Despre sateliti de telecomunicatii

[Adi]

La cererea domnului Paul, am creat acest topic nou ...

[paul]

La cererea domnului Paul, am creat acest topic nou ...

Multumesc, Adi. Te rog din nou sa mi te adresezi la persoana a II-a singular ( deasemenea si pe ceilalti car e doresc sa mi se adreseze pe acest forum).
Avand in vedere dezvoltarea deosebita a telecomunicatiilor prin sateliti artificiali, si a utilizarii lor in foarte multe alte domenii, m-am gandit sa pun in discutie cateva aspecte de baza legate de acest subiect.
Exista companii de  telecomunicatii care realizeaza retele "globale", utilizand doar trei sateliti. Cum reusesc acest lucru?

[cris]

Pai este minimum necesar pentru acoperire totala a planetei si legatura directa intre ei,pe orbita stationara.

[paul]

Pai este minimum necesar pentru acoperire totala a planetei si legatura directa intre ei,pe orbita stationara.

Ce caracteristici are o astfel de orbita "stationara"? Acoperirea va fi totala sau aproape totala? In ce pozitii trebuie plasati cei trei sateliti?

[paul]

Am revenit cu cateva precizari:Suprafata Pamantului poate fi "acoperita" aproape in totalitate cu semnal radio provenit de la trei sateliti. Acoperirea este cu atat mai mare cu cat satelitii sunt mai indepartati de Pamant. Dar este foarte comod ca cei trei sateliti sa fie geostationari,adica sa aiba o pozitie fixa in raport cu un punct de pe suprafata Pamantului. Din aceasta conditie se pot determina: planul orbitei, perioda de revolutie si altitudinea medie de "zbor". Cum? Deasemenea, vom putea constata ca vor ramane doua zone  de pe suprafata Pamantului "fara acoperire". Care sunt acele zone si cum le putem determina limitele?

[Adi]

Un satelit poate fi geostationar doar la o anumita altitudine, ce se calculeaza la a fi pentru Pamant cam 36.000 de km. Odata fixat asta, calculezi apoi cat pot vedea ei din Pamant si apoi ajungi la concluzia ca 3 sateliti este numarul minim. In realitate, sistemul GPS american cred ca are mult mai multi sateliti, nu? Si cel european, Galileo, inca in lucru, cred ca are vreo 30 parca ...

[paul]

Un satelit poate fi geostationar doar la o anumita altitudine, ce se calculeaza la a fi pentru Pamant cam 36.000 de km.

Asa este, aceasta altitudine de zbor se calculeaza punand conditia ca perioada de revolutie a satelitului sa fie egala cu 24 ore, adica satelitul sa fie sincron cu rotatia Pamantului.In plus planul orbitei trebuie sa fie in plan ecuatorial, altfel va aparea o miscare de pendulare a satelitului de o parte si de alta a planului ecuatorial. Punand o conditie de echilibru dinamic pe orbita, adica forta de atractie gravitationala sa fie egala cu forta centrifuga, se va gasi ca zona de orbita geostationara este undeva la altitudinea de 36000 km. Daca dintr-un punct al acestei traiectorii se duc tangentele la suprafata Pamantului , "acoperirea" la ecuator va fi de mai mult de 120 grade, deci trei sateliti geostationari plasati la 120 grade unul fata de celalalt va asigura acoperirea Pamantului. Problema apare in zona polilor unde ramane o zona neacoperita de aproximativ arcsin(1/7) grade.
Satelitii geostationari asigura transmisii de date si programe Tv in benzi de frecvente de ordinul a 11-12GHz ,receptia acestor semnale se poate face cu antene parabolice.
Satelitii GPS nu sunt sateliti geostationari, sunt sateliti cu orbite inclinate, la altitudini de aprox. 20000km, cu perioade de revolutie de 718 minute.

[Adi]

Paul, multumesc pentru completare. Eram convins ca satelitii GPS sunt geostationari, dar acum ca mentionezi tu, da, cred ca are sens sa fie mai jos, sa masoare cu mai multa precizie si sa fie mai multi ...

[paul]

Satelitii geostationari asigura transmisii de date si programe Tv in benzi de frecvente de ordinul a 11-12GHz ,receptia acestor semnale se poate face cu antene parabolice.

Antenele parabolice sunt foarte directive, astfel incat o deviere a antenei de mai mult de 1,5 grade de la directia de receptie (sau emisie) maxima, poate compromite legatura radio. Prin urmare, un satelit ce emite in banda de 11-12 GHz cu ajutorul unor antene parabolice, trebuie sa-si controleze pozitia cu mare precizie, astfel incat antenele parabolice ce asigura legaturile radio cu Pamantul sa-si pastreze orientarea spre acelasi punct de pe Pamant. Acest sistem de control se numeste "control al atitudinii". Cum credeti ca se poate realiza acest mecanism de control, astfel incat sa se poata corecta de la sol dereglarile inerente?

[paul]

Acest sistem de control se numeste "control al atitudinii". Cum credeti ca se poate realiza acest mecanism de control

Controlul "atitudinii" satelitului se poate realiza cu micromotoare cu reactie plasate adecvat in diverse puncte ale satelitului sau cu mecanisme bazate principiul conservarii momentului cinetic. In primul caz  se consuma resurse neregenerabile dar in a doua varianta, se folosesc motoare electrice ce actioneaza asupra unor "roti volante" ale caror axe sunt orientate astfel incat sa formeze un triedru drept. Prin actionarea unui astfel de motor electric, volanta respectiva efectueaza  numarul necesar de rotatii pentru a roti (conform principiului de conservare a momentului cinetic) satelitul cu unghiul necesar. Energia utilizata este "regenerabila" deoarece acumulatoarele vor fi reincarcate cu ajutorul panourilor solare.

[paul]

Functie de parametri orbitali,satelitii se impart in trei categorii:
- sateliti GEO (Geostationary Earth Orbit)au orbita in plan ecuatorial, la 36000Km de suprafata Pamantului si se rotesc... sincron cu Pamantul, parind "ficsi" pe bolta cereasca.
- satelitii MEO (Medium Earth Orbit) au orbita medie,adica 1500-36000Km de suprafata Pamantului
- satelitii LEO (Low Earth Orbit) au orbita joasa, adica 500-1500Km.
Printr-o alegere corespunzatoare a parametrilor orbitali, satelitii de tip MEO sau LEO pot "acoperi" o mare parte din suprafata Pamantului si de aceea sunt utilizati in supraveghere, cartografiere, meteorologie, telecomunicatii mobile,radiobalize GPS sau aplicatii militare.
In cele ce urmeaza, va voi prezenta catreva categorii de sateliti cu orbita inclinata si valorile medii ai parametrilor orbitali.
a)satelitii meteorologici de tip LEO au perigeul aproape egal cu apogeul (orbite aproape circulare) deplasandu-se la altitudini de aproximativ 850Km. Perioadele de revolutie au valori de aproximativ 100 minute, iar inclinatia orbitei de aproximativ 99 grade.
b)satelitii militari,daca au orbita circulara, aceasta se situeaza la valori intre 350Km si 900Km, iar la cei cu orbita eliptica au apogeul departat pana la 30000Km iar perigeul se poatae apropia pana la valori de 200Km, inclinatia orbitelor 90-100 grade,perioada de revolutie de aproximativ 100 minute.
c) satelitii de telecomunicatii Iridium, care sunt utilizati la o retea globala de telefonie mobila au orbite aproape circulare la 750Km altitudine, perioade de revolutie de aproximativ 100 minute, orbitele inclinate la 86 grade.
d)satelitii destinati radioamatorilor orbiteaza la altitudini de 500-1300Km, cu perioade de revolutie de 90=1400 minute, orbite inclinate intre 0 grade si 100 grade
e)satelitii din reteaua GPS se situeaza la altitudini de aproximativ 20000Km, au perioada de revolutie de 718 minute, inclinatia orbitelor inte 64 grade si 55 grade

[paul]

Voi continua acum prezentarea unor aspecte de baza in functionarea si utilizarea satelitilor aetificiali.
Satelitii geostationari sunt utilizati in primul rand pentru a asigura interconectarea radio intre diferite puncte fixe de pe suprafata Pamantului. Astfel se pot realiza  transmisii de voce, imagini sau date, intre puncte izolate, unde infrastructura este slab dezvoltata.Pe de alta parte,aceasta arhitectura formata din sateliti geostationari si statii de emisie -receptie terestre, permite crearea unor retele globale de telecomunicatii, in care satelitii sunt puncte nodale.
O importanta deosebita a satelitilor geostationari consta in asigurarea transmisiilor de televiziune pe intreg globul Pamantesc, cu exceptia zonelor de pe langa Polul Nord si  Polul Sud. In ultimii 25 ani s-a dezvoltat in mod sustinut televiziunea prin satelit DTH (direct to home), care asigura receptia canalelor TV pe aproape intreg mapamondul.Majoritatea transmisiilor sunt benzile de frecvente Ka (10-12 GHz), care permit "transportul" unor cantitati foarte mari de informatii.Deoarece frecventa de emisie (sau receptie) este foarte mare iar distanta dintre Pamant si satelit este de aprox. 36000Km, antenele de emisie si receptie au reflectoare parabolice care creaza fascicule de unde electromagnetice cu divergenta foarte scazuta, aqsigurand in acest mod o utilizare eficienta a energiei semnalului radio emis.

[paul]

Am aratat la inceput ca trei sateliti geostationari plasati pe orbita, echidistant unul fata de celalalt, pot asigura interconectivitatea oricaror doua puncte de pe suprafata Pamantului (cu exceptia polilor). Pentru ca aceasta interconectivitate sa se faca in mod eficient, este necesar sa se asigure cai de transmisie directe (punti de telecomunicatii) intre satelitii geostationari. Aceste punti asigura si "descarcarea informatiei" dintr-un satelit prea "incarcat" catre alti sateliti mai putin solicitati. Se realizeaza astfel, adevarate retele spatiale de date, legatura cu statiile de la sol realizandu-se doar atunci si acolo unde este necesar.

[paul]

Prin intermediul satelitilor geostationari, serviciile de internet pot patrunde in cele mai izolate zone ale planetei caum ar fi: platforme maritime, oaze in desert, case izolate in munti. In ultimul timp s-au dezvoltat, la nivel planetar, mai multe retele de internet prin satelit destinate micilor utilizatori, preturile echipamentelor si tarifele serviciilor devenind din ce in ce mai accesibile. Pentru a realiza conectarea, este necesar un echipament VSAT (Very Small Aperture Terminal) cu posibilitati de emisie-receptie spre si dinspre satelit. Practic se foloseste o antena parabolica de foarte buna calitate, un down converter pentru receptia datelor si un up converter necesar emisiei, cuplate printr-un cuplor directional, la acelasi feed horn aflat in focarul reflectorului parabolic. Prin intermediul unor cabluri coaxiale, semnalele RF ajung la un modem legat la PC.  Receptia datelor se face pe o "purtatoare" de 11-12 GHz, iar emisia la 13-14 GHz. De la satelitul geostationar, printr-un canal de banda foarte larga, traficul este dirijat la un centru de telecomunicatii aflat pe Pamant si cuplat la o retea terestra de internet de banda larga. Actualele costuri aferente acestor servicii nu sunt mari pentru o tara civilizata, echipamentul intre 350euro si 1400euro in functie de configuratie si performante, abonamente lunare incepand cu 30-40 euro.

[Adi]

Paul, iti admir perseverenta.

Inteleg ca faci un fel de articole pe intelesul tuturor. Daca asta doresti, vrei sa le publicam pe site? Acum eu m-am retras de la scris articole, pentru a termina doctoratul, iar grupul de voluntari ramas chiar are nevoie de articole bine scrise de oameni care se pricep ... Pentru site trebuie mai multa atentie decat pe forum, adica trebuei sa fie articolase de popularizare, si le poti publica pe parti ...

Ce zici? Contacteaza pe flavia@stiintaazi.ro daca te intereseaza.