satélite de comunicação como funciona

Satélite de Comunicações: como funciona?

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A uma altura de 36 000 quilômetros os satélites aparentemente não se movem. Até 1960, as telecomunicações a longa distância dependiam da instalação de cabos ou da reflexão de sinais de rádio através das camadas ionizadas (eletricamente carregadas) da atmosfera. Os cabos comportam apenas um número limitado de linhas e as reflexões ionosféricas, de qualidade bem pobre, estão sujeitas ao desaparecimento ocasional.

Desde 1945 sugeriu-se o aproveitamento das inúmeras vantagens que os satélites, colocados em órbita ao redor da Terra, oferecem às comunicações. Quanto mais alto estiver um satélite, maior será a área por ele servida, representando uma trajetória livre de distorção entre muitas estações, enquanto que a utilização de cabos liga apenas duas delas.

As técnicas de lançamento dos satélites de comunicações são exatamente as mesmas empregadas para outros tipos de satélites. O satélite é primeiramente disparado para uma órbita baixa circular e, depois, impulsionado para uma órbita mais alta. Num determinado momento, um motor de apogeu é disparado, a fim de tornar a órbita circular.

Satélite de Comunicações Echo 1 produzido pela Nasa nos Estados Unidos em 1960.
Modelo do Satélite Echo 1 exposto em galpão nos Estados Unidos.

O “Echo 1” foi o primeiro grande satélite de comunicações colocado em órbita, em 1960. Era um aparelho passivo, pois não tinha nenhum dispositivo eletrônico a bordo e simplesmente refletia os sinais. O “Echo II”, do mesmo tipo, lançado em 1964, consistia em um balão de plástico mylar aluminizado, de 32 metros, que girava numa órbita a 1 610 km. Assim como uma bola de aço ou de vidro reflete o que está à sua volta, o “Echo” refletia qualquer sinal que lhe fosse dirigido, mas em potência reduzida. Por isso, e por outros problemas, como o fato de as partículas existentes no espaço poderem danificá-los ou distorcer sua reflexão, eles deixaram de ser usados.

Os satélites ativos, por sua vez, são estações de “aumento” ou repetição, que recebem sinais de estações fixas e os amplificam ou retransmitem para outras estações. Esse sistema oferece uma eficiência muito maior e graças a ele as transmissões intercontinentais de televisão tornaram-se possíveis.

Os satélites são governados pelas leis de Kepler relativas ao movimento planetário. Quanto mais alto estiverem, mais vagarosamente se movimentarão em relação à Terra. Um satélite como o “Echo 1”, numa órbita circular baixa, a 1.721 km acima da Terra, cumpre sua órbita em exatamente duas horas, movendo-se, portanto, rapidamente. Isso significa que as antenas que seguem os satélites devem girar depressa — mesmo assim, com o risco de perdê-los.

Numa altitude de 36.000 km, porém, o período orbital é de 23 horas e 56 minutos. Se o satélite estiver acima do equador, acompanhará exatamente a rotação da Terra. A discrepância de 4 minutos observada é devida à diferença entre o dia solar e o dia sideral, que é aproximadamente quatro minutos mais curto. Essa órbita geoestacionária ou sincronizada é usada pela maioria dos satélites de comunicações porque oferece várias vantagens. As estações fixas apontam continuamente quase para o mesmo ponto do céu (geralmente ocorre ligeira mudança na rota do satélite) e as antenas do satélite podem ser altamente direcionais.

Com a órbita equatorial cobrem-se as latitudes entre 60° norte e sul, abrangendo a maioria das regiões habitadas da Terra. Uma órbita alta leva o satélite para a sombra da Terra com menos frequência do que uma órbita mais baixa, permitindo que as células solares fornecedoras de energia possam ser usadas quase continuamente. Além disso, as órbitas baixas são mais deteriorantes, pois o atrito causado pela fina camada da atmosfera superior, em alturas inferiores a 1.610 quilômetros, faz o satélite perder energia orbital, diminuir a velocidade e, eventualmente, se queimar.

Por serem muito altas, as órbitas sincronizadas apresentam uma desvantagem: os sinais têm que percorrer uma distância maior, necessitam de mais energia e há atraso nas transmissões. Como as ondas de rádio percorrem 300.000 km por segundo, há um atraso de cerca de 120 milésimos de segundo em cada percurso do sinal entre a Terra e o satélite. Isso causa uma demora de aproximadamente meio segundo entre uma pergunta e sua resposta. Pensou-se que esse fato excluiria a possibilidade de chamadas telefônicas via satélite mas, na prática, verificou-se que o atraso era apenas perceptível e não apresentava maiores inconvenientes. Contudo, um salto duplo, utilizando dois satélites, aumentaria essa demora para um segundo, o que já dificultaria a comunicação.

Foto de antena de satélite Soviético.
ADN1DV SSMd IISOAON: Este satélite do sistema soviético de comunicações pertence à série “Molnya 1”. Suas duas antenas, das quais apenas uma é visível na foto, têm movimento independente, a fim de poder estar sempre alinhadas com a Terra.

Todos os satélites que operam comercialmente são do tipo sincronizado. A União Soviética, entretanto, tem sua própria rede “Molnya” (“Raio”), que usa satélites em órbitas altamente elípticas, com um perigeu (ponto mais baixo) de 500 km e um apogeu (ponto mais alto) de 40.000 km, o que dá um período orbital de exata para que o apogeu seja atingido sobre o território da União Soviética.

A fim de que as antenas do satélite possam ser apontadas corretamente para a Terra, a nave tem que permanecer estabilizada de alguma maneira. A estabilização mais comum é a giratória, ou seja, o corpo principal do satélite gira cerca de uma revolução por segundo, permanecendo apontado para a mesma direção no espaço, direção esta paralela ao eixo de rotação da Terra.

Antena de Comunicação via satélite montada na Inglaterra.
Esta típica antena tipo “prato” para comunicações com satélites opera em Goonhilly, Inglaterra.

Os aparelhos de comunicação e as antenas são montados numa plataforma na parte superior, que gira em sentido contrário, movida por um motor, para manter-se estacionária em relação à Terra.

Outro método usado atualmente consiste na estabilização em três eixos: o corpo principal do satélite, incluindo as antenas e os amplificadores, é mantido apontado em direção à Terra, com o eixo paralelo ao eixo do planeta. A posição do satélite é controlada por jatos de gás, cujo suprimento dura vários anos, o equivalente à vida do satélite.

O interior da nave deve ser mantido numa temperatura constante, para que não sejam afetados os aparelhos eletrônicos, muito sensíveis. Embora aquecedores sejam usados quando necessários, normalmente o calor é proveniente da radiação solar, controlada pela coloração que se dá à parte externa do satélite.

Os satélites têm antenas diferentes para recepção e transmissão. As antenas de transmissão podem dar uma cobertura global — um raio de cerca de 20° — ou ser dotadas de pratos parabólicos, que dão raios direcionais de alguns graus, concentrando uma maior cobertura de energia sobre uma estação selecionada.

Quando comandadas da Terra, as antenas podem ser dirigidas para uma área particular.

Frequências diferentes de um Satélite

O satélite tem que amplificar o sinal recebido dez mil milhões de vezes para retransmiti-lo. Por isso, as frequências de entrada e retransmissão são diferentes, não havendo possibilidade de interferência. Utilizam-se micro-onda, por não serem afetadas pelas camadas ionizadas da atmosfera, que refletem a maioria dos outros sinais. Na maioria dos satélites, a freqüência de entrada é 6 GHz e a de retransmissão 4 GHz. Outras bandas também têm sido usadas, como 7 e 8 GHz, 11 e 14 GHz.

Essas altas frequências estão pouco acima das capacidades dos circuitos de transístor ou de semicondutor, razão pela qual os sinais são convertidos a uma freqüência mais baixa, amplificados e depois novamente elevados para transmissão. Quase sempre o transmissor é um aparelho termoiônico denominado tubo de onda caminhante. É comum a utilização de energias entre 10 e 20 watts.

O número de estações fixas está aumentando rapidamente: em 1974 já existiam 90 delas operando em todo o mundo. Os satélites ligam cidades e nações que, pelo antigo sistema de cabos, permaneceriam isoladas por muitos anos. Isso é particularmente importante no caso de pequenos países em desenvolvimento, que se comunicam agora com o resto do mundo, pelo custo de uma única estação fixa, localizada em seu território.

Micro e nano satélites

Atualmente, com o avanço da tecnologia, muitos outros tipos de satélites de comunicação estão sendo criados e enviados ao espaço. Com componentes cada vez menores, é possível criar satélites tão pequenos quanto caixas de sapatos e reduzir drasticamente o custo de envio destes ao espaço.

A rede de satélites Starlink, da SpaceX, é um bom exemplo desse modelo de operação de satélites. O objetivo é enviar centenas de pequenos satélites ao espaço e criar uma rede interligada capaz de fornecer acesso à internet via satélite a todo o planeta.

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