:: Satélites









Satélites são objetos feitos pelo homem e colocados no espaço, ao redor da Terra, do Sol ou de outros corpos celestes (planetas, luas e asteróides). São chamados de satélites artificiais quando se faz necessário distingui-los de satélites naturais, como as luas.

Os satélites são projetados para desempenharem funções específicas. São classificados dependendo da função (missão) que devem desempenhar. Alguns exemplos de missões de um satélite são: comunicação, navegação, observação, científica e militar.

Tipos de satélites

Satélites de comunicação tornam possível a transmissão de dados (televisão, rádio e internet) entre dois pontos na Terra ou de um ponto a outro no espaço. Para a comunicação são necessárias estações de transmissão e recepção de dados entre os dois pontos. Na Terra, uma estação emite os sinais para o satélite, que os recebe e retransmite na direção da estação destino. No espaço, satélites de comunicação são utilizados para, por exemplo, enviarem e receberem informações de veículos colocados na superfície de outros planetas. Esses veículos se comunicam com um satélite em órbita desse planeta que retransmite os dados para a Terra. Da mesma forma uma estação na Terra pode enviar informações para o veículo através do satélite em órbita do planeta.

Satélites de navegação transmitem sinais de rádio para permitir a um receptor na Terra localizar precisamente sua posição. Os sistemas de navegação são compostos por um conjunto de satélites de forma a possibilitar a identificação da posição do receptor em toda a superfície terrestre, desde que um número mínimo de satélites possa ser observado ao mesmo tempo. Esses sistemas podem ser auxiliados por pontos de transmissão na Terra, melhorando a cobertura dos sinais de rádio dos satélites e aumentando a precisão na localização do receptor.

Satélites de observação podem ser dedicados a Terra ou ao espaço. Na observação terrestre, os satélites permitem: a monitoração do clima, monitoração do meio ambiente, alertas de catástrofes, localização de recursos naturais, cartografia, mapeamento da ocupação urbana, entre outros. Na observação do espaço, os satélites contribuem para o estudo do universo, localizando planetas, analisando estrelas, buracos-negros, observando as galáxias. Satélites meteorológicos, monitoram o clima, permitindo a previsão com antecedência das condições climáticas sob determinadas regiões. Os satélites astronômicos permitem a observação do espaço distante da Terra. De forma geral, satélites de observação, contribuem para um melhor entendimento da Terra e do espaço.

Satélites científicos se destinam a realizar experimentos em ambiente de microgravidade, onde podem ser observados efeitos que não são percebidos na Terra. Eles são importantes para um melhor conhecimento do ambiente espacial e permitir o aperfeiçoamento dos equipamentos a serem utilizados em futuros satélites. O conhecimento da radiação presente no espaço, da densidade da atmosfera em suas camadas superiores, do campo magnético terrestre acima da atmosfera, do efeito da microgravidade nos seres vivos, do efeito da ionosfera nas comunicações, são alguns dos experimentos que um satélite científico pode conduzir.

Satélites militares se dedicam a auxiliar as forças armadas em suas operações, como reconhecimento de áreas de interesse militar. São empregados também para a vigilância, que constitui na monitoração permanente de territórios. Satélites espiões são utilizados para identificar a presença de atividades militares, através de equipamentos ópticos ou para monitorar as comunicações de rádio. As informações obtidas pelos satélites militares são de grande importância para as forças armadas dos países que os controlam.

Existem também satélites que realizam simultaneamente mais de um tipo de missão. A missão a qual um satélite é dedicado depende dos equipamentos que são colocados nesse satélite, chamados de carga útil.

Órbitas dos satélites

O uso do espaço, através de satélites, é somente possível ao colocá-los em movimento ao redor da Terra ou de outros corpos celestes. Esse movimento é definido por uma órbita na qual este satélite deve estar localizado. As órbitas são definidas pela sua altitude (baixa, média ou alta), pela sua inclinação em relação ao equador (equatoriais, inclinadas ou polares) e pela sua excentricidade (circulares ou elípticas).

Órbitas baixas são aquelas até 2000 km de altitude, as médias são de 2000 a 35786 km, enquanto as altas são acima de 35786 km. As órbitas que são no mesmo plano que a linha do Equador na Terra são chamadas de órbitas equatoriais. Órbitas com inclinação próxima a 90 graus em relação a linha do equador são chamadas de polares. A excentricidade define se uma órbita é circular (excentricidade igual a zero) ou elíptica (excentricidade maior que zero e menor que um).

A órbita equatorial circular com altitude de 35786 km é chamada de órbita geoestacionária, pois um satélite posicionado nessa órbita possui a mesma velocidade de rotação da Terra e portanto permanece sobre um mesmo ponto na linha do equador da Terra. Com isso, somente um satélite de comunicações estacionário é necessário para fazer a transmissão de dados de uma região inteira. Países próximos aos pólos terrestres não podem utilizar satélites geoestacionários e devem utilizar mais de um satélite de comunicações para conseguirem cobertura contínua de seu território. Os satélites, não geoestacionários, estão em movimento ao redor da Terra, somente passando por determinado tempo sobre um território. Portanto, para uma cobertura contínua, quanto um satélite estiver saindo de cima de um território, outro deve estar aparecendo sobre o mesmo território para assumir suas funções.

Para colocar um satélite em órbita faz-se necessário o uso de foguetes, responsáveis por impulsionar o satélite da superfície terrestre até o espaço. Muitos tipos de foguetes foram desenvolvidos e aprimorados desde o início da Era espacial. Quanto maior o satélite ou mais alto se deseja posicioná-lo, maior deve ser a potência do foguete.

A Era espacial

Os primeiros países a estudarem o uso de foguetes foram a Alemanha, os Estados Unidos e a União Soviética. Os primeiros usos dos foguetes foram como armas militares, só posteriormente essa capacidade de impulsão foi utilizada para colocar objetos em órbita da Terra.

Em 1957, a União Soviética se tornou o primeiro país a enviar um satélite ao espaço. Esse satélite foi o Sputnik 1, que realizou experimentos científicos, enviando seus dados na forma de sinais de rádio para a Terra. No mesmo ano foi enviado o Sputnik 2 com o primeiro ser vivo ao espaço, a cadela Laika.

Os Estados Unidos enviaram seu primeiro satélite em 1958, o Exporer 1, descobrindo a existência de um cinturão de radiação ao redor da Terra, que serve de proteção contra raios cósmicos.

Em 1961, a União Soviética enviou o primeiro homem ao espaço, Yuri Gagarin, constatando que a Terra vista do espaço é azul. Em 1963 a União Soviética enviou a primeira mulher ao espaço, Valentina Tereshkova.

Os Estados Unidos conseguiram, em 1969, levar o primeiro homem a Lua. A nave Apollo 11 fez o pouso na superfície lunar, permitindo que Neil Armstrong fosse o primeiro homem a pisar em um outro corpo celeste.

Em 1986, a União Soviética deu início a colocação em órbita da estação espacial Mir. A estação serviu até 2001 como posto de permanência humana no espaço, com a condução de diversos experimentos. No final de sua operação, a Mir serviu de preparação e treinamento para uma outra estação espacial, a Estação Espacial Internacional.

A Estação Espacial Internacional teve sua construção iniciada em 1998, com a colocação em órbita do módulo russo Zarya. A estação é composta por diversos módulos e equipamentos fornecidos pelos países parceiros na construção da estação.

Funcionamento dos satélites

Satélites são equipamentos complexos, que requerem uma série de capacidades para poderem se manter operacionais em órbita, de forma que sua função principal possa ser executada. O satélite pode ser considerado um sistema, e portanto, as capacidades são denominadas subsistemas. Para permitir que sua função principal, chamada de carga-útil, possa ser posta em operação o satélite deve contar com os seguintes subsistemas: estrutura; energia; telemetria e telecomando; controle térmico; controle de atitude e órbita; e tratamento de dados.

O subsistema de estrutura é a base sobre a qual os equipamentos do satélite são montados. Representa o suporte mecânico para os equipamentos, acessórios e carga-útil do satélite, enquanto mantida no chão, durante o lançamento e no espaço. A estrutura do satélite serve também para proteger os equipamentos internos das mudanças extremas de temperatura, da radiação e dos micrometeoritos.

O subsistema de energia é responsável por gerar, armazenar e distribuir a energia elétrica necessária para por em funcionamento os equipamentos do satélite. A energia é gerada através de painéis solares, que convertem a energia luminosa do Sol em energia elétrica. A energia elétrica então é armazenada em baterias e é posteriormente distribuída para os equipamentos do satélite e para a carga-útil.

O subsistema de telemetria e telecomando é responsável pelo envio de sinais do satélite para as estações em Terra (telemetria) e pelo recebimento de informações e comandos da Terra (telecomandos). O satélite deve ser capaz de transmitir os dados da carga-útil e das condições de operação do satélite e também de receber comandos a partir da Terra para realizar suas operações.

O subsistema de controle térmico mantém os equipamentos do satélite dentro dos níveis aceitáveis de temperatura de operação dos mesmos. Em órbita um satélite está sujeito a variações extremas de temperatura, desde bastante elevadas devido a exposição direta ao Sol, até as bem baixas no momento em que o satélite se encontra na sombra da Terra.

O subsistema de controle de atitude e órbita é responsável por manter o satélite posicionado de forma que sua carga-útil possa realizar a missão a qual foi designada. No espaço um satélite é submetido a forças que alteram seu movimento, sua órbita e seu apontamento. O subsistema de controle é composto pelos seguintes tipos de equipamentos: sensores, controlador e atuadores. Os sensores são responsáveis pelas medidas da posição e orientação do satélite. Essas medidas são fornecidas para o controlador, que define quais ações devem ser tomadas para corrigir o movimento do satélite. Os atuadores exercem ação sobre o satélite de forma a corrigir seu movimento.

O subsistema de tratamento de dados é responsável pelo armazenamento das informações do satélite e dos dados da carga-útil de forma que eles possam ser transmitidos a Terra quando o satélite passar sobre uma estação receptora de sinais.

Desenvolvimento de satélites

O processo de desenvolvimento de um satélite necessita de planejamento, controle de qualidade de todas as atividades envolvidas e de uma equipe técnica bastante qualificada.

Um projeto de satélite começa com a definição da missão que ele irá desempenhar. A partir dessa definição são elaborados documentos que registram o desempenho esperado do satélite. Esses documentos são utilizados para se criar os documentos de projeto do satélite.

Na concepção de um satélite deve ser levado em conta, entre outras coisas: o custo estimado, o prazo para o término do projeto, qual as dimensões máximas do satélite, qual foguete deve levar esse satélite ao espaço, qual missão ele deve desempenhar e quais equipamentos devem estar presentes nele.

A partir dessas definições, o satélite pode ter seu desenvolvimento iniciado. São feitos projetos envolvendo cada um dos subsistemas que o satélite possui. Esses projetos podem ser divididos e serem realizados por uma ou mais organizações, porém um gerenciamento preciso deve ser efetuado para que o satélite atinja o desempenho esperado, respeitando os prazos e custos estipulados.

Durante o desenvolvimento de um satélite, revisões de projeto devem ser conduzidas de forma a verificar o correto andamento do projeto. Protótipos dos equipamentos podem ser construídos e submetidos a testes. Dessa forma, maior confiança se tem de que cada uma das partes irá atender o desempenho esperado uma fez que o satélite for construído.

Operações dos satélites

Desde o momento do lançamento até o fim de sua vida útil o satélite deve ser monitorado e controlado. Estações transmissoras e receptoras na Terra fazem o controle do satélite, recebendo dados dele e enviando comandos para que ele se mantenha em operação.

Uma das primeiras operações de um satélite é a estabilização em sua órbita de destino. O foguete faz a inserção do satélite nessa órbita, mas não necessariamente a faz na posição e com o apontamento que o satélite deve ter para operar corretamente. Essa estabilização pode ser feita em etapas, onde primeiro se obtém uma aproximação do apontamento final, com o uso de determinados equipamentos do satélite e posteriormente, com o uso de equipamentos mais precisos, obtêm-se o apontamento final.

Durante a permanência em órbita, o satélite está sujeito a perturbações em seu movimento que o levam a alterar sua órbita e apontamento. O satélite deve ser capaz de corrigir esses desvios de forma automática através do seu subsistema de controle.

Operadores em Terra são capazes de comandar os satélites, alterando sua operação, corrigindo defeitos ou realizando manobras para modificar a órbita.

No final da vida útil do satélite, este deve ser descartado de forma a não ocupar o espaço que pode ser de outro satélite no futuro. Satélites em baixa órbita terrestre devem ser comandados para baixar sua altitude até assumirem uma trajetória descendente em direção a Terra. O atrito gerado no contato com a atmosfera terrestre aquece e destrói o satélite.

Para satélites em altitudes elevadas, seria perigoso direcioná-los para a Terra, pois até chegarem na atmosfera eles poderiam se chocar com outros satélites em órbitas mais baixas. Portanto, a solução é afasta-los da Terra, em órbitas onde não apresentarão risco de colisão.

Considerações finais

Satélites são invenções muito úteis que auxiliam em uma melhor compreensão do Universo e do mundo em que vivemos. Possibilitam descobertas científicas e tecnológicas para melhorar nossa vida na Terra, ao mesmo tempo em que são o primeiro passo para alargar o horizonte de possibilidades dos seres humanos.

Autor: Marcelo de Lima Bastos Moreira

marcelolbm@gmail.com

Mestre em Engenharia Espacial e Controle – INPE; Engenheiro Eletrônico – UFRJ.

Conhecimentos em confiabilidade de equipamentos eletrônicos; engenharia de sistemas; linguagens de programação; microcontroladores; sistemas de controle; modelagem de sistemas; computação tempo real.
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Max Diniz Cruzeiro

Electronics Technician

Bachelor of Statistics

Post graduate in Clinical and Business Psychopedagogy

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