Existem satélites que podem ser operados sem ter de se estudar a sua exploração durante meses a fio, e muito menos, sem ter de se dispor de sofisticados equipamentos de rádio e antenas.
É muito provável que na sua maioria, em cada uma das actuais estações de amador, possam existir equipamentos e meios técnicos suficientes para se operar um satélite de amador, de forma a que qualquer um se possa iniciar neste interessante campo da Rádio e das comunicações aeroespaciais.
Este documento contém um conjunto de questões e respostas, susceptíveis de elucidarem qualquer um acerca da forma como deverá proceder para se equipar e explorar as comunicações através de satélites. O objectivo da AMSAT-CT é proporcionar a difusão e tradução para o mundo português, através da adaptação de diversos documentos originais criados em todo o mundo pela estrutura da AMSAT Amateur Radio Satellite Corporation da qual a AMRAD é, através da secção AMSAT-CT, delegação portuguesa, criando um espaço associativo a partir da qual se terão melhores possibilidades de inteirar e partilhar tecnologias essenciais à exploração destes e outros domínios espaciais e científicos.
1. Afinal o que é um Satélite ?
Um satélite artificial é um sistema que orbita em torno do nosso planeta, com uma altitude e velocidade constante. Geralmente os satélites estão equipados com meios radioeléctricos e são dotados de energia, dispondo ou não, de um sistema de controlo remoto. O satélite artificial é um equipamento modular integrado, a voar no espaço exterior da Terra. O conceito do satélite artificial enquanto veículo espacial e suporte de uma estrutura receptora e emissora, foi desenvolvido por Artur C. Clark, um radioamador
britânico. A sua aplicação torna-se realidade quando Sergei Koreleve em 1957, faz o lançamento para o espaço do Sputnik-1, um satélite composto por um pequeno emissor de rádio. Em Dezembro de 1961, quatro anos depois, é lançado no espaço o OSCAR-1, que se torna no primeiro satélite de amador. Existem satélites que cumprem todas as aplicações necessárias do ponto de vista técnico e científico, e que podem ou não, ser repetidores, geradores e transdutores de informação diversa, mas onde toda a informação tem de ser gerada e processada electronicamente através das comunicações por meios de Rádio.
2. Como funciona um Satélite?
Na mais corrente das aplicações, 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, outro amador ou utilizador, pode receber os sinais de rádio e responder ao chamador. É assim que se processa uma retransmissão aeroespacial, ou como em síntese, pode funcionar um satélite por mais elementar que ele seja.
3. Como se movimentam os satélites através do espaço exterior da Terra ?
Os satélites disponíveis, através dos quais podemos ensaiar as comunicações efectuadas pelo Serviço de Satélite de Amador, dispõem basicamente de dois tipos de órbitas terrestres: a circular e a elíptica.
A órbita circular é efectuada pelos satélites que orbitam a Terra de forma circular, ou seja, aqueles que mais ou menos conseguem manter a mesma distância em relação à Terra, entre os pólos e o equador, com movimento e altitude orbital constantes em relação à superfície terrestre. Esta é a mais comum e conhecida das órbitas.
Os satélites que efectuam órbitas elípticas tem uma característica peculiar porque permanecem a orbitar mais tempo sobre a mesma localização terrestre, focando o mesmo horizonte artificial durante várias horas ou dias, pelo facto das suas órbitas serem bastante mais extensas e longínquas da Terra, quer a partir dos pólos, quer do equador. Existe um terceiro tipo de órbita, que é denominada por geo-estacionária, em virtude do satélite acompanhar o movimento de rotação e permanecer focado no mesmo horizonte terrestre.
4. Qual é a cobertura terrestre de um satélite ?
Tal como os vulgares repetidores de rádio instalados no alto de uma montanha dispõem de uma maior cobertura em relação ao horizonte e curvatura da crosta terrestre, também os satélites dispõem de horizonte artificial que lhes permite grandes áreas de cobertura na chamada linha de vista radioeléctrica. Os satélites de órbita polar baixa orbitam a Terra a partir de altitudes variáveis e que geralmente começam em torno dos 300 km e podem ultrapassar os 2000 km de altitude em relação aos pólos. Com esta posição orbital, o satélite dispõe de um horizonte artificial onde é visto, e ilumina em termos radioeléctricos, a mesma área continental que pode ir de Portugal à América, ou cobrir uma substancial parte da Europa e da África.
Há quem denomine esta zona iluminada ou cobertura do campo radioeléctrico do satélite, por zona de sombra ou foot print. Será mais adequado chamar-lhe horizonte artificial do satélite, que é a área onde qualquer estação terrena pode emitir e receber sinais de um satélite em termos de rádio-visibilidade. Todas as estações que simultaneamente se encontram dentro do horizonte artificial do satélite podem contactar entre si através da retransmissão feita a partir do próprio satélite. Nas condições orbitais dos satélites polares de baixa altitude, a duração do período de retransmissão depende da janela do satélite, que é o tempo da passagem do satélite dentro do referido horizonte artificial, sendo a velocidade constante em relação à superfície terrestre. O horizonte é maior quanto mais elevada for a órbita polar. Nos satélites tudo tende a ser constante no espaço, incluindo a velocidade que é cerca de 35.000 km/h.
5. Quantas vezes um satélite polar pode passar sobre a mesma localização ?
Qualquer satélite de órbita polar baixa, dentro de um período de 24 horas, passa pelo mesmo lugar cerca de 4 a 6 vezes, sendo a orientação magnética dessas passagens invertida, em virtude do movimento da rotação da Terra, dado que o sentido orbital do satélite é constante.
O tempo de duração de cada uma das passagens depende da verticalidade da órbita em relação à localização terrestre da estação, que pode em condições médias, oferecer passagens de 10 a 18 minutos cada uma delas, dependendo da altitude da órbita. No geral, podemos utilizar um satélite polar de órbita baixa durante mais de 1 hora num dia de actividade normal. No presente, o Serviço de Satélite de Amador dispõe de mais de 20 satélites a operar, o que nestas condições, nos facultam mais de 15 horas diárias de consecutiva operação, feita por satélites e por serviços diversos.
6. Qual a razão da nova geração de satélites ser de órbita elíptica ?
As facilidades presentes que nos são conferidas pelas tecnologias de utilização dos satélites de órbita elíptica, oferecem outras características e potencialidades de exploração. Os satélites de órbita elíptica dispõem de dois pontos determinantes: durante o perigeu, eles oferecem as passagens mais próximas da Terra, e durante o apogeu, permitem tempos de acesso maiores, em virtude das passagens serem as mais distantes da Terra. A maior facilidade que resulta deste modelo de órbita, é o facto de que durante o apogeu, o satélite ter um horizonte artificial máximo sobre a superfície terrestre, dado que estas distâncias ultrapassam os 45.000 km. Por consequência, o tempo na duração do horizonte artificial, pode ser superior a 10 horas de rádio-visibilidade, sobre a mesma localização terrestre.
Tecnicamente, os satélites de órbita elíptica podem ser equivalentes à criação artifical de qualquer uma das faixas de ondas-curtas. A maior diferença para o operador de satélites, centra-se no facto de ser quase imperceptível o efeito de Doppler, porque este efeito ocorre de forma muito acentuada, durante as passagens dos satélites de órbita polar baixa.
O efeito de Doppler resulta de efeitos da física, produzidas pela velocidade elevada e constante a que o satélite é sujeito durante a sua rotação orbital. É um fenómeno de efeitos radioeléctricos, pela variação positiva e negativa das frequências portadoras, que ocorre em ambos os sentidos, dos sistemas emissor e receptor do satélite e da estação terrena. Uma compensação (manual ou automática) é essencial, para uma correcta sintonia de ambos os sistemas situados dentro do cone de passagem radioeléctrica do satélite, em relação ao ponto vertical relativo com a posição terrena da estação de seguimento.
É pois baseado neste fenómeno físico que hoje funcionam os sistemas GPS, cuja primeira aplicação foi efectuada através do satélite de amador da AMSAT, o OSCAR 6 durante o ano de 1973. Só depois da descoberta desta aplicação, se passaram a desenvolver comercialmente qualquer um dos actuais sistemas de posicionamento global por satélite.
7. A localização orbital do satélite. Quando é que ele passa sobre a minha posição terrestre ?
A previsão das órbitas dos satélites foi no início da exploração espacial e até aos anos de 1975 um verdadeiro quebra cabeças. Já lá vai a época da régua de cálculo, então denominada por OSCAR LOCATOR. Mesmo assim, só depois de 1985 as coisas se tornaram mais simples com a utilização de máquinas de calcular e da computação simples do XT. Hoje, qualquer computador AT a operar em MS-DOS e com 20 Mb de disco, pode instalar um software de cálculo, processar dados e ilustrar mapas referentes às órbitas de um satélite, incluindo o comando automático de rotores e correcções de efeito de Dopller.
Entre as mais populares e acessíveis versões de software recomendamos o Instant Track para MS-DOS. Esta versão é actual para o terceiro milénio. Produz imagens gráficas a cores, fornece dados importantes sobre a passagem vertical, a aproximação e o afastamento da satélite, a elevação e o azimute, ou a posição vertical do satélite seleccionado, em qualquer parte da sua órbita. Com a instalação de alguns drivers, ele pode efectuar o comando automático dos rotores e fazer a correcção de efeito de Doppler, bem como a sintonia automática dos sistemas emissor e receptor.
Existem no entanto softwares mais evoluidos e já desenvolvidos para sistemas operativos actuais, como sejam o Windows 98, 2000, XP, X-Windows ou MAC OS. Entre eles destacamos o Predict para LINUX que se baseia numa estrutura principal , o servidor, que efectua todos os cálculos. Ligados ao servidor, podem estar vários clientes de modo gráfico que recebem os dados já prontos a mostrar no ecrã de um computador terminal qualquer. Para MS Windows destacamos o Nova for Windows que é bastante completo. Permite entre outras coisas, a actualização dos dados Keplerianos pela Internet, o acerto das horas por ligação a relógio atómico, o controlo de rotores ou ajuste de Doppler nos rádios. Permite visualizar o footprint de vários satélites em simultâneo e fazer a impressão das passagens de satélites em papel, para ocasiões em que o computador não pode ser utilizado.
8. Na passagem orbital de um satélite, existe uma melhor situação quanto ao ângulo de elevação ?
A melhor situação na passagem de um satélite é a vertical do lugar, o que raramente ocorre. Nestas condições, o ângulo de elevação terrestre em relação ao satélite é máximo, ou sejam os 90º de elevação. O cone de aproximação na passagem vertical e afastamento é máximo, numa órbita vertical. Mas esta condição não significa que seja a melhor, pois qualquer órbita pode ser boa, desde que seja superior ao horizonte artificial de 2º a 4º e seja uma passagem sobre uma localização desafogada em termos de horizonte, ou seja, sem montanhas e sem prédios ao redor da estação terrena.
9. A entidade que faculta as informação sobre os Dados de Kepler, essenciais aos cálculos orbitais ?
A NORAD é a entidade que nos Estados Unidos da América do Norte, efectua o rastreio e as medições de todos os satélites em órbita no espaço exterior da Terra. São essas informações que nos são depois fornecidas através de Dados Keplerianos ou de Kepler.
Depois de receber estas informações através da AMSAT e dos seus organismos representantes, podemos instalar esses dados num computador, fazer correr num software de cálculos orbitais os elementos neles contidos.
Estes elementos Keplerianos são editados em publicações da especialidade, ou existem directamente em bases de dados disponíveis na Internet. Eles estão disponíveis para a comunidade de Amadores de Rádio, através da AMSAT e em dois formatos distintos: NASA ou 2Lines, e AMSAT. No geral, todos os programas de cálculo, conseguem processar ambas as versões de keps. Leia o artigo editado pela AMSAT-CT, denominado: DADOS KEPLERIANOS.
10. Existem muitos satélites disponíveis para o Serviço de Satélite de Amador ?
Com o começo do novo milénio, estão disponíveis, no decurso dos anos de 2001 e 2002, mais de 20 satélites, todos eles pertencentes ao Serviço de Satélite de Amador.
Tendo ocorrido ainda um fenómeno único na história aeroespacial, que foi o ressurgimento em Junho de 2002, do satélite OSCAR-7, um satélite de amador tecnicamente dado como desaparecido em 1980, fazia mais de 21 anos.
Satélites Operacionais
Analógicos: AO-7, ISS, FO-29,AO-27
Digitais: ISS, UO-22, GO-32, NO-45, MO-46
Satélites Semi-Inoperacionais
Analógicos: RS-15, FO-20,
Digitais: UO-11, AO-16, LO-19, UO-22,
Satélites Inoperacionais
Analógicos: - AO-10, RS-12, RS-13, RS-15, SO-33, SO-41
Digitais: DO-17, WO-18, KO-23, TO-31, PO-34, SO-35, UO-36, AO-40, SO-42, NO-44, AO-49
Você encontrara mais informações, no site que fala muito bem sobre o assunto: http://www.amsat.org/amsat-new
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