Satélite -Satellite

Dois CubeSats 3U
Dois CubeSats orbitando ao redor da Terra depois de serem lançados do Small Satellite Orbital Deployer do módulo ISS Kibō

Um satélite ou satélite artificial é um objeto intencionalmente colocado em órbita no espaço sideral . Os satélites têm uma variedade de usos, incluindo retransmissão de comunicação, previsão do tempo, navegação (GPS), radiodifusão, pesquisa científica e observação da Terra. Usos militares adicionais são reconhecimento, alerta precoce, inteligência de sinais e, potencialmente, lançamento de armas. Outros satélites incluem os estágios finais de foguetes que colocaram satélites em órbita e satélites anteriormente úteis que agora estão extintos.

Com exceção dos satélites passivos , a maioria dos satélites possui um sistema de geração de eletricidade para equipamentos a bordo, como painéis solares ou geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs). A maioria dos satélites também possui um método de comunicação com as estações terrestres , chamadas transponders . Muitos satélites usam um barramento padronizado para economizar custos e trabalho, sendo o mais popular o pequeno CubeSats . Satélites semelhantes podem trabalhar juntos como um grupo, formando constelações . Devido ao alto custo de lançamento para o espaço, os satélites são projetados para serem o mais leves e robustos possível. A maioria dos satélites de comunicação são estações retransmissoras de rádio em órbita e carregam dezenas de transponders, cada um com uma largura de banda de dezenas de megahertz.

Os satélites são colocados da superfície em órbita por veículos de lançamento , altos o suficiente para evitar o decaimento orbital pela atmosfera . Os satélites podem então mudar ou manter a órbita por propulsão , geralmente por propulsores químicos ou iônicos . Em 2018, cerca de 90% dos satélites que orbitam a Terra estão em órbita terrestre baixa ou órbita geoestacionária ; geoestacionário significa que os satélites permanecem parados no céu. Alguns satélites de imagem escolheram uma órbita sincronizada com o Sol porque podem escanear o globo inteiro com iluminação semelhante. À medida que aumenta o número de satélites e detritos espaciais ao redor da Terra, a ameaça de colisão se torna mais grave. Um pequeno número de satélites orbitam outros corpos (como a Lua , Marte e o Sol ) ou muitos corpos ao mesmo tempo (dois para uma órbita de halo , três para uma órbita de Lissajous ).

Os satélites de observação da Terra coletam informações para reconhecimento , mapeamento , monitoramento do clima , oceano, floresta, etc. Os telescópios espaciais aproveitam o vácuo quase perfeito do espaço sideral para observar objetos com todo o espectro eletromagnético . Como os satélites podem ver uma grande parte da Terra ao mesmo tempo, os satélites de comunicação podem transmitir informações para lugares remotos. O atraso do sinal dos satélites e a previsibilidade de suas órbitas são usados ​​em sistemas de navegação por satélite , como o GPS . As sondas espaciais são satélites projetados para exploração espacial robótica fora da Terra, e as estações espaciais são, em essência, satélites tripulados.

O primeiro satélite artificial a ser lançado na órbita da Terra foi o Sputnik 1 da União Soviética , em 4 de outubro de 1957.

História

Propostas iniciais

O primeiro estudo matemático publicado sobre a possibilidade de um satélite artificial foi a bala de canhão de Newton , um experimento mental de Isaac Newton para explicar o movimento dos satélites naturais , em seu Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687). A primeira representação fictícia de um satélite sendo lançado em órbita foi um conto de Edward Everett Hale , " The Brick Moon " (1869). A ideia surgiu novamente em The Begum 's Fortune (1879) , de Júlio Verne .

Em 1903, Konstantin Tsiolkovsky (1857–1935) publicou Exploring Space Using Jet Propulsion Devices , que é o primeiro tratado acadêmico sobre o uso de foguetes para lançar espaçonaves. Ele calculou a velocidade orbital necessária para uma órbita mínima e que um foguete de vários estágios alimentado por propulsores líquidos poderia alcançar isso.

Herman Potočnik explorou a ideia de usar espaçonaves em órbita para observação pacífica e militar detalhada do solo em seu livro de 1928, The Problem of Space Travel . Ele descreveu como as condições especiais do espaço poderiam ser úteis para experimentos científicos. O livro descreveu satélites geoestacionários (apresentados pela primeira vez por Konstantin Tsiolkovsky ) e discutiu a comunicação entre eles e o solo usando rádio, mas ficou aquém da ideia de usar satélites para transmissão em massa e como retransmissores de telecomunicações.

Em um artigo da Wireless World de 1945 , o escritor inglês de ficção científica Arthur C. Clarke descreveu em detalhes o possível uso de satélites de comunicação para comunicações de massa. Ele sugeriu que três satélites geoestacionários forneceriam cobertura sobre todo o planeta.

Em maio de 1946, o Projeto RAND da Força Aérea dos Estados Unidos lançou o Projeto Preliminar de uma Nave Espacial Experimental em Círculo Mundial , que afirmava: "Pode-se esperar que um veículo de satélite com instrumentação apropriada seja uma das ferramentas científicas mais potentes do século XX. ." Os Estados Unidos vinham considerando o lançamento de satélites orbitais desde 1945 sob o Bureau of Aeronautics da Marinha dos Estados Unidos . O Projeto RAND finalmente divulgou o relatório, mas considerou o satélite uma ferramenta para ciência, política e propaganda, em vez de uma arma militar em potencial.

Em 1946, o astrofísico teórico americano Lyman Spitzer propôs um telescópio espacial em órbita .

Em fevereiro de 1954, o Projeto RAND lançou "Scientific Uses for a Satellite Vehicle", de RR Carhart. Isso expandiu os usos científicos potenciais para veículos de satélite e foi seguido em junho de 1955 com "O uso científico de um satélite artificial", de HK Kallmann e WW Kellogg.

Primeiros satélites

Bola de aço com 4 antenas
Réplica do Sputnik 1

No contexto das atividades planejadas para o Ano Geofísico Internacional (1957–1958), a Casa Branca anunciou em 29 de julho de 1955 que os EUA pretendiam lançar satélites na primavera de 1958. Isso ficou conhecido como Projeto Vanguarda . Em 31 de julho, a União Soviética anunciou sua intenção de lançar um satélite no outono de 1957.

O primeiro satélite artificial foi o Sputnik 1 , lançado pela União Soviética em 4 de outubro de 1957 sob o programa Sputnik , com Sergei Korolev como designer-chefe. O Sputnik 1 ajudou a identificar a densidade de altas camadas atmosféricas por meio da medição de sua mudança orbital e forneceu dados sobre a distribuição de sinais de rádio na ionosfera . O anúncio imprevisto do sucesso do Sputnik 1 precipitou a crise do Sputnik nos Estados Unidos e deu início à chamada Corrida Espacial dentro da Guerra Fria .

O Sputnik 2 foi lançado em 3 de novembro de 1957 e levou o primeiro passageiro vivo à órbita, uma cadela chamada Laika .

No início de 1955, após pressão da American Rocket Society , da National Science Foundation e do International Geophysical Year, o Exército e a Marinha estavam trabalhando no Projeto Orbiter com dois programas concorrentes. O exército usou o foguete Júpiter C , enquanto o programa civil-Marinha usou o foguete Vanguard para lançar um satélite. O Explorer 1 tornou-se o primeiro satélite artificial dos Estados Unidos, em 31 de janeiro de 1958. As informações enviadas de seu detector de radiação levaram à descoberta dos cinturões de radiação de Van Allen na Terra . A espaçonave TIROS-1 , lançada em 1º de abril de 1960, como parte do programa Television Infrared Observation Satellite (TIROS) da NASA, enviou de volta as primeiras imagens de televisão dos padrões climáticos a serem tiradas do espaço.

Em junho de 1961, três anos e meio após o lançamento do Sputnik 1, a Rede de Vigilância Espacial dos Estados Unidos catalogou 115 satélites em órbita da Terra.

Os primeiros satélites foram construídos com designs únicos. Com os avanços da tecnologia, vários satélites começaram a ser construídos em plataformas de modelo único chamadas de barramentos de satélite . O primeiro projeto de barramento de satélite padronizado foi o satélite de comunicação geossíncrono HS-333 (GEO) lançado em 1972. Iniciado em 1997, o FreeFlyer é um aplicativo de software comercial pronto para uso para análise, projeto e operações de missão de satélite.

Desenvolvimento posterior

  lançamento orbital e operação de satélite
  operação de satélite, lançada por fornecedor estrangeiro
  satélite em desenvolvimento
  projeto de lançamento orbital em estágio avançado ou mísseis balísticos indígenas implantados

Enquanto o Canadá foi o terceiro país a construir um satélite lançado ao espaço, ele foi lançado a bordo de um foguete americano de um espaçoporto americano. O mesmo vale para a Austrália, que lançou o primeiro satélite envolvendo um foguete Redstone doado pelos EUA e equipe de suporte americana, bem como uma instalação de lançamento conjunta com o Reino Unido . O primeiro satélite italiano San Marco 1 foi lançado em 15 de dezembro de 1964 em um foguete US Scout da Ilha Wallops (Virgínia, Estados Unidos) com uma equipe de lançamento italiana treinada pela NASA . Em ocasiões semelhantes, quase todos os outros primeiros satélites nacionais foram lançados por foguetes estrangeiros.

Após o final da década de 2010, e especialmente após o advento e o campo operacional de grandes constelações de internet via satélite - onde os satélites ativos em órbita mais que dobraram em um período de cinco anos - as empresas que constroem as constelações começaram a propor a desorbitação planejada regular dos satélites mais antigos. que chegam ao fim da vida útil , como parte do processo regulatório de obtenção de licença de lançamento. O maior satélite artificial de todos os tempos é a Estação Espacial Internacional .

No início dos anos 2000, e particularmente após o advento dos CubeSats e o aumento dos lançamentos de microsats - freqüentemente lançados para as altitudes mais baixas da órbita baixa da Terra (LEO) - os satélites começaram a ser projetados com mais frequência para desaparecer ou se separar e queimar totalmente na atmosfera . Por exemplo, os satélites SpaceX Starlink , a primeira grande constelação de internet via satélite a exceder 1.000 satélites ativos em órbita em ~ 2020, são projetados para serem 100% descartáveis ​​e queimar completamente na reentrada atmosférica no final da vida, ou no caso de um falha do satélite.

Componentes

Controle de órbita e altitude

Disparo do propulsor de íons do Deep Space 1

A maioria dos satélites usa propulsão química ou iônica para ajustar ou manter sua órbita , juntamente com rodas de reação para controlar seus três eixos de rotação ou atitude. Os satélites próximos à Terra são os mais afetados pelas variações no campo magnético da Terra , no campo gravitacional e na pressão de radiação do Sol ; satélites mais distantes são mais afetados pelo campo gravitacional de outros corpos pela Lua e pelo Sol. Sem controle de órbita e orientação, os satélites em órbita não poderão se comunicar com as estações terrestres na Terra.

Os propulsores químicos em satélites geralmente usam monopropelente (uma parte) ou bipropelente (duas partes) que são hipergólicos . Meios hipergólicos capazes de entrar em combustão espontânea em contato entre si ou com um catalisador . As misturas de propelentes mais comumente usadas em satélites são monopropelentes à base de hidrazina ou monometilhidrazina bipropelente de tetróxido de dinitrogênio . Os propulsores de íons nos satélites geralmente são propulsores de efeito Hall , que geram impulso acelerando íons positivos através de uma grade carregada negativamente. A propulsão iônica é mais eficiente em termos de propelente do que a propulsão química, mas seu empuxo é muito pequeno (cerca de 0,5 N ou 0,1 lb f ), portanto, requer um tempo de queima mais longo. Os propulsores geralmente usam xenônio porque é inerte , pode ser facilmente ionizado , tem uma alta massa atômica e pode ser armazenado como um líquido de alta pressão.

Poder

veja a legenda
Os painéis solares pretos da Estação Espacial Internacional à esquerda e os radiadores brancos à direita

A maioria dos satélites usa painéis solares para gerar energia, e alguns no espaço profundo com luz solar limitada usam geradores termoelétricos de radioisótopos . Os anéis deslizantes prendem os painéis solares ao satélite; os anéis deslizantes podem girar para ficarem perpendiculares à luz do sol e gerar mais energia. Todos os satélites com painel solar também devem ter baterias , porque a luz solar é bloqueada dentro do veículo de lançamento e à noite. Os tipos mais comuns de baterias para satélites são de íons de lítio e, no passado , de níquel-hidrogênio .

Comunicações

Formulários

Observação da Terra

Implantação do Earth Radiation Budget Satellite no STS-41-G , coletando dados sobre o clima e o clima da Terra

Os satélites de observação da Terra são projetados para monitorar e pesquisar a Terra, chamados de sensoriamento remoto . A maioria dos satélites de observação da Terra são colocados em órbita terrestre baixa para uma alta resolução de dados, embora alguns sejam colocados em órbita geoestacionária para uma cobertura ininterrupta. Alguns satélites são colocados em uma órbita sincronizada com o Sol para ter uma iluminação consistente e obter uma visão total da Terra. Dependendo das funções dos satélites, eles podem ter uma câmera normal , radar , lidar , fotômetro ou instrumentos atmosféricos. Os dados do satélite de observação da Terra são mais usados ​​em aplicações de arqueologia , cartografia , monitoramento ambiental , meteorologia e reconhecimento . A partir de 2021, existem mais de 950 satélites de observação da Terra, com o maior número de satélites operados pelo Planet Labs .

Satélites meteorológicos monitoram nuvens , luzes da cidade , incêndios , efeitos da poluição , auroras , tempestades de areia e poeira , cobertura de neve , mapeamento de gelo , limites de correntes oceânicas , fluxos de energia , etc. Satélites de monitoramento ambiental podem detectar mudanças na vegetação da Terra , traços atmosféricos conteúdo de gás, estado do mar, cor do oceano e campos de gelo. Ao monitorar as mudanças da vegetação ao longo do tempo, as secas podem ser monitoradas comparando o estado atual da vegetação com sua média de longo prazo. As emissões antrópicas podem ser monitoradas por meio da avaliação de dados de NO 2 e SO 2 troposféricos .

Comunicação

Um satélite de comunicações é um satélite artificial que retransmite e amplifica os sinais de radiotelecomunicação através de um transponder ; ele cria um canal de comunicação entre um transmissor de origem e um receptor em diferentes locais da Terra . Os satélites de comunicação são usados ​​para televisão , telefone , rádio , internet e aplicações militares . Muitos satélites de comunicação estão em órbita geoestacionária 22.300 milhas (35.900 km) acima do equador , de modo que o satélite parece estacionário no mesmo ponto do céu; portanto, as antenas parabólicas das estações terrestres podem ser apontadas permanentemente para aquele ponto e não precisam se mover para rastrear o satélite. Outros formam constelações de satélites em órbita baixa da Terra , onde as antenas no solo precisam seguir a posição dos satélites e alternar entre os satélites com frequência.

As ondas de rádio de alta frequência usadas para links de telecomunicações viajam pela linha de visão e, portanto, são obstruídas pela curva da Terra. O objetivo dos satélites de comunicação é retransmitir o sinal ao redor da curva da Terra, permitindo a comunicação entre pontos geográficos amplamente separados. Os satélites de comunicação usam uma ampla gama de freqüências de rádio e microondas . Para evitar interferência de sinal, as organizações internacionais têm regulamentos para quais faixas de frequência ou "bandas" certas organizações podem usar. Essa alocação de bandas minimiza o risco de interferência de sinal.

Navegação

Satélites de navegação são satélites que usam sinais de tempo de rádio transmitidos para permitir que receptores móveis no solo determinem sua localização exata. A linha de visão relativamente clara entre os satélites e os receptores no solo, combinada com a eletrônica cada vez melhor, permite que os sistemas de navegação por satélite meçam a localização com precisão da ordem de alguns metros em tempo real

Telescópio

Satélites astronômicos são satélites usados ​​para observação de planetas distantes, galáxias e outros objetos do espaço sideral.

O Telescópio Espacial Hubble

Experimental

Os satélites Tether são satélites conectados a outro satélite por um cabo fino chamado tether . Satélites de recuperação são satélites que fornecem uma recuperação de reconhecimento, biológico, produção espacial e outras cargas úteis da órbita para a Terra. Os biossatélites são satélites projetados para transportar organismos vivos, geralmente para experimentação científica. Os satélites de energia solar baseados no espaço são satélites propostos que coletam energia da luz solar e a transmitem para uso na Terra ou em outros lugares.

Arma

Desde meados dos anos 2000, os satélites foram hackeados por organizações militantes para transmitir propaganda e furtar informações classificadas de redes de comunicação militares. Para fins de teste, os satélites em órbita terrestre baixa foram destruídos por mísseis balísticos lançados da Terra. Rússia , Estados Unidos , China e Índia demonstraram a capacidade de eliminar satélites. Em 2007, os militares chineses derrubaram um satélite meteorológico envelhecido, seguido pela Marinha dos EUA derrubando um satélite espião extinto em fevereiro de 2008. Em 18 de novembro de 2015, após duas tentativas fracassadas, a Rússia realizou com sucesso um teste de voo de um antissatélite. míssil conhecido como Nudol . Em 27 de março de 2019, a Índia derrubou um satélite de teste ao vivo a 300 km de altitude em 3 minutos. A Índia se tornou o quarto país a ter a capacidade de destruir satélites ativos.

Poluição e interferência

O crescimento de todos os objetos rastreados no espaço ao longo do tempo

Questões como detritos espaciais , poluição de rádio e luz estão aumentando em magnitude e, ao mesmo tempo, carecem de progresso na regulamentação nacional ou internacional. Detritos espaciais representam perigos para espaçonaves (incluindo satélites) em ou cruzando órbitas geocêntricas e têm o potencial de conduzir uma síndrome de Kessler que poderia potencialmente impedir a humanidade de realizar empreendimentos espaciais no futuro, tornando-os quase impossíveis.

Com o aumento do número de constelações de satélites , como o SpaceX Starlink , a comunidade astronômica, como a IAU , relata que a poluição orbital está aumentando significativamente. Um relatório do workshop SATCON1 em 2020 concluiu que os efeitos de grandes constelações de satélites podem afetar severamente alguns esforços de pesquisa astronômica e lista seis maneiras de mitigar os danos à astronomia. A IAU está estabelecendo um centro (CPS) para coordenar ou agregar medidas para mitigar tais efeitos prejudiciais.

Algumas falhas notáveis ​​de satélites que poluíram e dispersaram materiais radioativos são Kosmos 954 , Kosmos 1402 e o Transit 5-BN-3 .

Geralmente, a responsabilidade foi coberta pela Convenção de Responsabilidade . O uso da madeira como material alternativo foi proposto para reduzir a poluição e os detritos dos satélites que reentram na atmosfera.

Devido à baixa intensidade do sinal recebido das transmissões por satélite, elas são propensas a interferências por transmissores terrestres. Essa interferência é limitada à área geográfica dentro do alcance do transmissor. Satélites de GPS são alvos potenciais de interferência, mas os sinais de telefone e televisão via satélite também estão sujeitos a interferência.

Além disso, é muito fácil transmitir um sinal de rádio portador para um satélite geoestacionário e, assim, interferir nos usos legítimos do transponder do satélite. É comum que as estações terrestres transmitam na hora errada ou na frequência errada no espaço de satélite comercial, e dupla iluminação do transponder, tornando a frequência inutilizável. Os operadores de satélite agora têm monitoramento sofisticado que lhes permite identificar a origem de qualquer portadora e gerenciar o espaço do transponder de forma eficaz.

Referências

links externos