Carga útil do satélite

 Alterações e correcções no controlo de atitude e no controlo orbital;

 Apontamento de antena e controlo;

 Modo de transponder de operação;

 Controlo da voltagem da bateria.

O sistema de comando é usado durante o lançamento para controlar o disparo do impulso do motor, implantar apêndices, como painéis solares e reflectores de antenas, derivando uma rotação estabilizada no corpo da nave espacial. (Ippolito, 2008)

A telemetria e o comando, durante as fases de lançamento e transferência de órbita, geralmente, requerem um sistema TTC & M de backup, uma vez que o principal sistema TTC & M pode estar inoperante se a antena não for implantada, ou a atitude da nave espacial não for adequada para a transmissão à Terra. O sistema de backup normalmente opera com uma antena omnidirecional, em UHF ou banda-S, com margem suficiente para permitir a operação nas condições mais adversas. O sistema de apoio pode também ser usado se o sistema principal TTC & M falhar em órbita. (Ippolito, 2008)

Normalmente, o satélite contém um receptor de comando que recebe sinais de controle do transmissor na estação terrestre. Os sinais de controle são compostos de: vários códigos digitais que determinam o que o satélite deve fazer. Vários comandos podem iniciar uma sequência de telemetria, ativar os propulsores para a correção de posição, reorientar a antena ou realizar outras operações conforme exigido pelos equipamentos especiais específicos para a missão. Geralmente, os sinais de controle são processados por um computador de bordo. (Frenzel, 2013)

Um transponder é uma série de unidades interligadas que forma um único canal de comunicação entre as antenas de recepção e transmissão em um satélite de comunicação. Algumas das unidades utilizadas por um transponder em um determinado canal podem ser comuns a vários transponders. Assim, embora seja feita referência a um transponder específico, isso deve ser considerado como um canal de equipamentos em vez de um único item de equipamento. (Roddy, 2006)

Um transponder do satélite difere de um repetidor de micro-ondas convencional em linha de visada porque muitas estações terrestres podem acessar o satélite simultaneamente, ou quase, a partir de diferentes localizações. (Haykin, 2004)

Figura 1.15. Transponder (FONTE: Cortesia do livro “Satellite technology” por Anil K. Maini & Varsha Agrawal).

As funções básicas de um transponder são amplificação e conversão de frequência. A razão para a conversão de frequência é que o transponder não pode transmitir e receber na mesma frequência. O sinal mais forte do transmissor iria sobrecarregar ou

“dessensibilizar” o receptor e bloquear o sinal do enlace de subida, proibindo assim qualquer comunicação. Frequências de transmissão e recepção bem espaçadas evitam interferências. (Frenzel, 2013)

Dois transponders podem usar polarizações diferentes, podendo assim, usar a mesma faixa sem interferência. (Miyoshi; Sanches, 2010)

Um satélite típico de comunicações comerciais hoje pode ter de 24 a 48 transponders, que operam nas banda C, banda Ku, ou banda Ka. O número de transponders pode ser dobrado através da utilização de polarização de reutilização de frequências, onde são

usadas duas portadoras com a mesma frequência, mas com polarização ortogonal.

Ambas, polarização linear (sentido horizontal e vertical) e polarização circular (do lado direito e sentido da esquerda) têm sido utilizados. A reutilização de frequência adicional pode ser alcançada através da separação espacial dos sinais, na forma de feixes concentrados estreitos, o que permite a reutilização da mesma portadora de frequência para locais separados fisicamente sobre a terra. A polarização de reutilização e feixes pontuais podem ser combinados para proporcionar quatro vezes, seis vezes, oito vezes, ou factores de reutilização de frequências ainda mais elevadas em sistemas avançados de satélite. (Ippolito, 2008)

1.5.1.2.2. Antenas

Os sistemas de antena na nave espacial são utilizados para a transmissão e recepção dos sinais de RF que compõem os links espaciais dos canais de comunicação. O sistema de antena é uma parte crítica do sistema de comunicações por satélite, uma vez que é o elemento essencial para o aumento da força do sinal recebido ou transmitido para permitir a amplificação, processamento e eventual retransmissão. (Ippolito, 2008)

Os sistemas de satélite de comunicação dependem significativamente tanto do desenho da antena do segmento espacial quanto do desenho da antena do segmento do usuário.

As antenas do segmento espacial devem atender aos seus requisitos de desempenho em suas áreas de cobertura especificadas, com permissão para variações de atitude do satélite. As antenas do segmento de usuário também devem atender aos requisitos de desempenho enquanto seguem o satélite em órbita. (Dybdal, 2009)

Os parâmetros mais importantes que definem o desempenho de uma antena são o ganho de antena, a largura do feixe da antena e os lóbulos laterais da antena. O ganho define o aumento da força atingida em concentrar a energia de onda de rádio, quer na transmissão ou recepção, pelo sistema de antena. O ganho da antena é geralmente expresso em dBi, decibéis acima de uma antena isotrópica, que é uma antena que irradia uniformemente em todas as direcções. A largura de feixe é normalmente expressa como a largura do feixe de meia potência ou a largura do feixe de 3 dB, o que é uma medida do ângulo ao longo do qual o ganho máximo ocorre. Os lóbulos laterais definem a quantidade de ganho nas direcções fora do eixo. A maioria dos aplicativos de comunicações via satélite exige uma antena a ser altamente direcional (de alto ganho, largura de feixe estreito) com insignificantes pequenos lóbulos laterais. (Ippolito, 2008)

Os tipos comuns de antenas utilizadas em sistemas de satélites são o dipolo linear, a antena de corneta, o reflector parabólico, e o agrupamento de antenas. (Ippolito, 2008) A antena dipolo linear é um radiador isotrópico que irradia uniformemente em todas as direcções. Quatro ou mais antenas dipolo são colocadas sobre a sonda para se obter um padrão quase omnidireccional. Antenas dipolo são usadas principalmente em VHF e UHF para links de rastreamento, telemetria e comando. Antenas dipolo também são importantes durante as operações de lançamento, onde a atitude da nave espacial ainda não foi estabelecida, e para os satélites que operam sem controlo de atitude ou da estabilização do corpo (especialmente para sistemas LEO). (Ippolito, 2008)

Antenas cornetas são utilizadas em frequências de 4 GHz ou superior, quando são necessários feixes relativamente amplos, como a cobertura global de um satélite GSO.

Uma corneta é uma secção alargada de guia de onda que fornece ganhos de até 20 dBi, com a largura do feixe de 100 ou superior. Se forem necessários maiores ganhos ou larguras de banda mais estreitas um reflector da matriz de antena deve ser utilizado.

(Ippolito, 2008)

A antena mais frequentemente usada para sistemas de satélites especialmente para aqueles que funcionem acima de 10 GHz, é a antena reflectora parabólica. Antenas reflectoras parabólicas são normalmente iluminadas por uma ou mais antenas tipo corneta de feed no foco da parabolóide. Reflectores parabólicos oferecem um ganho muito maior do que é possível atingir pela antena de corneta solitária. (Ippolito, 2008)

Existe um interesse crescente no uso de agrupamento de antenas para aplicações de comunicações via satélite. Um feixe orientável, focado, pode ser formado através da combinação da radiação de vários pequenos elementos constituídos por dipolos, hélices, ou cornetas. A formação de feixe pode ser conseguida por via electrónica, a partir do deslocamento de fase do sinal em cada elemento. A selecção adequada das características de fase entre os elementos permite que a direcção e a largura do feixe sejam controladas, sem movimento físico do sistema de antena. O ganho de antena de disposição aumenta com o quadrado do número de elementos. Os ganhos e a largura dos feixes, comparáveis às disponíveis a partir de antenas com reflector parabólico, podem ser conseguidos com o agrupamento de antenas. (Ippolito, 2008)