Onde estão os satélites artificiais?

01 de abril de 2018

Desde o início da exploração espacial, estudos são desenvolvidos para obter a melhor forma de lançamento de foguetes e colocação em órbita de satélites. Hoje sabemos que existem milhares de objetos circulando no espaço em volta da Terra, a maioria deles já desativada e inútil.

O que hoje pouca gente sabe é que muito do que é aplicado nos cálculos das órbitas começou a mais de 400 anos com o astrônomo alemão Johannes Kepler e suas três leis: a lei das órbitas elípticas (as trajetórias não são circulares como se supunha), a lei das áreas (a velocidade do astro varia, conforme distância ao corpo central) e a lei dos períodos. Esta última, mostrou a relação matemática que une período de translação com raio da órbita. Pronto! Estavam lançadas as bases da astronáutica moderna.

Anos mais tarde, Newton avançou nas Leis de Kepler e acrescentou sua Lei da Gravitação Universal onde ele relacionava a massa dos objetos envolvidos, aplicando sempre sua nova ferramenta, também criada por ele, o Cálculo. Com isso, dados alguns parâmetros podemos calcular altitude, velocidade dos corpos em órbita, e como mantê-los nela.

Satélites artificiais, telescópios espaciais ou estações têm conforme a função uma órbita específica, onde têm altitudes e velocidades características próprias, onde uma divergência pode fazê-lo cair ou mergulhar nas profundezas do espaço.

ÓRBITA BAIXA

Aqui estamos entre 200 km até 2.000 km de altitude, satélites e outros objetos nessa região sofrem forte arrasto atmosférico, precisando constantemente ter suas trajetórias ajustadas, especialmente os que ficam abaixo dos 500 km, como a famosa Estação Espacial Internacional - EEI - que se mantém a cerca de 360 km e que de tempos em tempos tem que acionar propulsores e se reposicionar a altitude correta e manter sua velocidade média de 27.600 km/h. Outro morador importante da região é o Telescópio Espacial Hubble, orbitando a cerca de 540 km de altura a 7,59 km/s. Abaixo dos 200 km o intenso atrito atmosférico impede a estabilidade dos satélites, o que faz perder velocidade e, como ensinou Kepler, altitude.

Telescópio Espacial Hubble em órbita

ÓRBITA MÉDIA

Na órbita média os satélites já não precisam de ajustes de altitude, quase não sofrem influência da atmosfera por estarem acima de 2.000 km a abaixo de 35.786 km. Portanto, nessa região são utilizados satélites que precisam ser estáveis como os satélites de posicionamento global (GPS) que ficam a 20.200 km de altura, temos também o GLONASS, o "GPS" da Rússia a 19.100 km e o sistema Galileo, o "GPS" europeu (ninguém que ser refém dos EUA) a 23.222 km. Os períodos orbitais variam de 2 horas a pouco menos de 24 horas.

Esquema da distribuição dos satélites GPS e parâmetros, obtido junto a Universidade do Colorado - EUA

ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA

Aqui os satélites têm que estar numa altitude de 35.786 km e mantidos com inclinação zero em relação à linha do equador. Como o nome diz, os satélites nessa órbita parecem fixos no céu em relação ao observador no solo, pois os mesmos possuem a mesma velocidade angular da rotação terrestre, mantendo-se sempre sobre o mesmo ponto, por isso são muito utilizados para comunicações, meteorologia e TV.

Os satélites vermelho e preto são geoestacionários.

Ainda assim, fatores como a gravidade lunar, a gravidade solar e o fato da Terra não ser esférica (o equador é elíptico) faz com que ajustes precisem ser feitos, mas a capacidade de propelente transportável limita a vida útil do satélite.

ÓRBITA GEOSSÍNCRONA

Muito semelhante a geoestacionária, aliás esta é um tipo mais específico de órbita, pois a geossíncrona é mais, digamos, flexível. Aqui os satélites, vistos do solo, parecem sempre retornar a mesma posição após um dia sideral. Ao contrário da geoestacionária, na geossíncrona podemos ter inclinação diferente de zero em relação ao equador.

Esquema de órbita geossíncrona

ÓRBITA ALTA

Acima da altitude da geossíncrona, 35.786 km, temos a órbita alta. Seus períodos são maiores que o da rotação terrestre, o que fazer ter um movimento retrógrado quando observados do solo. Como representantes daqui temos os satélites da família Vela dos EUA lançados entre 1963 e 1970 para monitorar explosões nucleares dos outros países. Hoje, desativados, moram entre 101.000 km e 116.00 km de altura. Também aí se encontra o IBEX, americano de 2008, para estudo do Sistema Solar, seu perigeu fica 59.190 km da superfície terrestre e o apogeu a 312.199 km (4/5 da órbita lunar).

Satélite IBEX, morador da órbita alta.

ÓRBITA CEMITÉRIO ou ÓRBITA DE DESCARTE

Quando um satélite da órbita geossíncrona encerra suas atividades, ele se torna um objeto potencialmente perigoso para os que ainda se mantêm ativos. Nesse caso, eles são direcionados para uma órbita acima, supersíncrona, mais conhecida como cemitério que fica algumas centenas de quilômetros acima da órbita operacional. Trata-se de uma manobra difícil e que consome muito combustível, tanto que de todos os satélites que foram tentados o envio para lá, apenas um terço puderam "descansar em paz".

Colocando um satélite no cemitério, os pontos Burn 1 e Burn 2 são os locais de propulsão para mudança de órbita.