Continuidade do Sistema de Coleta de Dados Bolsista PCI: Aurea A. S. Simões (INPE) Supervisão: Wilson Yamaguti (INPE) Participação: Bruno Braz (INPE) Mario Marcos Quintino da Silva (Coord. ETE até 2012) INPE / SJC, 03 de Dezembro de 2013
Análise de viabilidade e alternativas de configuração de microssatélites para a missão de coleta de dados em resposta às demandas da rede hidrometeorológica.
Sumário Introdução Demandas e requisitos Critérios e resultados gerados Status do sistema existente Planos orbitais e seleção de inclinação de órbita Satélites e Veículos Lançadores Investimento Conclusões/recomendações
Introdução: A Coleta de Dados O Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais é baseado em satélites de órbita baixa que retransmitem a um centro de missão as informações ambientais recebidas de um grande número de plataformas de coleta de dados (PCDs) espalhadas pelo Brasil. As PCDs são equipamentos automáticos que possuem sensores eletrônicos para a medição de parâmetros ambientais, como o nível de água em rios e represas, a qualidade da água, a precipitação pluviométrica, a pressão atmosférica, a intensidade da radiação solar, a temperatura do ar, entre outros.
Demanda da rede Hidrometeorológica/ANA Transmissão e recepção de dados em intervalo máximo de uma hora, Cobertura em todo o território nacional, Capacidade de atender: 202 PCDs com transmissão SCD já instaladas, Mais 800 PCDs nos próximos 5 anos.
Requisitos desejáveis Compatibilidade com as atuais plataformas, Transmissão de dados a cada 15 minutos, Capacidade para atender aproximadamente 3000 PCDs. Software utilizado para as simulações de órbita STK Systems Tool Kit (AGI)
Critérios e resultados dos estudos Levantamento do desempenho atual do sistema brasileiro. Seleção: Tipo de órbita e Número de satélites para atender as demandas. Levantamento do custo para o desenvolvimento e lançamento do sistema. Documentos técnicos produzidos: Status do Sistema de Coleta de Dados. Análise dos requisitos de missão e propostas de configuração. Sumário Executivo publicado na Intranet / INPE e no site da AEB (março de 2013). Dois artigos completos apresentados e publicados no SBSR 2013 (Foz do Iguaçu).
Quantidade de PCDs Status do sistema existente SCD-1 (20 anos em órbita), SCD-2 (15 anos em órbita). Restrição: SCD-1 (somente iluminado). Estações de Recepção: Alcântara e Cuiabá. Rede de PCDs. Evolução Anual da Quantidade de PCDs Instaladas (Fonte: SINDA, 2012) 1200 1000 800 700 824 861 895 942 995 1026 1047 1079 600 400 200 0 430 236 273 318 357 187 140 85 30 36 1993 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Segmento espacial do sistema existente
Avaliação de revisita para um conjunto de PCDs
Revisita com SCD-1 e SCD-2 PCD Lat (grau) Long (grau) Duração Pass. Max. (min) Duração Pass. Média (min) N o de Pass. < 3 min Gap Max. (hora) Gap Médio (hora) % Tempo Revisita 1 h Amapá (AP) 2,05-50,79 25,16 13,16 12 5,22 1,58 17,45 Atalaia (AL) -9,52-36,03 24,17 12,19 04 1,65 1,46 8,63 Colatina (ES) -19,53-40,63 16,14 11,97 02 1,85 1,47 7,37 Cucui (AM) 1,18-66,83 21,93 09,85 30 3,48 1,46 21,82 Faz Angical (TO) -12,28-48,30 26,36 14,52 04 1,61 1,42 8,63 Fortaleza (PA) -6,04-57,64 26,24 14,19 07 1,60 1,41 10,67 MET Cz Sul (AC) -7,6-72,77 17,79 09,73 15 1,69 1,42 16.94 Quarai (RS) -30,38-56,46 15,30 12,58 02 3,65 1,65 0 São Pedro São Paulo (PE) 0,917-29,34 21,45 10,42 62 5,24 1,71 20,24 Trindade (ES) -20,5-29,30 15,05 09,23 04 1,81 1,53 6,94
Estudo de configurações para o segmento espacial Inclinações de órbita: 0 o, 30 o, 98 PCDs: Oiapoque, Cuiabá e Chuí Número de Planos Número Total de Satélites Altitude: 750 km Inclinação da Órbita 1 2 0 1 6 2 4 2 6 2 8 3 3 3 6 3 12 6 6 30 Órbitas Polares 1 e 6 6, 12 e 24 98
Planos orbitais para satélites de órbita baixa
Posição de um satélite no plano orbital Anomalia Verdadeira
Seleção de inclinação de órbita Inclinação
Seleção de inclinação de órbita
1 Plano (0º) 2 Satélites PCD Gap Médio/ Máximo (min) Revisitas Satisfatórias até 60 min (%) Revisitas Satisfatórias até 15 min (%) Oiapoque 37,99 100 0 Cuiabá Chuí 40,64 100 0 Não há passagem na região do Chuí 1 Plano 2 Sat
1 Plano (0º) 2 Satélites
1 Plano (30º) 6 Satélites PCD Gap Max (hora) Gap Médio (hora) Revisitas Satisfatórias até 60 min (%) Revisitas Satisfatórias até 15 min (%) Tempo de Serviço Satisfatório (%) Chuí 12.90 0.38 97.58 97.58 46.25 Cuiabá 8.70 0.22 98.21 98.21 63.75 Oiapoque 5.63 0.19 98.42 95.58 76.54 1Plano 6Sat
1 Plano (30º) 6 Satélites
2 Planos (30º) 4 Satélites PCD Chuí Cuiabá Oiapoque Gap Max (hora) Gap Médio (hora) Revisitas Satisfatórias até 60 min (%) Revisitas Satisfatórias até 15 min (%) 1,40 0,70 92,8 0 0,67 0,46 100 20,23 0,85 0,38 100 51,82 2Planos 4Sat
2 Planos (30º) 4 Satélites
3 Planos (30º) 6 Satélites PCD Chuí Gap Max (hora) Gap Médio (hora) Revisitas Satisfatórias até 60 min (%) Revisitas Satisfatórias até 15 min (%) 0,63 0,53 100 6,71 Cuiabá Oiapoque 0,67 0,24 100 45,78 0,42 0,19 100 72,81 3 Planos 6 Sat
3 Planos (30º) 6 Satélites
Avaliação de órbitas polares
Revisita resultante de satélites em órbitas polares Inclinação da órbita: 98º Altura: 750 km Gap máximo (hora): Configuração PCD Oiapoque Cuiabá Chuí 1 Plano e 24 Satélites 6 Planos e 6 Satélites 6 Planos e 12 Satélites 8,56 8,66 8,53 1,46 1,45 1,19 0,59 0,60 0,60
Revisita com órbitas polares
Satélites e Veículos Lançadores Conceito satelital baseado nos SCDs, com experiência de 20 anos; Utilização de tecnologias modernas - redução de potência e massa; Lançadores mais modernos - redução dos níveis de vibração; Necessidade da adição de dois novos subsistemas: Propulsão - empuxo mudança/manutenção de órbita; Controle de Atitude - controle das atividade de mudança/manutenção de órbitas; Lançadores compatíveis: Classe Pegasus - até 2 satélites Classe DNEPR - mais de 2 satélites
Investimento - Considerações Custo de satélite baseado no conceito apresentado; Custos máximo e mínimo em função da participação da indústria nacional; Primeiro satélite considerando necessidade de desenvolvimento e os demais satélites com custo recorrente; Lançador capaz de injetar mais de um satélite por plano orbital; Satélite com capacidade de propulsão a bordo para definição e manutenção das constelações; Prazo estimado de desenvolvimento com os itens anteriores: Min - 24 meses Max - 48 meses
Satélites Nacional Exterior Desenvolvimento 25 15 Recorrentes 15 6 Lançadores Pegasus Dnepr Mínimo 10 30 Máximo 15 40 Valores em MU$
Investimento - 1 SCD, Sistema Atual Manutenção do sistema atual, com substituição do SCD-1 Solução Proposta Requisito Atendido Custo Satélite MU$ Mínimo Custo Lançador MU$ Total MU$ Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Substituição SCD-1 com lançador classe Pegasus Manter o serviço atual, porém não atende requisito de revisita < 1h 15 25 10 15 25 40
Investimento - Soluções Atendimento 1h Solução Proposta Constelação de 6 satélites (3P-30 /6S) Requisito atendido 100% cobertura nacional, com tempo de revisita <1h Custo Satélite MU$ Custo Lançador MU$ Total MU$ Mín. Máx. Mín. Máx. Mínimo Máximo 45 100 30 45 75 145 Constelação de 4 satélites (2P-30 /4S) Cobertura 100% para lat<20 S, e 94% para lat>20 S 33 70 20 30 53 100 Constelação de 2 satélites (1P-0 /2S) Cobertura da Região equatorial para lat <15 S Não permite serviço abaixo de 15 S 21 40 10 15 31 55
Investimento - Soluções Atendimento 15min Solução Proposta Requisito Atendido Custo Satélite MU$ Custo Lançador MU$ Total MU$ Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Constelação de 12 satélites (3P-30 /12S) Constelação de 4 satélites (1P - 0 /4S) Cobertura nacional, 100% com tempo de revisita < 15 min Cobertura da região Amazônica (para lat<15 : tempo de revisita < 15 min, para 15<lat <20 S, tempo revisita <17 min revisita). Não cobre a região sul 81 190 90 120 171 310 33 70 30 40 63 110
Conclusões/Recomendações Sistema que mantenha compatibilidade com o sistema atual; Consulta à Comissão da Casa Civil responsável pelo Programa Nacional de Desastres Naturais; Integração de potenciais novos usuários (e.g. pesca); Aprofundamento dos estudos e das alternativas; Avaliar possibilidade de relaxação nos requisitos da região Sul; Fabricação de modem nacional de coleta de dados; Desenvolvimento de transponder de coleta de dados; Modernização do Segmento Solo; Viabilização de fabricação/integração na indústria nacional.
Obrigada pela atenção! Agradecimento ao CNPq e MCTI pelo suporte financeiro - Processo: 300601/2011-5.