CONSTELATIILE DE SATELITI

A comunica a devenit unul dintre verbele fara de care nu mai putem caracteriza civilizatia umana la sfarsit de mileniu. Acum nu mai are importanta unde te afli, poti intra in legatura cu oricine, daca dispui de un mic dispozitiv, ce te pune in legatura cu un satelit care, la randul sau, iti deschide portile comunicarii globale.

Foarte putina istorie

Multa vreme capaciatea noastra de a comunica era limitata la mijloace rudimentare. Ruguri aprinse in locuri mai inalte, stafete, clopote, tobe, buciume..., cam astea au fost posibilitatile umane timp de multe milenii. In 1790, francezul Claude Chappe inventaza telegraful optic, un fel de catarg inalt de 4,55 m, pe care erau fixate indicatoare mobile, ce puteau fi vazute de la mare distanta. Acestea, prin modificarea pozitiei, puteau transmite mesaje simple. In anul 1837, Samuel Morse inventeaza alfabetul care-i poarta numele (prima codificare binara, puncte si linii, a literelor). Astfel telegraful electric avea deschis drumul pentru prima conexiune la mare distanta. Apoi a urmat, in 1976, telefonul lui Graham Bell (prioritatea este disputata cu Edison, dar se pare ca Bell a fost primul care a comercializat servicii telefonice). La inceputul secolului XX s-a declansat o noua revolutie in telecomunicatii. Inventarea triodei, in 1906, de catre Lee de Forest a dus la introducerea pe scara larga a electronicii in telecomunicatii. Astfel s-a deschis calea realizarii de statii de comunicatii radio, capabile sa transmita mesaje fara a avea vreo conexiune electrica intre emitator si receptor. Utilitatea unor asemenea sisteme a fost sesizata mai intai de catre militari (care cauta dintotdeauna mijloace de comunicare rapida si sigura) pentru ca mai apoi, prin anii '20, sa apara primele statii de radiodifuziune comerciale. Au venit apoi anii '50, care au marcat aparitia tranzistorului, a circuitelor intregrate si intrarea in era cosmica. Dezvoltarea telecomunicatiilor capata un ritm incredibil.

Satelitii de telecomunicatie

In 1945, un mare scriitor de povestiri stiintifico-fantastice, faimosul Arthur Clarke, a venit cu ideea plasarii unor sateliti pe o orbita cu altitudinea de aproximativ 36 000 km. Acestia, avand perioada de revolutie egala cu durata zilei terestre, sunt imobili pentru un observator terestru. Pe un asemenea satelit am putea monta un releu de telecomunicatie, spunea Clarke, si astfel s-ar deschide drumul catre legaturi radio globale. Trebuie retinuta indrazneala ideii lui Clarke. In 1945 nu se prea vorbea despre zborul cosmic decat in romanele SF, de mare succes in acea vreme. Dar de ce este nevoie sa urcam in spatiu releele de telecomunicatie? Raspunsul vi-l dam imediat. Pentru a transmite cat mai multa informatie prin intermediul undelor electromagnetice este nevoie sa utilizam frecvente cat mai mari (respectiv, cu lungimi de unda cat mai mici), adica sa folosim undele ultrascurte sau microundele. Acesta este si motivul pentru care semnalul de televiziune (care contine foarte multa informatie) se plaseaza in aceste game de lungimi de unda. Pe de alta parte, propagarea undelor electromagnetice, din gama undelor ultrascurte si microundelor, se face in linie dreapta, ele fiind incapabile sa ocoleasca obstacolele. Altfel spus, pentru a putea comunica, receptorul trebuie sa "vada" emitatorul. Chiar daca planeta noastra ar fi o nesfarsita campie, ea este o sfera... Deci "vizibilitatea radio" este limitata. In vremea de dinaintea satelitilor artificiali solutia era plasarea releelor de telecomunicatie pe varfuri de munte (cum este cazul releului de pe Varful Omu) sau in varful turnurilor de televiziune. Astfel zona de acoperire cu semnal radio creste. Dar nu suficient. De aceea, de-a lungul si de-a latul Pamantului au fost construite o salba de relee de telecomunicatie. Solutie banala, dar foarte scumpa. (Mai exista o solutie, utilizarea gamei de unde lungi; acestea pot ocoli obstacolele si chiar sa se "muleze" pe suprafata terestra. Din pacate, desi se utilizeaza pentru transmisia semnalelor radiofonice, capacitatea lor de a "purta" informatie este extrem de scazuta.) Sa rezumam ideile. Pentru a transmite informatii prin intermediul undelor radio, avem nevoie de lungimi de unda cat mai mici, care nu se propaga decat in linie dreapta, de aceea avem nevoie sa plasam din loc in loc relee de retransmisie, pe care trebuie sa le plasam in locuri cat mai inalte... Cat de inalte? De aici, cu siguranta, ne vine si noua ideea pe care a avut-o cu mai bine de jumatate de secol in urma Arthur Clarke: sa mutam releul in cosmos.

Probleme noi

Enuntarea problemelor este o treaba deosebit de simpla. Mai greu este sa gasesti solutiile. Asa s-a intamplat si in cazul telecomunicatiilor prin intermediul satelitilor. In primii ani ai explorarii spatiale, pe vremea cand totul era luat de la zero, s-au incercat mai multe variante de telecomunicatii spatiale. Cea mai simpla dintre ele consta in plasarea pe orbita terestra a unor baloane, cu diametrul de 30-40 m, acoperite cu material care sa reflecte undele radio. Acest tip de retransmitere a semnalului se numeste pasiv, din cauza ca la bordul satelitului nu se gaseste nici un dispozitiv electronic, care sa preia si sa retransmita semnalul. Primul satelit pasiv de telecomunicatii a fost Echo 1 cu ajutorul caruia s-au transmis imagini de televiziune, la 24 aprilie 1962, la o distanta de aproximativ 4 300 km. Asa cum afirmau specialistii participanti la experiment "imaginile erau neclare, de proasta calitate, dar se putea intelege ceva din ele". Satelitii pasivi nu au putut avea viitor. Desi extrem de simpli si ieftini, ei puneau doua probleme majore. In primul rand, semnalul receptionat era foarte slab. In al doilea, durata unei legaturi nu putea depasi 10-20 minute, deoarece satelitul, evoluand pe orbite joase, are o durata de vizibiliate limitata. (In paranteza, sa spunem ca s-a incercat crearea unei "oglinzi radio" alcatuita dintr-o pulbere fina de cupru. La rezultatele slabe obtinute s-au adaugat protestele viguroase ale astronomilor, care se vedeau bruiati de aceasta gaselnita tehnica.) Prima problema a fost rezolvata, o data cu dezvoltarea exploziva a electronicii, prin amplasarea la bordul satelitilor de telecomunicatii a unor dispozitive, numite transpondere, care receptioneaza semnalul de la sol, il amplifica si il reemit catre Pamant, modificandu-i frecventa. Cea de-a doua problema, durata limitata de vizibilitate, a trebuit sa mai astepte o vreme pana sa fie rezolvata. Pentru a ajunge la solutia eleganta propusa de Arthur Clarke erau necesare noi progrese in domeniul tehnicii spatiale. Asa ca s-a apelat la unul dintre principiile fundamentale ale ingineriei: gasirea unui compromis. Satelitul de telecomunicatii a fost plasat pe o orbita eliptica foarte alungita, astfel incat se obtinea un timp de "vizibilitate" suficient de lung. Din aceasta gama de sateliti au facut parte, printre altii, Telstar si Relay (lansati de americani) si satelitii Molnia (lansati de sovietici). Acestia din urma aveau perioada orbitala de 12 ore dintre care 9 ore puteu fi folositi de sovietici pentru asigurarea transmisiunilor radio pe teritoriul national (ceva mai mare in acea vreme).

Satelitii geostationari

O data cu dezvoltarea tehnicii spatiale a devenit posibila utilizarea satelitilor geostationari. Primul dintre acestia a fost lansat de catre americani in 1964, dupa care, in 1965, a fost lansat satelitul Early Bird, care asigura 240 de circuite de comunicatie intre Europa si America. Evolutia a fost rapida. Intelsat V avea, in 1980, 12 000 de circuite, Intelsat VI, in 1990, avea 24 000, iar Intelsat VII, in 1995, avea 40 000. O data cu dezvoltarea sistemelor de alimentare cu energie electrica a satelitilor si cu miniaturizarea dispozitivelor de retransmisie a devenit posibil un lucru pe care nici macar nu-l speram cu cateva decenii in urma: receptia directa, prin satelit, la mare distanta, a programelor de televizune. Este adevarat, acum televiziunea prin cablu pare sa ocupe primul loc in topul preferintelor, dar sa nu uitam de semenii nostri care locuisc in zone izolate, unde cablul nu ajunge... Sa mai adaugam, asa in fuga, un mic amanunt. Revolutia tehnicii de calcul a permis convertirea clasicelor semnale analogice (cele pe care le receptioneaza un televizor obisnuit) in semnale digitale (cele cu care lucreaza calculatorul). Astfel cu un singur transponder se pot retransmite 10 canale (digitale) simultan. Ce este un satelit geostationar? Un satelit geostationar este un obiect fabricat de mana omului, care are o perioada orbitala egala cu durata unei zile siderale (aproximativ 23h 56m 4,1s), ce evolueaza la o altitudine de 35 786 km si se deplaseaza cu o viteza de 3 075 m/s. Cu numai trei sateliti geostationari se poate asigura, in principiu, un sistem de telecomunicatii, care poate conecta radio oricare punct de pe glob. Iata, veti spune, aceasta este solutia! La prima vedere si pentru anumite aplicatii, aveti perfecta dreptate. Numai ca omul o data cu rezolvarea unei probleme descopera noi trebuinte. Satelitul geostationar este foarte bun, atunci cand dispui de puteri mari de emisie si atene de receptie cu diametrul de cel putin 0,5 m. Dar omul modern, insetat de a fi in legatura cu alti semeni ai sai, trebuie sa poata comunica din locuri izolate, fara a avea la dispozitie decat o cutiuta (telefonul mobil), lipsita de o antena mare si incapabila sa emita semnalul puternic, cerut de satelitul geostationar. Trebuie gasita solutia. Oricat ar parea de ciudat, aceasta consta in reintoarcerea la...

Satelitii de joasa inaltime

In principiu, un satelit de joasa inaltime este acelea care evolueaza la altitudini cuprinse intre 700 si 1 500 km. Evident, acesta nu poate ramane deasupra unui anumit punct al globului terestru, ci, asa cum am aratat pe la inceputul incursiunii noastre in lumea telecomunicatiei prin satelit, durata maxima de vizibilitate nu poate depasi 15-20 minute. Acesta este marele dezavantaj. In schimb, satelitii de joasa inaltime sunt mai ieftini si mai usor de lansat. In plus, echipamentul necesar la sol pentru asigurarea unei comunicatii stabile poate avea dimensiuni foarte mici, putand incapea intr-o cutie de dimensiuni rezonabile, nu cu mult mai mari decat acelea ale unui telefon mobil. Dispare astfel necesitatea unei infrastructuri uriase, impusa de tehnologiile clasice. Toate bune, dar cum rezolvam problema vizibilitatii? Simplu, apelam din nou la electronica si folosim mai multi sateliti, astfel incat deasupra oricarui punct de pe Pamant sa se afle cel putin un satelit. "La ce ne trebuie electronica?", veti intreba dumneavoastra. Raspunsul nostru vine imediat. Semnalul emis de la sol, de exemplu, de catre un telefon mobil este preluat de satelitul care il "vede". Dispozitivele electronice aflate la bordul sau il amplifica si analizeaza coordonatele destinatarului, dupa care retransmit mesajul catre alt satelit pana cand, in cele din urma, acesta ajunge la unul aflat deasupra destinatarului. Desi procedura descrisa mai sus seamana cu antica stafeta, procesul este foarte rapid. Sa nu uitam ca evenimentele se desfasoara cu viteza luminii. Sa dam cateva exemple de asemenea adevarate constelatii de sateliti. -ECCO, cu 12 sateliti ce evolueaza la 2 000 km altitudine, care acopera latitudinile nordice si sudice mai mari de 23°. -GLOBALSTAR, cu 48 de sateliti ce evoleaza la 1 414 km altitudine si poate acoperi zonele cu latitudini mai mici de 70°. -IRIDIUM, cu 66 de sateliti, care evolueaza la 780 km altitudine, cu acoperire globala. Marturisim ca datele prezentate mai sus sunt extrem de "fluide". De exemplu, cea mai ambitioasa constelatie de sateliti este, evident, IRIDIUM, care si-a propus, nici mai mult, nici mai putin, sa acopere intreaga suprafata terestra. Din nefericire, in ciuda anuntarii cu mare tam-tam a reusitei, la scurta vreme a venit escul. Costul dispozitivului de emisie-receptie (telefonul mobil conectat direct la satelit) se ridica la 3 000 $ iar pentru fiecare minut de convorbire trebuiau platiti alti 7 $ (mai ceva ca Romtelecom-ul). Asa ca la 31 august a.c. Motorola, principalul actionar al sistemului Iridium anunta cu regret stingerea constelatiei de sateliti, care, pentru a nu deveni un pericol pentru viitoarele retele sau pentru misiunile cu echipaj uman, a fost coborata de pe orbita. Astfel au ars miliardele de dolari investiti in sistem. Sa nu privim, totusi, cu scepticism utilitatea constelatiilor de sateliti. Acum se fac doar primii pasi. Va veni si ziua in care plasarea unui satelit pe orbita va deveni ieftina. Daca NASA se tine de cuvant, cu al sau motor Aerospike, putem spera ca vom scapa de 90% din costurile implicate de lansarea satelitilor... Apoi, cu siguranta, se vor gasi si solutiile pentru reducerea costurilor echipamentelor si... totul va intra pe fagasul normal.

Concluzii?

Din cate am aratat pana acum cosmosul ne ofera o larga gama de optiuni pentru telecomunicatiile spatiale. Depinde numai de noi sa il populam cu obiecte utile, astfel incat telecomunicatiile la mare distanta sa intre cu adevarat in bagajul tehnologic al oricarui om de pe planeta.