Data de 4 octombrie 1957 a rămas în istoria omenirii prin lansarea primului satelit artificial al Pământului, Sputnik 1.Acest eveniment a marcat începutul erei spaţiale. În anii ce au urmat, tot mai multe rachete purtătoare au plasat pe orbite circumterestre nave spaţiale ce purtau echipamente sofisticate sau echipaje umane. Dar de ce această ieşire în necunoscut? De ce a început cursa pentru cucerirea spaţiului cosmic? Avantajele create de utilizarea unor sateliţi artificiali în dezvoltarea telecomunicaţiilor, în meteorologie, în supravegheri civile sau militare, erau enorme . Cele mai importante aplicaţii civile ale sateliţilor s-au regasit în domeniul telecomunicaţiilor.
Suprafaţa Pamântului poate fi "acoperită" aproape în totalitate cu semnal radio utilizându-se doar trei sateliţi. Acoperirea este cu atât mai mare cu cât sateliţii sunt mai îndepărtaţi de Pământ. Dar este foarte comod ca cei trei sateliţi să fie geostaţionari, adică să aibă o pozitie fixă în raport cu un punct de pe suprafaţa Pământului. Din această condiţie se pot determina: planul orbitei, perioda de revoluţie şi altitudinea medie de “zbor” Altitudinea de zbor se calculează punând condiţia ca perioada de revoluţie a satelitului să fie egală cu 24 de ore, adică mişcarea satelitului să fie sincronă cu rotaţia Pamântului. În plus, orbita trebuie să fie în plan ecuatorial, în caz contrar apărând o mişcare de pendulare a satelitului de o parte şi de alta a planului ecuatorial. Punând o condiţie de echilibru dinamic pe orbită, adică forţa de atracţie gravitaţională să fie egală cu forţa centrifugă, se va găsi că zona de orbită geostaţionară este undeva la altitudinea de 36000km. Dacă se utilizează trei sateliţi geostaţionari plasaţi la 120 de grade unul faţă de celălalt, se asigură acoperirea Pamântului cu semnal radio, cu excepţia polilor, unde zonele ce trec de paralela 80 grade vor ramane neacoperite.
Sateliţii geostaţionari asigură transmisii de date şi programe TV în banda Ku (în intervalul de frecvenţe 11-12GHz ) ,recepţia acestor semnale făcându-se cu antene parabolice. Antenele parabolice trebuie orientate foarte precis spre sursa de semnal (în cazul recepţiei) sau spre receptor (în cazul emisiei), deoarece o deviere a antenei cu mai mult de 1,5 grade de la direcţia de recepţie (sau emisie) maximă poate compromite legatura radio. Prin urmare, un satelit ce emite in banda de 11-12 GHz cu ajutorul unor antene parabolice trebuie sa-şi controleze poziţia cu mare precizie, astfel încât antenele ce asigura legaturile radio cu Pământul să-şi păstreze orientarea spre acelaş punct de pe Pământ. Acest sistem de control se numeşte "control al atitudinii". Controlul "atitudinii" satelitului se poate realiza cu micromotoare cu reacţie plasate adecvat în diverse puncte ale satelitului dar, în acest caz se consumă resurse neregenerabile . O altă variantă de control constă în utilizarea unor motoare electrice ce acţionează asupra unor "roţi volante" ale căror axe sunt orientate astfel încât să formeze un triedru drept (pe trei direcţii perpendiculare). Prin acţionarea unui astfel de motor electric, volanta efectuează un numar de rotaţii într-un sens, iar satelitul se va roti (conform principiului de conservare a momentului cinetic) în sens invers, cu unghiul necesar. Energia utilizată este "regenerabilă" deoarece acumulatoarele electrice vor fi reîncărcate cu ajutorul panourilor solare.
În funcţie de parametrii lor orbitali, sateliţii se împart în trei categorii:
- sateliţi GEO (Geostationary Earth Orbit) care au orbita în plan ecuatorial, la 36000km de suprafaţa Pământului şi se rotesc sincron cu Pământul, ceea ce crează impresia că sunt "ficşi" pe bolta cerească
- satelitii MEO (Medium Earth Orbit) care au orbită medie, adica la 1500-36000 km de suprafaţa Pământului.
- sateliţii LEO (Low Earth Orbit) au orbită joasă, adică 500-1500 km.
Printr-o alegere corespunzătoare a parametrilor orbitali, sateliţii de tip MEO sau LEO pot "acoperi" o mare parte din suprafaţa Pământului şi de aceea sunt utilizati în supraveghere, cartografiere, meteorologie, telecomunicaţii mobile, radiobalize GPS sau aplicaţii militare.
Parametrii lor orbitali sunt astfel stabiliţi încât să faciliteze operaţiunile pentru care au fost plasaţi pe orbită, după cum se va vedea în exemplele de mai jos:
a) sateliţii meteorologici de tip LEO au perigeul aproape egal cu apogeul (orbite aproape circulare) deplasându-se la altitudini de aproximativ 850km. Perioadele de revoluţie au valori de aproximativ 100 minute, iar înclinaţia orbitei de aproximativ 99 grade în rapot cu planul ecuatorial.
b) sateliţii militari, dacă au orbita circulară, au altitudinea de zbor între 350km şi 900km, iar cei cu orbita eliptică au apogeul depărtat până la 30000km iar perigeul se poate apropia până la valori de 200km, înclinaţia orbitelor 90-100 grade şi perioada de revoluţie de aproximativ 100 minute.
c) sateliţii de telecomunicaţii Iridium, care sunt utilizaţi la o reţea globala de telefonie mobilă, au orbite aproape circulare la altitudinea de 750km, perioade de revoluţie de aproximativ 100 minute, şi orbitele înclinate la 86 grade.
d) sateliţii destinaţi radioamatorilor, orbitează la altitudini de 500-1300km, cu perioade de revoluţie de 90-1400 minute, orbite înclinate între 0 grade si 100 grade
e) sateliţii din reţeaua GPS se situează la altitudini de aproximativ 20000km, au perioada de revoluţie de 718 minute, înclinaţia orbitelor inte 64 grade si 55 grade
Dar să revenim la sateliţii geostaţionari. Aceştia sunt utilizaţi în primul rând pentru a asigura interconectarea radio între diferite puncte fixe de pe suprafaţa Pământului. Astfel se pot realiza transmisii de voce, imagini sau date între puncte izolate, unde infrastructura este slab dezvoltată. Pe de altă parte, această arhitectură formată din sateliţi geostaţionari şi staţii de emisie-recepţie terestre, permite crearea unor reţele globale de telecomunicaţii în care sateliţii sunt puncte nodale. Prin intermediul sateliţilor geostaţionari, serviciile de internet pot pătrunde în cele mai izolate zone ale planetei cum ar fi: platforme maritime, oaze în deşert sau case izolate în munţi.
Un dezavantaj al transmisiilor de date prin sateliţi geostationari constă în faptul că semnalul recepţionat pe Pamant este relativ slab şi de aceea, capacitatea de transmitere a informaţiei este relativ mică. Un alt dezavantaj este faptul că semnalele parcurg o distanţă de cel puţin 36000km , ceea ce crează întarzieri inerente.
În ultimul timp s-au dezvoltat, la nivel planetar, mai multe reţele de internet prin satelit destinate micilor utilizatori, preţurile echipamentelor si tarifele serviciilor devenind din ce în ce mai accesibile. Pentru a realiza conectarea, este necesar un echipament VSAT (Very Small Aperture Terminal) cu posibilităţi de emisie-recepţie spre şi dinspre satelit.
Antena de emisie-recepţie VSAT
Practic se foloseşte o antenă parabolică de foarte bună calitate, un “down converter” (care amplifică semnalul recepţionat şi face schimbarea de frecvenţă din 12GHz în 2GHz) şi un “up converter”, ce face schimbarea de frecvenţă corespunzătoare emisiei. Aceste două unităţi sunt cuplate printr-un cuplor direcţional, în aşa fel încât un singur reflector parabolic este utilizat atât la recepţie, cât şi la emisie. Prin intermediul unor cabluri coaxiale, semnalele de radiofrecvenţă ajung la un modem legat la PC. Recepţia datelor se face pe o frecvenţă "purtătoare" de 11-12 GHz, iar emisia la 13-14 GHz. De la satelitul geostaţionar, printr-un canal de bandă foarte largă, traficul este dirijat la un centru de telecomunicaţii aflat pe Pământ şi cuplat la o reţea terestră de internet . Actualele costuri aferente acestor servicii nu sunt mari pentru o ţară civilizată, echipamentul între 350 de euro si 1400 de euro în funcţie de configuraţie şi performanţe iar abonamentele lunare începând cu 30-40 de euro.
Dar astfel de echipamente se găsesc şi în centrul celor mai dezvoltate metropole. Explicaţia constă în gradul înalt de securizare pe care îl conferă transmisiile prin satelit, deoarece:
- semnalul nu poate fi interceptat sau blocat decât dacă există un receptor sau un obstacol fix într-un punct situat pe dreapta ce uneşte poziţia satelitului şi punctul de pe Pământ in care este instalată antena de emisie-recepţie, ceea ce practic este imposibil de realizat.
- codificarea digitală utilizată este QFSK sau mai nou 8FSK, ce asigură o avansată imunitate faţă de posibilii perturbatori radio, atât "naturali" cât şi emişi cu bună ştiinţă (bruiaj).
- transmiterea digitală permite utilizarea unor chei de criptare ce face ca decriptarea neautorizată să fie aproape imposibilă.
- viruşii informatici nu pot pătrunde în reţele private create cu această tehnologie.
Datorită acestor avantaje, foarte multe bănci, companii multinaţionale, reţele de hipermarketuri , mari distribuitori de carburanţi, servicii consulare sau ambasade utilizează astfel de echipamente pentru a asigura transmisiile lor de date, voce sau imagini.
Am arătat la început că trei sateliţi geostaţionari plasaţi pe orbită, echidistant unul faţă de celălalt, pot asigura interconectivitatea oricăror două puncte de pe suprafaţa Pământului (cu excepţia zonelor de lângă poli). Pentru ca această interconectivitate să se facă în mod eficient, este necesar să se asigure căi de transmisie directe (punţi de telecomunicaţii) între sateliţii geostaţionari. Aceste punţi asigură şi "descărcărea informaţiei" dintr-un satelit prea "încărcat" către alţi sateliţi mai puţin solicitaţi. Se realizeaza astfel, adevărate reţele spaţiale de date, legătura cu staţiile de la sol realizându-se doar atunci şi acolo unde este necesar.
Poate că cea mai cunoscută utilizare a sateliţilor artificiali este în domeniul transmisiilor TV. Pentru a întelege mai bine saltul tehnologic realizat prin utilizarea sateliţilor artificiali în acest domeniu, voi face acum o scurtă retrospectivă referitoare la metodele de difuzare a programelor TV.
La începuturile transmisiilor TV comerciale, programele create în studiouri erau difuzate printr-un emiţător terestru, a cărui acoperire (zonă deservită) era de ordinul zecilor de km pătraţi, funcţie de puterea emiţătorului şi de relieful zonei în care era amplasată antena de emisie. Pentru a se difuza programele TV pe o arie mai largă, s-au folosit mai târziu radiorelee, ce asigurau transmisia lor pe o frecvenţă mult mai mare şi cu un randament mult mai bun, către emiţători TV plasaţi în diverse puncte de pe teritoriul unei ţări. Dar fiecare emiţător avea nevoie de sute de kW de energie electrică şi interferenţele la receptie erau inevitabile, iar lanţul de transmisie scump şi greu de întreţinut.
Exemplu de acoperire cu semnal TV, furnizat de un satelit plasat pe orbită geostaţionară (Eutelsat W3)
Un punct de cotitură a fost în 1964, când Olimpiada de la Tokio a fost transmisă în direct, de pe un continent pe altul, cu ajutorul sateliţilor geostaţionari. Dar dezvoltarea spectaculoasă a transmisiilor s-a realizat in anii '80 , când sateliţii geostaţionari au fost echipaţi cu emiţători ce permiteau recepţia la sol a programelor TV utilizând antene parabolice instalate pe acoperişul casei sau în curte. Programele se recepţionau pe suprafeţe ce acopereau acum aproape un continent, iar în loc de câteva programe, deja se recepţionau câteva zeci sau sute , iar calitatea recepţiei era incomparabil mai bună, cu toate ca transmisiile erau tot analogice.
Acum, pentru transmisiile TV prin satelit se utilizează tehnologia digitala. Aceasta permite creşterea eficienţei emiţătorilor aflaţi pe sateliţi, astfel că de pe o poziţie orbitală se pot recepţiona mii de programe TV. Tot transmisia digitală a permis difuzarea unor programe TV de înaltă definiţie (HDTV), ce asigură o calitate a imaginii cândva de neconceput. Iar această calitate este asigurată pe întreaga zonă de acoperire a satelitului respectiv, singurele condiţii fiind vizibilitatea directă (spre cer) şi utilizarea unui echipament de recepţie reglat corespunzător.
Utilizând această tehnologie la transmisia programelor TV, studiourile au un emiţător dotat cu antenă parabolică orientată spre un satelit geostaţionar. De acolo, programul este redifuzat pe suprafeţe ce acoperă continente sau insule pierdute în largul oceanelor.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu