Órbitas geossíncronas são vitais para comunicações e satélites de monitoramento da Terra

Órbitas geossíncronas são cruciais para permitir que os satélites viajem em sincronia com a Terra. Crédito da imagem: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images

Uma órbita geossíncrona é uma posição especial bem acima da Terra que permite que um objeto acompanhe a rotação do nosso planeta.

Em órbitas geossíncronas circulares, os satélites estão em um "ponto ideal" no qual permanecem no mesmo local por longitude, mas podem se deslocar para o norte e para o sul, de acordo com o NASA Earth Observatory.

Isso significa que, para observadores na Terra, um satélite em uma órbita geossíncrona pareceria, na maioria das vezes, estar em uma posição fixa no céu.

Manter a mesma localização sobre a Terra é extremamente útil para satélites encarregados de missões de monitoramento, rastreamento do clima e outras tarefas de sensoriamento remoto, além de ser importante para satélites de comunicação. 

Órbitas geossíncronas também são chamadas de "órbitas Clarke" ou satélites nesta órbita são descritos como estando no "Cinturão Clarke" em homenagem ao famoso escritor de ficção científica, Arthur C. Clarke. 

Em uma carta de 1945 para a publicação Wireless World, Clarke descreveu sua visão de uma máquina em órbita que poderia facilitar as comunicações em todo o mundo. 

O "satélite artificial" de Clarke estaria à distância correta da Terra para permitir que fizesse uma volta em torno de um eixo a cada 24 horas. Isso significaria que ele permaneceria estacionário acima do mesmo ponto sobre a Terra, mantendo-o dentro do alcance dos sinais ópticos por quase metade da superfície do planeta.

Esta foi a primeira sugestão de tal órbita geossíncrona.

QUAL É A ALTURA DE UMA ÓRBITA GEOSSÍNCRONA E COMO ELA FUNCIONA?

Órbitas geossíncronas são importantes para satélites de monitoramento da Terra. Esta imagem de um raio sobre o meio-oeste dos Estados Unidos foi capturada em 9 de maio de 2018 pelo instrumento Geostationary Lightning Mapper a bordo do satélite GOES-17 da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica. Crédito da imagem: NOAA

Um satélite em uma órbita geossíncrona mantém a mesma posição sobre a Terra, combinando a duração de sua órbita com o que é chamado de dia sideral da Terra, o tempo necessário para a Terra girar uma vez em relação às estrelas de fundo, que é 23 horas 56 minutos 4 segundos.

Os satélites estão em órbitas geossíncronas quando estão localizados a cerca de 35.786 quilômetros (22.236 milhas), de acordo com a Agência Espacial Europeia (ESA). Essa atitude deve ser constante para que um satélite permaneça sincronizado com o dia sideral da Terra.

Essa atitude também é muito maior do que outras órbitas, o que significa que os satélites em órbitas geossíncronas estão muito mais distantes da Terra do que aqueles em outros tipos de órbitas, tornando-os mais distantes.

Existem três tipos principais de órbita ao redor da Terra, órbitas terrestres baixas, órbitas terrestres médias e órbitas terrestres altas. No início, engenheiros e cientistas utilizaram órbitas terrestres baixas, acreditando que seria necessária muita energia para levar um satélite a uma órbita geossíncrona terrestre alta. 

Como todos os satélites, aqueles em órbitas geossíncronas permanecem lá porque realizam um ato de equilíbrio entre a influência gravitacional da Terra e sua velocidade. Um satélite tem que viajar mais rápido o suficiente para "derrotar" a força da gravidade. 

Órbitas mais baixas requerem maior velocidade para manter sua altitude. Isso ocorre porque a gravidade segue uma "lei do quadrado inverso" e, portanto, a gravidade da Terra é muito mais fraca em órbitas altas. 

Em uma órbita geossíncrona, para ficar em sincronia com o dia sideral e evitar a atração descendente da gravidade, a Agência Espacial Europeia (ESA) diz que os satélites precisam manter uma velocidade de cerca de 11.300 quilômetros por hora (7.000 milhas por hora).

ÓRBITAS GEOSSÍNCRONAS VS ÓRBITAS GEOESTACIONÁRIAS

Uma órbita geoestacionária é um tipo de órbita geossíncrona. Crédito da imagem: NASA/Robert Lea (criado com Canva)

Uma órbita geoestacionária é na verdade um tipo de órbita geossíncrona. A principal diferença entre uma órbita geoestacionária e uma órbita geossíncrona é que enquanto a última pode ter qualquer inclinação, a primeira órbita vê satélites permanentemente 'estacionados' sobre o plano do equador da Terra.

Na verdade, a NASA diz que as órbitas geoestacionárias são alcançadas selecionando uma órbita geossíncrona que é perfeitamente circular descrita como tendo uma excentricidade de 0 e uma inclinação de 0 diretamente no equador, ou baixa o suficiente para usar propulsão para manter sua posição sobre a Terra. 

Órbitas geossíncronas e órbitas geoestacionárias são prógradas, o que se refere a uma espaçonave se movendo na mesma direção do movimento do planeta, em oposição a retrógrada quando uma espaçonave se move em oposição à rotação 

QUAIS OBJETOS ESTÃO EM ÓRBITAS GEOSSÍNCRONAS

O fato de geossíncrono permitir que os satélites mantenham uma posição definida sobre o globo os torna particularmente úteis para o monitoramento do clima, permitindo que os cientistas observem continuamente uma área específica para ver como as tendências do clima surgem e se desenvolvem.

Um exemplo de satélites meteorológicos ao redor da Terra em órbitas geossíncronas são os geoestacionários da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) e o Satélite Ambiental Operacional (GOES) satélites do sistema GOES East (GOES-16) e GOES West (GOES-17).

Outro uso comum para órbitas geossíncronas são as comunicações. Um satélite em órbita alta acima da Terra pode cobrir tanto a Terra que a ESA diz que são necessários apenas 3 satélites igualmente espaçados para cobrir o planeta.

Outra vantagem de uma órbita geossíncrona é que as antenas na Terra não precisam redirecionar ou reposicionar para manter contato com satélites geossíncronos que mantêm a mesma posição sobre a Terra.

Isso levou a uma riqueza de satélites de comunicação em órbitas altas da Terra de países como México, Estados Unidos, Canadá, Reino Unido, Espanha e Rússia. Além das comunicações civis, os militares dos EUA usam satélites em órbitas geossíncronas para fins de comunicação e para monitorar áreas de interesse. 

De acordo com o site de monitoramento de satélites Satellite Signals, em agosto de 2022, havia 539 satélites ativos em uma órbita geossíncrona. 

Como a operação segura e eficiente dessa multiplicidade de satélites depende de eles manterem uma distância adequada entre si, a União Internacional de Telecomunicações (ITU) é responsável por atribuir os chamados "pontos de estacionamento" para satélites em órbita geossíncrona. A ITU também resolve disputas entre países em relação à interferência de frequência que também pode surgir se os satélites ficarem muito próximos uns dos outros. 

Em um artigo publicado em 2000 no Berkeley Technology Law Journal, Lawrence Roberts calculou que existem cerca de 1.800 "vagas de estacionamento" disponíveis em órbita geossíncrona. 

Este cálculo permite que os satélites mantenham uma distância segura de cerca de 2 graus ou cerca de 1 km (0,62 milhas) um do outro. Embora esse cálculo não leve em consideração os requisitos técnicos e operacionais de satélites individuais.

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RECURSOS ADICIONAIS

As órbitas estáveis dos satélites seriam possíveis sem considerar as leis de Isaac Newton e Johannes Kepler. Você pode ler sobre a vida de Kepler e suas leis de movimento planetário cortesia da NASA. Aprenda sobre os diferentes tipos de órbitas com mais detalhes com esses recursos do Projeto de Segurança Aeroespacial do Centro de Estudos Estratégicos e Internacionais. Veja quantos satélites estão passando por cima agora com esta visualização ao vivo do mapa mundial das posições dos satélites do site de observação do céu In the Sky.  

BIBLIOGRAFIA

• Órbitas geossíncronas vs geoestacionárias, GISGeography, [2022], [https://gisgeography.com/geosynchronous-geostationary-orbits/]
• Órbitas planetárias, Noções básicas de voos espaciais, NASA, [Acesso em 16/12/22], [https://solarsystem.nasa.gov/basics/chapter5-1/]
• Tipos de órbitas, ESA, [Acesso em 16/12/22], [https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits]
• Órbita geossíncrona, Science Direct, [Acesso em 16/12/22], [https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/geosynchronous-orbit]
• SQ Kidder, SATÉLITES E SATÉLITES DE DETECÇÃO REMOTA | Órbitas, Enciclopédia de Ciências Atmosféricas (Segunda Edição), [2015], páginas 95 -106
• Órbita geoestacionária (GEO), ESA, [Acesso em 16/12/22], [https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits#GEO]
• Dia sideral, Britannica, [Acesso em 16/12/22], [https://www.britannica.com/science/sidereal-day]
• M.Mills, Arthur C. Clarke e o Global Communications Satellite, "Orbit Wars", The Washington Post Magazine, [1997], pp. 12–13.
• Por que os satélites não caem do céu? NESDIS, [Acesso em 16/12/22], [https://www.nesdis.noaa.gov/news/why-dont-satellites-fall-out-of- o céu]
• LD Roberts, Uma Conexão Perdida: Redes de Satélites Geoestacionários e a União Internacional de Telecomunicações, Berkeley Technology Law Journal, vol. 15, ?3 (outono de 2000), pp. 1095–1144

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Referência:

LEA, Robert. What is a geosynchronous orbit? Space, Nova York, 26, dez. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/29222-geosynchronous-orbit.html>. Acesso em: 26, dez. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.