Satèl·lit de comunicacions

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Sèrie d'articles sobre
el vol espacial
Soyuz TMA-7 spacecraft2edit1.jpg
Història
Cursa espacial  · Cronologia dels vols espacials
Aplicacions
Satèl·lits d'observació terrestre  · Satèl·lits espia  · Satèl·lits de comunicacions  · Navegació per satèl·lit  · Observació espacial  · Exploració espacial  · Colonització espacial  · Turisme espacial
Nau espacial
Nau espacial robòtica (Satèl·lit artificial  · Sonda espacial  · Nau espacial de subministrament no tripulada)  · Vol espacial tripulat (Càpsula espacial  · Estació espacial  · Avió espacial)
Llançament
Cosmòdrom  · Plataforma de llançament  · Sistemes d'un sol ús i reutilitzables  · Velocitat d'escapament  · Llançament espacial sense coet
Destinacions
Suborbital  · Orbital  · Interplanetari  · Interestel·lar  · Intergalàctic
Agències espacials
ESA  · NASA  · RKA  · CNES  · DLR  · CNSA  · ISRO  · JAXA

Els satèl·lits artificials de comunicacions són un mitjà molt apte per emetre senyals de ràdio en zones àmplies o poc desenvolupades, ja que poden utilitzar-se com enormes antenes suspeses del cel. Atès que no hi ha problema de visió directa es solen utilitzar freqüències elevades en el rang dels GHz que són més immunes a les interferències, a més, l'elevada direccionalitat de les ones a aquestes freqüències permet "donar a llum" zones concretes de la Terra. El primer satèl·lit de comunicacions, el Telstar 1, es va posar en òrbita el 1962.[cal citació] La primera transmissió de televisió via satèl·lit es va dur a terme el 1964.[cal citació]

Satèl·lits geoestacionaris (GEO) [cal citació][modifica | modifica el codi]

Article principal: Satèl·lit geostacionari

El període orbital dels satèl·lits depèn de la seva distància a la Terra. Com més a prop estigui, més curt és el període. Els primers satèl·lits de comunicacions tenien un període orbital que no coincidia amb el de rotació de la Terra sobre el seu eix, de manera que tenien un moviment aparent al cel, això feia difícil l'orientació de les antenes, i quan el satèl·lit desapareixia al horitzó la comunicació s'interrompia.

El 10 de juliol de 1962 es va llançar el Telstar, primer satèl·lit de telecomunicacions.

Hi ha una altura per la qual el període orbital del satèl·lit coincideix exactament amb el de rotació de la Terra. Aquesta alçada és de 35.786,04 quilòmetres. L'òrbita corresponent es coneix com el cinturó de Clarke, ja que va ser el famós escriptor de ciència-ficció Arthur C. Clarke el primer a suggerir aquesta idea l'any 1945. Vistos des de la terra, els satèl·lits que giren en aquesta òrbita semblen estar immòbils en el cel, per la qual cosa se'ls anomena satèl·lits geoestacionaris . Això té dos avantatges importants per a les comunicacions: permet l'ús d'antenes fixes, ja que la seva orientació no canvia i assegura el contacte permanent amb el satèl·lit.

Els satèl·lits comercials funcionen en tres bandes de freqüències, anomenades C, Ku i Ka. La gran majoria d'emissions de televisió per satèl·lit es realitzen a la banda Ku[cal citació]

Banda Freqüència ascendent (GHz) Freqüència descendent (GHz) Problemes
C 5,925-6,425 3,7-4,2 Interferència Terrestre
Ku 14,0-14,5 11,7-12,2 Pluja
Ka 27,5-30,5 17,7-21,7 Pluja

No és convenient posar molt pròxims a l'òrbita geostacionària dos satèl·lits que funcionin a la mateixa banda de freqüències, ja que poden interferir. A la banda C la distància mínima és de dos graus, a la Ku i la Ka d'un grau. Això limita en la pràctica el nombre total de satèl·lits que pot haver en tota l'òrbita geostacionària a 180 a la banda C i 360 en les bandes Ku i Ka. La distribució de bandes i espai en l'òrbita geostacionària es realitza mitjançant acords internacionals.

L'elevada direccionalitat de les altes freqüències fa possible concentrar les emissions per satèl·lit a regions geogràfiques molt concretes, fins d'uns pocs centenars de quilòmetres. Això permet evitar la recepció en zones no desitjades i reduir la potència d'emissió necessària, o bé concentrar el feix i augmenti la potència rebuda pel receptor, reduint al mateix temps la mida de l'antena parabòlica necessària. Per exemple, el satèl·lit Astra té una empremta que s'aproxima bastant al continent europeu.

En l'actualitat, aquest tipus de comunicació pot imaginar com si tinguéssim un enorme repetidor de microones en el cel. Està constituït per un o més dispositius receptor-transmissor, cadascun dels quals s'escolta una part de l'espectre, amplificant el senyal d'entrada i retransmetent a una altra freqüència per evitar els efectes d'interferència.

Cadascuna de les bandes utilitzades en els satèl·lits es divideix en canals. Per a cada canal sol haver en el satèl·lit un repetidor, anomenat transponder o transponedor , que s'ocupa de capturar el senyal ascendent i retransmetre de nou cap a la terra en la freqüència que li correspon.

El punt verd i el marró estan sempre en línia en una òrbita geostacionària.

Cada canal pot tenir una amplada de banda de 27 a 72 MHz i es pot utilitzar per enviar senyals analògics de vídeo i/o àudio, o senyals digitals que puguin correspondre a televisió (normal o en alta definició), ràdio digital (qualitat CD), converses telefòniques digitalitzades, dades, etc. L'eficiència que s'obté sol ser d'1 bit/s per Hz, així, per exemple, un canal de 50 MHz permetria transmetre un total de 50 Mbit/s d'informació .

Un satèl·lit típic divideix la seva amplada de banda de 500 MHz a uns dotze receptors-transmissors d'una amplada de banda de 36 MHz cadascun. Cada parell pot emprar per a codificar un flux d'informació de 500 Mbit/s, 800 canals de veu digitalitzada de 64 kbit/s, o bé, altres combinacions diferents.

Per a la transmissió de dades via satèl·lit s'han creat estacions d'emissió-recepció de baix cost trucades VSAT (Very Small Aperture Terminal). Una estació VSAT típica té una antena d'un metre de diàmetre i un watt de potència. Normalment les estacions VSAT no tenen potència suficient per comunicar-se entre si a través del satèl·lit (VSAT - satèl·lit - VSAT), de manera que se sol utilitzar una estació a terra anomenada hub que actua com repetidor. D'aquesta manera, la comunicació passa amb dos salts terra-aire (VSAT-satèl·lit - hub - satèl·lit - VSAT). Un sol hub pot donar servei a múltiples comunicacions VSAT.

En els primers satèl·lits, la divisió en canals era estàtica, separant l'amplada de banda en bandes de freqüències fixes. En l'actualitat el canal es separa en el temps, primer en una estació, després una altra, i així successivament. El sistema s'anomena multiplexión per divisió en el temps . També tenien un sol feix espacial que cobria totes les estacions terrestres. Amb els desenvolupaments experimentats en microelectrònica, un satèl·lit modern té múltiples antenes i parells receptor-transmissor. Cada feix d'informació provinent del satèl·lit pot enfocar sobre una àrea molt petita de manera que es poden fer simultàniament diverses transmissions cap o des del satèl·lit. A aquestes transmissions se'ls diu 'traça d'ones dirigides'.

Les comunicacions via satèl·lit tenen algunes característiques singulars. En primer lloc hi ha el retard que introdueix la transmissió del senyal a tan grans distàncies. Amb 36.000 km d'altura orbital, el senyal ha de viatjar com a mínim 72.000 km, la qual cosa suposa un retard de 240 mil·lisegons, només en la transmissió, en la pràctica el retard és de 250 a 300 mil·lisegons segons la posició relativa de l'emissor, el receptor i el satèl·lit. En una comunicació VSAT-VSAT els temps es dupliquen a causa de la necessitat de passar pel hub. A títol comparatiu en una comunicació terrestre per fibra òptica, a 10.000 km de distància, el retard pot suposar 50 mil·lisegons (la velocitat de les ones electromagnètiques en l'aire o en el buit és d'uns 300.000 km/s, mentre que en el vidre o en el coure és d'uns 200.000). En alguns casos aquests retards poden suposar un seriós inconvenient o degradar de manera apreciable el rendiment si el protocol no està preparat per a aquest tipus de xarxes.

Pel que fa als fenòmens que dificulten les comunicacions via satèl·lit, s'han d'incloure també el moviment aparent en vuit dels satèl·lits de l'òrbita geostacionària a causa dels balancejos de la Terra en la seva rotació, els eclipsis de Sol en què la Terra impedeix que el satèl·lit pugui carregar les bateries i els trànsits solars, en què el Sol interfereix les comunicacions del satèl·lit al trobar aquest entre el Sol i la Terra.

Una altra característica singular dels satèl·lits és que les seves emissions són broadcast de manera natural. Té el mateix cost enviar un senyal a una estació que enviar-la a totes les estacions que es troben dins de l'empremta del satèl·lit. Per a algunes aplicacions això pot resultar molt interessant, mentre que per altres, on la seguretat és important, és un inconvenient, ja que totes les transmissions han de ser xifrades. Quan diversos ordinadors es comuniquen a través d'un satèl·lit (com en el cas d'estacions VSAT) els problemes d'utilització del canal comú de comunicació que es presenten són similars als d'una xarxa local.

El cost d'una transmissió via satèl·lit és independent de la distància, sempre que les dues estacions es troben dins de la zona de cobertura del mateix satèl·lit. A més, no hi ha necessitat de fer infraestructures terrestres, i l'equipament necessari és relativament reduït, pel que són especialment adequats per enllaçar instal·lacions provisionals que tinguin una mobilitat relativa, o que es troben en zones on la infraestructura de comunicacions està poc desenvolupada.

Recentment s'han posat en marxa serveis de transmissió de dades via satèl·lit basats en el sistema de transmissió de la televisió digital, la qual cosa permet fer ús de components estàndard de baix cost. A més de poder utilitzar de manera dúplex com qualsevol comunicació convencional via satèl·lit, és possible realitzar una comunicació simple en què les dades només es transmeten de la xarxa a l'usuari, i per al camí de tornada, aquest utilitza la xarxa telefònica (via mòdem o XDSI). D'aquesta manera la comunicació xarxa→ usuari es realitza a alta velocitat (típicament 400-500 kbit/s), de manera que s'obté una comunicació asimètrica. L'usuari evita així instal·lar el costós equip transmissor de dades cap al satèl·lit. Aquest servei està operatiu a Europa des de 1997 a través dels satèl·lits Astra i Eutelsat, i és ofert per alguns proveïdors de serveis d'Internet. La instal·lació receptora és de baix cost, hi ha targetes per a PC que permeten connectar directament el cable de l'antena, que pot ser la mateixa antena utilitzada per veure la televisió via satèl·lit.

Satèl·lits d'òrbita baixa (LEO) [cal citació][modifica | modifica el codi]

Com hem dit, els satèl·lits amb òrbites inferiors a 36.000 km tenen un període de rotació inferior al de la Terra, pel que la seva posició relativa en el cel canvia constantment. La mobilitat és tant més ràpida com menor és la seva òrbita. El 1990 Motorola endegà un projecte consistent en posar en òrbita un gran nombre de satèl·lits (66 en total). Aquests satèl·lits, coneguts com a satèl·lits Iridium es col·locarien en grups d'onze en sis òrbites circumpolars (seguint els meridians) a 750 km d'altura, repartits de forma homogènia per tal de constituir una quadrícula que cobrís tota la terra. Cada satèl·lit tindria el període orbital de 90 minuts, de manera que en un punt donat de la terra, el satèl·lit més proper canviaria cada vuit minuts.

Cadascun dels satèl·lit emetria diversos fas diferents (fins a un màxim de 48) cobrint tota la terra amb 1.628 fas, cada un d'aquests fas constituiria una cel i el satèl·lit corresponent serviria per comunicar als usuaris que es trobaran sota la seva empremta. La comunicació usuari-satèl·lit es faria en freqüències de banda d'1,6 GHz, que permet l'ús de dispositius portàtils. La comunicació entre els satèl·lits a l'espai exterior es portaria a terme en una banda Ka.

En resum, aquest projecte és com una infraestructura GSM que cobreix tota la Terra i que està "penjada" del cel.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]