πολύ μεγάλη, αλλά υπάρχουν διάφορα εμπόδια μεταξύ τους όπως ζούγκλες, έρημοι κλπ, που κάνουν εξαιρετικά δύσκολη τη σύνδεσή τους με επίγεια μέσα.
Μια ιστορική αναδρομή.
Οι πρώτοι τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι ήταν παθητικοί, αποτελούνταν δηλαδή από μεγάλα μπαλόνια χωρίς ηλεκτρονικές διατάξεις που ανακλούσαν στην επιφάνειά τους τα σήματα που προέρχονταν από ισχυρούς επίγειους σταθμούς. Τέτοιοι δορυφόροι ήταν οι ΗΧΩ (ECHO 1 και 2) και άρχισαν να εκτοξεύονται από το 1960. Οι ΗΧΩ ήταν πειραματικοί. Το 1962 εκτοξεύθηκε ο Telstar που ήταν ενεργός, δηλαδή έφερε ηλεκτρονικές διατάξεις που ενίσχυαν το σήμα που λάμβανε από το έδαφος και χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση προγράμματος τηλεοράσεως.
Στις 6 Απριλίου 1965 εκτοξεύθηκε πάνω από τον Ατλαντικό ωκεανό ο πρώτος τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος του διεθνούς οργανισμού δορυφορικών τηλεπικοινωνιών INTELSAT που ιδρύθηκε το 1964. Ο δορυφόρος αυτός ήταν ενεργός και είχε τη δυνατότητα να μεταβιβάζει 240 τηλεφωνικά κυκλώματα και πρόγραμμα τηλεόρασης. Η εκμετάλλευσή του άρχισε στις 28 Ιουνίου 1965 και ονομάστηκε INTELSAT 1.
Από τότε ο οργανισμός INTELSAT χρησιμοποίησε πολλές σειρές δορυφόρων που η χωρητικότητά τους αυξάνονταν συνεχώς. Οι δορυφόροι της σειράς 5 έχουν χωρητικότητα 12000 τηλεφωνικών κυκλωμάτων και δύο κανάλια τηλεόρασης
Το σχετικά νέο τούτο είδος επικοινωνίας αναπτύχθηκε πολύ γρήγορα χάρη στα τεχνικά και οικονομικά του πλεονεκτήματα. Σήμερα μετέχουν στο διεθνές σύστημα INTELSAT οι περισσότερες χώρες του κόσμου.
Εκτός από την επικοινωνία μεταξύ σταθερών σημείων ξηράς άρχισε η χρησιμοποίηση των δορυφορικών ζεύξεων και για την επικοινωνία με τα πλοία με την εγκατάσταση στα πλοία σταθμών με κεραίες μικρής διαμέτρου.
Αρχή λειτουργίας.
Μια δορυφορική σύνδεση αποτελείται από το δορυφόρο και τους σταθμούς εδάφους. Από τεχνικής πλευράς, οι δορυφορικές ζεύξεις μοιάζουν με τις συνδέσεις των δικτύων μικροκυμάτων οπτικής επαφής όπου οι επίγειοι σταθμοί αντιστοιχούν με τερματικούς σταθμούς και ο δορυφόρος με σταθμό αναμεταδόσεως.
Στα ραδιοηλεκτρικά δίκτυα η απόσταση από σταθμό σε σταθμό είναι συνήθως 40-50 χιλιόμετρα. Η επαύξηση της αποστάσεως μεταξύ των σταθμών προσκρούει στην καμπυλότητα της γης. Για να εξασφαλιστεί η οπτική επαφή πρέπει οι σταθμοί να τοποθετούνται σε υψηλότερα σημεία και οι κεραίες τους σε μεγάλους ιστούς. Εκτός από αυτό όσο μεγαλώνει η απόσταση, οι αυξομειώσεις του λαμβανόμενου σήματος, που οφείλονται στο ότι από τους δέκτες λαμβάνονται εκτός από το κατευθείαν κύμα και άλλα, μετά από ανάκλαση στη θάλασσα ή στο έδαφος και περίθλαση και είναι γνωστές ως διαλείψεις, γίνονται πιο έντονες. Οι αυξομειώσεις αυτές στις μικρές αποστάσεις αντιμετωπίζονται με τα γνωστά συστήματα διαφορικής λήψεως και με αυτόματη ρύθμιση στάθμης.
Οι δυσκολίες αυτές από ένα όριο αποστάσεως και πέρα, το οποίο κυμαίνεται από 50-100 χιλιόμετρα, δεν μπορούν να αντιμετωπισθούν. Για το λόγο αυτό αν ανάμεσα στα σημεία που επιθυμούμε να συνδέσουμε υπάρχει ξηρά, τοποθετούνται σταθμοί αναμετάδοσης. Αν όμως υπάρχει θάλασσα, όπως μεταξύ Ευρώπης και Αμερικής, τότε η επικοινωνία με μικροκύματα δεν είναι δυνατή. Για να υπάρχει μικροκυματική σύνδεση μεταξύ των δυο αυτών ηπείρων, θα έπρεπε να τοποθετηθεί στη μέση του Ατλαντικού ένας σταθμός αναμετάδοσης, πράγμα που φυσικά δεν είναι τεχνικά δυνατό. Κάτι τέτοιο όμως γίνεται με το δορυφόρο. Ο δορυφόρος στη πραγματικότητα είναι ένας σταθμός αναμεταδόσεως ο οποίος αντί να είναι τοποθετημένος σε υψηλό ιστό βρίσκεται στο χώρο και μάλιστα σε ένα πολύ μεγαλύτερο ύψος και αποφεύγονται έτσι και τα φαινόμενα των διαλείψεων.
Τροχιά δορυφόρων.
Ο χρόνος περιφοράς ενός δορυφόρου που κινείται σε κυκλική τροχιά γύρω από τη γη, δηλαδή η περίοδος εξαρτάται κατά τη Μηχανική, από τη μάζα της γης, τη μάζα του δορυφόρου και την απόσταση από το κέντρο βαρύτητας της γης. Επειδή όμως η μάζα του δορυφόρου είναι εξαιρετικά μικρή σε σύγκριση με τη μάζα της γης, η περίοδος εξαρτάται ουσιαστικά από την απόσταση. Από τον υπολογισμό προκύπτει ότι δορυφόρος που βρίσκεται σε ύψος 36.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της γης έχει περίοδο 24 ώρες. Επομένως, αν βρίσκεται στο ύψος των 36.000 χιλιομέτρων και περιστρέφεται στο επίπεδο του ισημερινού της γης προς ανατολάς θα είναι ως προς την επιφάνεια της γης ακίνητος και θα φαίνεται πάντοτε από τις ίδιες περιοχές της γης. Οι δορυφόροι αυτοί λέγονται γεωστατικοί. Ονομάζονται και σύγχρονοι. Όταν όμως έχουν περίοδο διαφορετική από τη διάρκεια περιστροφής της γης λέγονται ασύγχρονοι. Σε αυτή τη περίπτωση, απαιτείται μεγάλος αριθμός δορυφόρων, για την λειτουργία του GPS για παράδειγμα απαιτούνται 24 δορυφόροι σε χαμηλή τροχιά και σε απόσταση 12.552 μιλίων από τον Ισημερινό.
Τροχιοθέτηση δορυφόρων
Η τοποθέτηση δορυφόρου στην τροχιά του γίνεται με την εκτόξευσή του στο διάστημα με πύραυλο. Όταν ο πύραυλος φθάσει στο ύψος των 36,000 χιλιομέτρων αποχωρίζεται και μένει ο δορυφόρος ο οποίος λόγω της ταχύτητας που έχει και της έλξεως της γης, εκτελεί ελλειπτική τροχιά, στη μια εστία της οποίας βρίσκεται η γη, με απόγειο 36.000 χιλιόμετρα περίπου και περίγειο 550 χιλιόμετρα. Με τηλεχειρισμό, ο οποίος γίνεται από τη γη, πυροδοτούνται μικροί πύραυλοι που έχει ο δορυφόρος τη στιγμή που βρίσκεται στο απόγειο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να τεθεί ο δορυφόρος σε τροχιά που είναι κυκλική και λόγω του ύψους έχει περίοδο 24 ώρες. Χάρη στην ταχύτητα που έχει ο δορυφόρος εξακολουθεί να περιφέρεται στην κυκλική τροχιά χωρίς να χρειάζεται κάποια άλλη δύναμη προωθήσεως και επομένως καύσιμα, επειδή στα ύψη αυτά δεν υπάρχουν τριβές.
Η πράξη έδειξε ότι η θέση του δορυφόρου ως προς τη γη δεν είναι τελείως σταθερή αλλά μεταβάλλεται γιατί επιδρά η έλξη της σελήνης, του ήλιου και η πίεση ακτινοβολίας.
Κατά διαστήματα γίνεται μικρή διόρθωση της τροχιάς με τη βοήθεια των πυραύλων που έχει ο δορυφόρος για το σκοπό αυτό. Τέλος σημειώνεται ότι ο δορυφόρος περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του.
Συγκρότηση δορυφόρου.
Ο δορυφόρος ενεργεί ως σταθμός αναμετάδοσης των σημάτων, που λαμβάνονται ταυτόχρονα από πολλούς σταθμούς εδάφους, τα οποία είναι στην περιοχή των 6 GHz, αλλά σε διαφορετικές συχνότητες από κάθε σταθμό. Τα σήματα αυτά τα ενισχύει και τα επανεκπέμπει προς όλους τους σταθμούς στην περιοχή των 4 GHz, δηλαδή με μια μετατόπιση συχνότητας προς τα κάτω. Κάθε σταθμός εδάφους επιλέγει από όλο το φάσμα που λαμβάνει από το δορυφόρο, τις ζώνες εκείνες συχνοτήτων που περιέχουν τα σήματα που περιέχουν τα σήματα που προέρχονται από τους σταθμούς με τους οποίους έχει επικοινωνία και προορίζονται γι' αυτόν.
Ένας τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος αποτελείται από
Τις κεραίες
Τους αναμεταδότες
Τις διατάξεις πληροφοριών ελέγχου και τηλεχειρισμών
Το σύστημα ρευματοδοτήσεως.
Ο δορυφόρος έχει κεραίες που λειτουργούν στην περιοχή των μικροκυμάτων και διάγραμμα ακτινοβολίας κατευθυνόμενο προς τη γη. Εκτός από τις κεραίες αυτές που είναι οι κεραίες του ως σταθμού αναμεταδόσεως έχει και κεραίες βραχέων και υπερβραχέων κυμάτων για την παρακολούθησή του και την οδήγησή του από τη γη. Με τις διατάξεις πληροφοριών ελέγχου και τηλεχειρισμού, δίνονται οι πληροφορίες από το δορυφόρο σχετικά με τη λειτουργική τους κατάσταση, σήματα για να προσανατολίζονται οι κεραίες των σταθμών εδάφους προς το δορυφόρο και γίνεται η διόρθωση της τροχιάς του.
Οι ηλεκτρικές συσκευές του δορυφόρου πρέπει να έχουν μικρό βάρος, μικρές διαστάσεις, μικρή κατανάλωση ρεύματος, εξαιρετική πιστότητα και να μην παθαίνουν εύκολα βλάβες. Για το λόγο αυτό τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι ειδικής επιλογής και δοκιμάζονται σε αυστηρές συνθήκες μηχανικής, θερμικής και ηλεκτρικής καταπονήσεως.
Η ρευματοδότηση του δορυφόρου γίνεται από φωτοστοιχεία που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Τα φωτοστοιχεία αυτά στις παλαιότερες γενιές δορυφόρων κάλυπταν την εξωτερική επιφάνεια του δορυφόρου, όμως στους νεώτερης γενιάς δορυφόρους τοποθετούνται σε μεγάλα πτερύγια. Για να προστατεύονται τα φωτοστοιχεία από κτυπήματα ξένων σωματίων φέρουν διαφανές κάλυμμα. Υπάρχουν επίσης και συσσωρευτές μέσα στο δορυφόρο που φορτίζονται από τα φωτοστοιχεία και τροφοδοτούν με ρεύμα το δορυφόρο όταν βρίσκεται στη σκιά της γης και επομένως δεν φωτίζεται από τον ήλιο.
Συγκρότηση σταθμού εδάφους.
Ένας σταθμός εδάφους αποτελείται από:
Την κεραία
Τις ραδιοηλεκτρικές συσκευές
Το σύστημα ελέγχου
Τις συσκευές ρευματοδοτήσεως.
Στους δορυφορικούς σταθμούς εδάφους χρησιμοποιούνται κεραίες Κασεγκρέιν
(Cassegrein). Ο τρόπος στήριξης είναι τέτοιος που μπορεί η κεραία να περιστρέφεται κατά αζιμούθιο και καθ' ύψος. Αυτό είναι αναγκαίο για πολλούς λόγους. Οι κεραίες εγκαθίστανται σε διάφορα γεωγραφικά μήκη και πλάτη. Επομένως οι γωνίες σκόπευσης προς το δορυφόρο είναι διαφορετικές. Αλλά και στον ίδιο σταθμό, άλλη είναι η γωνία σκόπευσης προς το δορυφόρο του ενός ωκεανού και άλλη προς το δορυφόρο του άλλου.
Από την Ελλάδα είναι ορατοί οι δορυφόροι του Ατλαντικού και του Ειρηνικού ωκεανού και φυσικά η γωνία σκόπευσης είναι διαφορετική.
Αλλά και ο δορυφόρος, όπως είπαμε, δεν μένει τελείως ακίνητος. Επομένως η κεραία πρέπει να περιστρέφεται για να τον παρακολουθεί. Τέλος, στις σπάνιες περιπτώσεις που η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα για την οποία έχει υπολογιστεί η κεραία, κατά το διάστημα αυτό μπορεί να τοποθετηθεί η κεραία στη θέση αναπαύσεως με τον ανακλαστήρα προς τα πάνω για να μην καταστραφεί.
Παρακολούθηση δορυφόρου
Επειδή η κεραία πρέπει πάντα να σκοπεύει το δορυφόρο, αλλά ο δορυφόρος δεν είναι απόλυτα σταθερός, είναι ανάγκη η κεραία να τον παρακολουθεί συνεχώς. Η παρακολούθηση του δορυφόρου μπορεί να γίνεται αυτόματα και χειροκίνητα.
Η αυτόματη παρακολούθηση γίνεται με ένα σήμα που εκπέμπει ο δορυφόρος. Το σήμα αυτό ελέγχεται από 4 σημεία, δυο στη κατακόρυφη και δύο στην οριζόντια διάμετρο της κεραίας. Όταν η κεραία δεν σκοπεύει ακριβώς το δορυφόρο, υπάρχει διαφορά στους χρόνους που φθάνει το σήμα στα 4 σημεία. Η χρονική αυτή διαφορά με κατάλληλες διατάξεις προκαλεί τη μετακίνηση της κεραίας καθ' ύψος ή κατ' αζιμούθιο αντίστοιχα μέχρι να βρει την ακριβή της κατεύθυνση.
Σύστημα ελέγχου και παρακολούθησης
Σε μια μεγάλη τράπεζα ελέγχου (κονσόλα) είναι εγκατεστημένος ένας μεγάλος αριθμός οργάνων και πολλές διατάξεις χειρισμού. Από τη θέση αυτή μετρούνται οι στάθμες του λαμβανόμενου και εκπεμπόμενου σήματος και οι γωνίες αζιμούθιου και ύψους της κεραίας. Επίσης υπάρχουν ενδείξεις αν λειτουργούν οι κύριες ή οι εφεδρικές συσκευές και οθόνες τηλεοράσεων για τις περιπτώσεις που μεταδίδονται τηλεοπτικά προγράμματα.
Χρονική καθυστέρηση σήματος
Επειδή ο δορυφόρος βρίσκεται σε ύψος 36.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της γης η μικρότερη διαδρομή του σήματος μεταξύ δυο σταθμών εδάφους μέσω δορυφόρου θα είναι 72.000 χιλιόμετρα. Αν λάβουμε υπόψη ότι η ταχύτητα διαδόσεως του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο χώρο είναι 300,000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, προκύπτει ότι ο χρόνος που χρειάζεται το σήμα να μεταβεί από τον ένα επίγειο σταθμό στον άλλο είναι 240 ms.
Αν πρόκειται για συνομιλία επειδή η ίδια χρονική καθυστέρηση θα υπάρχει και από την άλλη κατεύθυνση, συνολικά θα υπάρχει μια χρονική καθυστέρηση λόγω της διαδρομής ηλεκτρομαγνητικού κύματος περίπου ½ sec, που γίνεται αντιληπτή κατά τη συνδιάλεξη αλλά συνηθίζεται εύκολα.
ΓΙΑΝΝΗΣ ΠΕΤΣΕΛΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ - ΡΑΔΙΟΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
Προσοχή στον τρόπο που σχολιάζετε. Σχόλια που δεν θα σέβονται τον χώρο που φιλοξενούνται ή άλλους θα σβήνονται ΤΕΛΕΙΩΣ.