Satélites: Segmento Terrestre, Antenas, Lançamento e Órbita

Satélites: Segmento Terrestre e Operações

Segmento Terrestre de Satélites

1. TRANSMISSÃO
2. RECEPÇÃO
3. ENERGIA
4. TELESUPERVISÃO
5. PRESSURIZAÇÃO
6. ANTENAS
7. RASTREAMENTO DO SATÉLITE: MANUAL ou AUTOMÁTICO

Transmissão no Segmento Terrestre

1. Interface BB
   1. Codificador da fonte de informação, convertendo sinal analógico em digital.
2. Modulador
   1. Realiza a modulação do sinal codificado e entrega ao conversor de subida.
3. Conversor de Subida
   1. Translação do sinal do modulador para frequência de TX do satélite.
4. Amplificador de Potência
   1. Amplifica o sinal para boa recepção no satélite.
5. Filtro de Harmônicos RX
   1. Diminuição de sinais indesejáveis do meio externo na transmissão.

Recepção no Segmento Terrestre

1. Filtro Rejeita Transmissão
   1. Diminuição de sinais indesejáveis do meio externo na recepção.
2. LNA (Low Noise Amplifier)
   1. Amplifica sinal proveniente do satélite e envia ao conversor de descida.
3. Conversor de Descida
   1. Responsável pela translação do sinal (4 GHz), proveniente do amplificador de baixo ruído.
4. Demodulador
   1. Realiza a demodulação do sinal e entrega à interface BB.
5. Interface BB
   1. Realiza a decodificação do sinal, converte o sinal digital em analógico.

Classificação das Estações Terrenas (ET)

1. Quanto ao Tamanho da Antena:
   1. Estação de Grande Porte: 16,5 m; 15 m; 12 m
   2. Estação de Médio Porte: 10 m; 6 m
   3. Estação de Pequeno Porte: 3 m

Antenas de Satélites

1. REFLETOR
2. ILUMINADOR
3. SUPORTE
4. BLINDAGEM
5. RADOME

6. Conjunto da Antena

   1. Constituída por um elemento irradiador, ligado a um sistema de alimentação (coaxial ou guia de ondas) denominado iluminador e um refletor.

7. Ganho da Antena

   1. Aumento que a antena provoca no sinal comparado com o aumento produzido por uma antena isotrópica.

8. Antena Isotrópica

   1. Antena hipotética que irradia as ondas eletromagnéticas da mesma forma em todas as direções.

Fórmula da Área Efetiva da Antena

Ae = h · π · (d / λ)²

Ae = área efetiva da antena

λ = comprimento de onda

C = velocidade da luz (3 × 10⁸ m/s)

d = diâmetro da antena

h = eficiência da antena (típico: 55% a 75%)

Parâmetros de Antenas

1. Diagramas de irradiação
2. Largura da faixa
3. Largura de feixe
4. Temperatura do ruído
5. Impedância
6. Parâmetros elétricos
7. Fatores mecânicos
8. Polarização

Diagrama de Irradiação

1. Característica que identifica a intensidade da energia irradiada ou recebida em uma superfície.
2. Antenas parabólicas são muito diretivas (maior parte da energia irradiada está concentrada em uma determinada direção).

Largura de Faixa

1. Expressa a capacidade de canais de operação da antena.
2. A antena opera suficientemente para transmissão e recepção de vários canais simultaneamente.

Largura de Feixe

1. Ângulo entre os pontos que apresentam atenuação de 3 dB em relação ao valor máximo do diagrama de irradiação da antena.
2. Expressa a diretividade da antena.

Temperatura de Ruído

1. A temperatura de ruído da antena de recepção é definida como a temperatura de um resistor que forneceria ao receptor a mesma potência de ruído que é entregue por esta antena.

Polarização de Antenas

1. Polarização Linear

   1. O Campo Elétrico (E) se mantém sempre em uma mesma direção.
   2. A projeção do vetor Campo Elétrico em um plano perpendicular à direção de propagação resulta em uma reta.

2. Tipos de Polarização Linear

   1. Polarização Linear Vertical
   2. Polarização Linear Horizontal

3. Polarização Elíptica

   1. A projeção do campo elétrico descreve uma elipse em um plano perpendicular à direção de propagação, à medida que a onda se propaga.
   2. A polarização é o resultado da superposição de duas ondas de mesma frequência, propagando-se na mesma direção, com fases, amplitudes e orientações diferentes.

Polarização Circular

1. Caso particular da polarização elíptica, onde as duas ondas que se superpõem possuem amplitudes iguais e defasagem de π/2 (90°).

Perdas na Transmissão de Satélites

1. Perdas por atenuação em espaço livre.

2. Perdas por Descasamento de Polarização

   1. Muito pequenas.
   2. Antenas com polarização descasada.

3. Perdas de Apontamento e Cobertura

   1. Orientações diferentes dos eixos focais das antenas.
   • Satélite: cobertura
   • Estação terrena: apontamento
   1. Maior em antenas grandes (muito diretivas, cargas de ventos).
      1. Ordem de grandeza: menor que 0,5 dB.

4. Perdas por Fatores Pluviométricos e Atmosféricos

   1. Atmosfera: gera perdas e ruídos.

   2. Absorção Atmosférica:

   • Oxigênio molecular (O₂): importantes para f > 3 GHz.
   • Vapor de água não condensado: provoca janelas de propagação na atmosfera.
   • Chuvas: acúmulo de água.
   • Nuvens e nevoeiros.
   • Neve e granizo: influência para altas frequências.
   • Elétrons livres na atmosfera: distorce fase da frente de onda.

5. Influência da Ionosfera

   • 30 MHz → 2,5 dB; 50 MHz → 1,0 dB; 100 MHz → 0,3 dB.

6. Rotação Faraday

   1. Íons no campo magnético da Terra provocam variações de polarização na ionosfera, isto é, ocasionam variações do vetor de polarização, provocando desvanecimento (fading) lento no receptor.
   2. A solução é o uso de uma antena receptora polarizada circularmente. Maiores ocorrências em 150 MHz e desprezíveis acima de 10.000 MHz.

Características dos Ruídos em Satélites

1. Ruído interno muito baixo.
2. Não existe fading.
3. Fontes externas de ruído:

• Sol
• Terra
• Galácticos
• Cósmico
• Céu
• Atmosférico
• Lua
• Humano

Ruídos nas Antenas

1. Ruído Solar

   1. Interrompe o serviço.
   2. Duração: 10 minutos por 5 dias a cada semestre.

2. Ruído da Terra

   1. Maior fonte no uplink.
   2. Plano na banda C vale em média 254 K.

3. Ruído Lunar

   1. Desprezível.

4. Ruído do Céu

   1. Radiação da superfície terrestre + ruído atmosférico refletido na superfície.
   2. Aproximadamente 30 K para piores ângulos de elevação.

5. Ruído Atmosférico

   1. Radiação absorvida transforma-se em ruído por reemissão.
   2. Varia com frequência e ângulo de elevação.

Tipos de Antenas em Satélites

1. Ponto Focal

   1. TX/RX ocupam um dos focos da elipse da antena.

2. Offset

   1. “Divergência focal”.

3. Gregoriana

   1. Antena com duplo refletor, sendo que o subrefletor é um elipsoide.

Veículo Lançador: Ariane 3

1. Ariane 3: ESA (Agência Espacial Europeia)

   1. Capacidade para lançamento de dois satélites.
   2. 49 m de altura; 3,8 m de diâmetro e 237 toneladas.

2. Primeiro Estágio

   1. Altura (18,4 m); diâmetro (3,8 m); peso (165 toneladas).
   2. 4 motores Viking-5 (2.698 kN de empuxo em 135 s).

3. Segundo Estágio

   1. Altura (11,6 m); diâmetro (2,6 m); peso (37,6 toneladas).
   2. 1 motor Viking-4 (785 kN no vácuo em 123 s).

4. Terceiro Estágio

   1. Altura (9,9 m); 11,9 toneladas.
   2. Motor HM-7 (63 kN no vácuo em 720 s).

Ogiva do Veículo Lançador

1. Possui duas ogivas (uma para cada satélite).
2. Localização onde são colocados os satélites.
3. 8,6 m de altura.
4. 400 kg (alumínio).
5. 43 m³ (invólucro de 7,6 m de altura por 3,2 m de diâmetro).
6. O lançamento pode ser feito na base de Kourou (Guiana Francesa).
   1. Próxima à linha do equador (economia de combustível, +1 ano de vida útil).

Etapas de Lançamento de Satélites

1. Etapa 1: Órbita Circular Baixa

   1. O veículo lançador utiliza seus dois primeiros estágios para colocar a carga em uma órbita circular baixa.

2. Etapa 2: Órbita Elíptica de Transferência

   1. O terceiro estágio é acionado para colocar o satélite em órbita elíptica tangente à órbita circular baixa (perigeu) e à órbita síncrona (apogeu).

3. Etapa 3: Órbita Definitiva e Operação

   1. Com o satélite já entregue pelo lançador ao operador, são iniciados os procedimentos finais: ele é colocado em sua órbita definitiva e seus painéis são abertos para torná-lo operacional.

Fases de Entrada em Órbita

1. Lançamento
2. Órbita elíptica de baixo Perigeu (200 ~ 400 km)
3. Órbita de Apogeu (transferência, maior que 36.000 km)
4. Órbita de Deriva (órbita quase circular, 36.000 km)
5. Órbita Geoestacionária
6. Operação

Partida do Lançamento

1. Queima do 1º estágio (140 s)
2. Alinhamento da cápsula (227 s)
3. Queima do segundo estágio (275 s)
4. Desligamento do motor do 3º estágio (7 rpm)

Estabilização do Satélite

1. O satélite é reorientado, separado e a antena OMNI é estendida.
2. O satélite é reorientado, rastreado e sua rotação é ajustada para 50 rpm através de comando da Terra.
3. Ajuste de atitude para disparo do motor de apogeu.
4. Disparo do motor.
5. Reorientação do eixo principal de rotação.

Controle Ativo e Operação Final

1. Rerrotacionamento da plataforma.
2. Extensão das antenas e do sinal polar.
3. Ajuste em órbita e fim da deriva.