Redes de Comunicações Via Satélite. Prof. Gilson Alves de Alencar

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Redes de Comunicações Via Satélite

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Mercado de Comunicações Via Satélite

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Potencial Mercadológico

•

DBS-TV (Direct Broadcast Satellite TV)

• Transmissão de Dados

• Acesso à Internet

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Módulo I

• Mecânica Orbital

• Veículos Lançadores

• Satélites Geoestacionário

• Segmentos do Sistema

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Mecânica Orbital

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Mecânica Orbital

FORÇAS QUE ATUAM SOBRE O SATÉLITE

2

r

m

GM

F

_IN

=

E

r

mv

F

_OUT 2

=

F_in→ Força Centrípeta (Força Gravitacional)

F_OUT → Força Centrífuga (Devido a energia cinética) G → Constante Gravitacional Universal

G = 6,672 x 10-20 Km3/Kg s2

µ = GM_E → Constante de Kepler

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Mecânica Orbital

PERÍODO DE ROTAÇÃO DO SATÉLITE

F

_IN

= F

_OUT

m p 2 3

2

4 r

T

=

DISTÂNCIA DO SATÉLITE AO CENTRO DA TERRA

3 1 2 2

4

_     = p m

T

r

(3a _{Lei de Kepler)}

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Mecânica Orbital – Satélite Geoestacionário

T = 24h x 3600 s = 86.400 s µµ = 3,986004418 x 105 _Km3_/s2 d = r - r_e ; r_e = 6.378 Km d = 35.863,095 Km ≅≅ 36.000 Km 3 1 2 2 5

4 86400

10 986004418

,

3

      × × = p

r

Km

r

=

42 .

241 ,

095

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Mecânica Orbital – Satélite Geoestacionário

Satélite Geoestacionário:

Satélite que permanece em repouso em relação a um observador localizado na superfície terrestre.

Órbita Geosíncrona:

Órbita circular situada no plano do equador a 36000 Km da superfície terrestre na qual o período de rotação do satélite é igual ao período de rotação da Terra, ou seja, 24 horas.

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Satélites Não - Geoestacionário

Satélites de Baixa Órbita (LEO):

Satélites com altitudes entre 500 e 1.500 Km

Satélites de Média Órbita (MEO):

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Sistema GPS (Global Positioning System)

• O segmento espacial do sistema GPS é constituído por 24 satélites situados em 6 planos orbitais de 20.200 Km de altitude (MEO)_. Em cada órbita são agrupados 4 satélites em planos

separados de 600 _{em longitude. O período orbital é de 11 h 58 min}

tal que um mesmo satélite aparece duas vezes em um mesmo ponto a cada dia.

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Exercício

O ônibus espacial (Space Shuttle) pode ser considerado um

exemplo de satélite de baixa órbita. Muitas vezes, sua órbita é de 250 Km acima da superfície terrestre. Nesta altitude ainda existe um número finito de moléculas da atmosfera terrestre. O raio média da Terra é de aproximadamente 6378,14 Km. Com base nestes dados, determine o período da órbita circular do “Space Shuttle” a uma

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Solução do Exercício

T2 _{= (4}_π2_r3_)/_µ T2 _{= 4}_π2 _{x (6628,14)}3_{/3,986004418 x 10}5 _s2 T2 _{= 2,88401145 x 10}7 _s2 T = 5.370,30 s T = 89 min 30,3 s (Período) v = 2πr/T v = 41.645,83/5.370,13 v = 7,755 Km/s (Velocidade Linear)

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Cálculo do Ângulo de Elevação

)

sen(

)

sen(

)

cos(

)

cos(

)

cos(

)

cos(

g =

L

_e

L

_s

l

_s −

l

_e +

L

_e

L

_s

L_e → Latitude em graus da estação terrena L_s → Latitude em graus do satélite

l_e → Longitude em graus da estação terrena l_s → Longitude em graus do satélite

Para satélites geoestacionários: L_s = 0

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Cálculo do Ângulo de Elevação

Distância do Satélite a Estação Terrena:

(

)

2 1 2

)

cos(

2

1

              −       + = g s e s e s

r

Km

d

Ângulo de Elevação:

d

r

El

)

s

sen(

)

cos(

=

g

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Cálculo do Ângulo de Azimute

Ângulo intermediário αα:

(

)

( )

_     − = − e e s

L

l

sen

tan

1 a

1o _{Caso: A estação terrena (et) está no hemisfério norte com}

(a) o satélite localizado a sudeste da et: A_z = 1800 _- _α

(b) o satélite localizado a sudoeste da et: A_z = 1800 ₊_α

2o _{Caso: A estação terrena está no hemisfério sul com}

(a) o satélite localizado a nordeste da et:: A_z = α

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Cálculo do Ângulo de Azimute

Para posicionar o ângulo de azimute deve-se apontar o

eixo focal da antena para o norte verdadeiro (referência 00₎

e, então, girar a antena no sentido horário para o ângulo de azimute em questão.

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Exercício

Uma estação terrena está sendo instalada na cidade de

Londres Inglaterra, para transmissão de sinal de TV. Para o link de comunicação será utilizado um satélite geoestacionário do grupo Intelsat localizado sobre o oceano índico. Para a correta instalação da estação terrena é necessário determinar com certa precisão o ângulo de elevação e o ângulo de

azimute da antena. Utilizando os dados a seguir, determine: (a) a distância do satélite a estação terrena; (b) o ângulo de elevação; (c) o ângulo de azimute.

Latitude da Estação Terrena: 520 _N

Longitude da Estação Terrena: 00

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Resposta

Distância do Satélite a Estação Terrena: 41.034,28 Km Ângulo de Elevação: 5,8470

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Perturbações Orbitais

Variação Longitudinal: Efeito da Curvatura da Terra

A Terra não é perfeitamente esférica e nem perfeitamente

elíptica. A geometria terrestre pode ser melhor representada por elipsóide triaxial. A Terra é achatada nos pólos; e o diâmetro equatorial é 20 Km maior que o diâmetro médio polar. O raio equatorial não é constante e não apresenta variação superior a 100 m. Além destas irregularidades, existem regiões da Terra onde a densidade média de massa parece ser maior. Estas regiões são referidas como regiões de concentração de massa (Mascons). A não esfericidade da Terra, a não uniformidade de seu raio e as variações de densidade de massa produzem

alterações no campo gravitacional em torno da Terra. Tais irregularidade produzem variações longitudinais, para leste ou para oeste, na posição nominal do satélite.

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Perturbações Orbitais

Variação de Inclinação: Efeito do Sol e da Lua

O plano da órbita terrestre em torno do Sol – órbita eclíptica –

apresenta uma inclinação de 7,30 _{em relação ao plano equatorial do}

Sol. O plano do equador terrestre apresenta uma inclinação de 230 _em

relação ao plano da órbita eclíptica. A lua circula a Terra com uma inclinação de 50 _{em relação ao plano do equador terrestre. Todas}

estas variações de plano, produzem uma variação na inclinação do plano da órbita do satélite. Neste caso, uma força de aceleração atua sobre o satélite fora de seu plano orbital.

A massa do Sol é muito maior que a massa da Lua. No entanto, a Lua está muito mais próxima da Terra do que o Sol. Por esta razão, a força de aceleração induzida pela Lua sobre o satélite geoestacionário é duas vezes maior do que a do Sol. Esta força de aceleração provoca uma variação de inclinação da órbita do satélite a uma taxa de

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Perturbações Orbitais

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Perturbações Orbitais

Os satélites geoestacionários são mantidos na posição correta por controladores em Terra. O controle de

posição é feito de modo a manter o satélite em uma caixa imaginária com limites de ± 0,050 _{em latitude e}

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Efeitos Orbitais Sobre os Sistemas de Comunicação

Eclipse Solar:

O satélite está em condição de eclipse quando se encontra na região de sombra da Terra. Os eclipses ocorrem em dois períodos: nos equinócios de 21 de março e 23 de setembro. Os eclipses se iniciam 23 dias antes dos períodos de equinócio e terminam 23 dias após tais períodos. Durante os equinócios de 21 de março e 23 de setembro o Sol cruza o plano do equador terrestre. Nesta condição, a Terra, o satélite e o Sol se encontram no mesmo plano.

Durante os períodos de eclipse as baterias do satélite devem

manter os seus sistemas em prefeito funcionamento. Desta forma, o sistema de baterias do satélite é dimensionado de forma a

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Interferência Solar:

Durante os períodos de equinócio, o satélite não só passa através da sombra da Terra, mas também cruza a linha que une o Sol a estação terrena. Durante esta fase do período de equinócio a antena da estação terrena fica exposta a uma radiação solar de grande intensidade. O Sol é uma poderosa fonte de microonda com temperatura equivalente de ruído variando de 6.000 a 10.000 K. A estação terrena não só receberá o sinal do satélite mas também a temperatura de ruído proveniente do Sol. A elevação da temperatura de ruído poderá causar desvanecimento do sinal recebido de tal modo que a transmissão poderá ser momentaneamente

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Lançamento

GTO/AKM - Órbita de Transferência Geoestacionária com Motor de Apogeu

AKM – (Apogee Kick Motor)

GTO com Transferência Lenta de Órbita