UNIVERSIDADPOLITCNICADE CARTAGENA

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS

DE TELECOMUNICACIN

Comuniaiones Espaiales

(Manual de Ejeriios)

Tema 3:

Subsistemas del satlite

Curso 2009-2010

AUTORES:

Fernando Quesada Pereira

Alejandro lvarez Meln

1Subsistemas del satlite

Ejeriio 1. El sistema de telemetra de un satlite geoestaionario obtiene muestras de 100 sensores

de forma seuenial. Cada muestra se transmite a la Tierra en una palabra de 8 bits en una trama

TDM. Se neesitan 200 bits adiionales en la trama para sinronizain en informain de estado. Los

datos se transmiten a una veloidad de 1 kilobit por segundo usando una modulain BPSK on una

portadora de baja potenia.

?

Cunto tiempo neesita un onjunto ompleto de muestras en ser enviado a la Tierra?.

Inluyendo el retardo de propagain,

?

Cul es el mximo tiempo que el operador de una estain

terrestre debe esperar entre el ambio en un parmetro del satlite y la reepin del nuevo valor

mediante el enlae de telemetra?. (Asuma una distania al satlite de 40000 Km).

Ejeriio 2. Un satlite rotatorio tiene eldas solares dispuestas alrededor de un tambor irular de 3

metros de dimetro, on una altura de 5 metros. El tambor rota a 60 rpm para estabilizar en giro el

satlite. Al nal de la vida til, se neesita que los paneles solares entreguen 4 kW de potenia eltria.

Calule la eienia de las lulas solares al nal de la vida til. Asuma que la densidad de

potenia de la radiain solar es de 1,39 Km/m2, y que el rea efetiva de absorin de las

lulas solares es igual a la se

in transversal del tambor.

Si las lulas solares se degradan un 15% a lo largo de la vida del satlite, de forma que la

potenia de salida al nal del tiempo de operain es el 85% de la potenia al omienzo,

?

ul

ser la potenia entrega por las lulas solares inmediatamente despus del lanzamiento?

Si el diseo de tambor rotatorio de elulas solares se reemplaza por otro de velas solares que giran

para apuntar haia el Sol de forma ontinua,

?

ul sera el rea neesaria de stas velas solares?

Asuma que las velas solares generan un 90% de la potenia de las eldas en un tambor rotatorio

debido a la mayor temperatura de funionamiento.

Ejeriio 3. Un satlite de distribuin direta de televisin (DBS-TV) se enuentra en rbita geoes-

taionaria. La potenia eltria requerida para operar el satlite y sus transmisores es de 4 kW. Se

pueden usar dos diseos para el satlite: estabilizain en tres ejes o tambor rotatorio (spinner).

Un satlite estabilizado en tres ejes tiene dos velas solares de igual rea que giran para apuntar

diretamente al Sol ontinuamente. La eienia de las eldas solares al nal de la vida til ser

de 15%. Calule el rea de la eldas requerida por el satlite geoestaionario y la longitud de

ada vela si el anho es de 2 metros.

Un diseo rotatorio del satlite de DBS-TV se realiza on un tambor ubierto de eldas solares.

El tambor tiene un dimetro de 3,5 metros. La eienia de las eldas solares ser de un 18%

al nal de la vida til. Al enontrarse algunas de las eldas en la osuridad, y otras iluminadas

Universidad Politnia de Cartagena Comuniaiones Espaiales

2slo parialmente por el Sol, el rea efetiva de las eldas solares en el satlite rotatorio es igual

al dimetro del tambor multipliado por la altura de la eldas solares distribuidas sobre ste.

Calule la altura del tambor para entregar 4 kW de potenia eltria.

Ejeriio 4. Las bateras onstituyen una parte signiativa del peso en rbita de un satlite de omu-

niaiones, pero son neesarias para mantener operativo ste durante los elipses solares. Un satlite

de difusin de televisin neesita 500 Watios de potenia eltria para mantenerse orretamente po-

siionado y 5 kW para operar sus 16 transpondedores de alta potenia. La durain mxima de un

elipse es de 70 minutos, durante los uales las bateras deben proporionar la potenia para mantener

el satlite operativo. Asimismo, estas baterias no se han de desargar ms de un 70% de su apaidad.

El bus del satlite opera a 48 V.

?

Cul es la orriente que se debe suministrar por la unidad de potenia para mantener el satlite

operando normalmente?

La apaidad de una batera se mide en amperios por hora, el produto de la orriente (en

amperios) que la bateria puede suministrar por la durain del tiempo que esta orriente es

entregada antes de que sta se desargue totalmente. Las bateras del satlite no se han de

desargar ms all del 70% de su apaidad durante la durain de un elipse. Enuentre la

apaidad de la bateria requerida para el satlite DBS-TV.

Si las bateras pesan 1,25 kg por amperio-hora de apaidad,?

Cunto peso se dedia a las baterias

en el satlite?

Si la mitad de los transpondedores se apagan durante un elipse,

?

Cul es el peso que se ahorra

en bateras?

Ejeriio 5. Un satlite geoestaionario da serviio a una regin que puede ser ubierta por el haz

de una antena de un satlite on un anho de 1, 8o. El satlite porta transpondedores en banda Ku

y en banda Ka, on antenas separadas en transmisin y en reepin. Para freuenias entradas en

14.0/11.5 GHz y 30.0/20.0 GHz, determine los dimetros de las uatro antenas del satlite.

Enuentre los dimetros de las dos antenas transmisoras. Espeique el dimetro y alule la

ganania a ada freuenia.

Enuentre los dimetros de las dos antenas reeptoras. Espeique los dimetros y alule la

ganania a ada freuenia.

Ejeriio 6. Un satlite geoestaionario da serviio en Estados Unidos en banda Ku. Las antenas en el

satlite presentan anhos de haz de 6ogrados en la dire

in este-oeste y 3

oen la dire

in norte-sur.

Se usa una antena diferente para transmitir en la banda de 11 GHz y otra en reepin en la banda

de 14 GHz.

Universidad Politnia de Cartagena Comuniaiones Espaiales

3Enuentre las dimensiones y estime la ganania de la antena transmisora en la dire

in norte-sur

y en la este-oeste.

Enuentre las dimensiones y obtenga la ganania de la antena reeptora en las dire

iones norte-

sur y en la este-oeste.

Ejeriio 7. El estado de Virginia se puede representar aproximadamente en un mapa omo un rea

limitada por 39, 5o-36, 5o de latitud Norte, y 76, 0o-83, 0o de longitud oeste. Un satlite geoestaionario

loalizado a 79, 5o oeste de longitud tiene una antena on una haz que ubre toda Virginia a una

freuenia de entral de 11, 155 GHz. En este problema las dimensiones de la antena estn sujetas a

dos ondiiones. En ambos asos use una eienia de la apertura del 65%.

La antena es un reetor parablio irular que genera un haz irular on un anho a 3 dB

igual a la diagonal del rea que limita el estado de Virginia. Calule la longitud de la diagonal

midiendo la distania en un mapa de Estado Unidos (wikipedia), y obtenga el anho de haz de la

antena a partir de geometra simple. De esta forma alule el dimetro de la antena del satlite

en metros y la ganania aproximada en deibelios.

La antena es un reetor parablio elptio on anhos de banda de 3 dB en la dire

in norte-

sur y en la dire

in este-oeste iguales a la altura y la anhura del rea que delimita al estado

de Virginia. Enuentre las dimensiones norte-sur y este-oeste en un mapa de los Estados Unidos

(wikipedia), y use la geometra para alular los anhos de haz a 3 dB requeridos para la antena

del satlite. Calule la ganania aproximada.

Ejeriio 8. El estado de Pensilvania tiene aproximadamente 1ode anho en la dire

in este-oeste

y medio grado en la dire

in norte-sur uando se observa desde un satlite geoestaionario en una

rbita a una longitud de 75oOeste. Calule:

Las dimensiones de la antena del enlae desendente en banda Ku para un satlite geoestaionario

on anho de haz a 3 dB iguales a la anhura y altura de Pensilvania. Use una freuenia de 11,0

GHz. Identique las dimensiones omo este-oeste y norte-sur.

Las dimensiones de una antena para enlae asendente en banda Ka sobre un satlite geoesta-

ionario on anhos de banda a 3 dB orrespondientes a la anhura y altura de Pensilvania. Use

la freuenia de 30 GHz. Identique las dimensiones omo este-oeste y norte-sur.

Suponga que la mxima dimensin del satlite en el lanzamiento es de 3 metros de anho, de-

terminada por el tamao de la oa del lanzador. Desriba omo lanzara los satlites de los

apartados (1) y (2) anteriores llevando: (1) la antena en banda Ku, y (2) la antena en banda Ka.

Ejeriio 9. Calule la potenia total radiada por el Sol en dBW. El Sol se enuentra a 150 millones

de kilmetros de la Tierra. A esta distania, la densidad de potenia del Sol es de 1,39 kW/m2. Esta

densidad de potenia est presente a lo largo de toda una esfera de 150 millones de kilmetros de radio.

Universidad Politnia de Cartagena Comuniaiones Espaiales