Aula 09

(1)

COMUNICAÇÃO VIA SATÉLITES

Plataforma de Comunicação

(2)

Plataforma de Comunicação

q 

Subsistemas

q 

Controle de Altitude

q 

Subsistema de Propulsão

q 

Suprimento de Energia

q 

Telemetria, Rastreamento e Controle (TTC)

(3)

Plataforma de Comunicação

¨ 

É comum a distinção do payload com a plataforma

de comunicação

n Módulo de serviço

¨ 

A plataforma é definida por:

n Requisitos do payload

n Natureza e efeitos do ambiente espacial

(4)

(5)

Subsistemas

¨ 

Controle de Altitude e Órbita (AOCS)

 

Funções:

n Estabilização de altitude

n Definição de órbita

(6)

Subsistemas

¨ 

Propulsão

 

Funções

n Prover incremento de velocidade

 

Caracterizado pelo impulso específico e massa do

propelente

n Propelente ou propulsante é um material que pode ser

(7)

Subsistemas

¨ 

Suprimento de Energia

 

Funções

n Prover energia elétrica

 

Características

n Potência

(8)

Subsistemas

¨ 

Telemetria, rastreamento e controle

 

Funções

n Troca de informações de manutenção

 

Características

n Número de canais

(9)

Subsistemas

¨ 

Controle Térmico

 

Funções

n Manutenção da temperatura  

Características

n Capacidade de dissipação

(10)

Subsistemas

¨ 

Estrutura

 

Funções

n Suporte (físico) ao equipamento

 

Características

n Rigidez

(11)

(12)

Controle de Altitude

¨ 

O movimento do satélite pode ser definido como

n movimento do seu centro de massa no sistema de

coordenadas terrestre

n movimento do corpo do satélite em torno do seu centro de

massa

¨ 

A altitude é determinada com base em 3

parâmetros

n Roll (x)

n Pitch (y)

n Yaw (z)

(13)

(14)

Controle de Altitude

¨ 

Direcionamento

n O satélite gira em torno do eixo “pitch” para compensar o

movimento da terra em relação ao satélite para que o satélite fique sempre apontando para a terra

¨ 

Estabilização

n Compensa os efeitos de torques de perturbação da altitude

n Perturbações:

n  Pressão da radiação solar n  Forças gravitacionais

(15)

Controle de Altitude

¨ 

Controle passivo

n Utiliza efeitos naturais como torque para correção da

altitude

n  Uso do gradiente gravitacional

¨ 

Controle ativo

n Medição da altitude

n Determinação da altitude de acordo com as coordenadas

locais

n Cálculo dos comandos de atuação

n Execução das correções (através dos atuadores)

(16)

Controle de Altitude

¨ 

Sensores

n Sensor de Sol n Sensor de Terra n Sensor de Estrelas n Unidades Inerciais n Sensores de RF n Detectores de Laser

(17)

(18)

(19)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Tem o objetivo de gerar forças que atuem no centro

de massa do satélite

¨ 

As forças alteram a órbita do satélite

¨ 

Também funcionam na produção de torques para o

(20)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsores

n Baixa potência: usados para controle de altitude e de

órbita

n Média e Alta potência: usados para mudança de órbita na

fase de lançamento

n  Depende do tipo de lançador utilizado

n  Formam os Apogee Kick Motor (AKM) e o Perigee Kick Motor

(21)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão química

n Tem por objetivo a criação de impulsos através da geração

de gases em alta temperatura derivados da combustão de uma reação química

n Propelentes sólidos

n  Incrementa a velocidade para injeção inicial em órbita

n  Utilizados uma única vez para impulsos fortes

n  100N < F < 90000N

(22)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão química

n Gás Gelado

n  Consiste da liberação de gás armazenado em um reservatório

sob pressão através de um escapamento

n  Podem ser utilizados tanto líquidos como gasosos dependendo

apenas de sua natureza e pressão

n  Líquidos: Clorofluorcarboneto (CFC), propano e amônia

(23)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão química

n Hidrazina Monopropelente

n  Um gás a uma temperatura de 900ºC

n  Composto por amônia, nitrogênio e hidrogênio

n  Obtido através da decomposição catalítica da hidrazina

n  Liberado por um escapamento

n  Utiliza um catalizador de metal (Iridium) n  0,5N < F < 20N

(24)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão química

n Propulsão bipropelente

n  Utiliza da união de dois propelentes

n  Juntos possuem a propriedade de ignição espontânea

n  Composto por tetróxido de nitrogênio como oxidante e

monometilidrazina como combustível

n  A taxa de mistura determina o desempenho da combustão

n  10N < F < +10000N n  290 a 310s

(25)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão química

n Propelente Líquido

n  Este sistema contem um reservatório para o propelente

n  O propelente é injetado em motores sob a pressão correta para

(26)

Subsistema de Propulsão

¨ 

Propulsão elétrica

n Requer o uso de campos eletroestáticos e eletromagnéticos

para acelerar e liberar material ionizado

n É mais avançada que a propulsão química

n Caracterizado por pequenos jatos de menos de 0,1N com

(27)

(28)

Suprimento de Energia

¨ 

O subsistema é composto por:

n Fonte primária de energia

n  Converte alguma outra forma de energia em energia elétrica

n Fonte secundária

n  Entram em substituição quando a fonte primária não pode suprir

a demanda (ex: baterias)

n Condicionamento

n  Regulação e distribuição

(29)

Suprimento de Energia

¨ 

Fontes primárias

 

Baseadas na energia solar

n Radiação solar (eletromagnético)

n Células Solares (térmico)

(30)

Suprimento de Energia

¨ 

Fontes secundárias

n Armazena energia da fonte primária quando esta está

operacional

(31)

(32)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

TTC – Telemetry, Tracking and Control

¨ 

Responsável por

n Receber sinais das estações terrestres

n Alterar estados e modos de operação

n Transmitir resultado de medições e informações das

operações do satélite

n Verificar a execução de comandos

n Medir a distância satélite-superfície e velocidade radial

(33)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

Frequência de uplink: 2025~2120MHz

¨ 

Frequência de downlink: 2200~2300MHz

¨ 

A banda de 100 MHz é suficiente para acomodar

as portadoras moduladas de vários satélites em

órbita

(34)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

Enlaces de Telecomandos

n Telecomandos são comandos transmitidos tanto para ajustar

parâmetros no sistema do satélite como para ler

registradores em um computador ou memória com comandos em sistema binário (on/off)

n São providas por uma portadora a qual a frequência

depende da banda utilizada

(35)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

Enlaces de Telecomandos

n Os comandos podem ser:

n  Executados imediatamente após a recepção

n  Armazenados na memória e executados após a recepção de

outro comando

n  Armazenados na memória e executados quando ativados em um

momento determinado (agendado) ou quando ativado por um sinal produzido por outro subsistema no satélite (trigger)

(36)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

Enlaces de Telemetria

n Também possui subportadoras moduladas em poucos

kilohertz (40.96 kHz)

n Os dados transmitidos podem ser:

n  Sinais analógicos que correspondem aos resultados de medições

n  Palavras digitais com o valor de um registrador ou a saída de

codificador

n  Estados binários (on/off)

n Os sinais analógicos são amostrados, quantizados e

codificados com um número de bits suficientes para a resolução necessária e para a faixa de variação da amplitude do sinal.

(37)

Telemetria, rastreamento e controle

¨ 

Enlaces de Telemetria

n Um clock é necessário para discretizar o sinal analógico

n Os dados são obtidos

n  Diretamente do equipamento do satélite e condicionados (A/D,

formatação, etc.) no codificador telemétrico

n  Na saída de uma unidade de processamento no local de uma

(38)

(39)

Controle Térmico

¨ 

Tem por objetivos

 

manter os equipamentos do satélite em faixas de

temperaturas que o permita operar satisfatoriamente

 

permitir seu desempenho nominal

 

evitar qualquer deteroriação irreversível quando o

equipamento estiver desativado (fora de operação)

¨ 

Também é aplicado à estrutura do satélite para

que ela mantenha uma temperatura controlado de

modo que minimise a deformação e garanta

precisão nos sensores de alinhamento e

estabilização de altitude e antenas

(40)

Controle Térmico

¨ 

Faixas de temperaturas especificadas:

n Antena: -150˚C até +80˚C

n Equipamentos (standby): -30˚C até +55˚C

n Equipamentos (operação): -10˚C até +45˚C

n Gerador Solar: -160˚C até +55˚C

n Bateria (standby): -10˚C até +25˚C

n Bateria (operação): +0˚C até +10˚C

n Sensor Solar: -30˚C até +55˚C

n Reservatório de Propelente: +10˚C até +55˚C

(41)

Controle Térmico

¨ 

Princípio:

n A temperatura média de um equipamento é o resultado do

equilíbrio entre o calor gerado internamente, o calor

absorvido e radiado pelas superfícies e o calor recebido ou removido pela condução através da mecânica de montagem do equipamento

n A temperatura média de um satélite é o resultado do

equilíbrio entre o calor gerado internamente, o calor

absorvido pelas superfícies do satélite e o calor radiado pelas superfícies do satélite

(42)

Controle Térmico

¨ 

As características do ambiente espacial influenciam

(43)

Controle Térmico

¨ 

O controle térmico consiste em:

n Ajustar a condutividade térmica entre as várias partes do

satélite favorecendo ou limitando a troca de calor entre dois pontos

n Fazer uso das propriedades termo-ópticas (emissividade e

absorção) de superfícies para favorecer a extração de calor pela radiação