آنچه درباره ماهواره های جاسوسی باید بدانید

فضا را مرز نهایی نامیده اند، جایی که سال ها است که رزمگاه جنگ های نوین اطلاعاتی است. ماهواره های شناسایی و جاسوسی سال ها است که آن بالا بدون کوچکترین جلب توجهی همه چیز را رصد می کنند؛ از کوچکترین تحرکات زمینی گرفته تا شنود مکالمات رادیویی. در حالی که حد نهایی ارتفاع پرواز هواپیماها عملاً نمی تواند از 30 کیلومتری بالاتر رود، محدوده فضای مورد استفاده سامانه های نظامی از دست کم 150 کیلومتری بالاتر از سطح زمین آغاز می شود و تا ارتفاع 36 هزار کیلومتری امتداد پیدا می کند و همانطور که در هر عملیات نظامی، تصرف ارتفاعات، برتری چشمگیری را برای طرفی که آن را در اختیار دارد، فراهم می کند، ارتفاع بالاتر در فضا هم همین برتری (و شاید حتی بیشتر) را برای دارنده آن ایجاد خواهد کرد.

اما ماهواره های جاسوسی و شناسایی دقیقاً از کجا آمدند، چند نوع هستند و چگونه کار می کنند؟ در این مقاله شما می توانید با مهم ترین انواع ماهواره های جاسوسی و شناسایی آشنا شوید.

ماهواره های عکسبرداری

ماهواره های شناسایی عکسبرداری اولین نمونه ماهواره های نظامی بودند که از همان ابتدای آغاز عصر فضا ساخته شدند. در این راستا، آمریکا نخستین ماهواره خود را در سال 1960 و اتحاد شوروی در سال 1962 به فضا پرتاب کردند. دو نمونه از ماهواره های مشهور دوره جنگ سرد را در تصویر زیر می توانید مشاهده نمایید.

ماهواره های شناسایی با فیلم عکاسی

این ماهواره ها در ساده ترین تعریف،‌ چیزی بیش از یک دوربین عکاسی با لنزهای بسیار قوی و بزرگ برای گرفتن عکس های دقیق و با جزئیات زیاد از اشیاء و نقاط تعیین شده،‌ نیستند. تا پیش از عصر دیجیتال، حتی پیشرفته ترین این نوع ماهواره ها، علاوه بر دوربین، دارای چندین حلقه فیلم بودند که هر کدام در درون یک کپسول محافظ قرار داشتند. با گرفتن تصاویر و تمام شدن هر حلقه فیلم، ماهواره با فرمان زمینی، فیلم و کپسول محافظ آن را بر فراز نقطه تعیین شده روی زمین و در زمان مشخص رها می کرد. سپس یک فروند هواپیمای C-130 که بطور ویژه ای تجهیز شده بود، این محفظه را در آسمان می گرفت و آن را به مراکز ویژه (برای فرآوری فیلم و تحلیل عکس ها) تحویل می داد. در روسیه، فیلم و کپسول محافظ آن به سادگی روی خاک این کشور فرود می آمد و جمع آوری می شد. برخی از پیشرفته ترین این ماهواره ها، علاوه بر فیلم های متعارف حساس به نور مرئی، به فیلم های حساس به نور فروسرخ هم مجهز بودند تا امکان عکسبرداری شبانه (تا حدودی) و تشخیص اجسام و هدف های استتار شده را فراهم کنند.

استفاده از فیلم های عکاسی، محدودیت های بسیاری را بر استفاده کنندگان تحمیل می کرد. زیرا از یک سو به دلیل محدودیت فیلم،‌ عمر این ماهواره ها به تنها چند ماه محدود می شد. با این حال، از آنجا که امکان ارسال فوری تصاویر گرفته شده به زمین وجود نداشت، کارکرد این ماهواره ها، بیشتر محدود به شناسایی استراتژیک و تصویربرداری از هدف های ثابت و نقاطی بود که نیاز فوری به شناسایی آنها وجود نداشت، مانند تصاویر از پایگاه های موشکی، سایت های نظامی و… از سوی دیگر در شرایطی مانند بحران های بین المللی، تصاویر ماهواره ای بسیار دیر به دست تحلیلگران و تصمیم گیرندگان می رسید. زیرا فیلم های گرفته شده یا باید پس از مصرف تمامی حلقه فیلم، با یک کپسول ویژه به زمین ارسال می شدند (که با توجه به طول زیاد نوار فیلم ممکن بود که چند هفته طول بکشد) یا اینکه تصاویر گرفته شده تنها با گرفتن چند عکس و بدون مصرف تمام فیلم یک کپسول، به زمین ارسال می شدند که این کار هم از عمر عملیاتی ماهواره به دلیل اسراف در مصرف فیلم و محدودیت تعداد کپسول های ارسال عکس به زمین (به تعداد کمتر از انگشتان یک دست) به شدت می کاست. در واقع، یک ماهواره شناسایی بدون فیلم،‌ چیزی بیش از یک زباله فضایی نبود، حتی اگر تمامی سامانه های گران قیمت آن سالم و فعال باقی می ماندند.

ماهواره های مخابراتی

با پیدایش رادیو و برقراری ارتباطات بی سیم، برای نخستین بار امکان نظارت و کنترل بر عملیات های نظامی از فواصل دور فراهم شد. با این حال، امکان برقراری ارتباط موثر و کارآمد تا پیش از آغاز عصر فضا دشوار بود. به ویژه آنکه برقراری ارتباطات در فواصل زیاد نیازمند استفاده از امواج رادیویی با طول موج بلند و بازتاب آن از لایه یونوسفر جو است که همین مسئله، باعث ایجاد دشواری هایی هم از لحاظ حجم اطلاعات مبادله شده می شود و هم اینکه تحت تاثیر تغییرات لایه یونوسفر جو قرار می گیرد.

ماهواره های مخابراتی ای که در ارتفاع 36 هزار کیلومتری از سطح زمین بر فراز استوا در مدارهای زمین آهنگ (یعنی در هر 24 ساعت یکبار به دور زمین می چرخند و از دید ناظر زمینی، همواره بر فراز نقطه ای در آسمان، ثابت هستند) به گرد زمین می چرخند، امکان برقراری ارتباط میان هر دو نقطه از زمین را تنها با استفاده از سه ماهواره مخابراتی فراهم می کنند.

مهم ترین تفاوت میان ماهواره های مخابراتی نظامی و غیر نظامی، مقاومت بیشتر این ماهواره ها در برابر شنود، اخلال الکترونیکی و حملات سایبری است. دیگر ویژگی های ماهواره های مخابراتی نظامی و غیر نظامی، عملاً یکسان است. ضمن آنکه قدرت های بزرگ از ماهواره های غیر نظامی برای تبادل داده های غیر حساس هم استفاده می کنند.

ماهواره های شنود الکترونیکی

امروزه استفاده از امواج الکترومغناطیسی بطور اجتناب ناپذیری به تمامی جنبه های عملیات نظامی و غیر نظامی گسترش پیدا کرده است. جدا از کاربردهای غیر نظامی این امواج، ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیسی، از امواج رادار گرفته تا امواج سامانه های مخابراتی، به ویژه در قالب تبادل داده های دیجیتال، دارای ضرورت حیاتی برای تمامی یگان های نظامی است، بطوریکه بدون استفاده از این امواج، عملاً‌ امکان انجام عملیات موثر نظامی وجود ندارد. آگاهی از توانایی ها و امکانات دشمن، به عنوان مثال، از فرکانس و عملکرد رادارها گرفته تا شنود مکالمات در برنامه ریزی دقیق تر و موثرتر طرح ها و عملیات، بسیار اثرگذار است. امروزه، ماهواره های شنود الکترونیک که در زمره سری ترین انواع سامانه های نظامی هستند، صرف نظر از کارکرد تخصصی آنها، به عنوان مثال سامانه های ضبط علائم راداری یا شنود مخابراتی و…،‌ در دو دسته کلی قرار می گیرند:‌ ماهواره های مدار پایین و ماهواره های مدار زمین آهنگ.

ماهواره های جاسوسی الکترونیکی مدار پایین، ماهواره های نسبتاً‌ کوچکی هستند که در مدار پایین قرار می گیرند و در هر بار گردش مداری، انتشارات الکترومغناطیسی از منطقه هدف را جمع آوری می کنند. معمولاً با توجه به زمان کوتاه عبور ماهواره از فراز هدف و گردش زمین به دور خود، به منظور پوشش هرچه بهتر هدف، این نوع ماهواره ها به صورت خوشه ای در مدار قرار داده می شوند تا یکی پس از دیگری از فراز هدف عبور کنند. بزرگترین مزیت این نوع ماهواره ها، سادگی نسبی و اندازه نسبتاً‌ کوچک آنتن به دلیل فاصله نه چندان زیاد از هدف و در نتیجه ارزان بودن آنها است. نقطه ضعف بزرگ آنها هم، پوشش ندادن دائمی هدف و همینطور، عمر عملیاتی کوتاه آنها است.

ماهواره شنود الکترونیک مدار زمین آهنگ، ماهواره های بسیار بزرگ، پیچیده و گران قیمتی هستند که همانند ماهواره های مخابراتی در ارتفاع 36 هزار کیلومتری از سطح زمین بر فراز یا در نزدیکی منطقه هدف مستقر می شوند و به چشم ناظر زمینی (در صورتی که بتواند آن را ببیند) در نقطه ای ثابت در آسمان، قرار خواهد داشت. چنین ماهواره هایی به دلیل فاصله زیاد از زمین و در نتیجه،‌ منطقه هدف، با توجه به قانون عکس مجذور فاصله، نیازمند آنتن های بسیار بزرگ برای جمع آوری سیگنال های بسیار ضعیف دریافتی هستند. در واقع، چنین ماهواره هایی را می توان همتایان فضایی رادیو تلسکوپ های زمینی دانست. به عنوان مثال،‌ ماهواره شنود الکترونیک Rhyolite مربوط به اواخر دهه 70 و اوایل دهه 80 میلادی (1350 و 1360) آنتنی به قطر 30 متر داشت و یکی از ماموریت های اصلی آن، نظارت بر آزمایش موشک های استراتژیک شوروی و شنود داده های مربوط به عملکرد موشک در حین پرواز بود. این در حالی است که نسل بعدی چنین ماهواره هایی به آنتن بشقابی بسیار بزرگتری مجهز شدند. در همین راستا، بر اساس اطلاعاتی که در اواخر دهه 90 میلادی منتشر شدند، نسل بعدی این ماهواره ها موسوم به Trumpet آنتنی بشقابی به قطر حدود 90 متر داشتند. بر اساس همین اطلاعات، این ماهواره برخلاف ماهواره های Rhyolite به جای مدار زمین آهنگ،‌ در مداری با زاویه میل زیاد نسبت به خط استوا و با اوج مداری بسیار بالا و حضیض پایین برای نظارت بر فعالیت های نظامی روسیه و چین در مدار قرار گرفت. از فعالیت ها و سامانه های دیگر قدرت های بزرگ نظامی و فضایی اطلاعاتی منتشر نشده است.

ماهواره های شناسایی راداری

ماهواره های شناسایی تصویری با نور مرئی، یک نقطه ضعف بزرگ دارند و آن این است که قادر به تصویربرداری از پشت توده های ابر یا گرد و غبار غلیظ نیستند. برای حل این مشکل، نیاز به استفاده از امواج الکترومغناطیسی با طول موجی است که قادر به نفوذ در ابر یا غبار باشد و بتواند تصاویری قابل استفاده از هدف را تهیه کند. اتحاد شوروی سابق، نخستین کشوری بود که از ماهواره های نظامی مجهز به رادار (البته فقط برای نظارت اقیانوسی و زیر نظر داشتن نیروی دریایی آمریکا در اقیانوس های جهان) استفاده کرد. این ماهواره ها از انرژی هسته ای برای تامین انرژی رادار خود استفاده می کردند و هنوز هم حدود 30 فروند از آنها که بیشترشان، اگر نگوییم همگی،‌ از کار افتاده اند، به دور زمین در چرخشند. در سال 1978، یکی از این ماهواره ها در منطقه قطبی کانادا سقوط کرد و منطقه ای به وسعت 124 هزار کیلومتر مربع را به مواد رادیواکتیو آلوده کرد. با این حال، نخستین استفاده از رادار برای تهیه تصویر از اهداف زمینی با کاربرد نظامی، بوسیله آمریکا طی آخرین سال های جنگ سرد انجام شد و آن هم به یک دلیل بسیار ساده: شرایط جوی.

طی سال های درازی که آمریکا با استفاده از ماهواره های شناسایی بر شوروی و فعالیت های آن نظارت می کرد، همواره با یک مشکل بزرگ مواجه بود؛ پوشش ابری مانعی بزرگ برای این کار بود. به عنوان مثال، میانگین پوشش ابر بر فراز مجتمع آزمایش های هسته ای شوروی هرگز از 60 درصد کمتر نمی شود و در ماه اکتبر (مهر ماه) به بیش از 83 درصد می رسد و به گفته یکی از مقامات سابق نظامی آمریکایی، وضعیت هوا در اتحاد شوروی فدراسیون روسیه همواره بد است. همین موضوع گرفتن عکس از تاسیسات حساس و مهم را بسیار دشوار و زمانبر می کرد؛ بطوریکه گرفتن یک عکس خوب از یک منطقه یا هدف خاص ممکن بود که سال ها طول بکشد. ولی از آنجا که امواج رادار به سادگی از ابرها عبور می کنند، امکان دیدن و تصویربرداری از هدف های زمینی در تمامی شرایط جوی در روز و شب،‌ فراهم می شود.

در این شیوه، امواج رادیویی با طول موج کوتاه (سانتیمتر یا میلیمتر) به سمت هدف ارسال می شوند و بازتاب آنها بوسیله آنتن رادار دریافت می شود. با پردازش داده های دریافتی می توان حتی از هدف تصویربرداری کرد. با این حال، استفاده از رادار به دلیل طول موج بسیار بیشتر آن نسبت به امواج نوری، مشکلاتی به همراه دارد. نخست آنکه وضوح تصویر به دلیل استفاده از طول موج بلند‌تر، کاهش پیدا می کند. زیرا به موجب یک اصل فیزیکی،‌ رابطه مستقیمی میان طول موج مورد استفاده و وضوح تصویر وجود دارد. برای جبران این مشکل باید آنتنی بسیار بزرگ با قطر صدها متر استفاده کرد. از آنجا که این روش،‌ عملی نیست؛‌ به جای آن از شیوه ای با نام رادار روزنه مصنوعی (SAR) استفاده می شود. به این ترتیب که به جای استفاده از آنتنی با ابعاد فیزیکی بزرگ، از حرکت ماهواره به عنوان آنتن مجازی استفاده می شود و با پردازش داده ها، تصاویری عکس مانند، هر چند باز هم با وضوح کمتر نسبت به عکس های با طول موج مرئی،‌ ایجاد می شود.

نخستین ماهواره شناسایی که با استفاده از امواج رادار کار می کند، Lacrosse نام دارد. اولین نوع از این ماهواره ها در دسامبر 1988 به مدار ارتفاع پایین پرتاب شد. از ماهواره های شناسایی هیچیک از کشورها و نسل بعدی ماهواره های شناسایی آمریکا،‌ اطلاعی در دست نیست.

ماهواره های عکسبرداری با حسگرهای دیجیتال

استفاده از روش عکسبرداری با استفاده از فیلم،‌ شیوه ای بسیار پُر هزینه بود و عمر عملیاتی ماهواره را به تنها چند ماه (بسته به تعداد عکس هایی که در هر روز می گرفت) کاهش می داد. در حالی که خود ماهواره می توانست، مدت ها پس از تمام شدن فیلم ها هم قابل استفاده باشد. از سوی دیگر،‌ نیاز به پرتاب چندین ماهواره شناسایی عکاسی در هر سال به دلیل عمر محدود ماهواره ها هم هزینه بسیاری را تحمیل می کرد. به عنوان مثال،‌ ماهواره KH-9 که به پرنده بزرگ (Big Bird) مشهور بود، 13600 کیلوگرم وزن داشت و تنها هزینه پرتاب آن به 300 میلیون دلار بالغ می شد. این در حالی است که خود ماهواره هم با 18.3 متر طول و 3.05 متر قطر، بسیار گران قیمت بود.

با آغاز عصر دیجیتال شرایط تغییر کرد. تصاویر دیجیتال که از حسگرهای CCD (که امروزه حتی در دوربین های تلفن همراه هم وجود دارند) به جای فیلم استفاده می کنند،‌ امکان ارسال آنی تصاویر گرفته شده را حتی از آن سوی زمین به مرکز کنترل با استفاده از ماهواره های مخابراتی نظامی دارند. ضمن آنکه این تصاویر، برخلاف فیلم های عکاسی،‌ نیاز به ظهور ندارند و تصاویر، برای افزایش کیفیت آنها با کامپیوتر قابل پردازش هستند که این، خود امکان تحلیل سریع تر، دقیق تر و بهتر عکس ها را فراهم می کند.

نخستین ماهواره مجهز به حسگر دیجیتال که حدود 41 سال پیش در 19 دسامبر 1976 به فضا پرتاب شد، KH-11 نام داشت و به یک حسگر CCD با 640 کیلو پیکسل (در مقایسه به ده ها مگاپیکسل دوربین‌ تلفن های موبایل امروزی) مجهز بود و همانند سلف خود (KH-9)، 19.5 متر طول، 3.05 متر قطر و 13600 کیلوگرم وزن داشت. این ماهواره و نسل بعدی آن (KH-12) به آئینه های بسیار بزرگ، تقریباً‌ مشابه آئینه تلسکوپ فضایی هابل مجهز بودند. در واقع گفته شده که تلسکوپ فضایی با استفاده از فناوری KH-11 ساخته شد یا به عبارت دیگر، این ماهواره ها، هر کدام یک تلسکوپ فضایی هستند که به جای فضا،‌ بر زمین نظارت می کنند.

نخستین نمونه ماهواره KH-12 که آن را KH-11 پیشرفته هم می نامند، در 28 نوامبر 1992 به فضا پرتاب شد. این ماهواره به حسگرهای پیشرفته تر، توانایی عکسبرداری با اشعه فروسرخ برای تصویربرداری شبانه‌ و تشخیص اهداف استتار شده و امکان نقشه برداری زمینی مجهز بود. ضمن آنکه پوشش رادار گریز داشت تا امکان ردگیری آن از زمین با رادار را به کمترین میزان برساند. از نسل بعدی ماهواره های جاسوسی که اطلاعات مربوط به آنها «به کلی سری»‌ طبقه بندی شده اند، اطلاعی در دست نیست.

ماهواره های دیجیتال، امتیاز عملیاتی بزرگ دیگری هم با خود به همراه آوردند و آن، داشتن عمر عملیاتی بسیار طولانی به دلیل نداشتن محدودیت استفاده از فیلم بود. در واقع عمر عملیاتی این ماهواره ها، به جای چند ماه (فیلم درون ماهواره، حتی در صورت استفاده نشدن، به دلیل قرار گرفتن در معرض پرتوهای کیهانی،‌ سریعاً خراب می شدند) به چندین سال می رسد و تنها محدودیت آنها، میزان سوخت آنها است که امکان انجام مانورهای فضایی برای تغییر مدار و قرار گرفتن در نقطه مناسب در زمان تعیین شده برای گرفتن عکس از هدف های تعیین شده را فراهم می کند. بدون سوخت،‌ ماهواره‌ در مدار ثابتی به دور زمین می چرخد و عملاً‌ ارزش عملیاتی آن (به دلیل قابل پیش بینی بودن موقعیت آن) به شدت کاهش پیدا می کند.

ماهواره های ناوبری

دانستن اینکه در هر زمان، در کجا قرار داریم، از اهمیت بسیاری در زندگی غیر نظامی برخوردار است. این موضوع برای یگان های نظامی از اهمیت بسیار بیشتری برخوردار است. از جمله اینکه از گم شدن واحدهای نظامی جلوگیری می کند. از سوی دیگر، در عصر حاضر که عصر سامانه های هوشمند با برد زیاد است، انجام حملات بسیار دقیق و «جراحی گونه» از فواصل زیاد که از تلفات جانبی کم می کنند و احتمال موفقیت عملیات را افزایش می دهند، بیش از پیش اهمیت پیدا می کند و ماهواره های ناوبری، سامانه هایی هستند که برای این منظور طراحی و ساخته شده اند. تعیین موقعیت با استفاده از ماهواره های ناوبری، بر اصل ساده زمان سنجی استوار است. این ماهواره ها که در مدارهای دایره ای و ارتفاع دقیق مستقر هستند، با استفاده از یک ساعت فوق العاده دقیق اتمی، علائم مربوط به خود ماهواره و زمان سنجی آن را منتشر می کنند. با دریافت همزمان سیگنال های سه ماهواره، می توان موقعیت هر جسمی را بر سطح زمین،‌ روی دریا،‌ هوا و حتی فضا،‌ تعیین کرد.

امروزه ماهواره های نظامی که در اصل برای هدایت و تعیین موقعیت واحدهای نظامی در سراسر جهان طراحی، ساخته و در مدار مستقر شده اند، کاربردهای گوناگون و فزآینده ای در موارد غیر نظامی یافته اند و همین موضوع، با توجه به دقت بسیار بالای آنها، اهمیت بیش از پیش این نوع ماهواره ها را نه فقط در عملیات نظامی، بلکه حتی در زندگی روزمره ما نشان می دهد. در حال حاضر، علاوه بر ماهواره های «ناواِستار» سامانه GPS آمریکایی که از ماهواره های نسل چهارم و پنجم استفاده می کند،‌ روس ها (سامانه GLONASS)، اروپایی ها (سامانه Galileo) و چینی ها (سامانه BeiDou) هم اقدام به ساخت و استقرار ماهواره های ناوبری کرده اند. هر چند، این سامانه ها در حال حاضر،‌ نه کامل شده اند و نه در اختیار عموم مردم (به جز سامانه GPS) قرار دارند.

ماهواره های پیش اخطار

آگاهی زود هنگام از حمله دشمن، می تواند تفاوت میان پیروزی یا شکست یا حتی، میان مرگ و زندگی باشد. این موضوع، در عصر هسته ای و موشک های بالستیک قاره پیما که می توانند در دست بالا نیم ساعت پس از پرتاب به اهداف خود برسند و ویرانی های عظیمی را ایجاد کنند، اهمیت بسیار بیشتری پیدا می کنند. در همین راستا،‌ نخستین ماهواره پیش اخطار حمله موشکی در سال 1960 به عنوان سامانه اخطار دفاعی‌ (Missile Defense Alarm System) که به اختصار مایداس (MiDAS) نامیده می شد،‌ در مدار قرار گرفت. این ماهواره ها که با گذشت زمان پیچیده تر و پیشرفته تر شده اند، با استفاده از حسگرهای فروسرخ، حرارت ناشی از پرواز موشک را ثبت و مسیر آن را دنبال می کنند و زمان رسیدن به هدف و مختصات جغرافیایی هدف مورد نظر را به مراکز فرماندهی خود اطلاع می دهند. یکی از فعالیت های عملیاتی این سامانه که توجه بسیاری را در زمان خود باعث شد، در جنگ متحدان با عراق در ابتدای سال 1991 (عملیات طوفان صحرا) بود که طی آن، ماهواره های پیش اخطار، شلیک موشک های عراقی به سمت هدف هایی در خارج از این کشور را بلافاصله پس از پرتاب کشف و گزارش می کردند.

بر اساس برخی گزارش ها، جدیدترین نمونه های این ماهواره ها به سامانه «طیف نگار» مجهزند که با استفاده از آن، در زمان صلح، بر آزمایش های موشکی کشورهای مختلف نظارت می کنند و با تحلیل امواج حرارتی و نوری منتشر شده از موشک، می توانند سوخت مورد استفاده‌، حرارت موتور، دمای بدن موشک و در نتیجه، کارآیی سامانه پیشرانه، سرعت و شتابگیری موشک و برد آن را تعیین کنند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «آنچه درباره ماهواره های جاسوسی باید بدانید»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله مسعود حبیبی قهرمان نژاد در مجله دانستنیها، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.