Sateliții artificiali - scurt istoric si alte informații

Satelitii sunt corpuri ceresti care se rotesc in jurul altui corp ceresc, insotindu-l in cursul miscarii sale de revolutie. Dupa originea lor, ei se impart in doua mari categorii: naturali si artificiali.

In astronomie, satelitii naturali se definesc ca fiind corpuri ceresti secundare care executa o miscare de rotatie in jurul unei planete sau stele. Cel mai cunoscut satelit este cel al Terrei, Luna – desi cele doua sunt destul de apropiate ca marime pentru a fi considerate un sistem. Miscarea majoritatii satelitilor este directa, de la vest la est si pe aceeasi directie ca planete in jurul carora orbiteaza. Doar cativa sateliti ai marilor planete se rotesc in sens invers; probabil ca acestia au fost captati in campul lor gravitational dupa o anumita perioada de la formarea sistemului solar. De exemplu, Pluto, care se roteste in jurul Soarelui pe o orbita independenta se crede a fi un satelit deviat a lui Neptun. Recent s-a descoperit ca, la randul lui, si Pluto are un satelit.

Satelitii artificiali sunt obiecte plasate cu un scop bine definit pe o orbita in jurul unei planete. De la lansarea primului satelit arificial in 1957, mii de astfel de “luni create de om” au fost trimise pe orbita Pamantului. In zilele noastre, ei joaca un rol important in industria comunicatiilor , in strategia militara si in studiile stiintifice ale Terrei si Universului.

Satelitii au revolutionat comunicatiile, facand legaturile telefonice si transmisiunile „in direct” ceva obisnuit.Un satelit primeste un semnalul(scria: microwave signal) de la o statie emitatoare de pe Pamant (uplink) care amplifica si retransmite semnalul spre o statie de receptie, la o frecventa diferita (downlink). Un satelit de comunicatii este pe orbita ...( geosynchronous ), adica el se roteste cu aceesi viteza cu care se roteste Pamantul in jurul axei sale. Astfel satelitul ramane relativ in aceeasi pozitie si nu va pierde legatura cu statia de receptie.Echo si Echo II au fost primii sateliti de comunicatii lansati de SUA in anii 1960. Acestia au pregatit drumul pentru construirea altor sateliti de comunicatii, mult mai sofisticati.

Telstar a fost unul dintre primii sateliti activi pentru comunicatii, lansat pe orbita de catre SUA in 1962. A transmis primele emisuni de televiziune „in direct” intre SUA si Europa. De asemeni a transmis si convorbiri telefonice.Satelitul de comunicatii Syncom 4 a fost lansat de pe Discovery. Satelitii moderni primesc, amplifica si retransmit informatiile inapoi spre Pamant, spre statiile de televiziune, telefax, telefon sau radio.Syncom 4 urmeaza o orbita (geosynchronous), ceea ce inseamna ca are aceeasi viteza cu Pamantul, ramanand in pozitie fixa deasupra Pamantului. Acest tip de orbita ofera posibilitatea de a mentine legaturile neintrerupte intre statiile de pe Pamant.

Cativa dintre primii sateliti au fost proiectati pentru a opera in mod pasiv. In loc sa transmita activ semnale radio, ei serveau doar la a reflecta semnale care erau directionate spre ei de catre statiile de pe sol. Semnalele erau reflectate in toate directiile ,astfel incat sa poata fi receptionate de catre statiile din toata lumea.

In zilele noastre, satelitii folosesc in mod exclusiv sisteme de operare active, in care fiecare din ei poarta propriul echipament transmisie-receptie. Sute de sateliti de comunicatii sunt in prezent pe orbita. Ei primesc semnale de pe o statie de pe sol, le amplifica, apoi le retransmit pe o frecventa diferita la alte statii. Satelitii folosesc o gama de frecvente masurate in hertzi, mai precis benzi de frecventa de aproximativ 6 GHz.

Primul satelit activ, Score, lansat in 1958 de catre Statele Unite, era echipat cu un aparat de inregistrare a mesajelor primite in timpul trecerii pe deasupra unei statii de transmisie. Acestea erau retransmise cand satelitul se afla deasupra statiei de receptie. Telstar1, lansat de Compania Americana de Telefon si Telegraf in 1962, oferea transmisie tv directa intre SUA, Europa si Japonia, si putea de asemenea asigura redarea catorva sute de statii radio.

Alt satelit, Echo 1, lansat de catre SUA in 1960, era construit dintr-un balon de plastic aluminizat cu diametrul de 30m.

 In 1964 a fost lansat Echo 2, care avea un diametru de 41m. Capacitatea acestor sisteme era limitata de necesitatea transmitatorilor puternici si antenelor mari de pe sol.

Inginerii au proiectat multe tipuri de sateliti, fiecare realizat pentru a servi unui anumit scop sau misiune.

De exemplu, telecomunicatiile si industria teleradiodifuziunii folosesc satelitii de comunicatii pentru a transporta undele radio, tv si semnalele telefonice pe distante mari fara a fi necesare cabluri sau relee de microunde. Satelitii pentru navigatii arata locatia obiectelor de pe Terra, in timp ce satelitii meteorologici ajuta la realizarea buletinelor meteo. Guvernul SUA foloseste sateliti de supraveghere pentru a monitoriza activitatile militare. Satelitii stiintifici servesc ca platforme cu baza in spatiu pentru observarea Pamantului, Lunii si altor planete, comete, galaxii, oferind o gama variata de aplicatii.
Majoritatea primilor sateliti includeau un oarecare echipament de comunicatie. NASA a lansat primii sateliti de telefonie si televiziune, AT&T’s Telstar 1, in 1962.

Departamentul de Aparare al SUA a lansat Syncom 3 in 1964.

Acesta a fost primul satelit care a avut o orbita geostationara.

Din 1957 au fost lansati peste 300 sateliti de comunicatii. Cei din prezent ofera servicii de comunicare audio-video si de transmitere a datelor.

Satelitii de navigare ajuta la pozitionarea navelor si chiar a automobilelor echipate cu receptori radio speciali. Un asemenea satelit emite continuu semnale radio catre Pamant, care contin informatii pe care un receptor radio de la sol le converteste in informatii despre pozitia satelitului. Receptorul analizeaza mai departe semnalul pentru a afla directia si viteza satelitului.

Marina SUA a lansat primul satelit de navigare, Transit 1 B, in 1960. Air Force-ul american opereaza cu un sistem numit NAVSTAR GPS (Global Positioning System) care consta intr-un ansamblu de 24 de sateliti. In functie de receptor si metoda folosita GPS poate furniza informatii despre pozitionare cu o acuratete de la 100 m la mai putin de 1 cm.

Satelitii meteorologici poarta camere video si alte instrumente indreptate catre atmosfera terestra. Acestia pot furniza avertismente in legatura cu instabilitatea vremii si contribuie foarte mult la prognoza meteorologica. NASA a lansat primul satelit TIROS 1, in 1960, care transmitea aproximativ 23000 de fotografii ale Terrei si ale atmosferei. Administrartia Nationala a Oceanelor si Atmosferei (NOAA) opereaza cu trei sateliti care colecteaza date pentru prognoza vremii pe termen lung. Acesti trei sateliti nu au o orbita geostationara; mai degraba, orbitele ii duc pe deasupra polilor la o altitudine relativ redusa.

Multi dintre satelitii militari sunt similari celor comerciali, dar ei transmit date codificate pe care numai un receptor special le poate descifra. Satelitii de urmarire fotografiaza la fel ca si ceilalti sateliti dar camerele acestora au o rezolutie mai mare.

Armata SUA opereaza cu o varietate de sisteme de sateliti. Sistemul de Aparare prin Sateliti de Comunicatie este alcatuit din cinci aeronave in orbita geostationara care transmit date audio si video intre locatiile militare.

Satelitii care orbiteaza in jurul Pamantului pot furniza date privind harta Terrei, marimea si forma sa si pot studia dinamica oceanelor si a atmosferei. Savantii utilizeaza de asemenea satelitii pentru a cerceta Soarele, Luna, alte planete, comete, stele si galaxii. Telescopul spatial Hubble este un observator general lansat in 1990. Unii sateliti stiintifici orbiteaza in jurul altor corpuri ceresti decat Pamantul.

Celulele de energie solara montate pe panouri mari, atasate satelitului furnizeaza energie pentru receptie si transmitere.

Satelitii comerciali furnizeaza o gama larga de servicii.Programele de televiziune sunt transmise international, oferind astfel sanse fenomenului "globalzarea satelor"("global village." ).Acestia transmit de asemeni semnale catre sistemele de televiziune prin cablu sau catre antenele "farfurie".Satelitii Intelsat poarta acum peste 100 000 de circuite telefonice,un numar din ce in ce mai mare fiind transmisii digitale.

Organizatia International a Satelitilor Mobili(INMARSAT), fondata in 1979 este o retea mobila de telecomunicatii , ce ofera transmisii digitale ale datelor, telefonie si fax, diferite servicii intre nave maritime, facilitati ~offshore~ in toata lumea.In prezent isi extinde proprietatile pentru a oferi transmisii fax sau voice avioanelor pe rute internationale.

Sistemele satelitilor de comunicatii au intrat intr-o perioada de tranzitie ~from point-to-point high-capacity trunk communications between large, costly ground terminals to multipoint-to-multipoint communications between small, low-cost stations.~.Dezvoltarea metodelor de acces multiplu a facilitat aceatat tranzitie.Cu TDMA, fiecarei statii de pe sol ii este transmis un timp slot pe acelasi canal utilizat in comunicatii; toate celelalte statii monitorizeaza aceste slot-uri si selecteaza directia de comunicatii spre acestia.Amplificand o singura cale de frecventa in ~repeater~ fiecarui satelit, TDMA asigura cea mai eficienta cale de utilizare a surplusului de enrgie al unui satelit.

O tehnica numita refolosirea ~(reuse)~ frecventei permite satelitului sa comunice cu un numar mare de statii de pe sol folosind aceeasi frecventa, transmitand unde inguste catre fiecare dintre acestea.Latimea undelor poate fi modificata pentru a acoperi arii mari ca SUA sau mici ca aprox. 6 judete ale Romaniei.Doua statii amplasate destul de departe una de alta pot primi diferite mesaje pe aceeasi frecventa.Antenele satelitilor au fost create special pentru a transmite mai multe unde in directii diferite, folosind acelasi emitator.

O metoda pentru interconectarea mai multor statii de pe sol, situate la distante foarte mari una fata de alta, a fost demonstrata in 1993, odata cu lansarea de catre NASA a satelitului ACTS (~Advanced Communications Technology Satellite~).Acesta foloseste tehnologia ~hopping spot beam~ pentru a combina avantajele reutilizarii frecventei, ale ~spot beams~ si ale TDMA. Concentrand energia transmiterii semnalui satelitului, ACTS poate folosi statiile de pe sol care au antene mai mici, reducand astfel cerintele de energie.

Conceptul de comunicatii ~multiple spot beam~ a fost demonstrat cu succes in 1991 odata cu lansarea Italsat, construit de catre Consiliul de Cercetari Italian.
De asemeni se pot folosi si raze laser, dar acestea au o rata de transmisie limitata deoarece ele sunt aborbite si imprastiate in atmosfera. Aparetele laser ce opereaza cu lungimile de unda albastre-verzi, ce pot patrunde in apa, sunt folosite pentru comunicatiile intre sateliti si submarine.

Ultima descoperire in domeniu este folosirea retelelor de sateliti mici ce urmeaza o orbita joasa (2000km sau chiar mai putin) pentru a oferi comunicatie telefonica la nivel global.Telefoanele speciale care comunica prin acesti sateliti permit utilizatorilor sa acceseze in mod regulat reteaua si sa efectueze convorbiri din orice loc de pe glob.

Plasarea satelitilor pe orbita necesita o cantitate colosala de energie, ce trebuie sa vina de la un vehicul sau dispozitiv de lansare.Satelitul trebuie sa ajunga la altitudinea de cel putin 200 km si la o viteza de peste 29 000 km/h (8km/s) pentru a putea fi pozitonat cu succes pe orbita.Acesta primeste aceasta combinatie de energie potentiala(in functie de altitudine) si de energie cinetica (in functie de viteza) de la arderea unor combustibili chimici.

Primul nivel al rachetei consta in motor, care furnizeaza o cantitate uriasa de energie. Acest nivel ridica de pe locul de lansare in prima parte a zborului intregul vehicul de lansare, toata cantitatea de combustibil, corpul rachetei si satelitul.Dupa ce motoarele folosesc tot combustibilul, primul nivel se separa de restul vehicului si cade pe Pamant.In acest moment intra in functiune al doilea nivel, care furnizeaza energia necesara pentru a ridica satelitul pe orbita.In cele din urma si acest nivel se desprinde de restul vehiculului.

Continuarea procesului de lansare este diferita in functie de misiunea satelitului. De exemplu daca acesta trebuie sa urmeze o orbita geostationara, care poate fi atinsa numai la o distanata de aproximativ 35 000 km de Pamant, un al treilea nivel al rachetei furnizeaza energia necesara pentru a pozitiona satelitul pe orbita sa finala.Dupa aceasta, un alt un alt motor cu reactie intra in functiune si ofera satelitului o orbita circulara.Fiecare ardere la motorul cu reactie are loc la un moment precis si dureaza atat timp cat satelitul ocupa pozitia potrivita in spatiu.

In 1990 Statele Unite au inceput sa lanseze cativa sateliti de pe aeronave ce zburau la altitudini mari.Aceata metoda inca necesita puterea motorului cu reactie al vehiculului de lansare, deoarece acesta nu poate depasi modulul fortei de frecare cu partea densa a atmosferei de la altitudini joase, folosind mai putin combustibil.Oricum, marimea rachetei este limitata de marimea si forta aeronavei, astfel putand fi lansati doar satelitii mici.

O alta metoda folosita este aceea de a lansa satelitii de pe nava-mama(space-shuttle). Acesta poate transporta satelitii mari, si deoarece este deja pe orbita la lansarea acestuia, astronautii pot verifica daca satelitul a "supravetuit" rigorilor lansarii. Ea poate aduce de asemeni satelitii pe Pamant pentru a-i repara.

Deoarece satelitii trebuie sa reziste lansarii si trebuie sa opereze in mediul aspru al spatiului, ei necesiata o tehnologie unica si durabila.Ei trebuie sa-si transporte sursa de putere deoarece nu o pot primi de pe Pamant.Satelitii trebuie sa ramana pozitionati pe aceeasi directie sau orientare pentru a-si indeplini misinea.Temperatura lor trebuie sa fie constanta intre partea in care bate Soarele si cea in care este frig.Ei trebuie sa reziste la radiatii sau coliziunii cu micrometeorii.Majoritatea satelitilor au montate computere care ajuta la efectuarea operatiilor si la indeplinirea misiunii.

1)PUTEREA

Un satelit isi produce puterea necesara pe toata durata misiunii, care poate fi extinsa la 10 ani sau chiar mai mult.Cea mai folosita sursa este o combinatie a fotocelulelor cu reincarcarea bateriilor. Panourile cu fotocelulele trebuie sa fie foarte mari pentru a produce puterea de care are nevoie satelitul.De exemplu, panourile telescopului spatial Hubble se de aproximativ 290 m2 si furnizeaza cam 5 500 watt, in timp ce un alt satelit, Global Positioning System(GPS) cu o suprafata de 4,6m2 furnizeaza 700 watt.Panourile arata ca niste aripi care se deprind de pe satelit in momentul in care ajunge pe orbita finala.Bateriile ofera putere inainte de a se descide panourile sau atunci cand razele solare nu ajung la ele.

2)ORIENTAREA

Orientarea unui satelit este directia pe care o are fiecare componenta. Acesta isi mentine panourile solare tot timpul spre Soare.In plus, antenele satelitului si senzorii sunt mereu orientati spre Pamant sau spre alte obiecte.De exemplu, satelitii meteorologici sau de comunicatii au antenele si camerele orientate spre Pamant, in timp ce telescoapele spatiale sunt directionate spre obiectele astronomice pe care oamenii de stiinta vor sa le studieze.Una din metodele folosite pentru orientare este folosirea unor mici motoare cu reactie, a unor roti care rotesc satrelitul si a unor magneti ce interactioneaza campul magnetic al Pamantului ce ajuta la orientarea corecta a satelitului. Motoarele cu reactie pot face modificari mari intr-un timp scurt, dar nu sunt cea mai buna solutie cand stabilitatea intoarcerii este critica. De asemeni acestea necesiata combustibil, si astfel durata de viata a unui satelit depinde de limita de combustibil a motoarelor.

Roata satelitului joaca rolul unui giroscop.Miscarea de rotatie a acesteia face satelitul sa stea pe o singura directie, iar miscarea rotii il va face sa se intoarca.Roata precum si magnetii sunt mai inceti, dar sunt excelenti pentru stabilitatea pe care o confera, precum si pentru ca necesita doar o sursa electrica de energie.

3)DIFUZAREA CALDURII

De vreme ce orbiteaza in jurul Pamantului, satelitul intalneste zone cu caldura intensa si zone cu o temperatura scazuta, deoarece alterneaza momentele in care este cu fata spre Soare si cele in care se ascunde de acesta. Echipamentul electronic de pe satelit creaza de asemeni caldura care poate cauza o avarie. Pe Pamant radiatiile de caldura pot fi transportate. In schimb, in spatiu unde nu exista aer care sa treaca pe deasupra satelitului si sa transfere caldura prin convectie si cum nu exista un alt corp caruia acesta sa-i poata ceda caldura, el trebuie sa-si controleze caldura.

Deseori satelitii folosesc radiatoare in forma de panouri ~louvered~, incluzand si panourile care se inchid si se deschid pentru a controla cantitatea de caldura.Pentru a preveni incalzirea pronuntata de Soare a unor puncte, satelitul se poate roti astfel incat caldura sa se imprastie pe toata suprafata.

4)RADIATIILE COSMICE SI PROTECTIA DE MICROMETEORITI

Satelitii trebuie sa suporte efectele radiatiilor si , mereu, loviturile micrometroritilor, in special in timpul misiunilor de durata.Atmosfera Pamantului blocheaza majoritatea radiatiilor cosmice care afecteaza microprocesoarelor computerelor de pe sol.Orice satelit, de asemeni, trebuie sa-si protejeze computerele.Radiatiile din spatiu fac unele materiale se devina fragile, si astfel unele portiuni ale satelitului se pot strica mai usor dupa o expunere indelungata. Panourile solare produc din ce in ce mai putine energie din cauza efectelor radiatiilor si a impactului cu micrometeoritii.

5)ORBITELE SATELITILOR

Trasaturile definitorii ale orbitei sunt forma, altitudinea si unghiul care il face cu Ecuatorul Pamantului. Acestea sunt alese pentru a servi cat mai bine misiunii satelitului. Majoritatea sunt circulare dar sunt unii sateliti care au orbite eliptice. Altitudinea unei orbitei determina timpul necesar satelitului sa executa o miscare de revolutie in jurul Terrei si proportia in care planeta este vizibila satelitului in acel moment. Satelitii trec peste diferite nivele ale latitudinii Pamantului in functie de unghiul orbitei lor luand ca sistem de referinta Ecuatorul. In plus, majoritatea se misca in sens invers aclor de ceasornic , privind de pe Polul Nord.

A. Orbita geostationara ecuatoriala(GEO)

Satelitii care au o orbita geostationara ecuatoriala, orbiteaza in jurul Pamantului de-a lungul Ecuatorului, la o altitudine specifica, in acelasi timp in care Terra efectueaza o rotatie completa. Ca rezultat, acestia stau deasupra unei regiuni mereu. Altitudinea orbitei de 5,6 ori mai mare decat circumferinta Ecuatorului, adica de aproximativ 35 800km. Satelitii care transmit emisiuni televizate, in direct, au o astfel de orbita.Cu toate acestea doar cativa sateliti pot furniza semnal pe toata suprafata Terrei. De asemenea, in supravegherea militara sau meteorologica se folosesc sateliti cu o orbita geostationara ecuatoriala.

B. Orbita joasa a Terrei(LEO)

Un satelit cu o orbita joasa se poate intalni la o altitudine de 2 000km sau mai putin. Aproape orice satelit intra pe acesta orbita dupa ce este lansat. In cazul in care misiunea necesita o alta orbita, acesta se deplaseaza cu ajutorul rachetelor. Orbita de altitudine mica minimizeaza cantitatea de combustibil necesara. De asemenea el poate furniza imagini de supraveghere mai clare, evitandu-se centurile de radiatii Van Allen. Are nevoie de semnale mai salbe pentru a putea comunica cu Pamantul, care ajung mai repede la destinatie, oferindu-le o proprietate destul de importanta in transmiterea datelor.

C. Orbita medie a Terrei(MEO)

Satelitii ce utilizeaza acesata orbita se intalnesc la altitudinea de aproximativ 10 000km si combina avantajele orbitelor LEO si GEO. Orbita medie este folosita in general pentru satelitii de navigatie si comunicatii.

D.Orbita polara

Satelitii cu orbite polare orbiteaza Pamantul la unghiuri de 90* fata de Ecuator si fata de poli. Acestea se pot intalni la orice altitudine, dar cei mai multi sateliti folosesc si orbita LEO. Doi sateliti apartinand Administreatiei Nationala a Oceanelor si a Atmosferei furnizeaza informatii despre vreme pentru toate zonele Globului la fiecare 6 ore. De asemenea, acestia realizeaza harti ale nivelului de ozon ale atmosferei, incluzand si zonele de deasupra polilor. LANDSAT este un satelit apartinand Guvernului SUA care opereaza pe o orbita polara. Oamenii de stiintra il utilizeaza pentru a studia diferite fenomene ale agiculturii, cum ar fi defrisarile forestiere.

E. Orbita ~de sincron solara~~Sun-Synchronous~

Un satelit cu o astfel de orbita trece pe deasupra unui punct al Pamantului in acelasi moment in care Soarele este in aceasi pozitie pe cer. Acesta are o orbita retrogarda (in sensul acelor de ceasornic in jurul Terrei), la un unghi de aproximativ 98* fata de Ecuator. Aceasta orbita este utila pentru satelitii care fotografiaza Pamantul, deoarece Soarele va fi mereu la acelasi unghi fata de locul fixat pe sol.