Sidesatelliit

Sidesatelliit ehk sidetehiskaaslane on satelliitside otstarbeks kasutatav Maa tehiskaaslane. Sellel paiknevad retranslaatorid, mis võtavad raadiosignaale vastu, töötlevaid neid ja saadavad edasi. Retranslaatoritel on side maajaamadega või ka omavahel. Sidesatelliitide retranslaatorit nimetatakse transponderiks. Ühel sidesatelliidil võib olla mitukümmend transponderit. Sidesatelliite kasutatakse televisiooni, telefoni, raadio, interneti ja sõjaväe otstarbeks. Erafirmade ja valitsuste kasutatavaid sidesatelliite tiirleb ümber maakera ligikaudu 2000.
Juhtmevaba ühendus kasutab elektromagnetlaineid, et edastada signaale. Nende signaalide saatjad ja vastuvõtjad peavad olema üksteise vaateväljas ning seega ei saa neid Maal kasutada, et suurte vahemaade tagant andmeid vahetada. Sidesatelliitide eesmärgiks on edastada signaale Maa kumeruse taha, et signaale saaks saata pika vahemaa taha.

Ajalugu

Esimene raadiosaatjaga satelliit oli Sputnik 1, mis oli ka esimene Maa tehiskaaslane. Sputnik 1 lennutati kosmosesse 4. oktoobril 1957.

Project SCORE oli esimene satelliit, mis saatis heliteate kosmosest Maale. SCORE lennutati kosmosesse 18. detsembril 1959. 19. detsembril saatis satelliit Maale president Dwight Eisenhoweri jõuluteate, mis lindistati ja salvestati satelliidi lintmagnetofonile viimasel hetkel enne raketi õhkutõusu.

Ameerika Ühendriikide TIROS-1, lennutatud 1. aprill 1960, oli esimene satelliit, mis saatis Maale pilte. TIROS-1 põhieesmärk oli tehnoloogiaid testida, et arendada ülemaailmset meteoroloogiasatelliitide infosüsteemi. Satelliidi peal oli selleks kaks eri eraldusvõimega kaamerat ning lintmagnetofon, et tehtud pilte salvestada, kui satelliit ei olnud maajaama vaateväljas.

Maailma esimene sidesatelliit, mis suutis signaale edasi saata, oli Echo 1. See lennutati üles 12. augustil 1960. Echo 1 lendas 1600 kilomeetri kõrgusel merepinnast ja oli suuteline peegeldama signaale Maa ühest punktist teise, toetudes maailma vanimale lennutehnoloogiale – õhupallile, teise nimega aerostaadile.

Esimene sidesatelliit geostatsionaarsel orbiidil pidi olema USA Syncom 1, mis lennutati välja ja pidi jõudma oma orbiidile 1963. aastal. Kuid pärast täpse orbiidi saavutamiseks kasutatud mootorite käivitamist kadus igasugune side satelliidiga.

Esimene kommertsotstarbeline sidesatelliit Intelsat 1 (Early Bird), mis kõne- ja andmeside kõrval edastas ka televisiooniprogrammi, alustas tööd 1965. aastal.

Tüübid
Sidesatelliidid võivad olla kas passiivsed või aktiivsed. Passiivsete satelliitide tööks on "peegeldada" ehk edastada sissetulevat signaali ilma seda võimendamata. Signaali tugevust ja kvaliteeti algpunktist lõpp-punkti mõjutavad saatja võimsus, "peegelduse" kvaliteet ja üldine kadu üles-lingi ja alla-lingi vahel. Aktiivsed satelliidid suudavad aga lisaks edastamisele seda signaali transponderi abil võimendada ja korrata. Võimenduse käigus paraku võimendatakse ka kõik saabuv müra ja häired. Selle vastu kasutatakse regeneratiivseid retranslaatoreid.
Passiivseid sidesatelliite kasutati rohkem satelliitside arengu alguses, tänapäeval on suurem osa sidesatelliite aga aktiivsed.

Transponderid
Satelliiditransponderid on kas regeneratiivsed või mitteregeneratiivsed:
 regeneratiivne retranslaator demoduleerib vastuvõetava signaali, töötleb seda (parandab vigu, võimendab) ja moduleerib edasisaatmiseks uuesti;
mitteregeneratiivne retranslaator viib vastuvõetava signaali teisele kandesagedusele, võimendab signaali ja saadab edasi.

Satelliitide orbiidid

Maa-lähedane orbiit

Maa-lähedase orbiidi kõrgus on vahemikus 180–2000 kilomeetrit. 
Sidesatelliite võib paigutada Maa-lähedasele orbiidile, kuid terve maakera katmiseks on vaja satelliitide süsteemi, mis koosneks kümnetest satelliitidest. Kindlast kohast Maa peal näeb neid satelliite järjest 10–20 minutit. Maa-lähedase orbiidi plussiks on tema lähedus Maale, seega on sellele orbiidile satelliidi saatmine teistest kõige odavam ning viivitus satelliidi ja maajaama vahel on väike.

Keskmised orbiidid
Keskmised orbiidid jäävad Maa-lähedase ja geosünkroonse orbiidi vahele. Keskmiste orbiitide sideeriline periood jääb 2 ja 24 tunni vahele. Neil orbiitidel paiknevad peamiselt navigatsioonisatelliidid, näiteks GPS (20 200 km) või Galileo (23 222 km).

Geosünkroonne orbiit

Geosünkroonse orbiidi kõrgus on 35 786 km ekvaatori maapinnast. See orbiit on eriline selle poolest, et tema täheööpäev on sama pikk kui ööpäev Maal. See tähendab, et iga päev samal ajal paistab satelliit kindlas ja samas kohas taevas. Geosünkroonsel orbiidil võivad satelliidid liikuda mõlemas suunas.

Geostatsionaarne orbiit on geosünkroonse orbiidi eriliik, kus orbiidi suund kattub maa tiirlemise suunaga ja orbiit asub täpselt ekvaatori kohal. Sellel orbiidil olev satelliit paistab taevas umbes sama koha peal mistahes päeval ja mistahes ajal päevast. Kuu gravitatsiooni tõttu tõmmatakse ajapikku satelliitide orbiiti natuke ideaalsest kõrvale, aga seda saab põtkurite (ingl k thruster) abil parandada. Geostatsionaarse orbiidi peamiseks plussiks on, et sellel olevate satelliitidega suhtlemiseks ei pea antenni suunda muutma. Suurimaks miinuseks võib lugeda tema kaugust Maast, mille tõttu on sellele orbiidile saamine keerulisem ja kulukam ning suhtlemiseks on vaja võimsamaid antenne. Geostatsionaarsel orbiidil asub suur osa sidesatelliitidest.

Alamsüsteemid

Elektritoite alamsüsteem
Elektritoite alamsüsteemi eesmärgid on teistele alamsüsteemide vahel piisava energia jagamine, voolutarbe vähendamine akude pikemaks kestvuseks ja akude laadimine. Akude olemasolu on väga vajalik, kui peamiseks energiaallikaks satelliidi peal on päikesepaneelid. Seadmed töötavad akude pealt, kui satelliit ei ole päikese käes. Teine võimalus kosmoses elektrit toota on kasutada tuumaenergiat.

Kommunikatsiooni alamsüsteem
Kommunikatsiooni alamsüsteemi eesmärgiks on juhtida saatjate, vastuvõtjate ja saatjate-vastuvõtjate tööd. See alamsüsteem vastutab andmete vastuvõtmise ja saatmise eest. Sidesatelliitides on kommunikatsiooni alamsüsteem suur osa satelliidi ehitusest. Selle alamsüsteemi suurimad osad on antennid.

Struktuuri alamsüsteem
Struktuuri alamsüsteem vastutab satelliidi vastupidamise eest nii raketi lennu kui ka satelliidi töö ajal. Raketi lennu ajal tekkiv vibratsioon on tugev ja seega peab satelliidi struktuur olema piisavalt vastupidav, et vibratsioon ei suudaks seda mingil moel lõhkuda. Lisaks on struktuuri alamsüsteemi ülesanne hoida koos kõiki satelliidi osi. Näiteks seadmed, elektroonilised ühendused, päikesepaneelid, trükkplaadid ja antennid.

Satelliidi asendi halduse ja kontrolli alamsüsteem
Sidesatelliit peab oma tööks olema suunatud täpselt kindlas suunas, et ta saaks signaale vastu võtta õigetest kohtadest – maajaamadest või teistelt satelliitidelt. Sidesatelliidi asendit kontrollib ja juhib asendi halduse ja kontrolli alamsüsteem. Satelliidi asendit kontrollitakse kas magnetomeetrite, güroskoopide, päikese-, tähesensorite või muude seadmete abil. Alamsüsteemi kontrolli osa teeb kindlaks, mis suunas satelliit mingil hetkel paikneb. Andmehalduse alamsüsteem kasutab neid andmeid, et arvutada, mis suunas ja millise kontrolli osaga satelliiti pöörata. Satelliidi stabiliseerimiseks kasutatakse kas pöörlemist või kolmeteljelist stabilisatsiooni. Stabiliseerimiseks kasutatakse peamiselt kas väikeseid põtkureid või tiirlevaid hoorattaid, mis oma massi tõttu panevad satelliidi vastassuunas tiirlema.

Käsu- ja andmehalduse alamsüsteem
See alamsüsteem tegeleb kommunikatsiooni alamsüsteemilt saadud käskude töötluse, teiste alamsüsteemide juhtimise ja satelliidi pealt andmete kogumisega. Satelliidilt tuleb andmeid koguda kas teiste alamsüsteemide juhtimiseks või maajaamale saatmiseks. Andmeid kogutakse näiteks satelliidi temperatuuri, programmide ja operatsioonisüsteemide seisundi kohta ja teiste alamsüsteemide töö kohta.

Kasutusalad

Satelliittelefon

Paljud teenusepakkujad pakuvad globaalset ühendust ja piisavat levi, et telefoniga kõnelda. Seega saab satelliittelefone kasutada kõikjal Maal, sealhulgas põhja- ja lõunapoolusel. Satelliittelefone saab kasutada ka ilma telefonimastideta kohtades või eriolukorras, kui telefonimastid ei ole töökorras või on ülekoormatud. Satelliittelefone kasutavad sõjaväelased, meremehed ja isegi seiklejad.

Televisioon

Satelliittelevisiooni kasutamise eelduseks on satelliiditaldriku ja satelliidi vaheline otseühendus ilma segavate teguriteta. Nendeks võivad olla majad või suuremad puud, aga ka pilved taevas. Kõik need tegurid võivad telepildi kvaliteeti halvendada. Satelliittelevisiooni plussideks on kättesaadavus maakohtades, kuhu kaabeltelevisioon ei ulatu, ning kõrge kvaliteediga telepilt. Miinuseks on aga seadmete, eriti satelliiditaldriku, maksumus.

Raadio

Nagu ka televisioonil, on satelliitraadio eeliseks suur leviala väheste raadiosaatjate abil. Raadiosatelliit on nagu väga pikk raadioantenn, millelt saadetud raadiosignaalid on kõrge kvaliteediga.

Viited

Telekommunikatsioon