Handbook dos Radioamadores, da liga de radioamadores dos Estados Unidos da América – ARRL.
Os Satélites de Radioamadores são umas das áreas do radioamadorismo que menos se pratica. A crença de que operar satélites é complexo e caro não é necessariamente correta: existem satélites que podemos trabalhar sem ter que estudar por meses o assunto nem contar com equipamentos sofisticados. Mesmo que pareça difícil de acreditar, na maioria dos nossos “shacks” existem os equipamentos necessários para iniciar-se neste campo da radio-experimentação. Este artigo é uma lista de perguntas básicas sobre a operação de satélites de radioamadores e suas correspondentes respostas. Seu nível é elementar e introdutório e é provável que alguém que deseje operar algum satélite deva consultar outras fontes, citadas ao longo deste meu artigo.
1– O Que é um Satélite?
Em em seu conceito mais simples, talvez simplista, os satélites de radioamadores são repetidoras voadoras. Suas principais diferenças com suas equivalentes terrestres são: Que voam e que ao voarem se movem e portanto sua cobertura varia. Que em muitos casos não repetem uma só frequência em outra e sim uma parte de uma faixa de frequência em outra, o que conhecemos como “transponder”.
2. Como funciona um Satélite?
Uma estação de radioamador “A” emite um sinal que é recebido pelo satélite. O satélite o amplifica e retransmite imediatamente. O radioamador “B” recebe este sinal e responde. Assim se inicia um comunicado por satélite. O funcionamento é idêntico a uma repetidora de VHF/UHF terrestre.
3. Como se movem os Satélites?
Os satélites atuais usados pelos radioamadores possuem dois tipos de órbita: circular e elíptica. Os satélites com órbitas circulares se mantém mais ou menos à mesma distância da terra porém sua posição em relação à superfície da terra varia a cada momento. É o tipo de órbita mais comum e mais conhecida. Geralmente são as órbitas em que o satélite viaja de norte a sul ou de sul a norte permanecendo sempre voltado para o sol para carregar suas baterias. Por sua vez os satélites de órbitas elípticas têm a característica de poderem permanecer mais tempo sobre um mesmo lugar da terra e suas órbitas são muito maiores e distantes o que requer equipamentos mais complexos para trabalhá-los. Não existem atualmente satélites de radioamadores geoestacionários, similares aos satélites comerciais de televisão.
4. Que cobertura tem um satélite de órbita baixa?
Da mesma forma que nas repetidoras terrestres tradicionais, quanto maior a altura maior a cobertura proporcionada. Os satélites de órbita baixa se encontram entre 400 e 1.400 quilômetros de altura, podendo, os de órbita baixa, cobrir uma grande parte do Brasil e os de órbita alta toda a América Latina. Esta área ou sombra do satélite permite que qualquer estação que se encontre dentro dela possa, a principio, contatar outras estações que estão dentro dessa sombra. A duração do satélite nessa posição é muito breve uma vez que se movem a uma grande velocidade. O diâmetro da sombra é mantida mas acompanha o movimento do satélite.
5. Quantas vezes o Satélite passa sobre nós?
Um satélite de órbita baixa passa acima de um determinado ponto entre 4 a 6 vezes ao dia. A duração de cada passagem varia dependendo da órbita, porém em média podemos dizer que entre 10 e 18 minutos ficam disponíveis para que possamos operá-los. Temos assim mais de uma hora diárias para usá-lo. Se considerarmos que existem mais de 15 satélites de órbita baixa, nos daremos conta que existe mais tempo de satélites do que tempo para fazer radioamadorismo.
6. Como funciona um Satélite de órbita elíptica?
Os satélites de órbita elíptica têm outras características. Sua órbita tem dois pontos chaves: o mais próximo conhecido como perigeu e o mais distante como apogeu. Em seu apogeu, uma das faces da terra fica quase toda disponível para comunicados uma vez que, no caso de alguns satélites como o OSCAR 10, chega a estar a mais de 35.000 quilômetros de distância. Estes satélites, de certa forma, têm uma cobertura equivalente à faixa de 20 metros (14MHz) em HF: existem bons DX e sempre aparecem estações chamando geral (CQ). Nos satélites de órbita elíptica, o efeito “doppler” não é tão notado. Chamamos “Efeito Doppler” ao movimento de frequência que se origina pela velocidade com que se move o satélite. Algo similar ao que escutamos n’uma ambulância ou automóvel deslocando-se em alta velocidade: o tom da sirene ou o ronco do motor é percebido antes e depois que passam à nossa frente.
7. Como saber quando passará um Satélite?
A previsão das órbitas dos satélites é feita geralmente com a ajuda de computadores pessoais. Não é a única opção porém é o meio mais prático. Existem diversos programas de computador disponíveis na Internet além de alguns comerciais como o InstanTrac, QuickTrack, NOVA e WiSP. Para quem deseja consultar as órbitas sem a necessidade de um programa, existem opções dentro da Internet. Por exemplo em SatPasses e em KE4ARM. Os programas indicam graficamente quando o satélite passará e fornecem outros dados importantes como a elevação ou altura sobre o horizonte, e o azimute ou posição em relação aos quatro pontos cardeais. Com a ajuda de hardware específico, podemos mover com precisão nossas antenas na direção do satélite, indicada pelo software, assim como controlar o efeito doppler.
8. Com que informação o computador faz estes cálculos?
Os programas de computador para rastreamento de satélite são atualizados com uma série de dados sobre os satélites, mais conhecidos como elementos Keplerianos. Existem dois tipos de formatos de dados keplerianos: NASA ou de duas linhas e AMSAT que é mais fácil de entender e portanto são maiores. Ambos funcionam da mesma maneira. Os últimos dados ou elementos Keplerianos podem ser obtidos aqui.
9. Qual é a melhor elevação?
A melhor elevação é a de 90 graus, ela acontece somente quando o satélite passa exatamente sobre nós. Isto não significa dizer que com outras elevações não possamos operar o satélite, pois com qualquer elevação superior a 2 ou 3 graus é suficiente mesmo se em nosso horizonte houver montanhas distantes ou montes próximos porém não muito altos. Ou seja, que o azimute entre o operador e o satélite esteja desimpedido.
10. Quantos satélites existem?
Até a data (2014) existiam aproximadamente 40 satélites de radioamadores disponíveis e outros com novas e impressionantes características técnicas e possibilidades estão para ser lançados. Uma descrição detalhada da maioria deles pode ser obtida nesta página da AMSAT.
11. Que atividade podem encontrar nos satélites?
Existem satélites para todos os gostos. Muitos dos modos de operação que encontramos nas faixas de radioamadores tradicionais também estão disponíveis nos satélites: SSB, radiotelegrafía, radioteletipo, televisão de varredura lenta (SSTV), FM e radiopacote de diversos tipos. Nos satélites onde se pratica DX tão bem como na faixa de 20 metros, existem hay pile-ups e e expedições de DX que trabalham em split (transmissão em uma frequência e recepção em outra). Se o tema lhe interessar visite a página da The Satellite DX Fundation. Existem diplomas mesmo que não haja concursos, exceto o Field Day americano. Há espaço para os que gostam de conversar e fazer novos amigos. Para o experimentador e o construtor de equipamentos e antenas, este é um mundo bastante amplo. Em poucas palavras: o que hoje gostamos no radioamadorismo, seguramente também encontraremos via satélite.
12. Que tipos de satélites existem?
Este é um ponto importante já que dependendo das características dos satélites será a maneira como iremos trabalhá-los. Para efeitos didáticos podemos dividi-los em quatro tipos:
12.1. Satélites de órbita baixa para voz ou analógicos.
São os mais fáceis de serem trabalhados, quase todos nós iniciamos com eles. O sistema retransmite entre 50 e 100 KHz de uma faixa, ao invés de utilizar uma só freqüência como fazem as repetidoras terrestres, fazendo o split em 50 ou 100 KHz de outra faixa, seja CW ou SSB. Este sistema é conhecido como transponder. Entre os satélites deste tipo se destacam os russos RS-10/11, RS-12/13, RS-15 e os satélites japoneses FO-20 e FO-29 que também podem operar como satélites digitais. Não são necessários equipamentos sofisticados para trabalhá-los, talvez somente um pouco de paciência.
12.2. Satélites de órbita baixa digitais.
São satélites de órbita circular que operam principalmente em packet em suas distintas modalidades. Equivalem aos BBS (Bulletim Board System) de rádio pacote. Atualmente existem mais de 10 satélites digitais operando. Os satélites tradicionais deste tipo, conhecidos como PACSATs, são o UO-14, AMSAT OSCAR 16, o DOVE OSCAR 17 (brasileiro), o Webersat ou WO-18 e o satélite argentino LUSAT ou LO-19. Os satélites UO-22 e KITSAT OSCAR 23 também são BBS voadoras, porém trabalham a 9600 bps (bauds por segundo) e têm entre suas curiosidades câmaras que fazem fotos da terra e as retransmitem via packet. Uma nova geração de satélites digitais foi lançada recentemente: o ITAMSAT-A, KITSAT-B, EYESAT-A, POSAT-1 e UNAMSAT-B ainda que nem todos eles estejam funcionando.
12.3. Satélites de órbita elíptica.
São, como já dissemos, os satélites onde se levam a cabo a maioria das comunicações intercontinentais, alguns modos como SSTV e RTTY, assim como outros tipos de experimentos próprios do universo dos satélites. Entre eles destacam-se o OSCAR 10, o OSCAR 13 e o ARSENE. O primeiro já está completando seu ciclo de vida e está fora de controle. Eventualmente surpreende e funciona estupendamente bem. Não podemos menosprezá-lo; o OSCAR 13 deixou de funcionar no final do ano de 1996, segundo foi planejado. O ARSENE lamentavelmente nunca funcionou. Breve haverá novos satélites deste tipo: a chamada FASE 3-D.
12.4. Satélites tripulados.
Por último vamos falar das naves espaciais tripuladas: a MIR russa e o Space Shuttle norteamericano levam entre seus equipamentos transceptores de 2 metros e fazem contacto com radioamadores na terra tanto em fonia como em packet. A MIR era relativamente fácil de ser trabalhada em packet uma vez que os cosmonautas permaneciam no espaço por muito tempo e quando não usavam o rádio para contatos em fonia deixavam o equipamento funcionando como um PBBS (Packet Bulletim Board System).
Lamentavelmente a MIR foi destruída por apresentar vários problemas devido ao tempo de uso. Outra estação que pode ser trabalhada é a ISS que também é tripulada. O ônibus espacial quando estava em missão ao redor da terra, tinha um ROBOT de packet que emite um número de série às estações que com ele fazem contato. Para obter mais informação sobre como contatar ou simplesmente escutar os astronautas visite a página do SAREX da ARRL.
13. Que equipamento necessito para operar um satélite?
Essa é sempre uma pergunta difícil! Abaixo apresento uma tabela com os equipamentos mínimos necessários para que com um pouco de paciência e tenacidade possamos operar um satélite. Uplink – Freqüência de subida dos sinais para o satélite. Downlink – Freqüência de descida dos sinais do satélite. Amplificador de saída e pre-amplificador para recepção.
14. Que significa “modo” nos satélites?
O termo modo dos satélites é um dos que fazem parecer complicada esta área da radio-experimentação. Em HF, dizemos que o modo é o tipo de emissão no qual trabalhamos: SSB, FM, CW, etc. Na operação de satélites, dizemos que o modo significa as faixas que estou utilizando para trabalhar o satélite: que faixa uso no uplink, isto é para transmitir ou “subir” até o satélite e o downlink ou a faixa na qual o satélite transmite de volta ou “baixa” e na qual recebemos o retorno.
15. Que significam os modos de duas letras?
Em algumas ocasiões vemos modos de duas letras como JA e JD, neste caso estamos nos referindo ao modo J Analógico e ao modo J Digital. Em outras ocasiões vemos que o satélite trabalha no modo composto, por exemplo: KT significa que podemos fazer o uplink em 15 metros e o downlink simultaneamente em 2 metros e em 10 metros. O RS-12/13 opera atualmente no modo KT. Os futuros satélites preveem novos modos.
16. Que potência necessito para trabalhar os satélites?
Os satélites não necessitam de grandes potências para serem trabalhados, ao contrário. Muitos deles ficam bloqueados ou diminuem a sua potência de downlink como aviso de que estão se protegendo. Se você não usa antenas direcionais, um amplificador de 100 watts está no limite máximo da potência de operação. Como regra geral meu sinal que chega do satélite nunca deve ser mais forte que alguns dos beacons ou radiofaróis do satélite.
17. Quais são os mais fáceis de operar?
Uma vez iniciado no mundo dos satélites, todos são fáceis. Existem alguns que são francamente simples de escutar e trabalhar. Também podemos dizer que alguns destes satélites trabalham em outros modos e têm outros beacons, aqui são mencionados somente os principais. A frequência indicada como DX não é uma regra para todos os satélites, é somente uma recomendação.
18. O que é a fase 3-D?
A fase 3-D é um esforço multinacional para colocar em órbita o satélite de radioamador mais completo visto até hoje. Estará ativo em todas as bandas disponíveis para satélite entre 21 MHz y 24 GHz com uma infra-estrutura que simplificará o equipamento necessário para utilizá-lo. Funcionará principalmente em SSB e CW podendo também ser operado em packet a 9.600 bps ou escutar seus boletins informativos em 10 metros em AM. Sua órbita será elíptica.
19. Existem outros projetos de satélites?
Existem vários projetos que levarão cargas úteis para os radioamadores. Na página da AMSAT existem links para os sites correspondentes. É de se esperar que em breve estejamos trabalhando alguns deles.
Arregace as mangas e bons QSOs!
73 do Mário Keiteris/ PY2MXK
Homenagem aos “Escoteiros da Pátria” do Grupo Escoteiro Tabapuã
No dia 4 de novembro de 2014 a União dos Escoteiros do Brasil comemorou 90 anos de existência e, para celebrar esta data, vamos relembrar os fatores que levaram à criação da nossa Instituição e o fortalecimento e expansão do Movimento Escoteiro.
Em comemoração à essa história, foi lançado o livro “A União – A história da chegada do Escotismo ao Brasil e dos 90 anos da UEB”, do Radioescotista Antonio Boulanger, que conta com riqueza de detalhes toda a nossa caminhada.
Dentre os “Escoteiros da Pátria”, a mais alta distinção que um membro juvenil pode conquistar no Escotismo brasileiro, consta os seguintes nomes do G. E. Tabapuã – 154/SP:
Willian Melandi de Lima, condecorado no ano 1979,
Celso B. Bocci, condecorado no ano 1982,
Fabiana Curtopassi Pioker, condecorada no ano 1997.
Se você conhece mais um Escoteiro da Pátria do Tabapuã que aqui não esteja relacionado, nos informe, por favor.
Parabéns à todos.
73′ et SAPS!
Equipe de Rádio da PY2GET – Scout Amateur Radio Station
VOCÊ SABE OPERAR SATÉLITES.
Por PY2MXK, Mário Keiteris
Com este artigo pretendo abrir uma série sobre este tema ainda pouco conhecido pelos colegas radioamadores. Nessa óptica, entenda-se por comunicações espaciais a comunicação das estações do Serviço de Amador com astronautas radioamadores a bordo de naves espaciais ou transbordadores, o uso de satélites artificiais em órbita para retransmissão das suas emissões ou simples recepção de informação e o uso de corpos celestes como a lua como repetidores passivos.
Ainda este ano teremos oportunidade de possuir um repetidor na lua através de uma nave chinesa, segundo consta brevemente teremos um repetidor em Marte. Aguardem, a tecnologia avança rapidamente, tente acompanha-la.
Os satélites artificiais de comunicações podem ser geralmente agrupados em três tipos principais de acordo com os parâmetros da sua órbita em redor da terra. Assim sendo podemos classificá-los em satélites de baixa altitude com órbita quase circular, de alta altitude com órbita elíptica e os satélites geoestacionários.
As órbitas de baixa altitude, tal como o seu próprio nome indica situam-se entre 335 Kilometros e os 40.000 Kilometros. Os satélites neste tipo de órbita descrevem um movimento circular em volta da terra atraída pela gravidade do planeta com poucas variações de altitude em relação a terra. Desta forma estes dispositivos dão várias voltas ao mundo por dia passado sempre por cima de regiões diferentes já que se afastam algumas dezenas ou centenas de Kilometros em relação aos pontos em terra por baixo de si na passagem anterior.
Nas órbitas de alta altitude, os satélites para além desse movimento circular em volta do planeta ainda exibem uma outra particularidade que é o movimento elíptico, ou seja, cada movimento de rotação tem um ponto de maior afastamento e outro de maior proximidade em relação a terra.
Os satélites geoestacionários mantêm uma órbita fixa a cerca de 35.800 Kilometros acima do equador. Só é possível manterem-se 24 horas por dia nessa posição porque viajam precisamente à mesma velocidade do planeta e na mesma direção. A grande necessidade do seu uso obrigou a estabelecer-se uma cintura com 3º de longitude de separação obrigatória entre cada uma das posições pré-definidas para alojamento destes satélites usados sobretudo para ligações intercontinentais de rádio, televisão, telefone e outros tipos de comunicações. Até à presente data não há conhecimento de nenhum tipo possível de utilização de satélites geoestacionários no serviço de amador por satélite para comunicações.
Como vimos em relação aos satélites de órbitas quase circulares e elípticas a sua posição em relação ao solo varia com o tempo. Este fato torna a comunicação ou a simples recepção dos seus sinais somente possível quando não há impedimentos ou barreiras físicas na ligação com a estação terrestre, ( nomeadamente só quando o satélite se eleva acima do horizonte).
O conjunto de parâmetros usados para calcular a posição atual do satélite em relação ao ponto da terra onde se encontra a estação de solo denominam-se Elementos Keplerianos. Qualquer computador pessoal dispõe hoje de uma incrível variedade de programas ou aplicações informáticas mais ou menos sofisticadas e precisas para cumprir esta operação com sucesso na estação de radiocomunicações, o que torna fácil e acessível.
Associações de radioamadores que se dedicam a este tipo de comunicações como a AMSAT e organizações espaciais como a NASA, (entre outras entidades), fornecem e atualizam mesmo via Internet listagens de Elementos Keplerianos para programação dos sistemas caseiros de cálculo de posicionamento, tornando-se a única responsabilidade do radioamador a inserção esses dados no programa sempre que ache necessário fazê-lo.
Para se trabalharem os satélites que disponibilizam comunicações no serviço de amador por satélite as estações devem equipar-se com os meios adequados a fazerem uso dos repetidores ou instrumentação instalada a bordo. Correntemente, a maior parte das comunicações acessíveis destes satélites são sobretudo as retransmissões do sinal, seja este em telefonia ou nos modos digitais. Para esta operação, tal como acontece com as vulgares estações repetidoras terrestres, existe um canal de acesso e um de saída ou recepção. Estes canais são vulgarmente conhecidos como ” uplink ” (canal de subida) e ” downlink ” (canal de descida ).
Sendo o ideal possuir-se também uma forma de se receber o canal de descida em simultâneo, ( sobretudo para se poder escutar a própria emissão e dessa forma se corrigirem quaisquer eventuais defeitos como os desvios do efeito Doppler provocado por alguns fenômenos físicos comuns a todas comunicações espaciais).
Para facilitar tecnicamente esta tarefa, o canal de subida e o de descida estão em segmentos diferentes bandas situadas nas faixas de freqüências atribuídas ao serviço de amador por satélite. A correspondência entre freqüências nas duas bandas pode ser invertida ou não. Nas correspondências não invertidas sabemos que basta somar ou subtrair um número certo de MHz para acharmos o resultado certo dessa conversão.
Para nos deslocarmos dentro do segmento de operação desses satélites sabemos que deverá ser percorrido o mesmo espaço numa e noutra banda para tudo bater certo se não houver qualquer tipo de fenômeno que possa ser integrado nas exceções à regra. Vamos tomar com exemplo o fator de conversão de – 116,400 MHz. Se estivermos a emitir no canal de subida em 145,825 MHz devemos ir escutar a freqüência de 29,425 MHz para a resposta ou mesmo para monitorizarmos a nossa própria emissão.
Se nos deslocarmos depois para 145.850 MHz a freqüência de escuta para o canal de descida passa então para 29,450 MHz e assim sucessivamente. Usaremos neste caso como exemplo um canal de subida na freqüência de 145,825 MHz ao que corresponde um canal de descida em 435,225 MHz.
Se avançarmos para a freqüência de 145,850 MHz não teremos como correspondente o canal de descida em 435,250 MHz, como no exemplo anterior, mas de 435,200. A explicação advém de não haver uma conversão direta fixa de + 289,400 MHz, pois no canal de subida à medida que vamos aumentando a freqüência vamos diminuindo no canal de descida e vice-versa.
Nesta ordem de idéias chegamos á conclusão que na freqüência do centro da banda haverá aí sim uma diferença fixa de cerca de 289,300 MHz que vai aumentando à medida que nos deslocamos para os extremos da banda em qualquer das direções. Esta norma é valida quer para os casos em que a freqüência de descida é superior à de subida ou em caso contrário como no primeiro exemplo.
Quando as correspondências se invertem como no segundo exemplo, o efeito Dopller é mais fácil de controlar. Este fenômeno deve-se à velocidade de deslocação entre o satélite e a estação terrestre fixa sendo proporcional à freqüência do sinal. Nos casos das comunicações através de satélites com órbitas circulares ou elípticas este ligeiro desvio de freqüência é diferente consoante cada faixa de freqüências do serviço amador por satélite A diferença de freqüência está também relacionada com a altitude.
Em satélites de órbita elíptica o efeito de Doppler no apogeu é cerca de oito vezes menor do que se faz sentir no perigeu. Há ainda que ter em consideração este fator de desvio na freqüência tanto no canal de subida como no canal de descida. Para a operação dos satélites pelos radioamadores existem vários modos pré-definidos. Numa próxima oportunidade vamos ficar a conhecer alguns satélites e a sua forma de operação em particular.
Na esperança de que o presente artigo seja do agrado de todos espero seus comentários, críticas ou sugestões, pôr agora despeço-me com um forte e cordial
73′ do Mário Keiteris / PY2MXK
Para o final de 2014 esta previsto que os Radioamadores do mundo inteiro poderão ter a oportunidade de alcançar o melhor DX de sua vida, porque esta previsto que existirá um sinal no ar como JT65B e esse sinal será transmitido por uma nave orbitando a nossa lua.
Isto é coisa dos chineses… porque Beijing planeja enviar uma nave para a lua a 4M-LXS que transmitirá em 145.990 MHz. A nave é um dos modelos de prova da nave chinesa CHANG-E-5 que pousará na superfície lunar para recolher amostras diversas e regressar a Terra.
Este lançamento será no final de 2014 e se posicionará em uma orbita lunar, dando diversas volta ao redor da lua, fazer as provas oportunas e regressar a Terra num período de 9 (nove) dias, assim teremos pouco mais de uma semana para intentarmos captar o sinal da nave para o nosso valioso QSL do DX interplanetário.
Como sempre o Radioamadorismo está na vanguarda, e prestes a romper a barreira interplanetária!
Informou: PY2MXK – Mario Keiteris
