Sep 18, 2019 By Team YoungWonks *
Come funziona la comunicazione satellitare? Dato ampiamente satelliti sono utilizzati oggi per la comunicazione – tra gli altri-scopi, questa è una domanda sempre più rilevante. Il che ci porta all’argomento del nostro ultimo blog. Ma prima di guardare a come i satelliti ci aiutano a comunicare attraverso enormi distanze, cominciamo dall’inizio.
Che cos’è un satellite?
Un satellite è fondamentalmente qualsiasi oggetto che ruota (o in altre parole, orbita) attorno a un altro oggetto nello spazio. Alcuni satelliti sono naturali, mentre altri sono artificiali (artificiali). La luna è un esempio di un satellite naturale che orbita intorno alla terra. Nel sistema solare, ci sono sei sistemi satellitari planetari contenenti 185 satelliti naturali noti.
Oggi, il termine satellite si riferisce tipicamente agli oggetti artificiali volati nello spazio. Proprio come le loro controparti naturali, questi orbitano un pianeta e la differenza fondamentale è che sono stati intenzionalmente messi in orbita.
Sputnik 1 è il primo satellite artificiale al mondo. Fu lanciato nello spazio il 4 ottobre 1957 dall’Unione Sovietica. Da allora, sono stati lanciati circa 8.900 satelliti provenienti da oltre 40 paesi.
È importante notare che i satelliti sono utilizzati per diversi scopi. Ad esempio, possono essere utilizzati per creare mappe stellari e mappe di superfici planetarie e anche per scattare foto dei pianeti in cui vengono lanciati. I tipi comuni includono i satelliti militari e civili di osservazione della terra, i satelliti di comunicazione, i satelliti di navigazione, i satelliti meteorologici e i telescopi spaziali. I satelliti sono solitamente sistemi controllati da computer semi-indipendenti. I sottosistemi satellitari svolgono molti compiti, come la generazione di energia, il controllo termico, la telemetria, l’atteggiamento.
Infatti, stazioni spaziali e veicoli spaziali umani in orbita sono anche satelliti. Orbite satellitari differiscono notevolmente, a seconda dello scopo del satellite, e sono classificati in un certo numero di modi. Le classi ben note (sovrapposte) includono l’orbita terrestre bassa, l’orbita polare e l’orbita geostazionaria.
Come vengono lanciati questi satelliti nello spazio? Questo viene fatto con un veicolo di lancio, fondamentalmente un razzo che mette il satellite in orbita. Il più delle volte, il razzo si solleva da una rampa di lancio a terra, ma ci sono alcuni che sono stati lanciati in mare da un sottomarino o una piattaforma marittima mobile, o a bordo di un aereo.
In questo blog, daremo un’occhiata da vicino ai satelliti per le comunicazioni. Sono chiamati così perché sono usati per scopi di comunicazione.
Che cos’è un satellite per le comunicazioni?
Un satellite di comunicazione è un satellite artificiale che trasmette e amplifica i segnali di telecomunicazione radio attraverso un transponder. Fondamentalmente crea un canale di comunicazione tra un trasmettitore sorgente e un ricevitore in diverse posizioni sulla terra. I satelliti di comunicazione sono utilizzati per la televisione, telefono, radio, Internet e applicazioni militari. Ci sono attualmente 2.134 satelliti di comunicazione nell’orbita terrestre e questi comprendono sia organizzazioni private che governative. Molti sono in orbita geostazionaria a 22.236 miglia (35.785 km) sopra l’equatore, in modo che il satellite appaia stazionario nello stesso punto del cielo. Il periodo orbitale di questi satelliti è lo stesso della velocità di rotazione della Terra, che a sua volta consente alle antenne paraboliche delle stazioni di terra di mirare permanentemente a quel punto; non devono spostarsi e seguirlo. Poiché le onde radio ad alta frequenza utilizzate per i collegamenti di telecomunicazione viaggiano per linea di vista, vengono ostruite dalla curva della terra. Ciò che questi satelliti di comunicazione fanno è trasmettere il segnale attorno alla curva della terra rendendo così possibile la comunicazione tra punti geografici ampiamente rimossi. I satelliti per le comunicazioni utilizzano una vasta gamma di frequenze radio e microonde. Per evitare interferenze di segnale, le organizzazioni internazionali hanno regolamenti che indicano quali gamme di frequenza (o bande) alcune organizzazioni sono autorizzati a utilizzare. Questa allocazione di bande riduce le possibilità di interferenza del segnale.
Orbite satellitari
I satelliti possono essere classificati secondo le loro orbite. Come accennato in precedenza, molti sono satelliti geostazionari, in quanto hanno un’orbita geostazionaria (GEO), che si trova a 22.236 miglia (35.785 km) dalla superficie terrestre. Qui il satellite sembra essere nella stessa posizione nel cielo se visto dagli osservatori a terra. Quindi qui le antenne di terra non devono tracciare il satellite attraverso il cielo.
I satelliti in orbita terrestre media (MEO) sono quelli più vicini alla terra; le loro altitudini orbitali variano da 2.000 a 36.000 chilometri (da 1.200 a 22.400 miglia) sopra la terra. La regione al di sotto delle orbite medie è di circa 160 a 2.000 chilometri (99 a 1.243 miglia) sopra la terra ed è chiamata Low Earth Orbit (LEO).
Con i satelliti MEO e LEO che orbitano più velocemente sulla terra, non sono continuamente visibili nel cielo in un punto fisso sulla terra. Invece, sembrano attraversare il cielo e “impostare” quando vanno dietro la terra. Ciò significa che offrire servizi di comunicazione continua con questi satelliti in orbita inferiore avrebbe bisogno di un numero maggiore di satelliti, garantendo così che almeno uno di essi sia sempre nel cielo per facilitare la trasmissione dei segnali di comunicazione. Ma è anche importante notare che a causa della loro distanza relativamente breve dalla terra, i loro segnali sono molto più forti.
Costellazioni satellitari
Un gruppo di satelliti che lavorano insieme è chiamato costellazione satellitare. Due di queste costellazioni, che dovrebbero offrire servizi di telefonia satellitare (principalmente in aree remote), sono i sistemi Iridium e Globalstar. Il sistema Iridium ha 66 satelliti. Oggi è anche possibile fornire una copertura discontinua utilizzando un satellite a bassa orbita terrestre in grado di memorizzare i dati ricevuti mentre si passa su una parte della terra e di trasmetterli in seguito mentre si passa su un’altra parte. Il sistema a CASCATA utilizzato dal satellite canadese CASSIOPE communications ne è un esempio.
Rise of Communication Satellites
Lo Sputnik 1 fu il primo satellite artificiale terrestre al mondo; fu messo in orbita dall’Unione Sovietica il 4 ottobre 1957. All’epoca era dotato di un radiotrasmettitore di bordo che funzionava su due frequenze: 20.005 e 40.002 MHz. Sputnik 1 è stato lanciato come un passo importante nell’esplorazione dello spazio e nello sviluppo di razzi.
Detto questo, non è stato messo in orbita per inviare dati da un punto della terra a un altro. Il primo satellite a trasmettere le comunicazioni è stato infatti Pioneer 1, una sonda lunare prevista. Il veicolo spaziale ha fatto a metà strada verso la luna, e volò abbastanza in alto per effettuare il proof of concept relè di telemetria in tutto il mondo: prima da Cape Canaveral a Manchester, Inghilterra; poi dalle Hawaii a Cape Canaveral; e, infine, in tutto il mondo dalle Hawaii a Manchester.
Applicazioni/Usi dei satelliti per le comunicazioni
1. Telefoni satellitari:
Sono il primo e storicamente più importante uso di satelliti per le comunicazioni. La rete telefonica pubblica commutata fissa trasporta le chiamate telefoniche da telefoni fissi a una stazione terrestre, da dove vengono trasmesse a un satellite geostazionario. Il downlink segue un percorso analogo. Con significativi miglioramenti nei cavi di comunicazione sottomarini attraverso l’uso di fibre ottiche, i satelliti non vengono più utilizzati per la telefonia fissa sulla stessa scala. Ma ciò non significa che i satelliti non siano più utilizzati per la comunicazione. Luoghi remoti come l’isola di Ascensione, Sant’Elena, Diego Garcia e l’isola di Pasqua non hanno cavi sottomarini in servizio, quindi quelle aree hanno bisogno di telefoni satellitari. La comunicazione satellitare è necessaria anche nei continenti e nei paesi in cui le telecomunicazioni di rete fissa sono rare da inesistenti, ad esempio in Antartide, Groenlandia in grandi regioni del Sud America, Africa, Canada, Cina, Russia e Australia.
Altri usi del suolo per i telefoni satellitari includono navi in mare, piattaforme in mare, backup per ospedali, militari e ricreativi. In genere, i sistemi telefonici satellitari funzionano attraverso un sistema telefonico locale in un’area isolata con un collegamento al sistema telefonico in un’area terrestre principale. Ci sono anche servizi che invieranno un segnale radio a un sistema telefonico. In questo esempio, è possibile utilizzare quasi tutti i tipi di satellite. I telefoni satellitari raggiungono direttamente una costellazione di satelliti geostazionari o a bassa orbita terrestre. Le chiamate vengono quindi inoltrate a un teletrasporto satellitare collegato alla rete telefonica pubblica commutata.
2. Televisione satellitare:
La televisione satellitare è quando la programmazione televisiva viene consegnata agli spettatori trasmettendola da un satellite di comunicazione in orbita attorno alla terra direttamente alla posizione dello spettatore. I segnali vengono ricevuti attraverso un’antenna parabolica esterna chiamata parabola satellitare e un downconverter a basso rumore. Un ricevitore satellitare-un set-top box esterno o un sintonizzatore televisivo incorporato – decodifica il programma televisivo desiderato per la visualizzazione su un televisore. La televisione satellitare offre una vasta gamma di canali e servizi. È l’unica televisione disponibile in molte aree remote che non dispongono di televisione terrestre o servizio di televisione via cavo. Sistemi moderni segnali vengono trasmessi da un satellite di comunicazione sulle frequenze della banda Ku (12-18 GHz) che hanno bisogno solo di un piccolo piatto meno di un metro di diametro.
Inoltre, a differenza dei primi sistemi che utilizzavano segnali analogici, quelli moderni utilizzano segnali digitali che consentono la trasmissione del moderno televisore ad alta definizione standard televisivo, grazie all’efficienza spettrale molto migliorata della trasmissione digitale. A partire dal 2018, gli unici canali che si affidano alla trasmissione satellitare in segnali analogici sono il brasiliano Star One C2 e il canale americano C-SPAN su AMC-11. Sono necessari diversi ricevitori per i due tipi. Alcune trasmissioni e canali sono in chiaro e quindi free-to-air o free-to-view. Altri canali sono trasmessi con crittografia (televisione a pagamento), che necessitano lo spettatore di iscriversi e pagare un canone mensile per ricevere la programmazione. Il consumo di TV satellitare ora ha molto meno acquirenti a causa della tendenza di taglio del cavo in cui le persone preferiscono guardare la televisione in streaming basata su Internet.
3. Radio satellitare:
Una radio satellitare o radio in abbonamento (SR) è fondamentalmente un segnale radio digitale che viene trasmesso da un satellite di comunicazione e questo in genere copre una gamma geografica più ampia rispetto ai segnali radio terrestri. La radio satellitare fornisce servizi di trasmissione audio in alcuni paesi, tra cui gli Stati Uniti. I servizi mobili, come SiriusXM e Worldspace, consentono agli ascoltatori di viaggiare in tutto il continente e sintonizzarsi sulla stessa programmazione audio ovunque. I servizi, come Music Choice o il contenuto satellitare di Muzak, necessitano di un ricevitore a posizione fissa e di un’antenna parabolica. In tutti i casi, l’antenna dovrebbe avere una visione chiara dei satelliti. In luoghi che hanno edifici alti, ponti o persino parcheggi che oscurano il segnale, i ripetitori possono essere utilizzati per rendere il segnale disponibile agli ascoltatori.
4. Amatuer Radio Satellite:
radioamatori fanno uso di satelliti amatoriali, che sono stati creati appositamente per il traffico radio amatoriale. La maggior parte di questi satelliti funzionano come ripetitori spaceborne, e sono generalmente utilizzati da dilettanti dotati di apparecchiature radio UHF o VHF e antenne altamente direzionali come Yagis o antenne dish. A causa dei costi di lancio, la maggior parte dei satelliti amatoriali vengono lanciati in orbite terrestri basse e sono progettati per gestire solo pochi brevi contatti in un dato momento.
5. Internet via satellite:
L’accesso a Internet via satellite si riferisce all’accesso a Internet reso possibile attraverso i satelliti di comunicazione. Oggi, il servizio Internet via Satellite di livello consumer è tipicamente offerto alle persone attraverso satelliti geostazionari in grado di fornire velocità di dati relativamente elevate, soprattutto grazie ai satelliti più recenti che utilizzano la banda Ku per raggiungere velocità di dati a valle fino a 506 Mbit/s. Dopo gli 1990, la tecnologia di comunicazione satellitare è stata utilizzata come mezzo per connettersi a Internet utilizzando connessioni dati a banda larga. Ciò è particolarmente utile per le persone in aree remote che non possono usufruire di una connessione a banda larga.
6. Satelliti utilizzati per scopi militari:
I satelliti di comunicazione sono utilizzati anche per applicazioni di comunicazione militare, come i sistemi di comando e controllo globali. I sistemi militari che utilizzano i satelliti di comunicazione sono il MILSTAR, il DSCS e il FLTSATCOM degli Stati Uniti, i satelliti NATO, i satelliti del Regno Unito (ad esempio, Skynet) e i satelliti dell’ex Unione Sovietica. Anche l’India ha un primo satellite di comunicazione militare GSAT-7, i suoi transponder operano in bande UHF, F, C e Ku. I satelliti militari di solito operano nelle bande di frequenza UHF, SHF o EHF (noto anche come banda Ka).
Comunicazione satellitare Oggi
Dal lancio del primo satellite Sputnik 1, sono stati lanciati circa 8.900 satelliti provenienti da oltre 40 paesi. Secondo una stima del 2018, 5.000 sono in orbita. Di questi 5.000, il 63% dei satelliti operativi è in orbita terrestre bassa, il 6% è in orbita terrestre media (a 20.000 km), il 29% è in orbita geostazionaria (a 36.000 km) e il restante 2% è in orbita ellittica. Alcune grandi stazioni spaziali sono state infatti lanciate in parti e assemblate in orbita. È importante notare che dei 5.000 satelliti in orbita, solo 1.900 erano operativi nel 2018, mentre il resto è diventato detriti spaziali.
In effetti, l’inquinamento spaziale causato da questi detriti spaziali è un grosso problema oggi. Così che cosa è detriti spaziali? I detriti spaziali si riferiscono ai detriti naturali trovati nel sistema solare, quindi includono asteroidi, comete e meteoroidi. Ma non è più limitato solo a questi corpi. Dall’inizio del 1979 del programma Orbital Debris della NASA, il termine si riferisce anche ai rifiuti spaziali o ai rifiuti spaziali generati dalla massa di oggetti defunti creati artificialmente nello spazio, specialmente nell’orbita terrestre. Questi includono vecchi satelliti e stadi di razzi spesi e i frammenti della loro disintegrazione e collisioni. A partire da dicembre 2016, cinque collisioni satellitari hanno generato detriti spaziali. I detriti spaziali sono anche noti come rifiuti spaziali, rifiuti spaziali, spazzatura spaziale o detriti orbitali.
Oggi vengono prese diverse misure per affrontare tali detriti. Uniti. ha una serie di pratiche standard per civili (NASA) e militari (DoD e USAF) mitigazione orbitale-detriti, molto simile l’Agenzia Spaziale Europea. Nel 2007, l’Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) ha iniziato a preparare uno standard internazionale per la mitigazione dei detriti spaziali. Germania e Francia hanno pubblicato obbligazioni per salvaguardare la proprietà dai danni dei detriti.
Un altro approccio alla mitigazione dei detriti è progettare l’architettura della missione in modo da lasciare sempre il secondo stadio del razzo in un’orbita ellittica geocentrica con un basso perigeo, garantendo così un rapido decadimento orbitale ed evitando detriti orbitali a lungo termine da corpi di razzi esauriti. Rimozione esterna di detriti spaziali non ha visto molti acquirenti soprattutto perché è stato trovato per essere non conveniente.
Aprile 2018 ha visto il lancio della missione RemoveDEBRIS. Questa missione mira a testare l’efficienza di diverse tecnologie di rimozione dei detriti attivi (ADR) su bersagli simulati in orbita terrestre bassa. Lo farà effettuando diversi esperimenti pianificati e la piattaforma è di conseguenza dotata di una rete, un arpione, uno strumento laser ranging, una dragsail e due CubeSat (satelliti di ricerca in miniatura). RemoveDEBRIS è stato lanciato a bordo della navicella spaziale SpaceX Dragon refill come parte della missione CRS-14 ed è arrivato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) il 4 aprile 2018.