PARTE 3: COMUNICAÇÃO POR SATÉLITE AULA 14: FÍSICA DOS SATÉLITES. Sistemas de Telecomunicações II Prof. Flávio Ávila

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1 PARTE 3: COMUNICAÇÃO POR SATÉLITE AULA 14: FÍSICA DOS SATÉLITES Sistemas de Telecomunicações II Prof. Flávio Ávila

2 Lista 2 5.1, 5.6, 5.7, 5.8, 5.10, 5.11, 5.12, 5.13, 5.14, 5.15, 5.27, 5.30

3 Referências Dennis Roddy, Satellite Communications, Terceira Edição

4 Referências Dennis Roddy, Satellite Communications, Terceira Edição

5 Evolução dos satélites artificiais 5 Arthur Clarke Órbita geoestacionária 1945

6 Evolução dos satélites artificiais 6 Sputnik 01 URSS Primeiro satélite artificial, 1957 Dados de telemetria Densidade da atmosfera Estudo da ionosfera Três meses em órbita Início da corrida espacial

7 Evolução dos satélites artificiais 7 Score Signal Communications by Orbiting Relay Equipment Primeiro satélite para comunicação Mensagem do presidente Dwight Einsenhower CORE_(satellite) Resposta americana a Sputinik Órbita baixa Experimental

8 Evolução dos satélites artificiais 8 Telstar Telstar 1 e 2 Órbita baixa de 158 min Banda 6 GHz (Uplink) 4 GHz (Downlink) Transmissão de TV, telefone, fax Ainda em órbita AT&T

9 Evolução dos satélites artificiais 9 Syncom Primeiro satélite geoestacionário de comunicações Retransmissão dos jogos olímpicos

10 Evolução dos satélites artificiais 10 ATS Application Technology Satellite Recepção individual de TV Órbita geoestaionária Estabilização por três eixos

11 Evolução dos satélites artificiais 11 Molnyia União Soviética, 1965 Órbita altamente elíptica Transmissão de TV

12 Evolução dos satélites artificiais 12 Iridium Constelação 66 satélites Serviços de telefonia móvel (substitiu celular) 1998, EUA Iridium: elemento químico com número atômico 77 (número previsto de satélites)

13 Física dos satélites 13 Satélite Corpo que gira em torno de outro com massa muito maior Movimento e trajetória determinados pela força de atração gravitacional mútua Órbita Trajetória descrita pelo centro de massa de um satélite Sujeito a forças gravitacionais e corretivas de exercidas por um motor propulsor Em geral eliptica Apogeu Posição de um satélite mais afastada da terra Perigeu Posição do satélite mais próxima da terra quando em órbita elíptica. Inclinação Ângulo entre o plano orbital e o plano equatorial da terra Pode ser praticamente constante ou variável

14 14 Física dos satélites

15 Física dos satélites 15 Primeira lei de Kepler Órbita do planeta em torno do Sol forma uma elipse Sol ocupa um dos focos

16 Física dos satélites 16 Segunda lei de Kepler Planeta descreve áreas iguais em tempos iguais.

17 Física dos satélites 17 Terceira Lei de Kepler Quadrado do período proporcional ao cubo do semieixo da elipse Período orbital semi-eixo maior da elipse Constante de Kepler

18 Órbitas 18 Tipos Elípticas: baixa ou alta Circulares: baixa ou alta Geoestacionárias ou geosíncronas

19 Órbitas 19 GEO (Geosynchronous Earth Orbit): órbita circular equatorial geosíncrona período de revolução: 23 h 56 m 4,091 s altitude média: km LEO (Low Earth Orbit): órbita circular de baixa altitude altitude típica: km período de revolução 1h 30m - 2h MEO (Medium Earth Orbit): órbita circular de altitude média altitude típica: km período de revolução 6 horas HEO (Highly Elliptical Orbit): órbita fortemente elíptica órbita elíptica inclinada perigeu de baixa altitude

20 20 Órbitas

21 21 Órbitas

22 Órbitas 22 Características GEO: o satélite mantém-se fixo em relação à Terra; LEO: o satélite está a uma distância relativamente curta; MEO: o satélite está a uma distância intermédia entre GEO e LEO, permanecendo em visibilidade durante mais tempo do que em LEO; HEO: em baixas latitudes, o satélite apresenta-se próximo do zênite durante um período de tempo apreciável.

23 Órbitas 23 Aplicações GEO: comunicações fixas, difusão, meteorologia; LEO: comunicações móveis, radioamadorismo, observação da Terra e atmosfera; MEO: comunicações móveis, navegação; HEO: comunicações móveis.

24 Órbita geoestacionária 24 Força centrípeta 2 mv F c d = Força gravitacional GMm F 2 d M Para ser geoestacionário 2 Rad/hora R H R + H = d v H=36.000km

25 25 Órbita geoestacionária

26 Órbita LEO 26 Altitude constante e da ordem de centenas de quilômetros Período compreendido entre 1 e 1 1/2 hora Exemplos IRIDIUM GLOBALSTAR ELLIPSO ORBCOMM

27 Órbita MEO 27 Altitude aproximada de quilômetros Período em torno de 6 horas Constelações de 10 a 15 satélites podem realizar cobertura global com comunicações em tempo real

28 Órbitas 28 HEO Plano orbital com ângulo de 64 o Permite cobertura de regiões de elevada latitude Sistema Molniya Período de 12 horas Regiões sobre o apogeu iluminadas por 8 horas. Minimizar efeitos de obstrução Úteis para comunicações móveis

29 Órbitas 29 Qual a melhor órbita? Depende Objetivos do sistema Nível de interferências aceitável Desempenho dos veículos lançadores Extensão e latitude da área a ser coberta Ângulo de elevação Duração e retardo de transmissão Interferência

30 Órbitas 30 Desvios da órbita em relação à elipse kepleriana a Terra não é uma esfera uniforme existem outras forças que atuam sobre o satélite: atração da Lua, do Sol e de outros planetas; campo magnético terrestre pressão da radiação solar atrito na atmosfera (satélites de órbita baixa) causam desvios de ciclo diário, ciclo longo e aperiódicos

31 Órbitas 31 Efeitos do Sol e da Lua sobre um satélite geoestacionário órbita inclina-se com o decorrer do tempo; desvios da ordem de 1 grau por ano são possíveis; medidas de correção: satélite executa manobras de correção Norte-Sul, com motores de gás; satélite lançado numa órbita ligeiramente inclinada, de sentido contrário ao futuro desvio Vida útil do satélite: combustível esgota-se

32 Órbitas 32 A inclinação do plano da órbita de um satélite geoestacionário Variação na direção de visibilidade do satélite na estação terrestre

33 Órbitas 33 Efeitos da Terra Terra é achatada ao longo do equadro há uma tendência não controlada de deslocamento para 75 o E e 105 o W medidas de correção: manobras com motores de gás

34 Órbitas 34 Os pontos a 75ºE e 105ºW são pontos de menor energia potencial Necessidade de efetuar correções permanentes Esgotamento do combustível Incapacidade de controlar a órbita

35 Órbitas 35 Efeito Doppler

36 Órbitas 36 Variação do atraso de propagação Satélites não geoestacionários Problema em acesso múltiplo temporal (TDMA) temporização da transmissão é continuamente ajustada Uso de buffers

37 Questionário 1) O que são apogeu e perigeu?

38 Questionário 2) O que significam LEO, MEO e HEO?

39 Questionário 3) Qual a diferença entre órbita geosíncrona e órbita geoestacionária?

40 Questionário 4) O que diz a primeira Lei de Kepler?

41 Questionário 5) O que diz a segund alei de Kepler?

42 Questionário 6) O que diz a terceira Lei de Kepler?

43 Questionário 7) Em qual das órbitas é maior o efeito Doppler? LEO, MEO, GEO.

44 Trabalhos Instruções serão entregues em breve Próxima terça Discussão do trabalho no terceiro tempo Tragam laptops (se possível, um por grupo)