدار خود را در سطح منطقه ای یا جهانی حفظ کند ناگزیر از ورود به فضا خواهدشد. چشم پوشی از فضا به معنای عقب افتادن از دیگران در یک بازه زمانی 50 ساله خواهد بود. در تئوری های مدرن نظامی، فضا به عنوان عقبه نیروهای رزمی دیده می شود و از دست دادن کنترل آن با از دست دادن پیروزی در صحنه جنگ مترادف می باشد.
از این رو، نیروهای نظامی ایران برای رسیدن به خودکفایی و اعمال اقتدار خود نیاز دارند تا بر داشتن یک سیستم ناوبری ماهواره ای بومی تمرکز نمایند. این سیستم دست کم باید بتواند تمامی خاک ایران را پوشش دهد. خوشبختانه ایران با پیشرفتهای تکنولوژی موشکی در دهه هفتاد و قدم گذاشتن به عرصه فضا در دهه هشتاد نشان داده است که از این عرصه مهم غافل نیست. هرچند که شاید پروژه های عظیم و هزینه بر فضایی غیرضروری نمایند اما مزیتهای استفاده از فضا به عنوان بعد چهارم صحنه نبردهای امروزه غیرقابل انکار می باشند. از جمله مزیتهای تکنولوژی فضایی قابلیت استفاده از آن برای کاربران غیرنظامی است. درنهایت، ایران برای حفظ جایگاه خود ، به عنوان یک قدرت منطقه ای، ناچار از صرف چنین هزینه های گزافی است.