Auditório Municipal Augusto Cabrita

Apresentação em tema: "Auditório Municipal Augusto Cabrita"— Transcrição da apresentação:

1 Auditório Municipal Augusto Cabrita
Satélites Geoestacionários e GPS 16 de Novembro de 2006 Paulo Crawford Departamento de Física da FCUL Centro de Astronomia e Astrofísica da UL

2 Física : unidade I Movimentos na Terra e no Espaço
Viagens com GPS Da Terra à Lua Movimento de Satélites Geoestacionários A Física do GPS

3 Satélites Artificiais
Tinha já publicado 5 artigos entre e submetido uma tese sobre Forças Moleculares à U. Zurique que foi rejeitada. Satélite de comunicação Milstar Gravity Probe B

4 Tipos de Satélites e suas órbitas
O tipo de órbita depende da função. Órbitas excêntricas e órbitas circulares. Órbitas geoestacionárias: órbitas sincronizadas com a rotação sideral da Terra (1 dia sideral = 23 h, 56 m, 4 s) (órbita geosíncrona)

5 Órbitas Excêntricas 2 Focos, 2 eixos diferentes Órbita inclinada

6 Cálculos das órbitas

7 Satélites e Planetas Movimento de satélites Leis de Kepler
Movimento Planetário

8 Lançamento de Satélites
Montanha de Newton

9 Descrição do GPS-1 O GPS pode ser descrito em termos de 3 “segmentos”: o segmento espacial, o segmento de controlo e o segmento do utilizador. O GPS é um sistema de navegação e localização (no espaço e no tempo) operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos, e corresponde a um investimento de cerca de 10 biliões de dólares, inicialmente destinado à navegação militar, mas que hoje está transformado numa indústria com interesses comerciais avaliados em muitos biliões de dólares.

10 Segmento Espacial É constituído por 24 satélites com relógios atómicos, com órbitas circulares em torno da Terra com um período orbital de 12 h, distri-buídos em 6 planos orbitais igualmente inclinados. Cada satélite transporta um relógio atómico muito preciso Os satélites estão distribuidos de modo que 4 ou mais sejam quase sempre visíveis de qualquer ponto da Terra. As órbitas têm raios de cerca de 11,000 milhas náuticas ( km até ao centro da Terra).

11 Segmento de controlo e Segmento do utilizador
O controlo é constituído por um conjunto de estações terrestres que recebem continuamente informação dos satélites. Os dados são depois enviados para uma Estação de Controlo em Colorado Springs que analiza a constelação e projecta as efemérides e comportamento dos relógios para as horas seguintes ... Esta informação é então implementada nos satélites para retransmissão para os utilizadores (que constituem o último segmento) e que a partir dos sinais recebidos pelos satélites podem determinar as suas posições, velocidades e o tempo nos seus relógios locais. Os aeroportos utilizam um receptor GPS na torre de controlo e um no avião que aterra. Os dois receptores estão relativamente perto, o que permite cancelar os erros de propagação dos sinais entre o receptor e os satélites por cima da cabeça. Também cancela a perturbação introduzida intencionalmente nos sinais dos satélites para tornar os receptores civis menos precisos do que os receptores militares. Mas neste caso, as medidas da posição relativa entre a torre de controlo e o avião tem uma precisão de 1 a 2 metros. Mais de 9000 receptores GPS foram usados na operação Desert Storm (I Guerra do Golfo)

12 III Geração de Veículos Espaciais

13 Funcionamento do GPS-1 A finalidade do GPS é determinar a posição de um objecto à superfície da Terra em 3 dimensões: longitude, latitude e altitude. Sinais provenientes de 3 satélites fornecem esta informação. Cada satélite envia um sinal codificado com a localização do satélite e o tempo de emissão do sinal. O relógio do receptor regista o instante da recepção de cada sinal, depois subtrai o tempo de emissão para determinar o lapso de tempo e portanto a distância viajada pelo sinal.

14 Funcionamento do GPS-2 Assim, são construídas 3 esferas a partir destas distâncias, uma esfera centrada em cada satélite. O objecto está localizado no único ponto de intersecção das 3 esferas. Uma dificuldade: o relógio do receptor não é tão preciso como os relógios atómicos dos satélites. Por isso, um sinal de um 4º satélite é utilizado para averiguar da precisão do relógio do receptor. Este 4º sinal permite ao receptor processar os sinais GPS com a precisão de um relógio atómico.

15 Órbitas dos 24 satélites

16 Determinação das coordenadas

17 Funcionamento do GPS-3 Dificuldades a superar: os sinais trocados entre relógios a diferentes altitudes estão sujeitos aos efeitos da Relatividade Geral; por outro lado, o movimento do satélite e a rotação da Terra devem ser tomados em conta. Sem a consideração destes efeitos o GPS seria inútil.

18 Teoria da Relatividade
1905 Relatividade Restrita Reconciliar a relatividade do movimento com a teoria do electromagnética de James Clerk Maxwell ( ). 1915 Relatividade Geral Reconciliar a teoria da gravidade com os princípios da RR e estender a relatividade de modo a incluir todos os observadores.

19 Consequências cinemáticas
Dilatação do tempo Contracção dos comprimentos Composição de velocidades v ̶ velocidade relativa entre referenciais inerciais

20 Física de Galileu e Newton

21 Efeito devido à velocidade

22 Discrepância na sincronização
Num dia há segundos. Os relógios da Terra atrasam-se cerca de ns por dia devido a esta diferença de altitude, e como 1ns-luz  30 cm Isto origina um erro de localização de cerca de 13,7 km por dia‼ A RG é pois necessária para corrigir este erro. Devemos também efeitos devido ao movimento.

23 O atraso dos relógios ...

24 Relação entre o tempo na Terra e no satélite
A primeira eq. Fornece uma relação entre a velocidade do satélite e o raio da sua órbita circular. A segunda relação liga a velocidade do satélite e o raio da órbita com o período T=12 horas. Corresponde a um atraso de cerca de ns por dia!

25 Sítios na Rede http://cosmo.fis.fc.ul.pt/~crawford/ (Paulo Crawford)
(Movimento de satélites) visualexp.asp (Montanha de Newton) (Leis de Kepler)