SATÉLITES ARTIFICIAIS: PARA QUE SERVEM, COMO FUNCIONAM, TIPOS, IMPORTANTES - ARTE - 2024

Os satélites são veículos ou dispositivos construídos especificamente para serem liberados ao espaço sem tripulação, a fim de orbitar ao redor da Terra ou outro corpo celeste.

As primeiras ideias sobre a construção de satélites artificiais vieram de autores de ficção científica, por exemplo Júlio Verne e Arthur C. Clark. Este último foi oficial de radar da Real Força Aérea e, no final da Segunda Guerra Mundial, teve a ideia de usar três satélites em órbita ao redor da Terra para manter uma rede de telecomunicações.

Figura 1. Satélite artificial orbitando a Terra. Fonte: Wikimedia Commons.

Naquela época, ainda não havia meios para colocar um satélite em órbita. Demorou mais alguns anos para os militares dos Estados Unidos produzirem as primeiras comunicações por satélite no início dos anos 1950.

A corrida espacial entre os Estados Unidos e a União Soviética impulsionou a indústria de satélites artificiais. O primeiro colocado em órbita com sucesso foi o satélite soviético Sputnik em 1957 e ele emitiu sinais na faixa de 20-40 MHz.

Seguiu-se o lançamento do Echo I pelos Estados Unidos, para fins de comunicação. Desde então, inúmeros lançamentos em órbita foram sucedidos por ambas as potências e, posteriormente, muitos países aderiram à nova tecnologia.

Para que servem os satélites artificiais?

- Nas telecomunicações, para a retransmissão de mensagens de rádio, televisão e telemóvel.

-Na investigação científica e meteorológica, incluindo cartografia e observações astronómicas.

-Para fins de inteligência militar.

-Para utilizações de navegação e localização, sendo o GPS (Global Positioning System) um dos mais conhecidos.

-Para monitorar a superfície terrestre.

-Nas estações espaciais, projetadas para experimentar a vida fora da Terra.

Como eles funcionam?

Em seu Principia, Isaac Newton (1643-1727) estabeleceu o que era necessário para colocar um satélite em órbita, embora, em vez de um satélite, tenha usado como exemplo uma bala de canhão disparada do alto de uma colina.

Disparado com uma certa velocidade horizontal, o projétil segue a trajetória parabólica usual. Aumentando a velocidade, o alcance horizontal fica cada vez maior, algo que ficou claro. Mas uma certa velocidade fará com que a bala entre em órbita ao redor da Terra?

A Terra se curva de uma linha tangente à superfície à razão de 4,9 m para cada 8 km. Qualquer objeto liberado do repouso cairá 4,9 m durante o primeiro segundo. Portanto, ao disparar a bala horizontalmente de um pico com velocidade de 8 km / s, ela cairá 4,9 m durante o primeiro segundo.

Mas a Terra também terá descido 4,9 m nesse período, enquanto se curva sob a bala de canhão. Este continua a se mover horizontalmente, cobrindo os 8 km e permaneceria na mesma altura em relação à Terra durante aquele segundo.

Naturalmente a mesma coisa acontece a partir do segundo seguinte e em todos os segundos sucessivos, transformando a bala em um satélite artificial, sem nenhuma propulsão adicional, desde que não haja atrito.

No entanto, o atrito causado pela resistência do ar é inevitável, razão pela qual um foguete de reforço é necessário.

O foguete eleva o satélite a uma grande altura, onde a atmosfera mais tênue oferece menos resistência e fornece a velocidade horizontal necessária.

Essa velocidade deve ser maior que 8 km / se menor que 11 km / s. A última é a velocidade de escape. Projetado nesta velocidade, o satélite abandonaria a influência gravitacional da Terra, indo para o espaço.

Estrutura de satélite artificial

Os satélites artificiais contêm vários mecanismos complexos para desempenhar suas funções, que envolvem receber, processar e enviar vários tipos de sinais. Devem também ser leves e ter autonomia de operação.

As estruturas principais são comuns a todos os satélites artificiais, que por sua vez possuem diversos subsistemas de acordo com a finalidade. Eles são montados em uma carcaça de metal ou outro composto leve, que serve de suporte e é chamada de ônibus.

No ônibus você pode encontrar:

- O módulo de controle central, que contém o computador, com o qual os dados são processados.

- Antenas receptoras e transmissoras para comunicação e transmissão de dados por ondas de rádio, além de telescópios, câmeras e radares.

- Um sistema de painéis solares nas asas, para obter a energia necessária e baterias recarregáveis ​​quando o satélite estiver à sombra. Dependendo da órbita, os satélites precisam de cerca de 60 minutos de luz solar para recarregar suas baterias, se estiverem em órbita baixa. Satélites mais distantes passam muito mais tempo expostos à radiação solar.

Como os satélites ficam muito tempo expostos a essa radiação, é necessário um sistema de proteção para evitar danos a outros sistemas.

As partes expostas ficam muito quentes, enquanto na sombra atingem temperaturas extremamente baixas, pois não há atmosfera suficiente para regular as mudanças. Por esse motivo, os radiadores são obrigados a eliminar o calor e as tampas de alumínio para conservar o calor quando necessário.

Tipos de satélites artificiais

Dependendo de sua trajetória, os satélites artificiais podem ser elípticos ou circulares. Claro, cada satélite tem uma órbita atribuída, que geralmente está na mesma direção em que a Terra gira, chamada de órbita assíncrona. Se por algum motivo o satélite viajar na direção oposta, ele terá uma órbita retrógrada.

Sob a gravidade, os objetos se movem em caminhos elípticos de acordo com as leis de Kepler. Os satélites artificiais não escapam disso, entretanto, algumas órbitas elípticas têm uma excentricidade tão pequena que podem ser consideradas circulares.

As órbitas também podem ser inclinadas em relação ao equador da Terra. A uma inclinação de 0º são órbitas equatoriais, se forem 90º são órbitas polares.

A altitude do satélite também é um parâmetro importante, já que entre 1.500 - 3.000 km de altura está o primeiro cinturão de Van Allen, região a ser evitada devido ao seu alto índice de radiação.

Figura 2. Órbitas, altitudes e velocidades de satélites artificiais. Os satélites em desuso passam para a órbita do cemitério, embora haja vestígios em todas as órbitas. Fonte: Wikimedia Commons.

Órbitas de satélite

A órbita do satélite é escolhida de acordo com a missão que ele possui, já que existem alturas mais ou menos favoráveis ​​para diferentes operações. De acordo com este critério, os satélites são classificados como:

- LEO (Low Earth Orbit), têm entre 500 e 900 km de altura e descrevem um caminho circular, com períodos de aproximadamente 1 hora e meia e uma inclinação de 90º. Eles são usados ​​para telefones celulares, faxes, pagers pessoais, veículos e barcos.

- MEO (Medium Earth Orbit), estão a uma altitude entre 5000-12000 km, inclinação de 50º e um período de 6 horas aproximadamente. Eles também são empregados em telefones celulares.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit), ou órbita geoestacionária, embora haja uma pequena diferença entre os dois termos. As primeiras podem ser de inclinação variável, enquanto as últimas estão sempre a 0º.

Em qualquer caso, estão a uma altitude elevada -36.000 km mais ou menos-. Eles viajam em órbitas circulares em períodos de 1 dia. Graças a eles estão disponíveis fax, telefonia de longa distância e televisão por satélite, entre outros serviços.

Figura 3. Diagrama das órbitas de satélites artificiais. 1) Terra. 2) LEO. 3) MEO, 4) Órbitas geossíncronas. Fonte: Wikimedia Commons.

Satélites geoestacionários

No início os satélites de comunicação tinham períodos diferentes da rotação da Terra, mas isso dificultou o posicionamento das antenas e a comunicação foi perdida. A solução foi colocar o satélite a uma altura tal que seu período coincidisse com o da rotação da Terra.

Desta forma, o satélite orbita junto com a Terra e parece estar fixo em relação a ela. A altura necessária para colocar um satélite em órbita geossíncrona é de 35786,04 km e é conhecido como cinturão de Clarke.

A altura da órbita pode ser calculada estabelecendo o período, usando a seguinte expressão, derivada da Lei da Gravitação Universal de Newton e das leis de Kepler:

Onde P é o período, a é o comprimento do semieixo maior da órbita elíptica, G é a constante universal de gravitação e M é a massa da Terra.

Como desta forma a orientação do satélite em relação à Terra não muda, garante que sempre terá contato com ela.

Os satélites artificiais mais importantes da Terra

Sputnik

Figura 4. Réplica do Sputnik, o primeiro satélite artificial em órbita da história. Fonte: Wikimedia Commons.

Foi o primeiro satélite artificial da história da humanidade, colocado em órbita pela ex-União Soviética em outubro de 1957. Este satélite foi seguido por mais 3, como parte do programa Sputnik.

O primeiro Sputnik era bastante pequeno e leve: 83 kg de alumínio principalmente. Era capaz de emitir frequências entre 20 e 40 MHz. Ficou em órbita por três semanas, após o que caiu na Terra.

Réplicas do Sputnik podem ser vistas hoje em muitos museus da Federação Russa, Europa e até mesmo da América.

O ônibus espacial

Outra missão tripulada bem conhecida foi o Sistema de Transporte Espacial STS ou Ônibus Espacial, que esteve em operação de 1981 a 2011 e participou, entre outras missões importantes, do lançamento do Telescópio Espacial Hubble e da Estação Espacial Internacional, além de missões de reparação de outros satélites.

O ônibus espacial tinha uma órbita assíncrona e era reutilizável, já que podia ir e vir para a Terra. Das cinco balsas, duas foram acidentalmente destruídas junto com suas tripulações: a Challenger e a Columbia.

Satélites GPS

O Sistema de Posicionamento Global é amplamente conhecido por localizar com precisão pessoas e objetos em qualquer lugar do globo. A rede GPS consiste em pelo menos 24 satélites de alta altitude, dos quais sempre há 4 satélites visíveis da Terra.

Eles estão em órbita a uma altitude de 20.000 km e seu período é de 12 horas. O GPS usa um método matemático semelhante à triangulação para avaliar a posição dos objetos, denominado trilateração.

O GPS não se limita à localização de pessoas ou veículos, também é útil para cartografia, topografia, geodésia, operações de resgate e práticas desportivas, entre outras aplicações importantes.

O Telescópio Espacial Hubble

É um satélite artificial que oferece imagens incomparáveis ​​nunca antes vistas do sistema solar, estrelas, galáxias e o universo distante, sem que a atmosfera terrestre ou a poluição luminosa bloqueiem ou distorçam a luz distante.

Figura 5. Vista do Telescópio Espacial Hubble. Fonte: NASA via Wikimedia Commons.

Portanto, seu lançamento em 1990 foi o avanço mais notável da astronomia nos últimos tempos. O enorme cilindro de 11 toneladas do Hubble fica a uma altitude de 340 milhas (548 km) orbitando a Terra em um movimento circular, com um período de 96 minutos.

Prevê-se que seja desativado entre 2020 e 2025, sendo substituído pelo telescópio espacial James Webb.

Estação Espacial Internacional

Conhecida como ISS (International Space Station), é um laboratório de pesquisas orbital, administrado por cinco agências espaciais ao redor do mundo. Até agora, é o maior satélite artificial existente.

Ao contrário do resto dos satélites, na Estação Espacial existem seres humanos a bordo. Além da tripulação fixa de pelo menos dois astronautas, a estação já foi visitada por turistas.

O objetivo da estação é principalmente científico. Possui 4 laboratórios nos quais são investigados os efeitos da gravidade zero e realizadas observações astronômicas, cosmológicas e climáticas, bem como diversos experimentos em biologia, química e a influência da radiação em vários sistemas.

Chandra

Este satélite artificial é um observatório para detectar raios X, que são absorvidos pela atmosfera terrestre e, portanto, não podem ser estudados da superfície. A NASA o colocou em órbita em 1999 por meio do ônibus espacial Columbia.

Satélites de comunicação Iridium

Eles formam uma rede de 66 satélites a uma altitude de 780 km em órbitas do tipo LEO, com um período de 100 minutos. Eles foram projetados pela companhia telefônica Motorola para fornecer comunicação telefônica em locais inacessíveis. No entanto, é um serviço de custo muito elevado.

Sistema de satélite Galileo

É o sistema de posicionamento desenvolvido pela União Europeia, equivalente ao GPS e para uso civil. Atualmente possui 22 satélites em operação, mas ainda está em construção. É capaz de localizar uma pessoa ou objeto com precisão de 1 metro na versão aberta e é interoperável com os satélites do sistema GPS.

Landsat series

Eles são satélites especialmente projetados para observar a superfície da Terra. Eles iniciaram o trabalho em 1972. São responsáveis, entre outras coisas, por mapear o terreno, registrar informações sobre o movimento do gelo nos pólos e a extensão das florestas, além da prospecção de mineração.

Sistema Glonass

É o sistema de geolocalização da Federação Russa, equivalente ao GPS e à rede Galileo.

Observação de satélites artificiais

Os satélites artificiais podem ser vistos da Terra por amadores, pois refletem a luz solar e podem ser vistos como pontos de luz, mesmo que o Sol tenha se posto.

Para localizá-los, é aconselhável instalar um dos aplicativos de busca de satélites no telefone ou consultar sites da internet que rastreiam satélites.

Por exemplo, o telescópio espacial Hubble pode ser visível a olho nu, ou melhor ainda, com bons binóculos, se você souber para onde olhar.

Os preparativos para observação de satélites são os mesmos que para observação de chuvas de meteoros. Os melhores resultados são obtidos em noites muito escuras e claras, sem nuvens e sem lua, ou com a lua baixa no horizonte. Quanto mais longe da poluição luminosa melhor, também é preciso levar roupas e bebidas quentes.

Referências

1. Agência Espacial Europeia. Satélites. Recuperado de: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. PANELA. Sobre o Telescópio Espacial Hubble. Recuperado de: nasa.gov.
5. O que são satélites artificiais e como funcionam? Recuperado de: youbioit.com
6. Wikiversidade. Satélites artificiais. Recuperado de: es.wikiversity.org.