O Sistema de Satélites de Comunicação

Imagine uma rota terrestre de microondas que permita comunicação em todo o território nacional. Lembre-se que sobre microondas, em função da curvatura do planeta, são necessárias torres com equipamentos de microondas para repetição de sinal, em média, a cada 80 quilômetros, dependendo da altura da torre e da topografia da região.

Imagine agora pretendermos estender nossa telecomunicação entre a costa da América e a costa da Europa. Quantas torres teríamos que instalar em pleno Oceano Atlântico? Se fosse uma torre bem alta talvez apenas uma bastasse.

Bem, o escritor Arthur Clark escreveu "2001 uma Odisséia no Espaço". Nesta obra visualizou a comunicação global.

Sugeriu que se uma antena pudesse ser colocada a uma altura adequada em relação à superfície da Terra, com apenas três antenas seria possível fechar a cobertura de todo o planeta. Se esta antena estivesse perpendicular à linha do Equador, poderia cobrir desde o Pólo Norte até o Pólo Sul.

Como, na época em que o livro foi escrito, não havia tecnologia disponível para que um equipamento deste porte fosse lançado ao espaço, o autor sugeriu a construção de um laboratório espacial onde as peças seriam levadas pouco a pouco e lá realizar a montagem final. No livro este laboratório foi chamado de "Roda Espacial" porque seria construído na forma de uma roda.

O livro foi transformado em filme e sugiro que você o assista.

Com os avanços tecnnológicos, tornou-se possível construir foguetes que levam um satélite pronto para o espaço, sem a necessidade da montagem do laboratório espacial para esta finalidade.

Onde colocar

Pela teoria de Clark, entre outras, as seguintes características deveriam ser observadas:

• ficar em uma posição geo-estacionária, ou seja, uma posição tal que o movimento de rotação da Terra e a gravidade não tivesse uma força que provocasse sua queda na Terra, nem o fizesse ser catapultado em direção ao espaço;
• ficar em uma posição parada em relação ao ponto de vista de um observador em terra, diferente de outros satélites que giram em torno da terra a cada número regular de horas;
• ficar posicionado com as antenas de receçãp e transmissão apontadas para a Terra, porém com as foto-células, que transformam a luz do sol em energia elétrica, viradas para a luz do sol.

A posição geo-estacionária está a aproximadamente 36 mil quilômetros da superfície da Terra. Esta faixa do espaço ganhou o nome de "cinturão de Clark", em homenagem ao escritor.

O motivo do satélite ter que ficar parado em relação ao ponto de vista de um observador na Terra é facilmente justificado.

A freqüência utilizada para geração e recepção de sinal entre Terra e Satélite é na faixa SHF, em espaços do espectro reservados para subida (up-link) e descida (down-link) de sinal

Esta freqüência, como você já sabe, é na ordem de giga Hertz, muito alta portanto, com comprimento de onda menor que um centímetro. Isto torna o sinal muito direcional, caminhando em linha reta.

Como a Terra tem o movimento de rotação girando em torno de seu próprio eixo a uma velocidade de 24 horas por dia, caso o satélite ficasse parado no espaço, sem acompanhar o movimento de rotação da Terra, as antenas terrestres só estariam alinhadas com as antenas do satélite uma vez por dia. E cada vez duraria menos de um minuto de alinhamento. Nestas condições é impossível manter uma comunicação contínua.

Por esta razão o satélite tem que voar em torno da Terra à velocidade angular de 24 horas por dia, ou seja, na mesma velocidade de rotação da Terra. Assim as antenas poderiam ficar alinhadas 24 horas por dia, viabilizando a comunicação permanente nos dois sentidos: up-link e down-link.

Para que este alinhamento seja permanente, os satélites viajam no espaço em torno da Terra a uma velocidade constante, consumindo o combustível para o acionamento dos seus motores. É constante o satélite fugir de sua rota, por isso, sempre que necessário, o pessoal em terra faz com que retro-foguetes sejam acionados no satélite, recolocando-o no seu local pré-determinado.

Área de cobertura

Os satélites de comunicação podem ser definidos como sendo uma repetidora de sinal. Ele não gera nenhuma informação inédita, apenas repete aquilo que um transmissor em terra transmitiu até ele.

Uma vez recebendo o sinal de terra, o satélite tem circuitos que amplificam o sinal recebido e retransmitem-nos de volta à superície da Terra.

A área de cobertura do satélite é definida pelo seu footprint, em português, "pegada".
Pegada é a área de abrangência onde o sinal do satélite poderá ser captado na Terra.

Os satélites internacionais têm pegada que abrangem vários continentes ao norte e ao sul da linha do Equador. Os satélites nacionais, conhecidos como satélites domésticos, têm a pegada apenas na área de seu país e alguns países vizinhos.

Os satélites brasileiros, por exemplo, cobrem o Brasil e parte dos países vizinhos.

A geração de sinal para o satélite pode ser realizada de qualquer parte dentro de sua área de cobertura.

A recepção do sinal também deve utilizar antena parabólica apontada diretamente para o satélite em questão.

Como os satélites ficam posicionados perpendicular à linha do Equador, o sinal que ele transmite chega mais forte nas regiões próximas a essa área e mais fraco à medida que se distancia dela.

Para que a recepção de sinal seja boa em regiões distantes, como por exemplo Rio Grande do Sul, a antena parabólica deve ter diâmetro maior que a antena usada no Rio Grande do Norte.

O lançamento e o lixo

Os primeiros satélites utilizados para comunicação foram lançados a partir de um foguete com capacidade para transportar dois satélites distintos.

O foguete leva os satélites até uma altitude relativamente baixa, praticamente no início da órbita, e outros propulsores os levam até a distância de 36 mil quilômetros.

Lá chegando o satélite é liberado dos propulsores e por meio dos comandos da equipe terrestre as antenas são liberadas, apontadas para a Terra. Inicia-se então o processo de alinhamento. Toda operação desde o lançamento até a liberação final do satélite para uso definivo pode levar até três meses de trabalho.

O foguete e seus propulsores tornam-se lixo espacial podendo cair e serem desintegrados na reentradada atmosférica, ou acabam vagando sem controle no espaço em torno do planeta.

O consumo combustível para posicionamento e correção de rota é o principal responsável pela redução do tempo de vida útil do satélite. Os primeiros tinham tempo de vida em torno de 6 anos. As gerações seguintes, utilizando combustíveis elaborados por novas tecnologias e componentes eletrônicos tecnologicamente mais avançados, com menor consumo de energia, permitiu aos novos satélites uma vida em torno de 12 anos.

Os satélites Brasil Sat 1 e Brasil Sat 2, controlados pela Embratel, tiveram seu tempo de vida prologandos até quase 16 anos, graças à operação precisa durante as correções de rota e controle de satélite executada pelos profissionais da Embratel.

Quando um satélite está próximo à sua desativação, outro é lançado e posicionado praticamente ao lado do que será desativado, obedecendo-se a distância de segurança entre eles. O novo tendo sido alinhado e liberado, as operações do satéltie velho passam para ele. O que será desativado é então retirado da órbita do cinturão de Clark, e, desligado.

O satélite desativado fica vagando, como lixo espacial.

Um grande risco é a colisão com um ativo provocar um grande caos na comunicação via satélite.

Outro risco é o satélite desativado cair e, pelo tamanho, não ser completamente desintegrado na reentrada em órbita atingindo algum local habitado.

Acidentes onde satélites desativados colidiram com outros, já ocorreu, dando grande trabalho de recuperação para os profissionais da área.

Por isso a NASA desenvolveu o ônibus espacial. Esta nave tem a capacidade de levar dois satélites em seu compartimento de carga, deslocar-se até os 36 mil quilômetros, retirá-los com o braço mecânico e posicioná-los praticamente no local em que cada um vai ficar. Só então são acionados e a equipe em terra passa a ter o controle sobre eles via rádio e iniciam-se os procedimentos de ativação das comunicações.

Em seguida os astronautas recolhem o satélite desativado colocando-o no compartimento de carga e retornam à Terra com segurança trazendo o que poderia se transformar em lixo espacial.

Sem espaço no espaço

O local em que cada satélite fica posicionado, no cinturão de Clark, é determinado conforme o continente que ele deve cobrir.

Se a área de cobertura pretendida é América do Sul, Central e América do Norte, a posição no cinturão é a mesma. Existe uma faixa que vai desde um ângulo mínimo e um ângulo máximo que os satélites podem ser colocados. Mais a Oeste ou mais a Leste destes limites, o ângulo não permite cobrir a região pretendida.
Existe também uma distância mínima a ser mantida entre dois satélites no espaço. Isto em função dos deslocamentos e movimentos que eles fazem para manter rota.
Tudo isso faz com que o espaço disponível para colocação de satélite em órbita seja limitado.

O espaço para colocação de um satélite que faça cobertura para o Brasil, é o mesmo espaço para colocação de satélite que possa cobrir Argentina, Uruguay, México, Venezuela, Canadá, Estados Unidos, enfim, todos os países que est!ão nesta faixa onde se localizam as Américas do Norte, Central e do Sul. O mesmo ocorre nos demais continentes.

Por esta razão houve uma corrida inicial na conquista deste espaço. Nesta corrida o Brasil garantiu seu lugar para os satélties domésticos.