Satélite artificial e Satélite Natural

Transcrição

1 Satélite artificial Satélite artificial e Satélite Natural Até à pouco tempo atrás, os satélites eram dispositivos exóticos e ultra-secretos. Foram usados primeiramente para fins militares, para actividades como navegação e espionagem. Agora eles são uma parte essencial do nosso dia-a-dia. Podemos ver e reconhecer o seu uso em: - relatórios meteorológicos; - transmissão de televisão via satélite ; - chamadas de telefone diárias.

2 Satélite artificial Satélite artificial e Satélite Natural Em muitos outros casos, os satélites desempenham funções secundárias que escapam à nossa atenção. Alguns jornais e revistas conseguem transmitir notícias de última hora porque enviam os seus textos e imagens para diversos locais de impressão via satélite para acelerar a distribuição local. Antes de enviar sinais por cabos até nossas casas, a televisão a cabo depende de satélites para distribuir as suas transmissões. Os motoristas de táxi e limusines usam o sistema baseado em satélites denominado Global Positioning System (GPS) para nos levar até o lugar certo.

3 Satélite artificial Satélite artificial e Satélite Natural Um satélite artificial é qualquer corpo feito pelo homem e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta. Hoje em dia, ao contrário do que ocorria no início da história dos satélites artificiais, o termo satélite é usado praticamente como um sinónimo para "satélite artificial". O termo "satélite artificial" tem sido usado quando se quer distingui-los dos satélites naturais, como a Lua

4 Tipos de Satélites Biosatélites --- são satélites projectados para levar ao espaço organismos vivos para experimentação científica. Satélites miniaturizados --- são satélites com dimensões e massas reduzidas. Satélites de energia solar --- são satélites que usam células solares para captar a energia solar e a convertem em um feixe de microondas, transmitindo para grandes antenas na Terra por potentes transmissores a bordo do satélite. A energia captada pela antena pode então ser usada como uma fonte alternativa de energia.

5 Tipos de Satélites (cont.) Estações espaciais --- são estruturas fabricadas pelo homem e projectadas para permitir que seres humanos possam viver no espaço exterior. Uma estação espacial difere de uma espaçonave. Ao contrário das espaçonaves, as estações espaciais não possuem capacidade de propulsão nem de aterragem. Por outro lado as estações espaciais são projectadas para permitir a permanência humana por médios períodos de tempo, que variam de semanas até alguns anos.

6 Tipos de Satélites por função Armas anti-satélites --- as vezes chamados de satélites assassinos, são satélites projectados para destruir satélites "inimigos" e outros tipos de alvos em órbita. Tanto os Estados Unidos quanto a antiga URSS têm esses tipos de satélites. Satélites astronómicos--- são satélites usados para observações astronómicas, tanto no óptico, quanto em outras bandas do espectro electromagnético. Satélites de comunicação --- são satélites estacionários utilizados em telecomunicação.

7 Tipos de Satélites por função (cont.) Satélites do Sistema Global de Navegação (GPS) --- são satélites que enviam sinais de rádio a receptores móveis na Terra possibilitando a determinação precisa de sua localização geográfica. A recepção directa do sinal dos satélites GPS, combinada com uma electrónica cada vez melhor, permite que o sistema GPS determine a posição com um erro de poucos metros, em tempo real. ( Satélites de reconhecimento --- são satélites projectados para observação da Terra ou antigos satélites de comunicação utilizados para fins militares ou de espionagem. Pouco se sabe sobre a capacidade real desses satélites, pois os países que os desenvolvem geralmente não divulgam informações sobre eles.

8 Tipos de Satélites por função (cont.) Satélites de observação da Terra --- são satélites projectados para uso não-militar, para, por exemplo, monitoramento ambiental, meteorologia, mapeamento geográfico, etc. ( Satélites meteorológicos --- são satélites projectados essencialmente para monitorar o tempo e o clima na Terra.

9 Mas como funciona um satélite Um satélite funciona através de sinais que são emitidos na sua direcção. Quando se emitem sinais na direcção de um satélite, estes sinais são recebidos pelo receptor do satélite que os amplifica, converte espectralmente, podendo desmodular ou processar, quer comandos, quer os sinais terrestres, que os reenvia através da cadeia emissora do satélite, como sinais destinados a todas as estações que operarem no mesmo espectro radioeléctrico do satélite. Na mesma ocasião, em qualquer lugar do mundo que esteja situado no horizonte artificial do satélite, o utilizador, recebe os sinais. É assim que se processa uma retransmissão aeroespacial, ou como em síntese, pode funcionar um satélite por mais elementar que ele seja.

10 Qual o primeiro satélite a entrar em órbita na Terra? Não há estatísticas oficiais, mas estima-se que já foram lançados aproximadamente satélites, e que apenas cerca de 500 deles continuam em funcionamento. A União Soviética foi o primeiro país a colocar um satélite no espaço, o Sputnik, em1957. Pesando cerca de 84 kg foi feito pelos russos e emitia sons em determinadas frequências. Meses depois os americanos lançaram o seu primeiro satélite, o Explorer 1, que só pesava 14 kg e foi capaz de descobrir o Cinturão de Van Allen, um cinturão magnético que protege a Terra da radiação solar.

11 Satélites Geoestacionários UNIDADE 1 Movimentos na Terra e no Espaço

12 FÍSICA UNIDADE 1 Movimentos na Terra e no Espaço

13 Objecto de ensino 1.1-Viagens com GPS Funcionamento e aplicações Posição - coordenadas geográficas e cartesianas Tempo Trajectória Velocidade

14 1.2-Da Terra à Lua Interacções à distância Leis de Newton Movimentos Próximos da superfície Movimento de satélites geoestacionários

15 Funcionamento e aplicações do GPS GPS Global Positioning System - Sistema de Posicionamento Global

16 SISTEMA GPS

17 Sistema de posicionamento global É um sistema de radionavegação baseado em satélites, desenvolvido e controlado pelo departamento de defesa dos Estados Unidos, que permite a qualquer utilizador saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia. Foi criado no fim da década de 70 com o objectivo de precisar bombardeios contra países inimigos.

18 Descrição do GPS O GPS pode ser descrito em termos de 3 segmentos : o segmento espacial, o segmento de controlo e o segmento do utilizador.

19

20 É constituído por 24 satélites com relógios atómicos, com órbitas circulares em torno da Terra com um período orbital de 12 h, distribuídos em 6 planos orbitais igualmente inclinados. Os satélites emitem um sinal electromagnético de ondas rádio (cada satélite com uma frequência diferente entre 3 e 30 GHz) em intervalos de 1 milissegundo. Segmento Espacial

21 Constelação GPS Delta-II GPS Block I GPS Block II

22 Segmento de controlo É constituído por várias estações terrestres. Nestas estações terrestres são observadas as trajectórias dos vários satélites GPS e é actualizado com grande precisão o tempo. Esta informação é transmitida aos satélites. Com estes dados, o sistema informático em cada um dos satélites recalcula e corrige a sua posição absoluta e corrige a informação que é enviada para a Terra. A estação primária de controle da constelação GPS está localizada nos Estados Unidos, no estado do Colorado.

23 É constituído por um receptor (GPS) de rádio com uma unidade de processamento capaz de descodificar em tempo real a informação enviada por cada satélite e calcular a posição. Sistema do utilizador

24 Receptores de GPS

25 Funcionamento do GPS A finalidade do GPS é determinar a posição de um objecto à superfície da Terra em 3 dimensões: longitude, latitude e altitude. Sinais provenientes de 3 satélites que se encontram no seu horizonte fornecem esta informação. Cada satélite envia um sinal codificado com a localização do satélite e o tempo de emissão do sinal. O relógio do receptor regista o instante da recepção de cada sinal, depois subtrai o tempo de emissão para determinar o lapso de tempo e portanto a distância viajada pelo sinal. Conclusão - a função de um receptor GPS é localizar 3 ou mais desses satélites, determinar a distância para cada um e utilizar esta informação para deduzir a sua própria posição. Essa operação é baseada em um princípio matemático método da triângulação.

26 Distância a um satélite Um satélite transmite um sinal quando o seu relógio atómico marca ,000 s e o sinal é recebido pelo receptor de GPS quando o seu relógio de quartzo marca ,070 s. Qual a distância do GPS ao satélite? A luz propaga-se a uma velocidade de ms -1 Quando o movimento se dá na mesma direcção, sentido e com a mesma rapidez, o valor da velocidade é dado por: V = D/Δt

27 Método da triangulação Considera-se um satélite no centro de uma esfera. O utilizador poderá encontrar-se em qualquer ponto da superfície esfera! O raio da esfera é a distância do satélite à superfície da Terra.

28 Método da triangulação É necessário um terceiro satélite no centro de uma terceira esfera. O utilizador poderá agora ser encontrado em dois pontos da intercepção das três esferas. Para se decidir de entre estes dois pontos possíveis, poderia ser através de um quarto satélite, embora normalmente um destes dois pontos é impossível (longe da Terra).

29

30 GPS Indicam a latitude, a longitude e a altitude de um determinado lugar

31 Aplicações de GPS LOCALIZAR- Fornece dados que permitem, com grande precisão, a localização de qualquer ponto do nosso planeta, independentement e do estado do tempo meteorológico.

32 CONDUZIR AO LONGO DE UM PERCURSO- Permite informar sobre a direcção e o sentido que o receptor tem que tomar para seguir um determinado percurso.

33 NAVEGAR- Permite fornecer informações quer a barcos, quer a aviões acerca da rota pretendida.

34 MAPEAR- Facilita a criação de mapas de países, cidades, do relevo de uma zona geográfica, dos rios

35 MEDIR TEMPOS- O Receptor de GPS permite utilizar o tempo: como marcador universal; para medir intervalos de tempo com precisão; em astronomia, rede de computadores, bancos, rádios

36 Latitude Coordenadas Geográficas É o arco de meridiano, expresso em graus, medido entre o paralelo que passa pelo local considerado e o equador.

37 Longitude É o arco do equador, expresso em graus, medido entre um meridiano que passa pelo local considerado e o meridiano de Greenwich. A longitude e latitude são medidas em graus, minutos e segundos.

38 Altitude É a altura, na vertical, medida em unidades de comprimento, em relação ao nível médio das águas do mar.

39 Tipos de relógios Mecânico, de quartzo e atómico

40 Tempo: relógios Qualquer tipo de relógio possui um mecanismo que produz oscilações regulares e outro que conta as oscilações, convertendo-as numa unidade de tempo. Os relógios mecânicos são baseados em oscilações pendulares. Relógios mecânicos: incerteza de 100ms/dia Mecânico

41 Tempo: relógios Relógios de quartzo, baseiam-se nas oscilações de um cristal de quartzo, oscilações dos átomos de silício, pois possui propriedades piezoeléctricas (quando se aplica uma d.d.p. a um pequeno cristal este torna-se um oscilador, com frequência muito regular) Quartzo Relógios de quartzo: incerteza de 0,1 ms/dia

42 Tempo: relógios Os relógios atómicos baseiam-se na frequência das radiações emitidas, ou absorvidas, por átomos ou moléculas. Trata-se afinal de conseguir que a frequência da radiação incidente coincida com a frequência da radiação emitida aquando dadesexcitação. 1 s = oscilações Relógios de césio: incerteza de 0,1μs/dia (0,0001ms/dia)

43 Voltemos à distância ao satélite Admitindo que o relógio de quartzo do GPS tem um atraso de 2 ms em relação ao relógio atómico: a) Qual é a distância ao satélite que o GPS calcula? b) Qual o desvio percentual da distância calculada no primeiro exercício, devido ao facto do dois relógios não estarem perfeitamente sincronizados Para se saber quando o sinal foi transmitido, a precisão dos relógios tem que ser perfeita. Se existir um erro de um milésimo de segundo, à velocidade da luz implica um erro de 300 km! A incerteza pode ser diminuída, no mínimo, com os dados fornecidos por um quarto satélite.

44 FIM