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18.05.2001


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Massimo chiede:

Mi chiedevo come fanno i satelliti per le telecomunicazioni, come ad esempio per la televisione digitale, a stare fermi in quota, considerando che, quando devo piazzare una parabola per la ricezione satellitare, viene perso il segnale se sposto di qualche millimetro la parabola. Possibile che il satellite che è in orbita debba rispettare la medesima precisione?

(risponde Gianfranco Verbana)


No, per fortuna. Se l'assetto della parabola trasmittente (tracking automatico) è tale da  "guardare" sempre la zona di competenza, il satellite geostazionario si potrebbe spostare dalla sua corretta posizione di un migliaio di chilometri senza che il signor Massimo perda la visione del programma preferito.

In realtà, per incrementare il numero di satelliti su alcune regioni dell'orbita equatoriale ad alto bacino d'utenza (Europa, USA) ed evitare interferenze radio tra satelliti è necessario mantenere l'orbita entro la sua corretta posizione di 0,1°sia in longitudine che in latitudine, corrispondente ad una distanza di circa 80 Km. (1)

Dopo la fase di lancio del satellite e successivo trasferimento sull'orbita GEO, inizia la fase di vita operativa con il mantenimento dello stesso entro il  "dominio" di 0,1°.

La tecnica usata è detta di ciclo limite. Consiste di lasciare che il satellite raggiunga un estremo del "dominio" ed a quel punto di portarlo all'estremità opposta mediante una manovra impulsiva.

Il sistema propulsivo del satellite è costituito da motori di tipo chimico: il propellente usato è l'Idrazina. Quando il propellente è in "riserva", dopo 10-15 anni, il satellite è rimosso dalla sua posizione che occupa sull'orbita GEO, poiché senza carburante non sarebbe in grado di contrastare le perturbazioni ed i suoi spostamenti rappresenterebbero un pericolo per gli altri utenti della trafficata orbita GEO. Si è scelto di allontanare il satellite su un'orbita circolare di raggio 55.000 km.

Abbiamo risposto in modo semplicistico su "quanto" e "come" un satellite Geo rimane nella sua zona di assegnazione. Vediamo ora il perché si perde il segnale per piccoli movimenti della parabola di ricezione.

 

Un ipotetico osservatore a bordo di un satellite geostazionario "vede" circa il 43% della superficie terrestre cui corrisponde un angolo di visuale di circa 17°.

Ciò significa che è inutile irradiare il segnale, verso terra, con un'antenna avente un angolo di radiazione maggiore di 17°. Si sprecherebbe segnale nel vuoto.

In realtà la massima copertura effettiva è minore. Esiste una zona al Polo Nord ed una al Polo Sud che non possono essere raggiunte da un satellite in orbita geostazionaria; queste zone si trovano ad una latitudine maggiore di 70°. Per satelliti televisivi non sussiste il problema poiché le aree interessate per il business sono quelle ad alta densità d'utenti.

Al lato pratico l'antenna di trasmissione, verso terra, ha una direttività che varia tra 7° e 14°. Tali angoli sono sufficienti per fornire la necessaria densità di potenza dell'onda elettromagnetica su una superficie terrestre corrispondente a diametri compresi tra 4000 e 9000 km.

In poche parole la trasmissione verso terra non è molto direttiva.

Per l'utente, il sistema è un classico punto-multipunto, come se fosse una tipica ricezione broadcasting dei canali televisivi Rai o privati terrestri.

La differenza consiste nel guadagno e quindi della direttività dell'antenna ricevente.

Nei collegamenti televisivi terrestri, il valore della densità di potenza è tale da permettere l'utilizzo d'antenne aventi modesti guadagni corrispondenti a direttività di decine di gradi.

 Quindi, il loro posizionamento non è critico entro questa fascia d'angolo.

Per la ricezione televisiva satellitare, il sistema ricevente richiede l'uso di antenne paraboliche aventi diametri compresi tra 70 e 120 cm. Alla frequenza di 12 GHz queste antenne presentano un elevato guadagno ed una direttività dell'ordine di 2°.

Il massimo segnale ricevuto si ottiene quando la parabola è perfettamente perpendicolare all'asse di propagazione dell'onda in arrivo.

Se l'antenna è spostata con un angolo maggiore di 2°, sia in latitudine sia in longitudine, il segnale subisce una forte attenuazione.

A secondo del tipo d'attacco al palo dell'antenna, la variazione di 2° può essere ottenuta con una frazione o più di giri di un bullone.

Note.

1)

I satelliti geostazionari ruotano attorno alla terra su un.orbita equatoriale con periodo pari

a T

        dove:

a= raggio dell’orbita circolare

G= costante gravitazionale universale = 6,67*10-11 m3 /kg*sec2

M=massa terrestre

Se imponiamo un periodo di rivoluzione intorno alla Terra pari ad un giorno siderale (86.164 sec), possiamo ricavare il raggio dell’orbita e cioè 42.242 km

Posti a circa 36.000 chilometri d’altezza dalla superficie dell’equatore terrestre (42242- 6370 raggio terrestre) i satelliti geostazionari si muovono alla stessa velocità angolare della Terra, rispetto alla quale, quindi, appaiono fissi.

La circonferenza dell’orbita è di 265 mila chilometri. La distanza minima tra i satelliti è di circa 3°corrispondenti a 2210 km.