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

Transcrição

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

2 Mercado de Comunicações Via Satélite Fonte: Satellite Communications Timothi Pratt Charles Bostian Jeremy Allnutt

3 Potencial Mercadológico DBS-TV (Direct Broadcast Satellite TV) Transmissão de Dados Acesso à Internet

4 Módulo I Mecânica Orbital Veículos Lançadores Satélites Geoestacionário Segmentos do Sistema

5 Mecânica Orbital FORÇAS QUE ATUAM SOBRE O SATÉLITE

6 Mecânica Orbital FORÇAS QUE ATUAM SOBRE O SATÉLITE F IN = GM r E 2 m 2 mv F OUT = r F in Força Centrípeta (Força Gravitacional) F OUT Força Centrífuga (Devido a energia cinética) G Constante Gravitacional Universal G = 6,672 x Km 3 /Kg s 2 µ = GM E Constante de Kepler µ = 3, x 10 5 Km 3 /s 2

7 Mecânica Orbital PERÍODO DE ROTAÇÃO DO SATÉLITE F IN = F OUT 2 2 4π r T = µ 3 (3 a Lei de Kepler) DISTÂNCIA DO SATÉLITE AO CENTRO DA TERRA r = µt 4π

8 Mecânica Orbital Satélite Geoestacionário T = 24h x 3600 s = s m = 3, x 10 5 Km 3 /s 2 r = 3, π r = , 095Km d = r - r e ; r e = Km d = , Km

9 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 Km da superfície terrestre na qual o período de rotação do satélite é igual ao período de rotação da Terra, ou seja, 24 horas.

10 Satélites Não - Geoestacionário Satélites de Baixa Órbita (LEO): Satélites com altitudes entre 500 e Km Satélites de Média Órbita (MEO): Satélites com altitudes entre e Km

11 Satélites Não - Geoestacionário

12 Sistema GPS (Global Positioning System) O segmento espacial do sistema GPS é constituído por 24 satélites situados em 6 planos orbitais de Km de altitude (MEO). Em cada órbita são agrupados 4 satélites em planos separados de 60 0 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.

13 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 altitude de 250 Km e a velocidade linear do veículo espacial.

14 Solução do Exercício T 2 = (4π 2 r 3 )/µ T 2 = 4π 2 x (6628,14) 3 /3, x 10 5 s 2 T 2 = 2, x 10 7 s 2 T = 5.370,30 s T = 89 min 30,3 s (Período) v = 2πr/T v = ,83/5.370,13 v = 7,755 Km/s (Velocidade Linear)

15 Ângulo de Elevação Geometria do Problema

16 Cálculo do Ângulo de Elevação Ângulo Central: cos( γ ) = cos( L )cos( L )cos( l l ) + e s s e sen( L e )sen( 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

17 Cálculo do Ângulo de Elevação Distância do Satélite a Estação Terrena: ( ) ) cos( = γ s e s e s r r r r r Km d Ângulo de Elevação: d r El s ) sen( ) cos( γ =

18 Cálculo do Ângulo de Azimute Ângulo intermediário a: α = tan 1 tan ( ls le ) ( L ) sen e 1 o Caso: A estação terrena (et) está no hemisfério norte com (a) o satélite localizado a sudeste da et: A z = α (b) o satélite localizado a sudoeste da et: A z = α 2 o Caso: A estação terrena está no hemisfério sul com (a) o satélite localizado a nordeste da et:: A z = α (b) o satélite localizado a noroeste da et:: A z = α

19 Cálculo do Ângulo de Azimute Para posicionar o ângulo de azimute deve-se apontar o eixo focal da antena para o norte verdadeiro (referência 0 0 ) e, então, girar a antena no sentido horário para o ângulo de azimute em questão.

20 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: 52 0 N Longitude da Estação Terrena: 0 0 Longitude do Satélite: 66 0 E

21 Resposta Distância do Satélite a Estação Terrena: ,28 Km Ângulo de Elevação: 5,847 0 Ângulo de Azimute: 70,667 0

22 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.

23 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 7,3 0 em relação ao plano equatorial do Sol. O plano do equador terrestre apresenta uma inclinação de 23 0 em relação ao plano da órbita eclíptica. A lua circula a Terra com uma inclinação de 5 0 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 0,85 0 /ano em relação ao plano do equador terrestre.

24 Perturbações Orbitais Variação de Inclinação: Efeito do Sol e da Lua

25 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 ± 0,05 0 em latitude e longitude.

26 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 manter sua operação normal durante os períodos de eclipse.

27 Efeitos Orbitais Sobre os Sistemas de Comunicação Geometria do Eclipse Solar:

28 Efeitos Orbitais Sobre os Sistemas de Comunicação Datas e Duração dos Eclipses:

29 Efeitos Orbitais Sobre os Sistemas de Comunicação 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 a 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 interrompida.

30 Efeitos Orbitais Sobre os Sistemas de Comunicação Interferência Solar:

31 Veículos Lançadores

32 Veículos Lançadores

33 Veículos Lançadores

34 Lançamento GTO/AKM - Órbita de Transferência Geoestacionária com Motor de Apogeu AKM (Apogee Kick Motor) GTO com Transferência Lenta de Órbita Hughes Corporation