Orbite si sateliti

ORBITE SI SATELITI

Despre ORBITA GEOSTATIONARA

Timpul

Pamantul se misca in spatiu dupa doua directii.

- Pamantul se roteste in jurul axei sale polare: Nord – Sud. Intervalul de timp necesar pentru o rotatie completa este numit zi siderala.
- Pamantul se roteste in jurul soarelui intr-un an.

Rotatia pamantului dupa aceste doua axe are ca rezultat rasaritul soarelui la est si apusul acestuia la vest. Odata pe zi soarele atinge inaltimea maxima pe cer, aceasta pozitie poarta numele de luna solara.

Perioada de timp dintre doua pozitii consecutive de luna solara, poarta numele de zi solara. In timpul unei zi solare, pamantul se roteste putin mai mult decat in jurul axei sale. De aceea o zi solara este mai lunga decat o zi siderala cu aproximativ patru minute.
Acest fenomen este ilustrat in urmatoarea imagine:

Sa notam ca pamantul se misca din punctul Ziua1 la Ziua2, ceea ce reprezinta 1/365 (aproximativ un grad) din orbita sa anuala in jurul soarelui. Deci pamantul trebuie sa se roteasca putin mai mult pentru a ajunge in punctul Ziua2.

O zi solara este impartita in ore solare, minute solare si secunde solare:
- o zi solara = 24 ore solare
- O ora solara = 60 minute solare
- Un minut solar = 60 secunde solare

Masurata in unitati solare, o zi siderala = 23 ore 56 minute 4,091 secunde.

Coordonate geografice

Orice punct de pe suprafata pamantului poate fi specificat prin doua coordonate geografice numite latitudine si longitudine.

Latitudinea si longitudinea sunt masurate in grade arc sau simplu grade. Un grad arc este egal cu 1/360 din circumferinta unui cerc si este reprezentat prin simbolul – < ° >
Latitudinea este masurata in grade arc nord sau sud de la ecuator. Ecuatorul este definit de 0° latitudine. Polul nord este la 90° latitudine nordica si polul sud la 90° latitudine sudica. Liniile de latitudine egala intre ecuator si poli se numesc paralele.
Longitudinea este masurata in grade arc est sau vest, avand ca reper Primul Meridian sau prim-meridianul de la Greenwich, Anglia.
Primul Meridian este definit ca fiind 0° longitudine. Punctele de la vest de Primul Meridian sunt numite longitudine vestica si cele de la est se numesc longitudine estica. Liniile de la longitudini egale se numesc meridiane.

De exemplu intersectia dintre paralela 45 dinspre nord si meridianul 25 spre est, se reprezinta astfel:

45° Latitudine Nordica
25° Longitudine Estica

Aceste coordonate se gasesc in apropiere de Pitesti, Romania.
Diviziunile unui grad arc pot fi reprezentate in doua moduri:

- prin notare zecimala:

44.5537° Latitudine Nordica
25.2744° Longitudine Estica

- prin arc minute si arc secunde:

un arc minut (‘) = 1/60 arc grad
un arc secunda (“) = 1/60 arc minut

Folosind notatia, coordonatele Targovistei se reprezinta astfel:

44° 55′ 37″ Latitudine Nordica
25° 27′ 44″ Longitudine Estica

Distanta fizica a unui arc secunda, masurata pe pamant, este de aproximativ:

Latitudine = 30,8 metri
Longitudine = 30,8 * (cos(latitudine))

SATELITI

Satelitul este numele dat obiectelor ce executa o miscare de revolutie in jurul pamantului, in spatiu, deasupra atmosferei.
Satelitii pot fi naturali sau artificiali.
Satelitul natural al pamantului este LUNA.
Primul satelit artificial al pamantului, SPUTNIK 1, a fost lansat de URSS in 1957. Dealungul anilor, sute de sateliti artificiali au fost lansati.
Satelitii se misca in jurul pamantului pe ORBITE.

Din astronomie se cunosc 3 lucruri importante despre orbite, cunoscute ca Legile lui KEPLER, au fost enuntate la inceputul secolului 15 de matematicianul si astronomul german Johannes Kepler. Acesta a definit aceste legi pentru a descrie miscarea planetelor in raport cu soarele. Aceste 3 legi se aplica in egala masura si miscarii satelitilor in jurul pamantului.

Prima lege a lui Kepler

- Fiecare planeta se misca dupa o elipsa, avand ca focar principal soarele.

Geometria spune ca orice elipsa are doua focare. In cazul satelitilor artificiali ai pamantului, pamantul este focarul principal. Celalalt focar este numit focarul gol sau secundar si depinde de excenticitatea orbitei.

A doua lege a lui Kepler

- Linia dreapta care uneste soarele si planeta, “matura” arii egale in perioade de timp egale.

Din aceasta lege, numită a ariilor egale, rezultă că o planetă se deplasează cu atât mai repede cu cât este mai aproape de soare. În cazul Pământului, raza vectoare mătură într-o secundă o arie de peste 2 miliarde km2.

A treia lege a lui Kepler

- Pătratul perioadei de revoluţie a planetei, u, este proporţional cu cubul semiaxei mari a orbitei (raza mare a orbitei), a:

ceea ce se mai poate scrie

Pentru orice satelit relatia de mai sus este identica.
In tabelul urmator urmariti relatia pe ultima coloana, referitoare la planetele sistemului solar.

Semnificatia reala a acestei legi este ca exista o relatie fixa intre raza mare a orbitei si perioada de revolutie. Daca cunoastem una, putem calcula pe cealalta.

Putem aplica la satelitul pamantului:
- LUNA: Luna se misca pe o orbita foarte inalta (a = aproximativ 383.000 km) si intr-o perioada lunga de timp (u = aproximativ 27,3 zile).
Daca introducem aceste valori in ecuatia celei de-a 3-a legi obtinem:

= 7,532 *

Cunoscand aceasta, putem determina a si u.

- Naveta spatiala: Orbita tipica pentru navetele spatiale este de 600 km altitudine de la suprafata pamantului. Adaugand raza pamantului (6.370 km), obtinem o raza a orbitei navetei a = 6970 km. Aplicand ecuatia din a 3-a lege vom avea u = 0,067 zile sau aproximativ 1,6 ore. Din punctul de vedere al unui om de pe pamant, naveta trece pe cer la fiecare 1,6 ore.

- Satelitul Geosincronizat: Acum sa consideram ca dorim sa cunoastem raza orbitei unui satelit care dorim sa aiba timpul de rezolutie in jurul pamantului egal cu o zi siderala. Acest satelit se va misca in acelasi timp cu pamantul, adica va avea o miscare sincronizata cu pamantul. Astfel de satelit poarta numele de satelit geosincronizat.
Folosind ecuatia vom descoperi ca a = 42.155 km. Scadem raza pamantului si obtinem inaltimea orbitei de deasupra pamntului 35.785 km.

Am ajuns la Orbitele geostationare care reprezinta orbitele ocupate de satelitii de comunicatii care raman intr-un punct fix pe cer.

Geometria orbitei geostationare

Orbita geosincrona

Anterior am definit orbita geosincrona dupa cum urmeaza:

- Perioada orbitei: o zi siderala sau 23 ore 56 minute si 4 secunde. Dealungul unei zile siderale, pamantul se roteste in jurul axei sale exact cu o rotatie. Ca sa fie geosincronizat, un satelit trebuie sa se orbiteze in jurul pamantului in exact aceeasi perioada de timp.

- Raza medie a orbitei: 42.155 km. Am calculat aceasta prin ecuatia celei de-a 3-a legi a lui Kepler. Am scazut raza pamantului (6.370 km) din raza orbitei si am determinat inaltimea orbitei de deasupra pamantului: 35.785 km.

De retinut ca aceasta definitie nu spune nimic despre forma orbitei sau despre orientarea planului orbitei in concordanta cu ecuatorul. Orbita poate fi eliptica si/sau poate fi inclinata in concordanta cu ecuatorul, si ramane sincronizata cu rotatia pamantului.

Orbita Geostationara

In mod special ne vom indrepta atentia spre acest tip de orbita care se mai numeste si geosincrona. Un satelit care se misca pe o orbita geostationara ramane intr-un punct fix pe cer tot timpul. Pe astfel de orbita se afla satelitii de telecomunicatii.

Ca sa fie geostationara, o orbita trebuie sa indeplineasca urmatoarele criterii:

1 – Orbita trebuie sa fie geosincronizata

2 – Orbita trebuie sa aiba forma de cerc

3 – Orbita trebuie sa fie aliniata in planul ecuatorial al pamantului.

Urmatoarea imagine ilustreaza o orbita geostationara.

Toate orbitele geostationare trebuie sa corespunda cu urmatoarele valori:

Foarte important este faptul ca termenii geosincronizat si geostationar nu sunt sinonimi!!! Geosincronizat se refera numai la timpul de rezolutie, iar geostationar se refera si la forma si orientarea orbitei.

Deci:

- Satelitul geosincronizat este un satelit al pamantului a carui perioada de rezolutie este egala cu perioada de rotatie a pamantului in jurul axei sale.

- Satelitul geostationar este satelitul geosincronizat care orbiteaza circular, aliniat cu planul ecuatorului pamantului si care ramane relativ fix fata de pamant. Pe scurt, un satelit care ramane aproximativ fix in rapor cu pamantul.

Centura lui Clarke

Centura circulara din jurul pamantului care contine toate orbitele geostationare poarta numele de Centura lui Clarke (Arthur Clarke = fizician si astronom englez care a publicat pentru prima data conceptul de “orbita stationara”)

Pozitiile specifice ale unui satelit pe Centura lui Clarke se identifica prin longitudine (mai precis, prin longitudinea punctului de pe ecuator care corespunde perpendicularitatii satelitului pe acesta).

Urmatoarea imagine arata un exemplu de 3 sateliti de pe centura lui Clarke.

Semnalul de la un satelit geostationar poate acoperi aproximativ 40% din suprafata pamantului.

La ecuator este vizibil un segment de 162° din Centura lui Clarke. Cu cat latitudinea creste cu atat vizibilitatea acestui segment scade si devine zero la 81.4° latitudine nord sau sud. La latitudini superioare (pana la 90°) Centura lui Clarke este sub orizont, deci invizibila.

Teoretic doar 4 sau 5 sateliti ar fi suficienti pentru a acoperi intreaga suprafata a pamantului intre 81° latitudine nord si 81° latitudine sud. Cu toate acestea, conceptul original al “Orbitei stationare” se refera numai la 3 sateliti despartiti de 120° distanta.

In fapt, zeci de sateliti au fost plasati pe Centura lui Clarke odata cu cresterea traficului si numarului canalelor de comunicatii. Pe unele parti ale Centurii lui Clarke, se afla sateliti care utilizeaza benzi de frecventa similare si sunt localizati la distanta de numai 2° sau mai putin unul de altul.

O privire “pamanteana” asupra Centurii lui Clarke

Sa ne imaginam un observator care sta pe pamant la 45° latitudine cu fata spre sud daca se afla in edmisfera nordica si spre sud daca se afla in cea sudica.

Acum sa ne imaginam doua acuri mari de cerc pe cer. Urmatoarea imagine arata cum aceste arcuri vor arata pentru observatorul nostru.

In aceasta figura:

- linia orizontala de la 0° reprezinta Orizontul. Aceasta este marcata in grade ale azimutului relativ. (unghiul in grade, est sau vest al punctului directionat direct spre sud sau nord)

- axa verticala reprezinta inaltimea sau elevatia fata de orizont in grade. Punctele de sub orizont, bineinteles, nu sunt vizibile observatorului.

Aceste doua mari arcuri sunt Ecuatorul Celestu si Centura lui Clarke.

- Ecuatorul Celestu este un cerc aflat la o distanta infinita fata de pamant, aflat in planul ecuatorului pamantului.

- Centura lui Clarke este de asemenea un cerc din planul ecuatorului pamantului, dar datorita faptului ca se afla relativ in apropierea pamantului, apare ca fiind sub Ecuatorul Celestu.

Punctul cel mai inalt de pe fiecare arc este numit apogeu. Acesta este localizat exact spre sud (sau nord) pe meridianul pe care se afla observatorul.
Proiectia acestor arcuri variaza in functie de latitudinea observatorului.

Imaginea urmatoare arata arcurile pentru 6 latitudini diferite de la ecuator spre Polul Nord (sau Polul Sud).

CB = Centura lui Clarke; CE = Ecuatorul Celestu; H = Orizontul; Z = Zenitul

- 0° latitudine. La ecuator, Centura lui Clarke si Ecuatorul Celestu se unesc intr-o singura linie de la est la vest. Apogeul elevatiei se afla in acelasi punct cu zenitul, punctul exact de deasupra capului.

- 20° latitudine. Apogeul elevatiei Ecuatorului Celestu coboara la 70° deasupra orizontului.

- 40° latitudine. Apogeul elevatiei coboara la 50° deasupra orizontului.

- 60° latitudine. Apogeul elevatiei Ecuatorului Celestu coboara la 30° deasupra orizontului. De notat ca suma azimutului elevatiei Ecuatorului Celestu si a latitudinii intotdeauna este egala cu 90°.

- 80° latitudine. La aceasta latitudine Centura lui Clarke aproape dispare: numai un segment ingust mai este vizibil deasupra orizontului.

- 90° latitudine. La poli, intreaga Centura a lui Clarke dispare sub orizont. Ecuatorul Celestu coincide cu orizontul in toate directiile.

Unghiuri indicatoare

Odata ce o orbita geostationara se incadreaza in Centura lui Clarke, fiecare satelit geostationar poate fi reprezentat ca un punct pe arcul inferior din imaginile anterioare. Fiecare punct de pe acest arc poate fi
specificat prin doi parametri: azimut si elevatie.

Acesti parametrii poarta numele de unghiuri indicatoare.

In sectiunea anterioara am retinut ca pentru scopul de comunicatii, orbita geostationara ofera doua avantaje semnificative fata de orice alta orbita:

- Satelitul ramane deasupra orizontului si desigur vizibil tot timpul.

- Satelitul ramane intr-un punct fix pe cer tot timpul.

Aceste avantaje ne permit sa folosim o antena fixa. De aceea, pentru a realiza aceasta, trebuie sa indeplinim doua lucruri:

- Trebuie sa stim exact unde se afla acest punc fix. Cu alte cuvinte, avem nevoie sa cunoastem pozitia satelitului pe cer asa cum apare pentru antena. Aceasta pozitie este definita in termenii unghiuri, cunoscute ca unghiuri indicatoare (pointing angles).

- Avem nevoie de un mecanism care sustine antena indreptata corect spre aceste unghiuri indicatoare. Acest mecanism poarta numele de montura antenei sau simplu montura.

Exista doua sisteme pentru masurarea unghiurilor indicatoare:

- EL/AZ. Acest sistem foloseste unghiurile indicatoare cunoscute ca azimut si elevatie.

- Polar. Acest sistem foloseste unghiurile cunoscute ca unghiul orar si declinatie.

In definirea acestor termeni trebuie sa avem in vedere ca nu se definesc in concordanta cu definitiile din astronomie, navigatie, etc, ci au o definitie proprie industriei de comunicatii prin satelit.

Azimut si Elevatie

Prin definitie:

- Azimutul este unghiul, in grade, masurat dealungul orizontului, intre nordul real si punctul de la orizont situat exact pe directia si sub satelit. Azimutul se masoara intotdeauna in sensul acelor de ceas pornind de la nordul real si este intotdeauna un numar pozitiv.

- Elevatia este unghiul, masurat dealungul liniei verticale, dintre orizont si satelit. Teoretic, elevatia poate fi un numar atat pozitiv cat si negativ; deaceea, satelitii cu elevatie negativa se afla sub linia orizontului, deci sunt invizibili.

Putem reprezenta aceste unghiuri ca linii “pe doua mari arcuri de pe cer”, despre care am discutat anterior.

In imagine:

- Scala A indica toate azimuturile ocupate pe Centura lui Clarke cand privim din emisfera nordica (43° latitudine nordica), privind spre sud. Odata ce nordul este definit ca fiind 0°, sudul intotdeauna se afla la 180° azimut.

- Scala B indica toate azimuturile ocupate pe Centura lui Clarke cand privim din emisfera sudica (43° latitudine sudica), privind spre nord. De retinut ca definitia azimutului se mentine si 0° azimut este intotdeauna nordul, chiar si in emisfera sudica.

- Elevatia este axa verticala; aceasta este calibrata in grade deasupra si sub orizont. Unghiurile de deasupra orizontului au valori pozitive, iar cele de sub orizont negative. Satelitii cu elevatie negativa sunt invizibili observatorului. Elevatia se masoara intotdeauna dealungul liniei verticale pe orizont.

Conceptul de azimut si elevatie au fost imprumutate din astronomie:

- Azimut este folosit pentru a specifica pozitia unui obiect astonomic, masurat in sensul acelor de ceas dealungul orizontului dintr-un punct de referinta specific. Nordul este deobicei folosit ca punctul zero de referinta, altii iau sudul ca referinta.

- Elevatia este numita “altitudine” in astronomie, dar inseamna acelasi lucru: unghiul unui obiect astronomic deasupra orizontului, masurat de-a lungul liniei care este perpendiculara pe orizont.

Unghiul orar si Declinatia

Prin definitie:

- Unghiul orar este unghiul, în grade, masurat de-a lungul Ecuatorului Celestu, intre două puncte: dintre punctul de pe Ecuatorul Celestu cel mai apropiat de satelit, şi punctul de apogeu (varf) de pe Ecuatorul Celestu. Unghiurile de la dreapta sunt pozitive, unghiurile de la stânga sunt negative.

- Declinaţia este unghiul, în grade, între Ecuatorul Celestu si un satelit, măsurată dealungul unei linii care este perpendiculara pe Ecuatorul Celestu. Declinaţia este întotdeauna:

Negativa pentru locatia antenei situata in Emisfera Nordica.

Pozitiva pentru locatia antenei situata in Emisfera Sudica.

Zero pentru locatia antenei situata pe Ecuator.

Iarasi, putem reprezenta aceste unghiuri ca linii “pe doua mari arcuri de pe cer”

Acesta este modul familiar in care este privit cerul, asa cum este vazut de la 43° latitudine. Axele sunt azimutul si elevatia.

Unghiul orar pentru orice satelit este unghiul dintre urmatoarele puncte de pe Ecuatorul Celestu:

- Punctul S: Punctul de pe Ecuatorul Celestu cel mai apropiat de satelit. In terminologia matematica, acesta se numeste punct de proiectie al satelitului pe Ecuatorul Celestu.

- Punctul P: Varful Ecuatorului Clestu. Acest punct se afla exact la sud fata de o antena localizata in emisfera nordica si spre nord pentru antenele din emisfera sudica.

Unghiul orar este analog cu azimutul in ambii termeni definind pozitia unui satelit est sau vest fata de punctul de referinta specificat. Exista insa trei diferente semnificative:

- Azimutul este masurat dealungul orizontului, unghiul orar este masurat dealungul Ecuatorului Celestu

- 0° azimut este intotdeauna in nord, 0° unghi orar este intotdeauna la ecuator.

- Azimutul este intotdeauna un numar pozitiv, unghiul orar poate fi atat pozitiv cat si negativ.

In imaginea de mai sus, unghiul de declinatie pentru un satelit este unghiul dintre satelit si cel mai apropiat punct de pe Ecuatorul Celestu. Acest unghi este reprezentat prin linia dintre satelit si punctul S pe Ecuatorul Celestu, perpendicular pe Ecuatorul Celestu.

Declinatia este similara cu elevatia, specificand pozitia satelitului deasupra sau sub anumite puncte de referinta. Exista deasemenea trei diferente semnificative:

- Elevatia este perpendiculara pe orizont; declinatia este perpendiculara pe Ecuatorul Celestu.

- 0° elevatie este orizontul; 0° declinatie este Ecuatorul Celestu.

- Elevatia este pozitiva daca satelitul este deasupra orizontului (sau negativa daca se afla sub orizont); declinatia este pozitiva daca antena este situata in emisfera sudica (si negativa daca se afla in emisfera nordica).

Si conceptele de unghi orar si declinatie au fost imprumutate tot din astronomie. In astronomie:

- unghiul orar are un inteles similar.

- Declinatia este folosita pentru a specifica pozitia unui obiect astonomic, in grade, nord sau sud fata de Ecuatorul Celestu.

Montura antenei de satelit

Montura antenei este numele dat mecanismului care sustine antena. Ideal ar fi ca montura sa permita orientarea precisa a antenei dupa unghiurile indicatoare si sa o mentina in acea pozitie.

Fiecare montura este construita in asa fel incat sa permita antenei sa fie rotita dupa doua sau mai multe axe. Fiecare axa permite antenei sa fie orientata dupa un unghi indicator.

Doua tipuri de monturi pentru antene sunt folosite in industria comunicatiilor prin satelit:

- Montura EL/AZ. Aceasta montura permite orientarea antenei pe axele azimut si elevatie.

- Montura Polara. Aceasta montura permite orientarea antenei pe axele unghiului orar si declinatie.

Montura EL/AZ

Geometria unei monturi EL/AZ este ilustrata in urmatoarea imagine:

Sa retinem:

- Azimutul este reglat prin rotirea antenei dupa axa azimutului. Axa azimutului este intotdeauna verticala; rotirea antenei dupa aceasta axa muta spotul antenei dealungul unei linii care este paralela cu orizontul.

- Elevatia este reglata prin rotirea antenei dupa axa elevatiei. Axa elevatiei este intotdeauna orizontala; rotirea antenei dupa aceasta axa, misca spotul antenei dealungul unei linii verticale.

O montura EL/AZ este relativ dificil de reglat daca antena trebuie orientata de la un satelit la altul pentru ca atat azimutul cat si elevatia trebuie reglate. Aceasta dificultate este ilustrata in urmatoarea imagine.
Sa retinem ca mutarea unei antene de pe un satelit pe altul necesita doua miscari, cate una pe fiecare axa. De exemplu, pentru mutarea de la satelitul SAT1 la SAT2, antena trebuie sa fie mutata spre dreapta si deasemenea si in jos.

Montura Polara

Al doilea tip de montura este numita montura polara, uneori mai este numita si montura ecuatoriala.

Comparativ cu montura EL/AZ, o montura polara este mai complicata in ceea ce priveste constructia si instalarea.

Geometria unei monturi polare este ilustrata in imaginea de mai jos:

Pentru o functionare corecta, o montura polara trebuie sa fie pozitionata cu atentie si sa respecte axa polara a pamantului.

De retinut:

- Unghiul orar este reglat prin rotirea antenei dupa axa unghiului orar (Uneori mai este numita si axa polara). Axa unghiului orar este intotdeauna paralela cu axa polara a pamantului (prin urmare, perpendiculara pe planul
ecuatorului); rotirea antenei dupa aceasta axa determina miscarea spotului antenei dealungul unei linii paralele cu Ecuatorul Celestu.

- Declinatia este reglata prin rotirea antenei dupa axa declinatiei. Axa declinatiei este intotdeauna perpendiculara pe axa unghiului orar (prin urmare, paralela cu planul ecuatorului); rotirea antenei dupa aceasta
axa determina miscarea spotului antenei dealungul unei linii perpendiculare pa Ecuatorul Celestu.

- Unghiul dintre axa unghiului orar si suprafata pamantului este egal cu latitudinea locala.

- La 0° unghi orar (antena este orientata exact pe directia sud sau nord), declinatia este stabilita in functie de elevatia satelitului si latitudinea locala dupa cum urmeaza:

EL + DEC + LAT = 90°

O antena sustinuta de o montura polara este relativ usoar de reglat daca trebuie sa se miste de la un satelit geostationar la altul, pentru ca numai unghiul orar trebuie ajustat. Acest fapt este ilustrat mai jos:

Observam un mare avantaj al unei monturi polare fata de montura EL/AZ: odata ce unghiul de declinatie este fixat dupa o valoare corecta, antena urmareste Centura lui Clarke cu foarte mica eroare. Ca rezultat, antena poate fi mutata de la un satelit geostationar la altul prin simpla miscare doar pe o axa: unghiu orar. Sa notam exemplul, miscarea de la SAT1 la SAT2: in acest caz, eroarea unghiului declinatiei este de numai 0,1°.
Din cauza acestui fapt, multe monturi polare sunt construite cu o reglare fixa a declinatiei, aceasta fiind setat in functie de locatia de receptie (latitudine).

Cu toate acestea, unele usoare erori de declinatie exista. Aceste erori pot fi semnificative in cazul antenelor de mare castig care receptioneaza un beam directionat, in special la banda Ku. Aceste antene sunt dotate cu
mecanisme care ajusteaza declinatia dupa un mic unghi, deobicei aproximativ ±1°de le valoarea medie a declinatiei.

Conceptul de montura polara a fost imprumutat tot din astronomie unde a fost folosit cu multe secole inainte pentru telescop.

Clasificare dupa metoda de control

Monturile antenelor pot fi clasificate si dupa modul de control in fixe si manevrabile (mobile)

- o montura fixa poate fi reglata numai printr-o actiune mecanica directa. Ajustarea poate necesita oricare din urmatoarele: Intoarcerea manuala, slabirea si strangerea unor suruburi sau simplu prin impingerea reflectorului (antenei) pentru mutarea antenei pe pozitie.

- O montura mobila este echipata cu o serie de mecanisme care misca antena de la un satelit la altul. Monturile electrice sunt cele mai intalnite (H-H), altele sunt actionate prin mecanisme hidraulice. Majoritatea monturilor mobile pot fi controlate de la distanta printr-un dispozitiv numit contoler de antena sau pozitioner.

Pozitionerele variaza de la simple intrerupatoare la sisteme computerizate care memoreaza pozitiile satelitilor si opereaza automat dupa un program prestabilit.

Sa sintetizam

Daca combinam aceste clasificari vom obtine patru posibile configuratii de monturi:

1. – FIXE EL/AZ
2. – MOBILE EL/AZ
3. – FIXE POLARE
4. – MOBILE POLARE

In practica:

- Virtual, toate monturile fixe sunt EL/AZ. Desi teoretic este posibil sa construim o montura fixa polara, economic nu este rentabil. Daca antena nu este miscata frecvent, nu exista justificare pentru cheltuieli suplimentare pe un mecanism polar.

- Antenele mobile mici sunt aproape intotdeauna montate pe montura polara. Daca dimensiunea antenei este mai mica de 4 metri si antena trebuie miscata frecvent, folosirea unei monturi polare simplifica foarte mult procesul: numai axa unghiului orar trebuie motorizata. Antena poate fi miscata pe toata Centura lui Clarke vizibila prin modificarea numai a unghiului orar. Virtual, toate “farfuriile” pentru banda C folosesc monturi
polare.

Antenele mari mobile (peste 4 metri) pot fi atat montate pe monturi EL/AZ cat si pe monturi polare.

Tipul de montura folosit intr-un caz particular, desigur, este determinat de practica. Monturile fixe se folosesc in situatiile cand nu este necesara miscarea antenei de pe un satelit pe altul, iar cele mobile cand acest lucru este necesar.

“Alunecarea” satelitului

Un satelit folosit pentru comunicatii radio catre statii fixe de pe pamant trebuie sa indeplineasca doua criterii:

- Satelitul trebuie sa ramana intr-o pozitie fixa pe cer. Dupa cum am vazut mai sus, aceasta inseamna ca acest satelit trebuie sa se miste pe o orbita geostationara. Detinatorii majoritatii satelitilor geostationari incearca sa-i mentina intr-o marja (cutie) de 0.1° x 0.1°.

- Satelitul trebuie mentinut intr-o “atitudine” optima. Acest termen descrie orientarea satelitului in propria “cutie”. Daca satelitul nu este mentinut intr-o atitudine corecta, antenele sale nu-si vor indeplini scopul corect.

Un satelit plasat in pozitia corecta si intr-o atitudine corecta, nu va ramane fix: va avea tendinta de alunecare. Alunecarea strica performantele satelitului in doua moduri: Satelitul se poate misca din pozitia sa sau poate sa capete o atitudine gresita.

Alunecarea este provacata de forte externe. Exista foarte multe forte care actioneaza asupra satelitului. Cele mai importante sunt:

- Atractia gravitationala a soarelui. Intensitatea si directia acestei forte se schimba tot timpul, zilnic, anual sau in cicluri de 55 de ani. Natura ciclica a acestor forte are tendinta de a atrage satelitul spre est in jumatate de zi si in cealalta jumatate spre vest, similar spre nord sau sud.

- Atractia gravitationala a altor corpuri din sistemul solar. Exista forte mai mici decat ale soarelui, care pot fi masurate si anticipate. Calcularea exacta a orbitei lunii si gravitatia acesteia in anumite momente poate fi
usor anticipata. De asemenea, alte planete exercita forte gravitationale anticipabile: Jupiter, dupa soare este cel mai puternic magnet din sistemul solar.

- Distibutia neregulata a masei uscatului pe suprafata pamantului.

Urmatoarea imagine ilustreaza aceasta:

Un satelit aflat la 90° longitudine vestica. Punctul C = centrul geometric. Punctul G = centrul aparent al gravitatiei. Punctul G se afla la est de punctul C din cauza masei uscatului din America de Sud. De retinut ca
sageata catre centru gravitational (G) nu coincide cu cea spre cetrul geometric (C). In cazul unui satelit geostationar vizibil din America de Nord, masa uscatului Americii de Sud, are tendinta de a-l face sa alunece
spre est.

Rachete de corectie

Pentru contracararea acestor forte, satelitii sunt dotati cu mecanisme de corectie a pozitiei atunci cand aluneca. Aceste mecanisme se numesc rachete de ajustare sau de corectie.
Ideea generala despre rachete este un dispozitiv care arde o cantitate de combustibil pentru a fi lansata in spatiu.
In general, o racheta este un dispozitiv care produce forta prin eliberarea fortata a masei. Rachetele care ard combustibil, produc forta prin eliberarea fortata a combustiei. Combustia (arderea) nu este neaparat necesara: orice mecanism care isi elibereaza fortat masa va produce forta de propulsie. Cel mai bun exeplu este al balonului: zboara prin camera daca este eliberat fara a-l lega la capatul de umflare din cauza presiunii aerului.
Directia si forta unei rachete este egala si opusa fortei necesare pentru eliberarea fortata a masei, conform celei de-a treia legi a lui Newton.

Statii de corectie

Rachetele de corectie de pe sateliti sunt comandate de statii terestre de comanda, numite si statii de corectie.
Acestea determina care rachete sunt activate, durata evacuarii gazului de propulsie si presiunea acestuia. Daca acesti parametrii sunt controlati si comandati corect, satelitul va fi mentinut in pozitia corecta pentru o
functionare eficienta mai multi ani.

Durata de viata a satelitului

Am vazut ca pentru corectia pozitiei satelitilor, acestia sunt dotati cu rachete de corectie. Capacitatea de stocare a gazului necesar corectiilor este un factor principal in durata de functionare a satelitului de
comunicatii.

Scopul principal al detinatorilor de sateliti este sa conserve pe cat posibil cantitatea de gaz stocata in recipientele atasate satelitului. Sunt computere care studiaza in permanenta si determina folosirea acestei
resurse.

Orbite inclinate

Sa luam in considerare ce s-ar intampla daca detinatorul unui satelit ar opri statia de corectie si ar lasa satelitul sa alunece liber dealungul axei nord-sud.

Se intampa doua lucruri:

- Planul orbitei va deveni inclinat in raport cu planul ecuatorului. Sa urmarim imaginea:

In timpul zile siderale, satelitul face o miscare completa de revolutie in jurul pamantului. Deoarece planul orbitei trebuie sa treaca prin centru de gravitatie al pamantului (Prima lege a lui Kepler), satelitul trece prin planul ecuatorial al pamantului de doua ori intr-o zi siderala.Satelitul se afla la nord de planul ecuatorului pentru jumatate de zi siderala si la sud pentru cealalta jumatate de zi.

Dintr-un punct de pe suprafata pamantului, satelitul pare sa oscileze dealungul axei nord-sud cu o rata de un ciclu pe fiecare zi siderala.

- In al doilea rand, dincolo de scopul acestui articol (conservarea momentului angular), orbita capata o usoara forma eliptica. Ca rezultat, satelitul nu se mai misca cu viteza constanta (a doua lege a lui Kepler). Dintr-un punct de pe pamant, pare ca satelitul oscileaza dealungul axei est vest cu o rata de doua cicluri intr-o zi siderala.

Sumarizand:
Daca detinatorul satelitului il lasa sa alunece liber, se intampla doua lucruri:

- Planul orbitei devine inclinat; satelitul pare ca oscileaza dealungul axei nord-sud cu o rata de un ciclu intr-o zi siderala.

- Orbita capata o usoara forma eliptica; satelitul pare sa oscileze dealungul axei est-vest cu o rata de doua cicluri intr-o zi siderala.

Daca combinam aceste doua miscari aparente, rezultatul este prezentat in imaginea care urmeaza. In imagine este prezentat rezultatul unui ciclu complet pentru fiecare zi siderala. Odata ce satelitul continua sa alunece,
figura din imagine va deveni tot mai mare.

“Cautarea” satelitilor

O orbita inclinata a satelitului reprezinta o problema pentru utilizator.

Antena de receptie trebuie sa caute satelitul. Pentru acest scop, antena trebuie sa fie echipata cu o montura mobila cu doua axe si un controler de
urmarire (cautare).

O montura mobila cu doua axe este o montura care poate fi miscata independent pe doua axe: est-vest si sus-jos.

Oricare din urmatoarele tipuri de monturi pot fi folosite.

-Montura EL-AZ. Se regleaza dupa doua axe: azimut si elevatie

- Montura polara. O montura polara poate fi folosita pentru cautare daca este echipata astfel incat sa permita
reglarea axei declinatiei.

- Montura hibrid. Exista un tip de montura cu dubla axa de reglare care nu este nici EL/AZ, nici polara. Axa sus-jos este elevatia; axa est-vest se afla intre azimut si unghiul orar.

einstein

Calculatoare online:

http://www.satellite-calculations.com/

  1. No trackbacks yet.

Lasă un răspuns

Completeaza detaliile de mai jos sau apasa click pe una din imagini pentru a te loga:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Schimbă )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Schimbă )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Schimbă )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Schimbă )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: