Os satélites estudados, desenvolvidos e construídos por organismos tecnológicos e científicos internacionais criados e mantidos por Amadores de Rádio, são uma parte essencial do Serviço de Satélites de Amador (tal qual é definido e reconhecido pela UIT e pelas administrações de radiocomunicações dos estados membros das Nações Unidas). As comunicações aeroespaciais são uma das áreas com mais futuro na exploração do espaço e das radiocomunicações. São o sector que os amadores em Portugal menos tem vindo a praticar e desenvolver, porque no geral, as pessoas com menos qualificação tecnológica consideram que as comunicações de rádio se fazem nas frequências abaixo de 30 MHz. Gerou-se uma crença (errada) de que, explorar satélites de amador, é uma operação complexa em termos de meios e de conhecimentos radioeléctricos, o que não é necessariamente verdade.
Existem satélites que podem ser operados sem ter de se estudar a sua exploração durante meses a fio, e muito menos, sem ter de se dispor de sofisticados equipamentos de rádio e antenas.
É muito provável que na sua maioria, em cada uma das actuais estações de amador, possam existir equipamentos e meios técnicos suficientes para se operar um satélite de amador, de forma a que qualquer um se possa iniciar neste interessante campo da Rádio e das comunicações aeroespaciais.
Fotografias relativas à integração técnica do satélite OSCAR-7, desenvolvido e fabricado por Amadores de Rádio membros da AMSAT no ano de 1974. Imagem da sua instalação e lançamento a bordo de um foguete da NASA.
Este documento contém um conjunto de questões e respostas, susceptíveis de elucidarem qualquer um acerca da forma como deverá proceder para se equipar e explorar as comunicações através de satélites. O objectivo da AMSAT-CT é proporcionar a difusão e tradução para o mundo português, através da adaptação de diversos documentos originais criados em todo o mundo pela estrutura da AMSAT Amateur Radio Satellite Corporation da qual a AMRAD é, através da secção AMSAT-CT, delegação portuguesa, criando um espaço associativo a partir da qual se terão melhores possibilidades de inteirar e partilhar tecnologias essenciais à exploração destes e outros domínios espaciais e científicos.
Um satélite artificial é um sistema que orbita em torno do nosso planeta, com uma altitude e velocidade constante. Geralmente os satélites estão equipados com meios radioeléctricos e são dotados de energia, dispondo ou não, de um sistema de controlo remoto. O satélite artificial é um equipamento modular integrado, a voar no espaço exterior da Terra. O conceito do satélite artificial enquanto veículo espacial e suporte de uma estrutura receptora e emissora, foi desenvolvido por Artur C. Clark, um radioamador britânico. A sua aplicação torna-se realidade quando Sergei Koreleve em 1957, faz o lançamento para o espaço do Sputnik-1, um satélite composto por um pequeno emissor de rádio. Em Dezembro de 1961, quatro anos depois, é lançado no espaço o OSCAR-1, que se torna no primeiro satélite de amador. Existem satélites que cumprem todas as aplicações necessárias do ponto de vista técnico e científico, e que podem ou não, ser repetidores, geradores e transdutores de informação diversa, mas onde toda a informação tem de ser gerada e processada electronicamente através das comunicações por meios de Rádio.
Na mais corrente das aplicações, quando se emitem sinais na direcção de um satélite, estes sinais são recebidos pelo receptor do satélite que os amplifica, converte espectralmente, podendo desmodular ou processar, quer comandos, quer os sinais terrestres, que os reenvia através da cadeia emissora do satélite, como sinais destinados a todas as estações que operarem no mesmo espectro radioeléctrico do satélite. Na mesma ocasião, em qualquer lugar do mundo que esteja situado no horizonte artificial do satélite, outro amador ou utilizador, pode receber os sinais de rádio e responder ao chamador. É assim que se processa uma retransmissão aeroespacial, ou como em síntese, pode funcionar um satélite por mais elementar que ele seja.
Os satélites disponíveis, através dos quais podemos ensaiar as comunicações efectuadas pelo Serviço de Satélite de Amador, dispõem basicamente de dois tipos de órbitas terrestres: a circular e a elíptica.
A órbita circular é efectuada pelos satélites que orbitam a Terra de forma circular, ou seja, aqueles que mais ou menos conseguem manter a mesma distância em relação à Terra, entre os pólos e o equador, com movimento e altitude orbital constantes em relação à superfície terrestre. Esta é a mais comum e conhecida das órbitas.
Os satélites que efectuam órbitas elípticas tem uma característica peculiar porque permanecem a orbitar mais tempo sobre a mesma localização terrestre, focando o mesmo horizonte artificial durante várias horas ou dias, pelo facto das suas órbitas serem bastante mais extensas e longínquas da Terra, quer a partir dos pólos, quer do equador. Existe um terceiro tipo de órbita, que é denominada por geo-estacionária, em virtude do satélite acompanhar o movimento de rotação e permanecer focado no mesmo horizonte terrestre.
Tal como os vulgares repetidores de rádio instalados no alto de uma montanha dispõem de uma maior cobertura em relação ao horizonte e curvatura da crosta terrestre, também os satélites dispõem de horizonte artificial que lhes permite grandes áreas de cobertura na chamada linha de vista radioeléctrica. Os satélites de órbita polar baixa orbitam a Terra a partir de altitudes variáveis e que geralmente começam em torno dos 300 km e podem ultrapassar os 2000 km de altitude em relação aos pólos. Com esta posição orbital, o satélite dispõe de um horizonte artificial onde é visto, e ilumina em termos radioeléctricos, a mesma área continental que pode ir de Portugal à América, ou cobrir uma substancial parte da Europa e da África.
Há quem denomine esta zona iluminada ou cobertura do campo radioeléctrico do satélite, por zona de sombra ou foot print. Será mais adequado chamar-lhe horizonte artificial do satélite, que é a área onde qualquer estação terrena pode emitir e receber sinais de um satélite em termos de rádio-visibilidade. Todas as estações que simultaneamente se encontram dentro do horizonte artificial do satélite podem contactar entre si através da retransmissão feita a partir do próprio satélite. Nas condições orbitais dos satélites polares de baixa altitude, a duração do período de retransmissão depende da janela do satélite, que é o tempo da passagem do satélite dentro do referido horizonte artificial, sendo a velocidade constante em relação à superfície terrestre. O horizonte é maior quanto mais elevada for a órbita polar. Nos satélites tudo tende a ser constante no espaço, incluindo a velocidade que é cerca de 35.000 km/h.
Projecção terrestre de dois tipos de órbita, na figura da direita um satélite de órbita elíptica, a imagem da esquerda reporta um satélite de órbita polar de baixa altitude, em ambos os casos a marcação de cor branca indica o horizonte artificial ou footprint do satélite, cujo diâmetro varia com a altitude da órbita e pode ser superior a 5.000 km
Qualquer satélite de órbita polar baixa, dentro de um período de 24 horas, passa pelo mesmo lugar cerca de 4 a 6 vezes, sendo a orientação magnética dessas passagens invertida, em virtude do movimento da rotação da Terra, dado que o sentido orbital do satélite é constante.
O tempo de duração de cada uma das passagens depende da verticalidade da órbita em relação à localização terrestre da estação, que pode em condições médias, oferecer passagens de 10 a 18 minutos cada uma delas, dependendo da altitude da órbita. No geral, podemos utilizar um satélite polar de órbita baixa durante mais de 1 hora num dia de actividade normal. No presente, o Serviço de Satélite de Amador dispõe de mais de 20 satélites a operar, o que nestas condições, nos facultam mais de 15 horas diárias de consecutiva operação, feita por satélites e por serviços diversos.
As facilidades presentes que nos são conferidas pelas tecnologias de utilização dos satélites de órbita elíptica, oferecem outras características e potencialidades de exploração. Os satélites de órbita elíptica dispõem de dois pontos determinantes: durante o perigeu, eles oferecem as passagens mais próximas da Terra, e durante o apogeu, permitem tempos de acesso maiores, em virtude das passagens serem as mais distantes da Terra. A maior facilidade que resulta deste modelo de órbita, é o facto de que durante o apogeu, o satélite ter um horizonte artificial máximo sobre a superfície terrestre, dado que estas distâncias ultrapassam os 45.000 km. Por consequência, o tempo na duração do horizonte artificial, pode ser superior a 10 horas de rádio-visibilidade, sobre a mesma localização terrestre.
Tecnicamente, os satélites de órbita elíptica podem ser equivalentes à criação artifical de qualquer uma das faixas de ondas-curtas. A maior diferença para o operador de satélites, centra-se no facto de ser quase imperceptível o efeito de Doppler, porque este efeito ocorre de forma muito acentuada, durante as passagens dos satélites de órbita polar baixa.
O efeito de Doppler resulta de efeitos da física, produzidas pela velocidade elevada e constante a que o satélite é sujeito durante a sua rotação orbital. É um fenómeno de efeitos radioeléctricos, pela variação positiva e negativa das frequências portadoras, que ocorre em ambos os sentidos, dos sistemas emissor e receptor do satélite e da estação terrena. Uma compensação (manual ou automática) é essencial, para uma correcta sintonia de ambos os sistemas situados dentro do cone de passagem radioeléctrica do satélite, em relação ao ponto vertical relativo com a posição terrena da estação de seguimento.
É pois baseado neste fenómeno físico que hoje funcionam os sistemas GPS, cuja primeira aplicação foi efectuada através do satélite de amador da AMSAT, o OSCAR 6 durante o ano de 1973. Só depois da descoberta desta aplicação, se passaram a desenvolver comercialmente qualquer um dos actuais sistemas de posicionamento global por satélite.
A previsão das órbitas dos satélites foi no início da exploração espacial e até aos anos de 1975 um verdadeiro quebra cabeças. Já lá vai a época da régua de cálculo, então denominada por OSCAR LOCATOR. Mesmo assim, só depois de 1985 as coisas se tornaram mais simples com a utilização de máquinas de calcular e da computação simples do XT. Hoje, qualquer computador AT a operar em MS-DOS e com 20 Mb de disco, pode instalar um software de cálculo, processar dados e ilustrar mapas referentes às órbitas de um satélite, incluindo o comando automático de rotores e correcções de efeito de Dopller.
Entre as mais populares e acessíveis versões de software recomendamos o Instant Track para MS-DOS. Esta versão é actual para o terceiro milénio. Produz imagens gráficas a cores, fornece dados importantes sobre a passagem vertical, a aproximação e o afastamento da satélite, a elevação e o azimute, ou a posição vertical do satélite seleccionado, em qualquer parte da sua órbita. Com a instalação de alguns drivers, ele pode efectuar o comando automático dos rotores e fazer a correcção de efeito de Doppler, bem como a sintonia automática dos sistemas emissor e receptor.
Existem no entanto softwares mais evoluidos e já desenvolvidos para sistemas operativos actuais, como sejam o Windows 98, 2000, XP, X-Windows ou MAC OS. Entre eles destacamos o Predict para LINUX que se baseia numa estrutura principal , o servidor, que efectua todos os cálculos. Ligados ao servidor, podem estar vários clientes de modo gráfico que recebem os dados já prontos a mostrar no ecrã de um computador terminal qualquer. Para MS Windows destacamos o Nova for Windows que é bastante completo. Permite entre outras coisas, a actualização dos dados Keplerianos pela Internet, o acerto das horas por ligação a relógio atómico, o controlo de rotores ou ajuste de Doppler nos rádios. Permite visualizar o footprint de vários satélites em simultâneo e fazer a impressão das passagens de satélites em papel, para ocasiões em que o computador não pode ser utilizado.
A melhor situação na passagem de um satélite é a vertical do lugar, o que raramente ocorre. Nestas condições, o ângulo de elevação terrestre em relação ao satélite é máximo, ou sejam os 90º de elevação. O cone de aproximação na passagem vertical e afastamento é máximo, numa órbita vertical. Mas esta condição não significa que seja a melhor, pois qualquer órbita pode ser boa, desde que seja superior ao horizonte artificial de 2º a 4º e seja uma passagem sobre uma localização desafogada em termos de horizonte, ou seja, sem montanhas e sem prédios ao redor da estação terrena.
A NORAD é a entidade que nos Estados Unidos da América do Norte, efectua o rastreio e as medições de todos os satélites em órbita no espaço exterior da Terra. São essas informações que nos são depois fornecidas através de Dados Keplerianos ou de Kepler.
Depois de receber estas informações através da AMSAT e dos seus organismos representantes, podemos instalar esses dados num computador, fazer correr num software de cálculos orbitais os elementos neles contidos.
Estes elementos Keplerianos são editados em publicações da especialidade, ou existem directamente em bases de dados disponíveis na Internet. Eles estão disponíveis para a comunidade de Amadores de Rádio, através da AMSAT e em dois formatos distintos: NASA ou 2Lines, e AMSAT. No geral, todos os programas de cálculo, conseguem processar ambas as versões de keps. Leia o artigo editado pela AMSAT-CT, denominado: DADOS KEPLERIANOS.
Com o começo do novo milénio, estão disponíveis, no decurso dos anos de 2001 e 2002, mais de 20 satélites, todos eles pertencentes ao Serviço de Satélite de Amador.
Tendo ocorrido ainda um fenómeno único na história aeroespacial, que foi o ressurgimento em Junho de 2002, do satélite OSCAR-7, um satélite de amador tecnicamente dado como desaparecido em 1980, fazia mais de 21 anos.
Ao longo dos anos, os radioamadores tecnicamente qualificados, e que em parceria com outros grupos de investigação e desenvolvimento, nomeadamente as universidades e forças de defesa, têm vindo a desenvolver e a colocar em serviço diferentes tipos de sistemas, incluindo satélites dedicados a áreas temáticas diversas. Designadamente para fins ambientais e educativos.
Ao contrário da visão consumista, que certa industria e comércio de materiais de rádio quis transmitir junto do cidadão comum acerca do Serviço de Amador, este não é, nem nunca foi, uma charada. Tanto mais que a história e os imperativos suscitados pelas culturas civilizacionais exigem de todos nós, incluindo dos Amadores da Rádio e das comunidades científicas e tecnológicas, uma atitude construtiva e de serviço público, sustentada por organismos sérios e dedicados, que tem por prioridade, a educação, as culturas de saber e do conhecimento, o desenvolvimento humano global, em absoluta liberdade e respeito pelos direitos e deveres comuns das sociedades e das nações. Uma atitude de clara consciência, uma prioridade sobre o lúdico, desportista e consumista.
Nestes termos, tem sido a NASA, a ESA e a Agência Espacial Russa que ao lado de escassos governos de outros estados membros das Nações Unidas, tem ajudado a comunidade dos radioamadores a estudar e a desenvolver, construindo e colocando em órbita da Terra inúmeros satélites de amador. Para o novo milénio e para este século XXI, estão disponíveis satélites através dos quais se podem operar todos os serviços ou modos de transmissão actualmente existentes. São mais os satélites disponíveis do que a qualificação técnica e a destreza operativa de qualquer um de nós individualmente, associada com o tempo livre de os poder operar. Podemos operar satélites a partir da sempre actual telegrafia manual, passando pela banda lateral única ou dupla, o rádio-teletipo, a televisão de varrimento lento, o FM, o FSK e todos os elaborados modos de transmissão digital e vectorial, que nos dão acesso à comunicação directa individual, à difusão geral, à teledetecção e controlo remoto de sistemas. Preparam-se os radioamadores, através da AMSAT, para a navegação e para a viagem espacial. São estes grandes desafios tecnológicos do futuro e da humanidade.
A facilidade ou a complexidade na operação de um satélite de amador, depende obviamente das características técnicas do satélite seleccionado. Podemos dividir os satélites por serviços analógicos e digitais, em quatro grupos essenciais, a saber:
Estes são, aparentemente, os satélites mais acessíveis e fáceis de operar. Compostos essencialmente por sistemas retransmissores, de banda estreita, e de banda larga. Os sistemas retransmissores de banda larga são denominados por transponders lineares, pois são sistemas lineares, que efectuam a transposição espectral de uma faixa com determinada largura de banda, para outro espectro ou segmento de banda. São sistemas que dispõem de uma largura de banda (no caso dos amadores) de 30, 50 ou 100 KHz. Nas aplicações comerciais eles atingem vários MHz de largura de banda. Nestas aplicações, um transponder linear ao invés de efectuar a retransmissão de um canal simples (tipo FM) ou de uma única transmissão, ele efectua a retransmissão integral de um espectro sem ser sequer desmodulado. Chama-se uma transposição em banda base nos casos em que o sinal é recebido por um receptor, tratado a nível de RF por um sistema de frequência intermédia, é transposto para outro espectro e amplificado numa cadeia emissora de potência. O sinais são compostos por múltiplos tipos de emissões diferentes e de banda estreita, do tipo USB, CW, RTTY, SSTV, FSK BPSK, PSK, onde se podem incluir emissões ou serviços analógicas e digitais de pequena ocupação espectral, entre 150 Hz e 3 KHz.
Eles fazem a repetição de uma emissão em modulação de frequência ou fase, são desmodulados e retransmitidos através de um canal ou faixa de áudio, a ser de novo modulada na frequência que se desejar retransmitir, tal qual é feito num repetidor terrestre.
Estes satélites são muito populares entre os amadores de menos recursos técnicos. São fáceis de operar e podem até ser compostos por mais de um receptor de FM, cujos sinais de áudio, uma vez desmodulados, são misturados ou seleccionados à entrada do modulador comum de um único emissor destinado ao downlink ou ligação de descida do satélite. A ocupação espectral recomendada para este tipo de satélites é de cerca de 5KHz a 12,5 KHz, poucos são os sistemas modernos que ocupam 25 KHz.