ઉપગ્રહ સંદેશાવ્યવહાર : માઇક્રોવેવ રેડિયો સંચારની એક પદ્ધતિ. વધુ ચેનલક્ષમતા મેળવવા માટે ઉચ્ચ આવૃત્તિ ધરાવતા માઇક્રોવેવ રેડિયો-તરંગોનો જ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ તરંગો સીધી લીટીમાં ગતિ કરે છે. આયનમંડળ (ionosphere) વડે તેમનું પરાવર્તન થતું નથી, પણ તેને ભેદીને તે આરપાર નીકળી જાય છે. માઇક્રોવેવ તરંગોના આવા ગુણધર્મોને લીધે સંચારનો વિસ્તાર ક્ષિતિજ સુધી જ સીમિત હોય છે. વધુ અંતરના સંચાર માટે રિપીટર સ્ટેશનો ઊભાં કરવામાં આવે છે. ઍન્ટેના ટાવરની ઊંચાઈ વધારવાથી પણ સંચારનો વિસ્તાર વધારી શકાય છે. ઍન્ટેના ટાવરના ટોચથી ક્ષિતિજનું અંતર નીચેના સૂત્રથી મેળવી શકાય.
જ્યાં ht = પ્રેષી ઍન્ટેનાની ઊંચાઈ (ફૂટમાં) છે. d = ઍન્ટેનાથી ક્ષિતિજનું અંતર (માઈલમાં). ઍન્ટેના ટાવરની ઊંચાઈ અમુક હદ કરતાં વધારવી અવ્યાવહારિક અને અશક્ય છે. આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે અવકાશમાં ગોઠવી શકાય તેવા રિપીટર સ્ટેશનની કલ્પના કરવામાં આવી.
બ્રિટનના વિજ્ઞાની આર્થર ક્લાર્કે 1945માં ‘વાયરલેસ વર્લ્ડ’ નામના સામયિકમાં કૃત્રિમ ઉપગ્રહના ઉપયોગથી સંદેશાવ્યવહાર કરી શકાય તેવું સૂચન કર્યું. રૉકેટની મદદથી 1957માં વિશ્વનો સૌપ્રથમ કૃત્રિમ ઉપગ્રહ ‘સ્પુટનિક-1’ રશિયાએ અવકાશમાં તરતો મૂક્યો. તે પહેલાં દૂર સુધી ઉપગ્રહ સંચાર માટે પૃથ્વીના કુદરતી ઉપગ્રહ ચંદ્રનો ઉપયોગ કરવાના પ્રયોગો પણ સફળ થયા. 1947માં યુ.એસ. આર્મી સિગ્નલ કોર પ્રયોગશાળાએ રડારના તરંગોને ચંદ્રની સપાટીથી પરાવર્તિત કરીને પાછા મેળવવાનો પ્રયોગ કર્યો હતો.
ઉપગ્રહના પ્રકાર : ઉપગ્રહ બે પ્રકારના હોય છે – (1) કુદરતી ઉપગ્રહ, (2) કૃત્રિમ ઉપગ્રહ. કૃત્રિમ ઉપગ્રહ નિષ્ક્રિય ઉપગ્રહ અને સક્રિય ઉપગ્રહ એમ બે પેટા વિભાગમાં ગોઠવાય છે.
નિષ્ક્રિય કૃત્રિમ ઉપગ્રહ : ધાતુનો પડ ચઢાવેલો પ્લાસ્ટિકનો મોટો ફુગ્ગો નિષ્ક્રિય કૃત્રિમ ઉપગ્રહની ગરજ સારે છે. નિષ્ક્રિય ઉપગ્રહને રૉકેટની મદદથી અવકાશમાં ગોઠવવામાં આવે તો માઇક્રોવેવ તરંગોને પરાવર્તિત કરીને દૂર સુધી સંચાર સ્થાપિત કરી શકાય. ઈકો-1 આવો જ એક નિષ્ક્રિય ઉપગ્રહ હતો. તેનું પ્રક્ષેપણ 12 ઑગસ્ટ, 1960માં કરવામાં આવેલું. આ ઉપગ્રહનો વ્યાસ 30 મીટર હતો. નિષ્ક્રિય ઉપગ્રહોમાં કોઈ પણ યંત્રો ન હોવાથી તે લાંબું આયુષ્ય ધરાવે છે. તરંગોના પ્રવર્ધન (amplification) માટે કોઈ વ્યવસ્થા ન હોવાથી અને યોગ્ય પ્રેષક (transmitter) અને અભિગ્રાહી (receiver) ઍન્ટેના ન હોવાથી આ પદ્ધતિની કાર્યક્ષમતા ઓછી રહે છે. આ પ્રકારની સંચારપદ્ધતિ માટે અત્યંત શક્તિશાળી પ્રેષક અને અત્યંત સંવેદનશીલ અભિગ્રાહીની જરૂર હોય છે.
સક્રિય ઉપગ્રહ : પૃથ્વીના ભૂ-મથક(earth-station)થી મોકલેલા રેડિયો તરંગોને ઝીલી તેનું પ્રવર્ધન કરી, તેમની આવૃત્તિ બદલી(frequency-conversion)ને યોગ્ય દિશામાં પૃથ્વી પર પાછા મોકલી આપે છે. આ માટે ખાસ રીતે તૈયાર કરેલા વીજાણુ પ્રેષાનુકર(transponder)ને ઉપગ્રહમાં મૂકવામાં આવે છે. ઉપગ્રહ માટે જરૂરી વીજશક્તિ મેળવવા માટે સૌર (solar) કોષોના ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ ઉપરાંત ઉપગ્રહના તાપમાનને નિયંત્રિત કરવા માટે દૂરાદેશ (tele communication) તથા દૂરમાપન (telemetry) માટે વિવિધ ઉપકરણો હોય છે. આવા ઉપગ્રહોનું સક્રિય આયુષ્ય ટૂંકું (7થી 10 વર્ષનું) હોય છે. સક્રિય ઉપગ્રહોની મદદથી સ્થપાયેલી સંચારવ્યવસ્થા વિશ્વસનીય અને કાર્યક્ષમ હોય છે.
ભ્રમણકક્ષાઓ : સંચાર ઉપગ્રહોને વિવિધ ભ્રમણકક્ષાઓમાં ગોઠવી શકાય. ભ્રમણકક્ષાની ઊંચાઈ સાથે ઉપગ્રહનો પરિભ્રમણકાળ પણ વધતો જાય છે. પૃથ્વીની સપાટીથી આશરે 160 કિમી.ના અંતરે વૃત્તીય કક્ષામાં આવેલા ઉપગ્રહને પૃથ્વીની એક પ્રદક્ષિણા કરવામાં આશરે 87.5 મિનિટ લાગે છે, જ્યારે 960 કિમી. પર સ્થિત ઉપગ્રહને તેમ કરવા માટે 104 મિનિટ લાગે છે. 1,600 કિમી. ઊંચાઈ પર આવેલા ઉપગ્રહને પૃથ્વીનું પરિભ્રમણ કરવામાં આશરે 110 મિનિટ થાય છે. ઉપગ્રહનો પરિભ્રમણકાળ નીચેના સૂત્રથી મેળવી શકાય T2 = d3/K, d = પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણ-કેન્દ્રથી ઉપગ્રહનું અંતર, T = પરિભ્રમણકાળ, K = અચળાંક. ગણતરી કરતાં એ જોઈ શકાય કે 35,800 કિમી. પર સ્થિત ઉપગ્રહનો પરિભ્રમણકાળ 24 કલાક થાય છે. આ ઉપગ્રહને જો ભૂમધ્યરેખાની બરોબર ઉપર ગોઠવવામાં આવે તો પશ્ચિમથી પૂર્વ તરફ પરિભ્રમણ કરતો ઉપગ્રહ પૃથ્વી પર આવેલા કોઈ પણ બિંદુની સાપેક્ષતામાં સ્થિર દેખાશે. આ કક્ષામાં આવેલા ઉપગ્રહને ભૂસ્થિર (geosynchrononous) ઉપગ્રહ અને કક્ષાને ભૂ-સ્થિર કક્ષા કહેવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે ઉપગ્રહ-સંચાર માટે ભૂ-સ્થિર ઉપગ્રહોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. 120oના અંતરે ગોઠવેલા ત્રણ ઉપગ્રહો, ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવના અમુક ક્ષેત્ર(81.5oથી વધુ ઉત્તર અને દક્ષિણમાં)ને બાદ કરી સમગ્ર પૃથ્વીને સંચાર માટે આવરી લે છે. ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવક્ષેત્રોને આવરી લેવા માટે ભૂમધ્યરેખાથી ખૂણો બનાવતા ભ્રમણકક્ષ અને ધ્રુવીય ભ્રમણકક્ષમાં ઉપગ્રહો મૂકવામાં આવે છે. દીર્ઘવૃત્તીય (elliptical) ભ્રમણકક્ષામાં મૂકેલા ઉપગ્રહોનું પૃથ્વીથી અંતર બદલાતું રહે છે. ધ્રુવપ્રદેશ નજીકના વિસ્તારોને આવરી લેવા માટે દીર્ઘવૃત્તીય ભ્રમણકક્ષા અનુકૂળ રહે છે.
ઉપગ્રહ સંદેશાવ્યવહાર પદ્ધતિ : ઉપગ્રહનો પુનરાવર્તક મથક (repeater station) તરીકે ઉપયોગ કરી, ઉપગ્રહના ર્દષ્ટિકોણમાં આવેલાં પૃથ્વી પરનાં કોઈ પણ બે અથવા બેથી વધુ ભૂ-મથકો વચ્ચે સંચાર સ્થાપિત કરી શકાય છે. પ્રારંભમાં રૉકેટોની મર્યાદિત પ્રક્ષેપણક્ષમતાને લીધે નિમ્ન કક્ષા(low orbit)માં ગોઠવાયેલા ઉપગ્રહોની મદદથી સંચાર સ્થાપવામાં આવતો હતો. આ સંચાર-પદ્ધતિને સંચય અને પ્રસાર (store and forward) પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે.
પૃથ્વીનું પરિભ્રમણ કરતો ઉપગ્રહ જ્યારે એક ભૂ-મથકના ર્દષ્ટિક્ષેત્રમાં આવે છે ત્યારે તેના સંદેશાઓ લઈને તેમનો સંગ્રહ કરી લે છે. પરિભ્રમણ કરતો ઉપગ્રહ જ્યારે બીજા-ભૂ-મથકના ર્દષ્ટિક્ષેત્રમાં આવે છે ત્યારે તે સંદેશાઓનું પ્રસારણ કરવામાં આવે છે. આ ઉપગ્રહો પૃથ્વીની સાપેક્ષતામાં સ્થિર ન હોવાને કારણે ભૂ-મથકના ઍન્ટેનાઓની મદદથી એમનું પથાનુસરણ (tracking) કરવું પડે છે. ભૂ-સ્થિર ઉપગ્રહોની મદદથી પૃથ્વી ઉપર આવેલા (81.5o ઉ. તેમજ દ. ને બાદ કરતાં) કોઈ પણ બે ભૂ-મથકો વચ્ચે વાસ્તવિક કાલ (real communication time) સંચાર સ્થાપિત કરી શકાય છે. ઉપગ્રહો ભૂ-સ્થિર હોવાથી તેમનું પથાનુસરણ કરવાની જરૂર પડતી નથી. ભ્રમણકક્ષાની ઊંચાઈ વધુ હોવાથી એક ઉપગ્રહ પૃથ્વીનું લગભગ 42.4 % ક્ષેત્ર આવરી લે છે. ત્રણ ઉપગ્રહોની મદદથી ધ્રુવીય પ્રદેશ છોડી સમગ્ર વિશ્વને સંચાર માટે આવરી શકાય છે. ભૂ-સ્થિર ઉપગ્રહ સંચારની ખામીઓમાં પ્રગમન-વિલમ્બ (propagation-delay) મુખ્ય છે.
ઉપગ્રહ સંદેશાવ્યવહારનો ક્રમિક વિકાસ : સ્પુટનિક-1 પછી તરત જ અમેરિકાએ 31 જાન્યુઆરી, 1958ના રોજ એક્સ્પ્લોરર-1 અવકાશમાં તરતો મૂક્યો. આ ઉપગ્રહની મદદથી રાષ્ટ્રપતિ આઇઝન હોવરનો નાતાલનો સંદેશ સમગ્ર અમેરિકામાં પ્રસારિત કરાયેલો. 1962માં ટેલિસ્ટાર-1ની મદદથી યુરોપ અને અમેરિકા વચ્ચે સંદેશાવ્યવહારની વ્યવસ્થા સ્થાપિત કરી શકાઈ. ટેલિસ્ટારની મદદથી યુ.એસ., યુરોપ, જાપાન અને દક્ષિણ અમેરિકામાં ટેલિવિઝન કાર્યક્રમોનું જીવંત પ્રસારણ કરી ઉપગ્રહ સંચારની વ્યાવસાયિક ક્ષમતા સાબિત કરવામાં આવી. 26 જુલાઈ, 1963ના રોજ અમેરિકાની સંસ્થા નાસા(NASA)એ પહેલો ભૂસ્થિર ઉપગ્રહ સિંકોમ-1 ભૂસ્થિર કક્ષામાં ગોઠવ્યો. સિંકોમ-3ની મદદથી ટોકિયોમાં ગોઠવાયેલી રમતોનું સીધું પ્રસારણ અમેરિકામાં કરીને ઉપગ્રહ-સંચારની વિશ્વસનીયતા અને વ્યાવસાયિક ક્ષમતાનું પ્રદર્શન કર્યું.
આંતરરાષ્ટ્રીય ઉપગ્રહ : ઉપગ્રહ-સંચારનું મહત્વ અને વ્યાવસાયિક ક્ષમતાને ઓળખી 1964માં ઇન્ટેલસેટ (International Telecommunication Satellite; INTELSAT) નામની એક આંતરરાષ્ટ્રીય સંસ્થાની સ્થાપના કરવામાં આવી. પ્રારંભમાં આ સંસ્થાના 11 સદસ્યો હતા, જે આજે વધીને 100 ઉપરાંત થઈ ગયા છે.
ઇન્ટેલસેટ સંસ્થાએ પોતાનો પહેલો ઉપગ્રહ ઇન્ટેલસેટ-1 યાને ‘અર્લી બર્ડ’, 6 એપ્રિલ, 1965ના રોજ છોડ્યો. આ શૃંખલાનો દશમો ઉપગ્રહ, 26 મે, 1977માં છોડવામાં આવ્યો. આ ઉપગ્રહની ચેનલક્ષમતા 6,000 ટેલિફોન ચેનલ જેટલી છે. 6 ડિસેમ્બર, 1980ના રોજ છોડવામાં આવેલ ઇન્ટેલસેટ-5 શૃંખલાના પ્રથમ ઉપગ્રહની ચેનલક્ષમતા 12,500 ટેલિફોન અને 2 ટેલિવિઝન ચેનલની છે. આ શૃંખલાનો પાંચમો ઉપગ્રહ 28 ડિસેમ્બર, 1982ના રોજ છોડવામાં આવ્યો. ઇન્ટેલસેટ સંસ્થાના ઉપગ્રહોની મદદથી વિશ્વના વિભિન્ન દેશો વચ્ચે સંદેશાવ્યવહાર કરવામાં આવે છે.
ઉપગ્રહ સંદેશાવ્યવહાર અને ભારત : વિદેશસંચાર માટે ઇન્ટેલસેટ શૃંખલાના ઉપગ્રહો સાથે કામ કરી શકે તેવું ભૂ-મથક, પુણેથી 80 કિમી. દૂર આરવી ખાતે સ્થાપવામાં આવ્યું. 29.7 મીટર વ્યાસનો ઍન્ટેના ધરાવતા આ ભૂ-મથકની સ્થાપના ભારતીય વૈજ્ઞાનિકોએ કરી છે. સામાન્ય રીતે આ મથકનો ઉપયોગ વિદેશ સાથે સંદેશાવ્યવહાર માટે જ કરવામાં આવે છે, પણ ક્યારેક કોઈ મહત્વપૂર્ણ ઘટનાના ટેલિવિઝન પ્રસારણ માટે પણ આનો ઉપયોગ કરાય છે.
ભારતમાં અવકાશ અને ઉપગ્રહો વિશે સંશોધન કરવા માટે ‘ભારતીય અંતરીક્ષ અનુસંધાન સંગઠન’ (Indian Space Research Organisation, ISRO) નામની સંસ્થાનું ગઠન કરવામાં આવ્યું છે. ઉપગ્રહસંચાર ક્ષેત્રે (Satellite Instructional Television Experiment, SITE) અને સિમ્ફની પરિયોજનાઓની સફળતા બાદ 19 જૂન, 1981ના રોજ યુરોપીય અંતરીક્ષ સંસ્થાના એરિયન રૉકેટ વડે ભારતીય બનાવટનો ‘એપલ’ (Aerian Passenger Payload Experiment, APPLE) ઉપગ્રહ અંતરીક્ષમાં છોડવામાં આવ્યો.
ઇન્સેટ–1 પરિયોજના : ‘ઇન્સેટ–1’ ભારતીય અંતરીક્ષ વિભાગ, ડાક-તાર વિભાગ, ભારતીય હવામાન વિભાગ અને સૂચના અને પ્રસારણ મંત્રાલયના દૂરદર્શન વિભાગની સંયુક્ત પરિયોજના છે. (ઇન્સેટ શ્રેણીની વધુ વિગતો માટે જુઓ ગુ.વિ. ખંડ 2, નવી આવૃત્તિ પૃ. 661).
એ. ડી. દવે