MARIAN POKORSKI MULTIMEDIA ACADEMY ABC TECHNIKI SATELITARNEJ ROZDZIAŁ 2 PODSTAWY TEORETYCZNE TECHNIKI MULTIMEDIALNEJ www.abc-multimedia.eu
MULTIMEDIA ACADEMY *** POLSKI WKŁAD W PRZYSZŁOŚĆ EUROPY
OD AUTORA Wprowadzenie Każda dziedzina techniki, bez względu na to, czego dotyczy, oparta jest na podstawach teoretycznych, bez których nie osiągniemy niczego w naszym życiu zawodowym. Jeszcze nie tak dawno panowało przekonanie, że praktyka jest o wiele ważniejsza od teorii. W ostatnim stuleciu teoria zaczęła definitywnie przeważać nad praktyką. Inżynierowie, którzy konstruują skomplikowane urządzenia elektroniczne, nie posiadające w przeszłości żadnych wzorców, nie mogą liczyć na swoje praktyczne doświadczenie. Tak jest w większości zawodów. Abecadło i tabliczka mnożenia, których nauczyliśmy się w szkole podstawowej, towarzyszą nam przez całe życie. Technika wysokiej częstotliwości, do której należy także technika multimedialna są bardziej skomplikowanymi dziedzinami wiedzy. Opanowanie tej techniki wymaga solidnych podstaw teoretycznych. W tym krótkim wydaniu nie jestem w stanie przekazać całej podstawowej wiedzy rządzącej techniką multimedialną. Gdyż: po pierwsze - byłoby to kilkusetstronicowe wydanie, a po drugie - skomplikowane wzory niewiele by się przydały instalatorom anten naziemnych i satelitarnych. Nie mniej jednak to, co uważam za najważniejsze, przekażę w możliwie najprostszy sposób. Nie będą to wyjaśnienia czysto akademickie, ale oparte na tabelach i nomogramach z wieloma przykładami. Sądzę, że moi czytelnicy zaakceptują tą formę Marian Pokorski 3
2. Teoria źródłem wiedzy 2.1. Prawo Ohma Georg Simon Ohm (ur. 16. marca 1789 r. w Erlangen, zm. 6. lipca 1854 r. w Monachium), matematyk, w latach 1833-1849 profesor politechniki w Norymberdze i po roku 1849 uniwersytetu w Monachium. W roku 1790 r. sformułował i udowodnił zależność pomiędzy natężeniem prądu, napięciem elektrycznym a opornością w obwodzie elektrycznym. Od jego nazwiska te zależności zostały nazwane prawem Ohma. Prawo Ohma jest podstawowym wzorem w elektrotechnice i elektronice. A oto jego podstawowy wzór: I = U/R, określający proporcjonalność napięcia (U) mierzonego na końcach przewodnika o oporności (R) do natężenia prądu (I) płynącego przez ten przewodnik. Prościej; jeżeli na przeciwnych końcach przewodu o oporności 1 Ohma podłączymy napięcie o wartości 1V to przez ten przewód płynie prąd o wartości 1A. Z tego wzoru po jego przekształceniu można wyliczyć napięcie lub oporność. Dalsze wzory wyjaśniają tę zasadę. Dla zapominalskich przytaczam grafikę ośli trójkąt ułatwiający przekształcanie tego wzoru. I = U/R U = I x R R = U/I przy czym: I = prąd U = napięcie R = oporność 4
Dla przypomnienia przytoczę także grafikę, często nazywaną przez uczniów OŚLIM KWADRATEM ze wszystkimi wzorami, które warto mieć czasem pod ręką. Wielkości: mocy (P) w jednostce Wat, prądu (I) w jednostce Amper, napięcia (V) w jednostce Volt, oporności (R) w jednostce Ohm. 2.2. Orbity satelitarne Kiedy w roku 1945 Clarke przedstawiał swoją wizję satelitów na orbicie okołoziemskiej, mieliśmy tylko jednego satelitę, którym był księżyc. Oddalony od ziemi o około 384.000 km potrzebuje 28 dni by ją okrążyć. Z czasem zaczęły się pojawiać sztuczne satelity do wielu zadań i potrzeb. W zależności od tego, jakie zadanie ma spełniać wprowadzono je na przeróżne orbity. 2.2.1. Orbita przejściowa Orbita przejściowa, zwana także parkingiem znajduje się na wysokości 150...200 km. W wypadku eliptycznego kształtu jej górny i dolny pułap może się zwiększyć. Dziki temu, że można ją osiągnąć przy użyciu stosunkowo małej ilości paliwa, wykorzystywana jest jako orbita, z której po dokładnych pomiarach i wyliczeniach pozwala na łatwiejsze wprowadzenie na docelową. 2.2.2. LEO (Low Earth Orbit) LEO znajdująca się na wysokości 200...1200 km jest osiągalna przy małym zużyciu paliwa. Satelity pozycjonowane na tej orbicie poruszają się z szybkością ca 7 km/sek co pozwala na jedno okrążenie ziemi w ciągu 100 minut. Kontakt z satelity z ośrodkiem kontrolnym wynosi około 15 minut w czasie jednego okrążenia. 5
Wykorzystuje się ją dla: satelitów do badania ziemi, satelitów meteorologicznych, satelitów astronomicznych (np. teleskop Hubble), satelitów szpiegowskich, satelitów do systemów telekomunikacyjnych (np. Iridium), satelitów do badań naukowych i prób technologicznych, satelitów do łączności amatorskiej, satelitów z obsadą kosmonautów. 2.2.3. SSO (Sun Synchronous Orbit) Orbita SSO znajduje się na wysokości 700...1000 km. Satelity na niej pozycjonowane poruszają się nie jak inne równolegle do równika, ale w liniach z południkami. Jeżeli inklinacja kąta, w którym znajduje się satelita, mieści się w zakresie 96...99, to przy odpowiedniej wysokości, czas jego obrotu dokoła ziemi wynosi 1 rok. Dzięki temu orbita w stosunku do słońca zawsze jest identyczna. Ma to duże znaczenie przy wykorzystaniu danych geograficznych przez naukowców. Drugim, nie bez znaczenia jest fakt, że satelita stale jest oświetlony przez słońce, dzięki temu ma stałą dostawę energii elektrycznej, małe baterie służą jedynie w wypadkach awaryjnych. Orbita SSO, przez swoje właściwości wykorzystywana jest przez satelity: meteorologiczne, satelitów do badania ziemi, satelity do obserwacji słońca, satelitów dla badań naukowych satelitów szpiegowskich, satelitów z teleskopami do obserwacji kosmosu, 2.2.4. MEO (Medium Earth Orbit) Orbita między 1.000 i < 36.000 km. Zostaje wykorzystana jako przejściowa między orbitami LEO i GEO. Wykorzystuje się ją dla: globalnych systemów komunikacyjnych (Globalstar) systemów nawigacyjnych jak: GPS, Galileo lub GLONASS. 6
2.2.5. GTO (Geostationary Transfer Orbit) Orbita o kształcie wydłużonej elipsy z perigeum 200...800 km i apogeum 36.000 km. Można ją zaliczyć do przejściowych dla satelitów transportowanych na orbitę geostacjonarną. W momencie kiedy rakieta znajduje się w apogeum zostają włączone silniki. Ten manewr pozwala im bezpośrednio pozycjonować satelitę na orbicie geostacjonarnej. 2.5.6. GEO (Geostationary Earth Orbit) Pierwszą wzmianką wykorzystania orbity GEO opisał w swojej książce Problem z nawigacją w przestrzeni kosmicznej Herman Potočnik w 1928 roku, a w roku 1945 r sir Arthur Charles Clarke przedstawił swoją wizję wykorzystania tej orbity dla światowej komunikacji przez trzy satelity ustawione na orbicie w odległości kątowej równej 120. Orbita geostacjonarna (grafika 2.2) jest orbitą kołową i przebiega na wysokości 35.786 km dokładnie nad równikiem (42.160 km od środka ziemi). Prędkość satelity na orbicie geostacjonarnej wynosi około 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, dokładnie tyle, ile trwa doba. Odległość kątowa 1 na tej orbicie wynosi 741 km. Jeżeli satelity Hot Birda znajdują się na pozycji geostacjonarnej 13 wschód, a ASTRA 19,2 wschód, to odległość między nimi wynosi 4594,2 km. 7
Orbit GEO wykorzystuje się dla: satelitów meteorologicznych, satelitów komunikacyjnych, satelitów do bezpośredniego odbioru programów telewizyjnych i radiowych przy pomocy małej anteny satelitarnej. Na tej orbicie między innymi pozycjonowane są satelity ASTRY i Hot Birda. 2.5.9. Orbita - Cmentarzysko satelitarne Cmentarzysko satelitarne (ang. graveyard orbit) ma coraz większe znaczenie. Satelity można tak długo eksploatować, jak długo wystarcza im paliwa w zbiornikach, po ich opróżnieniu zaczynają się poruszać po niekontrolowanych orbitach. Kulista nierównomierność ziemi, przyciąganie księżyca i planet oraz wiatr słoneczny powodują, że satelity, wprawdzie bardzo powoli, zmieniają swoją pozycję. By je utrzymać na swojej pozycji, ośrodek operacyjny na ziemi steruje małymi silnikami odrzutowymi, stabilizując ich pozycję. W wypadku, kiedy nie istnieje możliwość ich sterowania może nastąpić opadanie w kierunku ziemi. Następuje wtedy zagrożenie dla promów kosmicznych i innych satelitów. By uniknąć takiego niebezpieczeństwa, satelity z orbity geostacjonarnej zostają przesunięte na orbitę - cmentarzysko, która znajduje się 300 km ponad nią. 8