Satélite artificialSatélite artificial

Satélite artificial e Satélite Natural

Até à pouco tempo atrás, os satélites eram dispositivos

exóticos e ultra-secretos. Foram usados primeiramente

para fins militares, para actividades como navegação e

espionagem.

Agora eles são uma parte essencial do nosso dia-a-dia.

Podemos ver e reconhecer o seu uso em:

- relatórios meteorológicos;

- transmissão de televisão via satélite ;

- chamadas de telefone diárias.

Satélite artificialSatélite artificial

Satélite artificial e Satélite NaturalEm muitos outros casos, os satélites desempenhamfunções secundárias que escapam à nossa atenção.

Alguns jornais e revistas conseguem transmitir notícias deúltima hora porque enviam os seus textos e imagens paradiversos locais de impressão via satélite para acelerar adistribuição local.

Antes de enviar sinais por cabos até nossas casas, atelevisão a cabo depende de satélites para distribuir assuas transmissões.

Os motoristas de táxi e limusines usam o sistema baseadoem satélites denominado Global Positioning System(GPS) para nos levar até o lugar certo.

Satélite artificialSatélite artificial

Satélite artificial e Satélite Natural

Um satélite artificial é qualquer corpo feito pelo homem e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta.

Hoje em dia, ao contrário do que ocorria no início da história dos satélites artificiais, o termo satélite é 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

Tipos de Satélites

Biosatélites --- são satélites projectados para levar ao espaço organismos

vivos para experimentação científica.

Satélites miniaturizados --- são satélites com dimensões e massas

reduzidas.

Satélites de energia solar --- são satélites que usam células solares para

captar a energia solar e a convertem em um feixe de microondas,

transmitindo para grandes antenas na Terra por potentes transmissores a

bordo do satélite. A energia captada pela antena pode então ser usada

como uma fonte alternativa de energia.

Tipos de Satélites (cont.)

Estações espaciais --- são estruturas fabricadas pelo homem e projectadas

para permitir que seres humanos possam viver no espaço exterior. Uma

estação espacial difere de uma espaçonave. Ao contrário das

espaçonaves, as estações espaciais não possuem capacidade de

propulsão nem de aterragem. Por outro lado as estações espaciais são

projectadas para permitir a permanência humana por médios períodos de

tempo, que variam de semanas até alguns anos.

Tipos de Satélites por função

Armas anti-satélites --- as vezes chamados de satélites assassinos, são satélites projectados para destruir satélites "inimigos" e outros tipos de alvos em órbita. Tanto os Estados Unidos quanto a antiga URSS têm esses tipos de satélites.

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

Satélites de comunicação --- são satélites estacionários utilizados em telecomunicação.

(

Tipos de Satélites por função (cont.) Satélites do Sistema Global de Navegação (GPS) --- são satélites que

enviam sinais de rádio a receptores móveis na Terra possibilitando a

determinação precisa de sua localização geográfica. A recepção directa do

sinal dos satélites GPS, combinada com uma electrónica cada vez melhor,

permite que o sistema GPS determine a posição com um erro de poucos

metros, em tempo real.

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.

(

Tipos de Satélites por função (cont.)

Satélites de observação da Terra --- são satélites projectados para uso

não-militar, para, por exemplo, monitoramento ambiental, meteorologia,

mapeamento geográfico, etc.

Satélites meteorológicos --- são satélites projectados essencialmente

para monitorar o tempo e o clima na Terra.

Mas como funciona um satéliteUm satélite funciona através de sinais que são emitidos na sua

direcção. 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, o utilizador, recebe os sinais. É assim

que se processa uma retransmissão aeroespacial, ou como em

síntese, pode funcionar um satélite por mais elementar que ele seja.

Qual o primeiro satélite a entrar em órbita na Terra?

Não há estatísticas oficiais, mas estima-se que já foram lançados

aproximadamente 4.600 satélites, e que apenas cerca de 500 deles

continuam em funcionamento.

A União Soviética foi o primeiro país a colocar um satélite no espaço, o

Sputnik, em 1957. Pesando cerca de 84 kg foi feito pelos russos e emitia sons

em determinadas frequências.

Meses depois os americanos lançaram o seu primeiro satélite, o Explorer 1,

que só pesava 14 kg e foi capaz de descobrir o Cinturão de Van Allen, um

cinturão magnético que protege a Terra da radiação solar.

Satélites Geoestacionários

UNIDADE 1 – Movimentos na Terra e no Espaço

FÍSICA

UNIDADE 1 – Movimentos na Terra e no Espaço

Objecto de ensino

1.1-Viagens com GPS

•Funcionamento e aplicações• Posição - coordenadas geográficas e cartesianas• Tempo• Trajectória• Velocidade

1.2-Da Terra à Lua

• Interacções à distância• Leis de Newton• Movimentos Próximos da superfície• Movimento de satélites geoestacionários

Funcionamento e aplicações do GPS

GPS – “Global Positioning System”- Sistema de Posicionamento Global

SISTEMA GPS

Sistema de posicionamento global

É um sistema de radionavegação baseado emsatélites, desenvolvido e controlado pelodepartamento de defesa dos Estados Unidos, quepermite a qualquer utilizador saber a sua localização,velocidade e tempo, 24 horas por dia. Foi criado no fim da década de 70 com o objectivo de precisar bombardeios contra países inimigos.

Descrição do GPS

O GPS pode ser descrito em termos de 3 “segmentos”: osegmento espacial, o segmento de controlo e o segmentodo utilizador.

Segmento EspacialÉ constituído por 24satélites com relógiosatómicos, com órbitascirculares em torno daTerra com um períodoorbital de 12 h, distribuídosem 6 planosorbitais igualmenteinclinados.

Os satélites emitem um sinalelectromagnético de ondas rádio (cada satélite com uma frequência diferenteentre 3 e 30 GHz) em intervalos de 1milissegundo.

Constelação GPS

Delta-II GPS Block I GPS Block II

Segmento de controlo

É constituído por várias estações terrestres.Nestas estações terrestres são observadas as trajectórias dos vários satélites GPS e é actualizado com grande precisão o tempo.

Esta informação é transmitida aos satélites.Com estes dados, o sistema informático em cada um dos satélites recalcula e corrige a sua posição absoluta e corrige a informação que é enviada para a Terra.

A estação primária de controle da constelação GPS está localizada nos Estados Unidos, no estado do Colorado.

Sistema do utilizador

É constituído por um receptor (GPS) derádio com uma unidade de processamento capaz de descodificar emtempo real a informação enviada por cadasatélite e calcular a posição.

Receptores de GPS

Funcionamento do GPS

A finalidade do GPS é determinar a posição de umobjecto à superfície da Terra em 3 dimensões:longitude, latitude e altitude.

Sinais provenientes de 3 satélites que se encontram no seu horizonte fornecem esta informação.

Cada satélite envia um sinal codificado com a localização do satélite e o tempo de emissão do sinal.

O relógio do receptor regista o instante da recepção de cada sinal, depois subtrai o tempo de emissão para determinar o lapso de tempo e portanto a distância viajada pelo sinal.Conclusão - a função de um receptor GPS é localizar 3 ou mais desses satélites, determinar a distância para cada um e utilizar esta informação para deduzir a sua própria posição.Essa operação é baseada em um princípio matemático – método da triângulação.

Distância a um satélite

Um satélite transmite um sinal quando o seu relógioatómico marca 420 000,000 s e o sinal é recebido peloreceptor de GPS quando o seu relógio de quartzo marca420 000,070 s. Qual a distância do GPS ao satélite?

A luz propaga-se a uma velocidade de 3.0×108 ms-1

Quando o movimento se dá na mesma direcção, sentido ecom a mesma rapidez, o valor da velocidade é dado por:

V = D/Δt

Método da triangulação

Considera-se um satélite no centro de uma esfera.O utilizador poderá encontrar-se em qualquerponto da superfície esfera!

O raio da esfera é a distância do satélite àsuperfície da Terra.

Método da triangulação

É necessário um terceirosatélite no centro de uma terceira esfera.O utilizador poderá agora serencontrado em dois pontos daintercepção das três esferas.Para se decidir de entre estes dois pontos possíveis, poderia ser através de um quarto satélite, embora normalmente um destes dois pontos é impossível (longe da Terra).

GPS – Indicam a latitude, a longitude e a altitude de um determinado lugar

Aplicações de GPS

LOCALIZAR-Fornece dados que permitem, com grande precisão, a localização de qualquer ponto do nosso planeta, independentemente do estado do tempo meteorológico.

CONDUZIR AO LONGO DE UM PERCURSO- Permite informar sobre a direcção e o sentido que o receptor tem que tomar para seguir um determinado percurso.

NAVEGAR- Permite fornecer informações quer a barcos, quer a aviões acerca da rota pretendida.

MAPEAR- Facilita a criação de mapas de países, cidades, do relevo de uma zona geográfica, dos rios…

MEDIR TEMPOS- O Receptor de GPS permite utilizar o tempo:

•como marcador universal;

•para medir intervalos de tempo com precisão;

•em astronomia, rede de computadores, bancos, rádios…

Coordenadas Geográficas

Latitude

É o arco de meridiano, expresso em graus, medido entre o paralelo que passa pelo local considerado e o equador.

Longitude

É o arco do equador, expresso em graus, medido entre um meridiano que passa pelo local considerado e o meridiano de Greenwich.

A longitude e latitude são medidas em graus, minutos e segundos.

Altitude

É a altura, na vertical, medida em unidades de comprimento, em relação ao nível médio das águas do mar.

Tipos de relógios

Mecânico, de quartzo e atómico

Tempo: relógios

Qualquer tipo de relógio possui um mecanismo queproduz oscilações regulares e outro que conta asoscilações, convertendo-as numa unidade de tempo.

Os relógios mecânicos são baseadosem oscilações pendulares.

Relógios mecânicos: incerteza de 100ms/diaMecânico

Relógios de quartzo, baseiam-se nas oscilações de um cristal de quartzo, oscilações dosátomos de silício, pois possui propriedades piezoeléctricas (quando se aplica uma d.d.p. a um pequeno cristal este torna-se um oscilador, com frequência muito regular)

Tempo: relógios

Quartzo

Relógios de quartzo: incerteza de 0,1 ms/dia

Tempo: relógiosOs relógios atómicos baseiam-se na frequênciadas radiações emitidas, ou absorvidas, por átomosou moléculas. Trata-se afinal de conseguir que a frequência da radiação incidente coincida com a frequência da radiação emitida aquando dadesexcitação.

1 s = 9.192.631.770 oscilaçõesRelógios de césio:incerteza de 0,1μs/dia (0,0001ms/dia)

Voltemos à distância ao satélite

Admitindo que o relógio de quartzo do GPS tem um atraso de2 ms em relação ao relógio atómico:

a) Qual é a distância ao satélite que o GPS calcula?

b) Qual o desvio percentual da distância calculada no primeiroexercício, devido ao facto do dois relógios não estaremperfeitamente sincronizados

• Para se saber quando o sinal foi transmitido, a precisão dosrelógios tem que ser perfeita. Se existir um erro de um milésimode segundo, à velocidade da luz implica um erro de 300 km!

• A incerteza pode ser diminuída, no mínimo, com os dadosfornecidos por um quarto satélite.

FIM