LEO (Low Earth Orbit) Satélites de Baixa Órbita. MEO (Medium Earth Orbit) Satélites de Média Órbita

Transcrição

1 Comunicações Via Satélite Classificação dos satélite quanto à distância da órbita LEO (Low Earth Orbit) Satélites de Baixa Órbita MEO (Medium Earth Orbit) Satélites de Média Órbita GEO (Geostationary Orbit) Satélites de Órbita Geo-estacionária

2 Comunicações Via Satélite Classificação dos satélite quanto à distância da órbita Satélites de baixa e média órbita giram ao redor da terra em um período menor que 24 horas. Exigem estações rastreadoras de maior complexidade. São mais utilizados para serviços móveis. Satélites geo-estacionários giram ao redor da terra em um período de 24 horas, aproximadamente. O plano orbital destes satélites coincide com o plano do equador. São satélites utilizados principalmente para serviços fixos, embora alguns sejam utilizados também para serviços móveis. Não existem distâncias rígidas para definirem se uma órbita é baixa ou média. Há quem considere de baixa órbita os satélites até km e de média órbita até km. Entretanto, o sistema GPS utiliza satélites que estão a uma distância de cerca de km da terra. Exercício: Como poderiam ser classificados os satélites do sistema GPS? Eles são fixos ou móveis? Seus períodos são superiores ou inferiores a 24 horas?

3 c Comunicações Via Satélite Leis do movimento orbital (ou de Kepler) k trans096.ppt

4 Comunicações Via Satélite Leis do movimento orbital (ou de Kepler) Primeira lei de Kepler: A órbita do satélite é elíptica com o centro da Terra ocupando um dos focos. Segunda lei de Kepler: A linha que liga o satélite ao centro da Terra varre áreas iguais em tempos iguais. Terceira lei de Kepler: A razão entre os quadrados dos períodos de dois satélites é igual à razão entre os cubos de suas distâncias médias ao centro da terra. Exercício: Com base nas leis de Kepler, quais satélites apresentam período orbital menor e maior: LEO, MEO ou GEO?

5 Comunicações Via Satélite Principais parâmetros orbitais c k Apogeu Período Inclinação Perigeu trans088.ppt

6 Comunicações Via Satélite Principais parâmetros orbitais Apogeu é o ponto de maior afastamento do satélite em relação à terra. Perigeu é o ponto em que o satélite está mais perto da terra. Período é o tempo de duração de uma órbita. Ângulo de inclinação da órbita é o ângulo entre o plano da órbita e o plano do equador. Exercício: Qual é o ângulo de inclinação da órbita de um satélite geoestacionário?

7 Posicionamento do satélite em sua órbita Apogeu a c Terra Perigeu Definindo a forma da órbita: a, e=c/a satélite r v Apogeu a c Terra Perigeu Posicionamento do satélite em sua órbita

8 Comunicações Via Satélite Principais bases de lançamento c k trans095.ppt

9 Comunicações Via Satélite Principais bases de lançamento Pode-se observar que, apesar da vantagem, existem poucas bases próximas à linha do equador. Isto é bastante compreensível, já que a maioria dos países que detêm tecnologia de lançamento se situa distante do equador. Exercício: Analisando o mapa, quais seriam as bases com melhor localização geográfica para lançamentos?

10 c k Comunicações Via Satélite Órbitas terrestres Órbita de 160 km 1,5 h Órbita de km 24 h Órbita de km 30 dias trans061.ppt

11 Comunicações Via Satélite Órbitas terrestres A órbita mais utilizada para comunicações comerciais é a geoestacionária. Existem sistemas para comunicações globais, implantados ou em implantação, utilizando órbita baixa, como é o caso do Globalstar, Elipso, Comsat etc. Por utilizarem órbita baixa, giram constantemente ao redor da terra, desaparecendo e reaparecendo no horizonte. Para que a estação receptora não perca o sinal, é necessário implantar vários satélites interligados e estações rastreadoras complexas. São mais adequados para serviços móveis Exercício: Quais seriam as vantagens e as desvantagens em utilizar a lua (satélite natural da terra) como um repetidor de sinais? Não pense que é brincadeira. Isto já foi tentado algumas vezes.

12 c k Comunicações Via Satélite Órbita circular x órbita elíptica ÓRBITA CIRCULAR PERIGEU APOGEU ÓRBITA ELÍPTICA trans001.ppt

13 Comunicações Via Satélite Órbita circular x órbita elíptica Órbitas circulares são aquelas em que os satélites estão a uma mesma distância da terra. A rigor, pelas leis de Kepler, todas as órbitas naturais são elípticas. Na órbita elíptica temos a destacar, além do apogeu e do perigeu, um parâmetro importante que é a excentricidade, ou seja, a relação entre distância focal e o semi-eixo maior da elipse. Quando a excentricidade é zero, a elipse transforma-se em um círculo. Com efeito, órbitas elípticas de pequena excentricidade podem ser consideradas como circulares, para simplificar alguns cálculos. Assim é o caso da órbita geo-estacionária, considerada como aproximadamente circular. Este conceito deve ser utilizado com muita cautela, uma vez que existem perturbações na órbitas dos satélites geo-estacionários causadas pelo fato da órbita não ser exatamente circular (lembrar, mais uma vez, das leis de Kepler). Exercício: Tente imaginar e explicar um tipo de perturbação causada pelo fato da órbita geo-estacionária.

14 Efeito da excentricidade não-nula e 0 (órbita geossíncrona) t 0 +6 H t 0 +6 H e=0 (órbita geossíncrona) L=L max t H A t H L=0 L=0 t 0 t 0 P L=L max t H t H

15 Fases da órbita de transferência Órbita geo-estacionária V S =3075m/s Órbita de transferência V A =1597m/s Órbita de transferência Órbita geo-estacionária V p = m/s

16 Posicionamento de um satélite na órbita geoestacionária V a = 1,61km/s Órbita síncrona ,2km Órbita de transferência V = 3,07km/s V p = 10,15km/s

17 c k Comunicações Via Satélite Órbitas elípticas alongadas trans030.ppt

18 Comunicações Via Satélite Órbitas elípticas alongadas Os satélites de órbita elíptica alongada (alta excentricidade) tem um movimento irregular ao redor da terra. Quando se encontram mais afastados, deslocam-se mais lentamente, permitindo cobrir uma região durante um tempo maior. Quando se aproximam da terra, deslocam-se com maior velocidade. São bastante utilizados para observações das regiões próximas aos pólos. Exercício: Se você tivesse que definir um tipo de órbita para um satélite que iria monitorar as queimadas na Amazônia, certamente encontraria vantagens e desvantagens em cada tipo (LEO, MEO, GEO, Elipse Alongada etc). Cite as vantagens e as desvantagens em utilizar um satélite de órbita elíptica alongada.

19 Comunicações Via Satélite Órbita inclinada N Órbita inclinada (i = ângulo de inclinação) Órbita equatorial i S sat114.ppt

20 Inclinação da órbita N Órbita inclinada (i = ângulo de inclinação) Órbita equatorial i S

21 c k Comunicações Via Satélite Forças atuantes sobre um objeto no espaço F=mv 2 /r m F=GMm/r 2 M P2-pg59

22 Comunicações Via Satélite Forças atuantes sobre um objeto no espaço A partir das forças que atuam sobre um corpo no espaço foi possível concluir a distância da órbita geo-estacionária. Vale lembrar que a distância de km ( km) não é constante e isto causará uma outra perturbação, a ser vista mais adiante. Exercício: Demonstrar que o raio da órbita não depende da massa do satélite.

23 Comunicações Via Satélite Órbita inclinada Os satélites artificiais são colocados em órbitas elípticas, umas alongadas e outras aproximadamente circulares. Tomando-se como referência o plano do equador, diz-se que uma órbita é equatorial se ela estiver contida no plano do equador. Do contrário, ela é dita inclinada, com ângulo de inclinação i. Toda órbita inclinada intercepta o plano do equador em dois pontos chamados nos e a interseção do plano da órbita com o plano do equador é denominada linha dos nós. Assim, podemos definir linha dos nós como sendo o lugar geométrico dos pontos de interseção das órbitas inclinadas com o plano do equador.

24 Comunicações Via Satélite Órbita inclinada Um satélite é dito geo-síncrono quando seu período de rotação ao redor da terra é de 24 horas (igual ao período de rotação da Terra). Quando um satélite é ao mesmo tempo síncrono e de órbita equatorial, é chamado de geo-estacionário. Logo, um satélite geo-estacionário aparenta estar imóvel em relação a um observador situado na superfície da Terra. Uma órbita inclinada bastante importante é a órbita polar, bastante usada pela Rússia. Este tipo de órbita permite um mapeamento da terra com bastante detalhes. Exercício: Calcular o tempo de propagação entre dois satélites geoestacionários, sendo um deles situado a 60 o W e o outro a 120 o W.

25 Frota de foguetes Ariane

26 Comunicações Via Satélite O foguete Ariane O foguete Ariane foi utilizado em todos os lançamentos do Brasilsat, até agora. O Ariane 4 coloca até 4,9 toneladas em órbita GEO. A versão 5 do foguete permite fazer lançamentos de até 6,5 toneladas, crescendo para 10,5 toneladas em Todos os lançamentos do Brasilsat foram feitos da base terrestre de Kourou, na Guiana Francesa. Existe no Brasil uma base de lançamentos de foguetes localizada em Alcântara, próxima a São Luiz-MA. Por estar mais próxima à linha do equador, foi projetada com maior estrutura para lançamentos de foguetes de maior porte do que os lançados da Barreira do Inferno. O Brasil firmou acordo recentemente com os Estados Unidos, permitindo o uso da Base de Alcântara. Exercício: Explique por que as bases de lançamento de foguetes para satélites geoestacionários devem ser o mais próximo possível da linha do equador?

27 Sala de montagem do foguete Ariane

28 Testes pré-posicionamento

29 Satélite posicionado para entrar na ogiva

30 Satélites posicionados na ogiva

31 Comunicações Via Satélite Foguete Ariane 5 c k trans067.ppt

32 Foguete Atlas

33 Foguete Atlas (2)

34 Foguete Atlas (3)

35 Lockheed Proton

36 Lockheed Titan IVB

37 Comunicações Via Satélite Lançamento de veículo tripulado c k trans112.ppt

38 Comunicações Via Satélite Lançamento de plataforma marítima c k trans075.ppt

39 Comunicações Via Satélite Lançamento de plataforma marítima Empresas como a Boeing começam a construir bases de lançamento em plataformas marítimas, permitindo reduzir o consumo de combustível do foguete. São plataformas móveis, permitindo maior flexibilidade para lançamentos a partir de pontos estratégicos, não só em relação à linha do equador como em relação à proximidade de estações de rastreamento. Exercício: Qual a vantagem mais notória no uso de uma plataforma marítima para lançar um foguete com um satélite geo-estacionário?

40 c k Comunicações Via Satélite Etapas do lançamento Órbita de transferência Órbita geo-estacionária Órbita de deslocamento trans028.ppt

41 Comunicações Via Satélite Etapas do lançamento A órbita de transferência é a primeira etapa do lançamento, durante a qual o satélite é conduzido a uma distância tal que lhe permita atingir uma posição denominada apogeu. Ao atingir o apogeu da órbita de transferência, o satélite executará uma seqüência de órbitas ligeiramente circulares, deslocando-se para ocupar uma posição na órbita geo-estacionária. Então, já na órbita a km da terra, o satélite será deslocado até ocupar a posição definitiva. Exercício: Traçar um gráfico distância x tempo da trajetória do satélite até o sua posição orbital.

42 Etapas do lançamento 2nd stage burn Estabilidade do girostato e configuração orbital Posição de apontamento Perigee stage and Spacecraft spun and Separated from 2nd stage (100 N.MI. Altitude) Lançamento Perigee stage fired Em posição na órbita Separação do veículo lançador a 296km de (160nmi) altitude Posicionamento do refletor e extensão dos painéis Perigee stage separated Ativação do controle de nutação To orientation and tracking Ativação do controle de nutação 45 min. Posicionamento da antena omni Disparo do motor do módulo de apoio Separação do módulo de apoio Ajuste de atitude e pré-disparo Posicionamento da plataforma de giro reverso Reorientação do eixo de giro Ajuste de atitude Reorientação e rastreamento Disparo do motor de apogeu Estabilização de giro

43 Perfil da órbita de um satélite Globalstar após separação

44 Lançamento a partir do Ônibus Espacial

45 Comunicações Via Satélite Lançamento de veículo tripulado Já são utilizadas missões espaciais tripuladas para lançar e manipular satélites em órbita. O lançamento por veículo tripulado para satélites geo-estacionários encontra-se em fase de estudos, mas os custos ainda são extremamente elevados. Exercício: No seu entendimento, de que forma um satélite geoestacionário poderia ser reparado por um ônibus espacial?

46 Disposição dos retrofoguetes em um satélite giro-estabilizado Eixo de giro Retrofoguete radial 2 Retrofoguete radial 1 Retrofoguete axial 2 Retrofoguete axial 1

47 Comunicações Via Satélite Foguete reaproveitável c k trans087.ppt

48 Comunicações Via Satélite Foguete reaproveitável A idéia de utilizar foguetes reaproveitáveis é antiga, porém somente agora a idéia ganhou impulso no que diz respeito a lançamento de satélites de comunicação. O foguete consiste de apenas um estágio. Após o alijamento do satélite, o foguete retorna para ser reutilizado. Exercício: Cite algumas vantagens que poderia haver com lançamentos a partir de ônibus espaciais.