Satélite: O que é?

Um satélite artificial é qualquer corpo feito pelo homem e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta, é um sistema de equipamento modular que fica na órbita da Terra ou de qualquer outro planeta, com velocidade e altitude constante.

O termo satélite, visto como veículo espacial e suporte de uma estrutura receptora e emissora, foi criado por Artur C. Clark, um radioamador britânico. A aplicação desse termo só foi concretizada em 1957 com o lançamento do primeiro satélite artificial, o Sputinik-1, um satélite russo composto por um rádio, cuja função era transmitir sinais de rádio. Esse satélite não ficou em órbita por muito tempo, apenas três meses, mas o tempo necessário para que a humanidade expandisse os horizontes no ramo da ciência tecnológica espacial.

Hoje em dia, ao contrário do que ocorria no início da história dos satélites artificiais, o termo satélite vem sendo usado praticamente como um sinónimo para "satélite artificial". O termo "satélite artificial" tem sido usado quando se quer distingui-los dos satélites naturais, como a Lua, assim como distinguir os satélites naturais dos Artificiais. Normalmente temos a tendência a pronunciar mo-nos sobre os Satélites Artificiais como sendo “Satélites” mas a verdade é que quando referimos “Satélites” estamos a referir-nos a Satélites Naturais, que são um corpo celeste que orbita um planeta ou outro corpo menor, dessa forma, o termo satélite natural refere-se a planetas anões orbitando a uma estrela, ou até uma galáxia anã orbitando uma galáxia maior. Porém, ele é normalmente um sinónimo de lua, usado para identificar satélites não artificiais de planetas, planetas anões ou pequenos planetas. Por exemplo, a Lua é o satélite natural da Terra. Sendo que o que nós iremos abordar neste trabalho são os Satélites Artificiais.

(Satélite Natural)

(Satélite Artificial)

Os Vários tipos de Satélites (Artificiais):

Até aos dias de hoje existem vários tipos de satélites para os diversos fins que vão desde o sistema de posicionamento global, conhecido como GPS, até satélites científicos, os quais são utilizados para pesquisas e realizações de experiências, como a observação da Terra, do espaço ou até mesmo experiências de micro gravidade.

• Satélites Meteorológicos - ajudam os meteorologistas a prever o tempo ou ver o que está a acontecer no momento. Os satélites geralmente possuem câmaras que podem tirar fotografias do clima da Terra, tanto a partir de um ponto geostacionário fixo como de órbitas polares.

• Satélites de Comunicações - permitem que dados de conversação e telefone possam ser retransmitidos através de um satélite. Satélites de comunicações abrangem o Telstar e o Intelsat.

• Satélites de Transmissão - enviam sinais de televisão de um ponto a outro (similar aos satélites de comunicação).

• Satélites Científicos - executam uma variedade de missões científicas. O telescópio espacial Hubble é um dos mais famosos satélites científicos, mas existem vários outros a observar um pouco de tudo, desde manchas solares a raios gama.

• Satélites de Navegação - ajudam navios e aviões a navegar. Os mais famosos são os satélites GPS NAVSTAR.

• Satélites de Resgate - respondem a sinais de rádio a pedido de socorro.

• Satélites de Observação Terrestre - analisam o planeta, à procura de alterações, desde temperatura e desflorestação até a cobertura da calota polar. Os mais famosos são os da série LANDSAT.

• Satélites Militares - muitas as suas verdadeiras aplicações permanecem em segredo. As possibilidades de recolha de informações usando electrónica de alta tecnologia e um sofisticado equipamento de reconhecimento fotográfico são ilimitadas.

• Satélites Astronómicos - são satélites usados para observações astronómicas, tanto no óptico, quanto em outras bandas do espectro electromagnético.

• Satélites de Reconhecimento - são satélites projectados para observação da Terra ou antigos satélites de comunicação utilizados para fins militares ou de espionagem. Pouco se sabe sobre a capacidade real desses satélites, pois os países que os desenvolvem geralmente não divulgam informações sobre eles.

Mas como funciona um satélite?

Mas como funciona um satélite? Por que ele, quando em órbita, não cai na Terra? Um satélite funciona através de sinais que são emitidos na sua direcção. Ao receber tais sinais ele os amplifica, converte e os reenvia através da cadeia emissora do satélite, cujos sinais são destinados a todas as estações que estejam operando com o mesmo sinal radioelétrico do satélite.
Isaac Newton, cientista inglês mais conhecido como físico e matemático, pensou em uma experiência que explica a razão pela qual os satélites não caem na Terra. Newton imaginou que com uma velocidade suficientemente elevada e desprezando a resistência do ar é possível colocar um projéctil em órbita como um satélite, por exemplo, de forma que o mesmo não caia na Terra. Mas qual é essa velocidade? Através do estudo do movimento circular é possível determinar essa velocidade. Esse é o movimento de uma partícula que possui velocidade inicial e sobre a qual atua uma força de intensidade constate que muda de direcção constantemente, estando em cada instante perpendicular à velocidade.

Qual a Importância dos Satélites Artificiais?

Mas afinal qual é a importância dos Satélites Artificiais?

Os Satélites Artificiais nos dias de hoje apresentam uma importância elevadíssima em todos os aspectos da nossa sociedade...

• Sem eles não era possível termos acesso a tecnologias tais como os Telemóveis, Televisão, Internet, Rádio, pois, as mais revolucionárias tecnologias utilizam os satélites como modo de transmissão dos seus dados, assim como o telefone envia os dados da conversação de um para o outro utilizando os Satélites Artificiais, assim como um canal de Televisão envia para todas as antenas a sua informação através dos satélites, assim como respectivamente o faz a internet.

• Sem eles provavelmente não teríamos acesso a 1/100 ou até mais, da informação que dispomos hoje sobre todo o espaço e todo o redor do planeta terra, pois é através dos satélites que hoje conhecemos a terra como “O Planeta Azul” e tal como ela é, é através dos satélites que hoje conhecemos a Lua e até Marte! E provavelmente irá ser através de satélites que iremos descobrir tantas outras informações sobre o espaço.

• Controlo do Tráfego Aéreo, pois sem satélites era impossível haver um controlo do tráfego dos aviões, pois seria impossível reunir a informação de localização de todos os aviões numa base de dados sem recorrer a satélites que recolhessem os dados de todos os aviões e os enviassem para uma central, de modo a poder ocorrer este controlo, e de modo a prevenir centenas/milhares de acidentes aéreos.

• E talvez uma das mais importantes finalidades dos satélites, é a previsão meteorológica, não só para os casos da vida real como “Amanhã estará Sol ou Estará Chuva?” mas para previsão de tempestades que facilmente podem ser detectadas através de uma imagem de satélite devidamente colocado.

Ou seja, através destes exemplos podemos ver que os satélites artificiais desempenham uma função enorme no nosso dia a dia, e provavelmente sem eles a vida seria muito mais difícil...

Quais os Movimentos Efectuados Pelos Satélites?

Aos movimentos efectuados pelos Satélites, chamamos de Órbitas, cada satélite têm uma órbita de maneira a efectuar a sua função mais correctamente e de maneira a evitar choques entre outros satélites:

Órbita Geoestacionária

Uma órbita é considerada geoestacionária quando esta órbita é circular e se processa exatamente sobre o equador da Terra, nos pontos de latitude zero e a sua rotação acompanha exatamente a rotação da Terra.

Desta forma para um observador que estiver situado sobre a superfície, verá que um satélite pertencente a uma órbita geoestacionária, permanece sempre na mesma posição.

É o caso da maioria dos satélites artificiais de comunicações e de televisão que ficam em órbitas geoestacionárias a fim de permanecerem sempre sobre a mesma posição aparente e desta forma sempre poder receber e transmitir dados para uma mesma região o tempo todo. Assim uma antena terrestre pode permanecer fixa apontando sempre uma dada direção do céu, sem necessitar ser redirecionada periódicamente.

Para que um satélite permaneça sempre sobre um determinado ponto da superfície da Terra, ele deve orbitar sempre a uma distancia fixa de 35.786 km acima do nível do mar, no plano do equador da Terra. Isso independente da massa (peso) do satélite.



Se um satélite está em orbita em torno da Terra, isso significa que sobre o satélite actua uma força centrípeta (força que a Terra exerce sobre o satélite).

Assim sendo pela Segunda Lei da Dinâmica ou Segunda Lei de Newton temos então que actua neste corpo; a força centrípeta:

Fresultante = Fcentripeta

ou

Fresultante = Fgravitica

Pela Segunda Lei de Newton podemos substituir as forças F pelas massa do corpo multiplicado por sua aceleração.

Então teremos:



Observe que a massa do satélite, msat , aparece em cada lado da igualdade, indicando que podem ser canceladas.

ag = ac

Isso significa que um satélite em órbita geoestacionária não depende de sua massa.
Como a intensidade da força centrípeta é dada por:



Onde ω é a sua velocidade angular dada em radianos por segundos, e r é o raio da órbita dado em metros , distancia esta medida do centro de massa da Terra.

A intensidade da acção da força de gravítica é dada por Lei da gravitação universal é:



Onde Mt é a massa da Terra em quilogramas, e G é a Constante de Gravitação Universal.

G = (6.6742 ± 0.0010) × 10−11 m3 kg−1 s-2

Mt = 5,9742×1024 kg

Equacionado-se estas duas acelerações obtemos o seguinte:







Podemos expressar este produto de duas constantes

por μ, logo:

(Equação para Cálculo da Órbita Geoestacionária)

Órbita Hélio-Síncrona

A órbita hélio-síncrona é uma caso particular de uma quase órbita polar. O satélite viaja do pólo norte para o pólo sul e vice-versa, mas o seu plano de órbita é sempre fixo para um observador que esteja postado no Sol. Assim o satélite sempre passa aproximadamente sobre o mesmo ponto da superfície da Terra todos os dias na mesma hora. Desta forma ele pode transmitir todos os dados coletados para uma antena fixa terrestre, durante suas órbitas.

Geralmente os satélites hélio-síncronos são satélites de média e baixa órbita, com altitudes variando de 550 até 850 km. Orbitam com uma inclinação em relação ao equador de 97 a 98º.

Como a Terra se move em torno do Sol, para manter seu plano de órbita constante, os satélites de órbita hélio-síncrona devem rotacionar aproximadamente 1º para o leste a cada dia.

Mas como a Terra não é exatamente uma esfera, os satélites de órbita polar podem ser afetados por uma força adicional da gravidade, cuja componente principal é causada pelo achatamento da Terra. A altura do satélite, quando viajando sobre os pólos, está abaixo de 1.000 km e deverão ser afetados pela assimetria da Terra, quando transitando sobre o equador, onde a altitude do satélite será menor. Esta assimetria atua como uma força que lentamente roda o plano de órbita do satélite em torno do eixo da Terra. Se a órbita for exatamente polar (inclinação de 90º), o plano da órbita não rodará. Se a inclinação for em torno de 8º do eixo polar (ou seja, uma inclinação de 98º, levemente retrógrada), o plano da órbita executará uma rotação completa em torno do eixo da Terra em um ano.

O efeito do achatamento sobre o nodo ascendente da órbita se expressa por:

(rad/órbita) sendo:

• Ω - ascensão recta do nodo ascendente da órbita
• J2 - achatamento terrestre dinâmico
• R - raio da Terra
• a - semi-eixo maior da órbita
• e - excentricidade orbital
• Inc - inclinação orbital

Existe um tipo especial de órbita hélio-síncrona que é aquela em que o satélite recebe sempre a luz do Sol. O satélite orbita de um lado da Terra quando é o amanhecer e o outro lado da Terra, quando é o seu pôr do Sol.

Órbita Terrestre Baixa

Uma Órbita Terrestre Baixa é uma órbita em que os objectos, como satélites, se encontram abaixo da órbita circular intermédia e substancialmente abaixo da órbita geostacionária, mas geralmente entre 350 e os 1400 km acima da superfície da Terra.

As órbitas inferiores a esta não são estáveis, e serão alvo de arrastamento atmosférico. Os satélites numa órbita terrestre baixa viajam a cerca de 27 400 km/h (8 km/s), o que representa uma revolução de cerca de 90 minutos.

Os objectos em órbita terrestre baixa encontram gases atmosféricos na termosfera (aproximadamente 80-500 km acima da superfície) ou exosfera (aproximadamente 500 km acima), dependendo do comprimento da órbita.

(Figura Representativa dos Satélites alojados na Órbita Terrestre Baixa)

Órbita Polar

Um satélite diz-se em Órbita Polar quando passa sobre (ou quase sobre) ambos os pólos do planeta (ou outro corpo celestial) em cada uma de suas revoluções. Dessa forma, essa órbita tem uma inclinação igual ou próxima a 90 graus em relação ao equador.

Como o satélite tem o plano orbital fixo e perpendicular à rotação do planeta, ele vai passar sobre uma região com longitude diferente a cada uma das suas órbitas.

Órbitas polares são geralmente usadas para satélites de mapeamento geográfico, observação ou reconhecimento, inclusive satélites espiões, assim como alguns satélites meteorológicos

Para ficar sobre uma área polar uma grande parte do tempo, apesar da distância, é usada uma órbita elíptica com grande excentricidade e com apogeu sobre essa área, conhecida como órbita de Molniya.

(Imagem Representativa de uma Órbita Polar)

Órbita Geossíncrona

Uma órbita é considerada Geossíncrona quando a sua rotação acompanha exactamente a rotação da Terra. Ao contrário da órbita geoestacionária, a órbita pode ter inclinação e excentricidade diferentes de zero.

Quando o combustível de um satélite artificial de comunicações está acabando, costuma-se deixar de controlar a sua inclinação orbital, de forma que sua órbita se torne Geossíncrona.

(Imagem Representativa de uma Órbita Geossíncrona)

Órbita de Transferência de Hohmann

A órbita de transferência de Hohmann é uma órbita intermediária que o satélite deve percorrer para passar de uma órbita circular para outra. Foi calculada pela primeira vez pelo engenheiro alemão Walter Hohmann em 1925.

(Órbita de transferência de Hohmann (amarelo): Terra → Marte. (1) = Terra, (3) = Marte)

Outras Órbitas

Ainda existem outras órbitas tais como:

• Órbita Circular Intermediária

• Órbita Supersíncrona

• ÒrbitaSubsíncrona

• Órbita Elíptica

• Órbita de Transferência Lunar