Fundamentos de Sistemas de Comunicação via Satélite

Segmento Espacial

1. Comunicação via satélite
2. Subsistema de um satélite
3. Sistema de comunicações
4. Transponder
5. Órbitas

Definições

1. Todas as estações terrestres (ET) são interligadas através de um elemento comum (satélite);
2. O satélite funciona como uma estação repetidora;
3. Transmissão sem pontos intermediários;
4. Em 1965 foi lançado o 1º satélite de comunicações geoestacionário (Pássaro Madrugador) a 37.000 km de altitude, com período orbital de 24 horas;

Subsistemas

• Comunicações
• TC&R (Telemetria, Telecomando, Rastreio e Ranging)
• Controle de atitude
• Propulsão
• Energia
• Controle térmico
• Estrutural

Detalhamento dos Subsistemas

• Subsistema de Comunicações: Responsável pela recepção, conversão de frequência, amplificação e retransmissão do sinal recebido.
• Subsistema de TC&R:
  • Telemetria: Medidas de desempenho do satélite, estado das unidades e sua posição orbital;
  • Telecomando: Sinais de comandos para ativar/desativar unidades e jatos;
  • Rastreio: Sinais de comando para manutenção de apontamentos das antenas;
  • Ranging: Medida de distância entre estações e satélites;
• Subsistema de Controle de Atitude: Orientação dos eixos do satélite em relação à sua órbita e à Terra.

Sistemas de Estabilização

• Giro-estabilizados (SPIN)
• Estabilizados a três eixos (corpo)

Subsistema de Propulsão

• Tanques de combustíveis e jatos propulsores usados para correções N-S / L-O da órbita e alterações de atitude.
• Os combustíveis podem ser líquidos, sólidos ou gasosos (Hidrazina, Bi-propelente, Íon Xenon).

Outros Subsistemas

• Energia: Células para geração de energia solar e baterias recarregáveis de Níquel (para eclipses).
• Controle Térmico: Sensores de temperatura para monitoração e manutenção das unidades dentro dos limites operacionais.
• Estrutural: Composto por duas partes: seção giratória (tanques e energia) e plataforma estacionária (comunicação e antena).

Transponder e Frequências

Cada transponder é responsável pela recepção e retransmissão de uma determinada banda de frequências. Exemplo: BRASILSAT utiliza reuso de frequências através da polarização ortogonal (24 canais).

Definições Orbitais

1. Apogeu: Ponto mais distante da Terra.
2. Perigeu: Ponto de aproximação mais próximo da Terra.
3. Linha dos Nós: Linha que une perigeu e apogeu pelo centro da Terra.
4. Nó Ascendente: Ponto onde a órbita cruza o plano equatorial do norte para o sul.
5. Nó Descendente: Ponto onde a órbita cruza o plano equatorial do sul para o norte.
6. Inclinação: Ângulo entre o plano da órbita e o plano equatorial.

Leis de Kepler e Gravitação

• 1ª Lei (Órbitas): Toda órbita é uma cônica onde a Terra ocupa um dos focos.
• 2ª Lei (Áreas): O segmento que une o Sol ao planeta varre áreas iguais em tempos iguais.
• 3ª Lei (Períodos): Os quadrados dos períodos (T) são proporcionais aos cubos das distâncias médias (R).

Lei da Gravitação Universal: F = G . [(m1.m2)/r²]. A variação relativa da força é o dobro da variação relativa da distância.

Classificação de Órbitas

• Baixa Órbita (LEO): Pesquisa, militares, meteorologia.
• Média Órbita (MEO).
• Órbita Sincrona (GEO): Período de 24 horas, geoestacionários.

Órbita Elíptica

• No apogeu, o satélite demora mais tempo para percorrer o trajeto do que no perigeu.
• Permite otimizar o tempo de permanência sobre um local desejado.

Comparativo: Baixa vs. Alta Altitude

• Baixa Altitude: Projetos mais simples, porém requerem grande número de satélites e rastreamento complexo.
• Alta Altitude (GEO): Cobertura global com poucos satélites, mas apresenta atraso de propagação (time delay) e exige maior potência.

Sistemas de Órbitas

• Geoestacionária: 1 satélite por região, rastreamento simples.
• Sincronizadas: Vários satélites (3~12), handover simples.
• Aleatórias: Muitos satélites (>18), handover e rastreamento complexos (ex: Iridium).