Análise de fenômenos ionosféricos no planejamento de enlaces de comunicação em missões espaciais

Abstract

O avanço tecnológico e as oportunidades de lançamentos têm proporcionado o desenvolvimento de missões espaciais de pequenos satélites por diferentes organizações em todo o mundo para diversas aplicações. Destaca-se a tendência de utilização do padrão CubeSat, que, normalmente, utiliza a banda estreita nas frequências UHF para se comunicar. A utilização da banda estreita proporciona vantagens como maior penetração e menor atenuação na camada troposférica se comparado com a banda larga. Entretanto, na camada ionosférica há fenômenos como cintilação, rotação de Faraday e atraso ionosférico que podem impactar significativamente os sinais de banda estreita do satélite. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma proposta de processo para planejamento de missão espacial considerando os riscos dos fenômenos ionosféricos, em especial da cintilação, e sua contribuição para redução da margem do canal de comunicação. Inicialmente, uma análise dos principais efeitos das camadas ionosférica e troposférica é apresentada, contextualizando para aplicações no Brasil, ou outros setores com características semelhantes. Especificamente, é apresentada uma metodologia que leva em consideração o impacto da cintilação ionosférica, medida por meio do índice S4, na atenuação de potência do sinal de forma a orientar o planejamento do enlace de comunicação, e a caracterização das janelas de menor risco para comunicação em cenário ionosférico perturbado por tempestades solares, relacionados a eventos de Clima Espacial. O processo proposto busca determinar e melhorar a confiabilidade do canal de comunicação, principalmente em regiões com altos índices de cintilação ionosférica como a do Brasil. O processo desenvolvido foi aplicado no contexto de análise de missão espacial do CubeSat AlfaCrux, possibilitando investigar possíveis cenários de operação e os impactos da cintilação ionosférica no enlace de comunicação entre o CubeSat e a estação terrena localizada em Brasília/DF.