1. Introdução

O segmento solo é baseado em uma estação terrena, cujas principais funções são: realizar o rastreio e a identificação de satélites, enviar comandos e receber dados de telemetrias. O satélite ITASAT-1 será acompanhado pela estação terrena presente no próprio campus do ITA, que será utilizada por operadores treinados e contará com um software de interação a ser desenvolvido.

2. Set-ups e equipamentos

A estação terrena é baseada em um PC em funcionamento. O computador é usado para realizar tarefas de controle (rastreamento do satélite, controle do rádio) e modulação/demodulação digital. São utilizados 4 softwares principais: um para o rastreio e controles do rádio e dos rotores, um para interface gráfica, um para realizar a modulação e demodulação digital em VHF e UHF e um para demodulação digital na banda-S. O rack de instrumentos é composto por vários equipamentos, que podem ser vistos na figura 1. Em particular:

• O controle de rotores é usado para controlar a elevação e o azimute dos rotores para seguir o satélite durante uma passagem;
• O computador é a unidade de processamento central, que controle o rastreio do satélite e lida com os dados demodulados;
• O Transceiver VHF UHF contem o modem e os blocos de ganho necessários para a comunicação com o satélite;
• O receptor de banda-S é usado para realizar a recepção de dados digitais de banda-S;
• A UPS é utilizada para prevenir perda de dados devido à queda de energia, por até 15 minutos.

Figura 1- Detalhes do rack de equipamentos

3. A operação da estação terrena

A operação da estação é feita de maneira quase totalmente automática. Ao usuário cabe apenas configurar corretamente o software para que seja feito o rastreio do satélite desejado. Isto é feito a partir da inserção de dados chamados TLEs (Two-Line Element), que são um conjunto de coordenadas calculadas de maneira a permitir ao software prever a trajetória aproximada do satélite. Tendo estes dados em mãos, o software se encarrega da parte principal: controlar a antena para acompanhar a passagem do satélite e receber os dados de telemetria enviados. Na figura 2, tem-se a tela do programa GSat, que dá ao usuário um feedback visual da posição do satélite (no caso, o satélite NCBR1) e sua área de cobertura (ponto e oval amarelos) em relação à antena e sua área de cobertura (ponto e oval azuis).

Figura 2 - O software Gsat, que dá feedback visual da posição dos satélites

Estando configurada a TLE para o satélite desejado, é possível acompanhar o rastreio por meio do software UVTransceiver, que realiza a modulação digital em VHF e UHF. Por ele é possível configurar o rádio e fazer uplinks de comandos para o satélite. Tem-se, na Figura 3, a aba FFT do programa. Ela dá ao usuário uma representação visual do sinal do rádio e permite que sejam feitas alterações manuais na frequência central, com o intuito de se sincronizar o sinal recebido com a estação para recebimento dos dados de telemetria do satélite.

Figura 3 - O software UVTransceiver, na aba FFT

Quando o rastreio é iniciado, é possível notar, no programa GSat, que o satélite começa a entrar no raio de captação da estação terrena. Conforme o andamento do rastreio, o satélite desloca-se ao longo deste raio até deixá-lo, o que caracteriza o fim do rastreio. Na Figura 4, é possível ver o momento em que o satélite (ponto roxo) se aproxima da estação (ponto azul).

Figura 4 - Satélite se aproximando da estação

Conforme o raio de transmissão de sinais do satélite aproxima-se do raio de captação da estação, passamos a visualizer um pico no espectro do sinal recebido. Na figura 5, este espectro é visível, e percebe-se que ele está fora da faixa de passagem.

Figura 5 - Área de passagem desalinhada com o sinal

Visível também nas figuras, está uma “área cinza”; trata-se da faixa de passagem (banda) do sinal de rádio. É importante salientar que o software consegue automaticamente ajustar esta frequência para compensar variações, como o efeito Doppler. Idealmente, a faixa deve estar sempre centralizada na área da frequência central, o que nem sempre pode acontecer automaticamente (como na figura 5). Assim, é possível corrigir a posição da faixa de passagem para que os picos passem a se encontrar bem ao centro, maximizando o recebimento de dados (figura 6).

Figura 6 - Faixa de passagem alinhada, após ajustes realizados pelo operador

Ainda neste mesmo software, existe uma aba chamada Terminal. Nela é possível visualizar os dados recebidos e ter certeza de qual satélite está enviando os dados. Até o presente momento, a estação no ITA foi capaz de receber dados de telemetria de três satélites diferentes: o NCBR1, que tem sido o alvo principal dos rastreios; o QB50-P2, cujo rastreio costuma se iniciar imediatamente após o do NCBR1, e o Delfi-C3. Usualmente, é possível receber mais dados do satélite QB50-P2 do que dos outros.

4. Conclusão

A Operação Solo da estação terrena possui grande potencial. Não é difícil de operar, visto que a maior parte do processo, como posicionamento da antena, é feita de maneira automática pela estação, ou seja, não requer nenhum tipo de conhecimento avançado por parte do usuário. Já foram realizados rastreios completamente automáticos, contando apenas com o posicionamento da faixa de passagem do sinal de rádio realizado pelo próprio software, que resultaram em recebimentos de dados de telemetrias de medianos a bons. Interessante salientar também é que, como o sistema operacional utilizado na estação é o Debian Linux, é possível utilizar um software para fazer o acesso remoto da estação. Assim, os operadores podem acessar a estação no momento do rastreio para fazer o acompanhamento manual de qualquer lugar em que estiverem, desde que estejam em posse de um computador, celular ou tablet com o software de acesso remoto instalado e acesso à internet. Devido a essas facilidades, futuramente espera-se que a estação possa realizar mais rastreios, de mais satélites. Como o treinamento de operadores é um processo simples, também não haveria grandes restrições quanto à quem poderia operá-la. Há também previsão para o desenvolvimento de um software de operação e controle da estação, que funcionará como um banco de telecomandos e gerenciador de telemetrias, que possa, localmente, tratar ou decodificar os dados recebidos dos satélites em valores de engenharia úteis, para que a estação possa ser um ponto de concentração de dados para posterior distribuição, tornando o processo ainda mais completo.