Um satélite é um corpo que se move em torno de outro corpo num caminho matematicamente previsível chamado de órbita. Um satélite de comunicação nada mais é do que uma estação repetidora de microondas no espaço que é útil em telecomunicações, rádio e televisão juntamente com aplicações de internet.
Um repetidor é um circuito que aumenta a força do sinal que recebe e o retransmite. Mas aqui este repetidor funciona como um transponder, que muda a banda de frequência do sinal transmitido, a partir do recebido.
A frequência com que o sinal é enviado para o espaço chama-se frequência Uplink, enquanto a frequência com que é enviado pelo transponder é a frequência Downlink.
A figura seguinte ilustra claramente este conceito.
Agora, vejamos as vantagens, desvantagens e aplicações das comunicações via satélite.
Comunicação via satélite – Vantagens
Existem muitas Vantagens das comunicações via satélite, tais como –
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Flexibilidade
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Facilidade na instalação de novos circuitos
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Distâncias são facilmente cobertas e o custo não importa
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Broadcasting possibilidades
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Cada canto da terra está coberto
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O utilizador pode controlar a rede
Comunicação via satélite – Desvantagens
Comunicação via satélite tem os seguintes inconvenientes –
- Os custos iniciais, tais como os custos de segmento e lançamento são demasiado elevados.
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Congestionamento de frequências
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Interferência e propagação
Comunicação via satélite – Aplicações
Comunicação via satélite encontra as suas aplicações nas seguintes áreas –
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Em radiodifusão.
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Em radiodifusão de TV como DTH.
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Em aplicações de Internet como fornecer conexão à Internet para transferência de dados, aplicações GPS, navegação na Internet, etc.
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Para comunicações de voz.
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Para o setor de pesquisa e desenvolvimento, em muitas áreas.
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Em aplicações e navegações militares.
A orientação do satélite na sua órbita depende das três leis chamadas como leis de Kepler.
Leis de Kepler
Johannes Kepler (1571-1630) o cientista astronómico, deu 3 leis revolucionárias, relativas ao movimento dos satélites. O caminho seguido por um satélite em torno do seu primário (a Terra) é uma elipse. A elipse tem dois focos – F1 e F2, sendo a Terra um deles.
Se a distância do centro do objeto a um ponto do seu caminho elíptico é considerada, então o ponto mais distante de uma elipse do centro é chamado de apogeu e o ponto mais curto de uma elipse do centro é chamado de perigeu.
A primeira lei de Kepler
A primeira lei de Kepler diz que, “todo planeta gira em torno do Sol numa órbita elíptica, tendo o Sol como um dos seus focos”. Como tal, um satélite move-se num caminho elíptico com a Terra como um dos seus focos.
O eixo semi-grande da elipse é denotado como ‘a’ e o eixo semi-grande é denotado como ‘b’. Portanto, a excentricidade e deste sistema pode ser escrita como –
$$e = \frac{\sqrt{a^{2}-b^{2}}{a}$$$
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Eccentricidade (e) – É o parâmetro que define a diferença na forma da elipse em vez da forma de um círculo.
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Semi-eixo maior (a) – É o diâmetro mais longo desenhado juntando os dois focos ao longo do centro, o que toca os dois apogésicos (pontos mais afastados de uma elipse do centro).
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Eixo semi-maior (b) – É o diâmetro mais curto desenhado ao longo do centro, que toca ambos os perigés (pontos mais curtos de uma elipse a partir do centro).
Estes são bem descritos na figura seguinte.
Para um caminho elíptico, é sempre desejável que a excentricidade se situe entre 0 e 1, i.e. 0 < e < 1 porque se e se tornar zero, o caminho não estará mais em forma elíptica e sim será convertido em um caminho circular.
2ª Lei de Kepler
2ª Lei de Kepler afirma que, “Para intervalos de tempo iguais, a área coberta pelo satélite é igual em relação ao centro da Terra.”
Pode ser entendido dando uma olhada na figura seguinte.
Suponha que o satélite cobre distâncias p1 e p2, no mesmo intervalo de tempo, então as áreas B1 e B2 cobertas em ambas as instâncias respectivamente, são iguais.
A terceira lei de Kepler
A terceira lei de Kepler diz que, “O quadrado do tempo periódico da órbita é proporcional ao cubo da distância média entre os dois corpos.”
Isto pode ser escrito matematicamente como
$$T^{2}:{2}:alpha}:{3}:a^{3}$$
O que implica
$$$T^{2} = {4}{GM}a^{3}$$
Onde $\frac{4}pi ^{2}{GM}$ é a constante de proporcionalidade (segundo a Newtonian Mechanics)
$$T^{2} = \frac{4\pi ^{2}{\mu}a^{3} $$
Onde μ = a constante gravitacional geocêntrica da Terra, i.e. Μ = 3.986005 × 1014 m3/seg2
$$$1 = ^esquerda ( ^frac{2}{T} ^2}direita )^{2}frac{a^{3}{mu}$$$
$$$1 = n^{2}frac{a^3}{mu}:^:^Arrow direito ^:^:a^{3} = ^frac{\i}{n^{2}$$
Onde n = o movimento médio do satélite em radianos por segundo
O funcionamento orbital dos satélites é calculado com a ajuda destas leis de Kepler.
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Em conjunto com estas, há uma coisa importante que tem de ser notada. Um satélite, quando gira em torno da Terra, sofre uma força de tração da Terra que é a força gravitacional. Além disso, ele experimenta alguma força de tração do sol e da lua. Portanto, há duas forças que agem sobre ele. Elas são –
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Força centrípeta – A força que tende a puxar um objeto em movimento numa trajetória, em direção a si mesmo é chamada de força centrípeta.
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Força centrípeta – A força que tende a empurrar um objeto em movimento numa trajetória, em direção a si mesmo, é chamada de força centrípeta.
Então, um satélite tem de equilibrar estas duas forças para se manter na sua órbita.
Órbitas terrestres
Um satélite, quando lançado ao espaço, precisa de ser colocado numa determinada órbita para proporcionar uma forma particular para a sua revolução, de modo a manter a acessibilidade e servir o seu propósito quer seja científico, militar ou comercial. Tais órbitas que são atribuídas aos satélites, com respeito à Terra, são chamadas de órbitas da Terra. Os satélites nestas órbitas são os satélites da órbita da Terra.
Os tipos importantes de órbitas terrestres são –
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Órbita Terrestre Geossíncrona
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Órbita Terrestre Média
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Órbita Terrestre Baixa
Órbita Terrestre Geossíncrona Satélites
A Geo-O satélite Synchronous Earth Orbit (GEO) é aquele que é colocado a uma altitude de 22,300 milhas acima da Terra. Esta órbita está sincronizada com um dia real lateral (ou seja, 23 horas e 56 minutos). Esta órbita pode ter inclinação e excentricidade. Pode não ser circular. Esta órbita pode ser inclinada para os pólos da Terra. Mas parece estacionária quando observada a partir da Terra.
A mesma órbita geo-síncrona, se for circular e no plano do equador, é chamada como órbita geoestacionária. Estes satélites são colocados a 35.900kms (o mesmo que geossíncronos) acima do Equador da Terra e continuam a girar em relação à direção da Terra (oeste para leste). Estes satélites são considerados estacionários em relação à Terra e por isso o nome implica.
Orbita Geo-Estacionária da Terra Os satélites são utilizados para previsão meteorológica, TV por satélite, rádio por satélite e outros tipos de comunicações globais.
A figura seguinte mostra a diferença entre as órbitas geo-síncrona e geoestacionária. O eixo de rotação indica o movimento da Terra.
Nota – Toda órbita geoestacionária é uma órbita geo-síncrona. Mas cada órbita geo-síncrona NÃO é uma órbita geoestacionária.
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Satélites da órbita média da Terra
As redes de satélites da órbita média da Terra (MEO) irão orbitar a distâncias de cerca de 8000 milhas da superfície da Terra. Os sinais transmitidos por um satélite MEO percorrem uma distância mais curta. Isto traduz-se numa melhor intensidade do sinal no extremo receptor. Isto mostra que terminais de recepção menores e mais leves podem ser usados no extremo receptor.
Desde que o sinal viaja uma distância menor de e para o satélite, há menos atraso na transmissão. O atraso de transmissão pode ser definido como o tempo que leva para que um sinal viaje até um satélite e volte para uma estação receptora.
Para comunicações em tempo real, quanto menor o atraso de transmissão, melhor será o sistema de comunicação. Como exemplo, se um satélite GEO requer 0,25 segundos para uma viagem de ida e volta, então o satélite MEO requer menos de 0,1 segundos para completar a mesma viagem. Os MEOs operam na faixa de frequência de 2 GHz e acima.
Satélites de órbita terrestre baixa
Os satélites de órbita terrestre baixa (LEO) são classificados principalmente em três categorias: LEOs pequenos, LEOs grandes, e Mega-LEOs. Os LEOs irão orbitar a uma distância de 500 a 1000 milhas acima da superfície da Terra.
Esta distância relativamente curta reduz o atraso da transmissão para apenas 0,05 segundos. Isto reduz ainda mais a necessidade de equipamentos de recepção sensíveis e volumosos. Pequenos LEOs irão operar na faixa de 800 MHz (0,8 GHz). Grandes LEOs funcionarão na faixa de 2 GHz ou acima, e Mega-LEOs funcionarão na faixa de 20-30 GHz.
As freqüências mais altas associadas às Mega-LEOs se traduzem em maior capacidade de transporte de informações e rendimentos para a capacidade de esquema de transmissão de vídeo em tempo real e de baixo atraso.
A figura seguinte mostra os caminhos de LEO, MEO e GEO.
