Um satélite de comunicações é um satélite artificial que retransmite e amplifica sinais de telecomunicações por rádio por meio de um transponder; ele cria um canal de comunicação entre um transmissor de origem e um receptor em diferentes localidades na Terra. Os satélites de comunicações são utilizados para aplicações em televisão, telefone, rádio, Internet e para fins militares. Alguns satélites de comunicações encontram-se em órbita geoestacionária a 22 236 milhas (35 785km) acima do equador, de modo que o satélite aparenta permanecer estacionário no mesmo ponto do céu; consequentemente, as antenas de antenas parabólicas de estações terrestres podem ser apontadas permanentemente para essa posição sem a necessidade de se moverem para rastrear o satélite. No entanto, a maioria compõe constelações de satélites em órbita terrestre baixa, onde as antenas terrestres precisam rastrear os satélites e alternar frequentemente a conexão entre eles.
As ondas de rádio empregadas para enlaces de telecomunicações propagam-se por linha de visada e, portanto, são bloqueadas pela curvatura da Terra. O propósito dos satélites de comunicações é retransmitir o sinal contornando a curvatura terrestre, permitindo a comunicação entre pontos geograficamente distantes. Os satélites de comunicações operam em uma ampla faixa de frequências de rádio e micro-ondas. Para evitar interferências nos sinais, organizações internacionais estabelecem regulamentações que definem quais faixas de frequência ou "bandas" determinadas entidades têm permissão para operar. Essa alocação de bandas minimiza o risco de interferência mútua de sinal.
História
Origens
Em outubro de 1945, Arthur C. Clarke publicou um artigo intitulado "Extraterrestrial Relays" na revista britânica Wireless World. O artigo descrevia os princípios fundamentais por trás da implantação de satélites artificiais em órbitas geoestacionárias para a retransmissão de sinais de rádio. Por essa razão, Arthur C. Clarke é frequentemente citado como o proponente original do conceito de satélite de comunicações, e a expressão "Cinturão de Clarke" passou a ser utilizada para designar essa órbita.
Réplica do Sputnik 1
O primeiro satélite artificial da Terra foi o Sputnik 1, colocado em órbita pela União Soviética em 4 de outubro de 1957. Ele foi desenvolvido por Mikhail Tikhonravov e Sergei Korolev, baseando-se nos estudos de Konstantin Tsiolkovsky. O Sputnik 1 estava equipado com um transmissor de rádio de bordo que operava nas frequências de 20,005 e 40,002MHz, correspondentes aos comprimentos de onda de 7 e 15 metros. O satélite não foi inserido em órbita com a finalidade de trafegar dados entre pontos terrestres; seu transmissor de rádio destinava-se a investigar as propriedades de propagação das ondas de rádio através da ionosfera. O lançamento do Sputnik 1 representou um marco histórico na exploração espacial e no desenvolvimento da tecnologia de foguetes, assinalando o início da Era Espacial.
Primeiros experimentos com satélites ativos e passivos
Existem duas classes principais de satélites de comunicações: os passivos e os ativos. Os satélites passivos limitam-se a refletir o sinal proveniente da fonte em direção ao receptor. Com satélites passivos, o sinal refletido não é amplificado na espaçonave, e apenas uma fração muito pequena da energia transmitida efetivamente atinge a estação receptora. Como o satélite encontra-se a grande distância da Terra, o sinal de rádio sofre atenuação decorrente da perda de percurso no espaço livre, resultando na recepção de sinais sumamente fracos no solo. Os satélites ativos, por sua vez, amplificam o sinal captado antes de retransmiti-lo aos receptores na superfície terrestre. Os satélites passivos constituíram os primeiros satélites de comunicações, mas caíram em desuso na atualidade.
Pesquisas iniciadas na área de coleta de inteligência eletrônica no Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos em 1951 deram origem ao projeto denominado Communication Moon Relay. Os planejadores militares demonstravam grande interesse por linhas de comunicações seguras e estáveis como necessidade tática; o objetivo final do projeto era a criação do mais longo circuito de comunicações da história humana até então, empregando a Lua, satélite natural da Terra, como um retransmissor passivo. Após realizar a primeira transmissão interoceânica entre Washington, D.C. e o Havaí em 23 de janeiro de 1956, o sistema foi publicamente inaugurado e entrou em operação formal de produção em janeiro de 1960.
O foguete Atlas-B com a carga útil do SCORE na rampa de lançamento; o próprio corpo do foguete (sem os motores de propulsão primária) compunha o satélite em órbita.
O primeiro satélite construído com o propósito específico de retransmitir comunicações de forma ativa foi o Projeto SCORE, conduzido pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPA) e lançado em 18 de dezembro de 1958. O SCORE utilizava um gravador de fita para armazenar e reproduzir uma mensagem de voz, bem como para receber, gravar e retransmitir mensagens enviadas de solo. Ele foi utilizado para difundir ao mundo uma mensagem natalina do presidente dos Estados Unidos, Dwight D. Eisenhower. O satélite executou também transmissões em tempo real antes de suas baterias não recarregáveis se esgotarem em 30 de dezembro de 1958, após oito horas acumuladas de funcionamento efetivo.
O sucessor direto do SCORE foi outro projeto gerenciado pela ARPA denominado Courier. O Courier 1B foi lançado em 4 de outubro de 1960 para investigar a viabilidade do estabelecimento de uma rede militar global de comunicações baseada em satélites do tipo "repetidor retardado" (store and forward), que recebiam e armazenavam informações até receberem comandos para retransmiti-las. Após 17 dias de missão, uma pane no sistema de comando encerrou as comunicações com o satélite.
O programa de aplicações de satélites da NASA lançou o primeiro satélite artificial utilizado para comunicações passivas por reflexão, o Echo 1, em 12 de agosto de 1960. O Echo 1 consistia em um satélite-balão metalizado com revestimento de alumínio que atuava como um refletor passivo de sinais de micro-ondas. Os sinais de comunicação eram refletidos na superfície do balão esférico entre diferentes localidades terrestres. O experimento demonstrou a viabilidade de transmissões globais de sinais de telefonia, rádio e televisão.
Outros marcos pioneiros e experimentos posteriores
O Telstar foi o primeiro satélite comercial de comunicações ativas de retransmissão direta e realizou a primeira transmissão transatlântica de sinais de televisão. Pertencente à AT&T como parte de um acordo multinacional envolvendo a AT&T, a Bell Labs, a NASA, a agência governamental britânica General Post Office e a empresa pública francesa PTT para desenvolver comunicações espaciais, o satélite foi lançado pela NASA a partir de Cabo Canaveral em 10 de julho de 1962, tornando-se o primeiro lançamento espacial com financiamento privado.
Outro experimento de retransmissão passiva voltado primordialmente a comunicações militares foi o Projeto West Ford, conduzido pelo Laboratório Lincoln do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Após uma falha no primeiro lançamento em 1961, um voo bem-sucedido em 9 de maio de 1963 dispersou 350 milhões de pequenas agulhas de cobre (dipolos) em órbita terrestre média para formar um anel refletor passivo. Embora apenas cerca de metade das agulhas tenha se separado adequadamente, o experimento comprovou com sucesso a transmissão de rádio na banda X do espectro de SHF.
Um precursor direto dos satélites geoestacionários foi o Syncom 2, construído pela Hughes Aircraft e lançado em 26 de julho de 1963. O Syncom 2 foi o primeiro satélite de comunicações em órbita geossíncrona. Ele completava uma revolução em torno da Terra a cada dia com velocidade constante; todavia, como sua órbita possuía inclinação em relação ao equador, apresentava movimento oscilatório aparente no sentido norte-sul, demandando antenas terrestres móveis com mecanismos de rastreio. Seu sucessor, o Syncom 3, lançado em 19 de julho de 1964, foi o primeiro satélite de comunicações verdadeiramente geoestacionário. O Syncom 3 alcançou uma órbita geossíncrona circular e com inclinação nula sobre a linha do equador, aparentando para observadores na superfície terrestre estar fixo no firmamento.
Uma extensão direta dos testes passivos do Projeto West Ford foi o programa Lincoln Experimental Satellite (LES), também executado pelo Laboratório Lincoln sob patrocínio do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. O satélite ativo LES-1 foi lançado em 11 de fevereiro de 1965 para avaliar a viabilidade operacional de comunicações militares seguras de longa distância em banda X utilizando transmissores em estado sólido. Um total de nove satélites dessa série foi lançado entre 1965 e 1976.
Projetos internacionais de satélites comerciais
Selo indonésio retratando o satélite Palapa D; o Palapa D é um satélite comercial de telecomunicações da Indonésia.
Nos Estados Unidos, o ano de 1962 testemunhou a criação da Communications Satellite Corporation (COMSAT), uma empresa privada constituída sob a legislação federal do Communications Satellite Act de 1962 e orientada por diretrizes de política externa governamentais. Negociações multilaterais subsequentes estabeleceram a organização internacional Intelsat, culminando no lançamento do Intelsat 1 (conhecido como Early Bird) em 6 de abril de 1965, tornando-se o primeiro satélite comercial de telecomunicações operando em órbita geossíncrona. As gerações seguintes da frota Intelsat durante a década de 1960 introduziram transmissões simultâneas multidestino e serviços de voz, telex e vídeo para embarcações marítimas (série Intelsat 2 em 1966–1967), alcançando cobertura planetária completa com a série Intelsat 3 em 1969–1970. Na década de 1980, com a expansão da capacidade e a privatização do setor, a Intelsat passou a competir com operadoras privadas emergentes, como a PanAmSat nos Estados Unidos — empresa que viria a ser adquirida pela própria Intelsat em 2005.
No momento da formação da Intelsat, os Estados Unidos eram o único fornecedor de serviços de lançamento comercial fora do bloco soviético; a União Soviética não aderiu aos acordos da organização. A URSS lançou seu primeiro satélite de comunicações em 23 de abril de 1965 no âmbito do programa Molniya. Esse sistema introduziu a órbita Molniya, caracterizada como uma órbita altamente elíptica com período de doze horas e inclinação de aproximadamente 63,4°, gerando apogeus prolongados sobre o hemisfério norte. Essa configuração proporcionava longo tempo de visibilidade sobre o território soviético e sobre o Canadá, em latitudes muito setentrionais que ficavam fora da cobertura ideal de satélites posicionados no plano equatorial.
A partir da década de 2020, a rápida expansão de mega-constelações de banda larga em órbita terrestre baixa (como a Starlink), oferecendo serviços de internet de alta velocidade e baixa latência, provocou uma acentuada queda na demanda por novos satélites geoestacionários tradicionais de grande porte.
Órbitas de satélites
Os satélites de comunicações utilizam três classes principais de órbita, recorrendo-se a outras classificações orbitais para especificar parâmetros operacionais adicionais. As órbitas MEO e LEO compõem a categoria de órbitas não geoestacionárias (NGSO, do inglês non-geostationary orbit).
Os satélites geoestacionários operam na órbita geoestacionária (GEO), situada a 22,236 milhas (35,785km) da superfície da Terra. Essa órbita possui a propriedade de manter a posição aparente do satélite fixa no céu em relação a um observador terrestre, visto que o período orbital da espaçonave é rigorosamente igual ao período de rotação do planeta em torno de seu eixo. A principal vantagem é que as antenas receptoras e transmissoras terrestres podem permanecer apontadas de forma fixa para o satélite, prescindindo de atuadores de rastreamento mecânico móvel.
Os satélites em órbita terrestre média (MEO) operam em altitudes intermediárias, variando entre 2,000 a 36 000 quilômetros (1,243 a 22 369,363mi) de altitude acima da superfície terrestre.
A região inferior é denominada órbita terrestre baixa (LEO), compreendendo a faixa entre 160 a 2,000 quilômetros (99,419 a 1,243mi) acima do solo.
Como os satélites em MEO e LEO orbitam a Terra em velocidades superiores à velocidade de rotação planetária, eles não permanecem fixos no horizonte de uma localidade, mas surgem, atravessam a abóbada celeste e se põem periodicamente. Portanto, para assegurar comunicações ininterruptas nessas órbitas mais baixas, é necessária a implantação de um grande número de satélites coordenados em rede, garantindo que sempre haja pelo menos uma espaçonave visível acima da linha do horizonte de qualquer estação. Não obstante, a maior proximidade física em relação à Terra permite que as constelações LEO e MEO operem com latência substancialmente reduzida e demandem transmissores de menor potência de radiofrequência em comparação com satélites geoestacionários.
Uma órbita terrestre baixa (LEO) é tipicamente uma trajetória circular situada entre 160 carga elementars (0,00C)* acima da superfície da Terra, correspondendo a um período orbital de aproximadamente 90 minutos.
Devido à sua baixa altitude operacional, esses satélites mantêm visibilidade em linha de visada direta com estações terrestres apenas dentro de um raio de aproximadamente 1,000 quilômetro (0,621mi) ao redor de seu ponto sub-satélite. Ademais, mudam de posição aparente no céu com extrema rapidez. Portanto, mesmo para aplicações regionais, redes completas com dezenas ou centenas de espaçonaves são necessárias para assegurar tráfego contínuo de dados sem interrupções.
Os satélites LEO demandam custos de lançamento unitários menores e, em função da curta distância, exigem potências de transmissão consideravelmente inferiores para alcançar boa relação sinal-ruído (a intensidade do sinal eletromagnético decai com o quadrado da distância no espaço livre). Estabelece-se, assim, um compromisso de engenharia entre a quantidade total de satélites em órbita e seus custos unitários de fabricação e lançamento.
Um conjunto coordenado de satélites atuando de maneira sincronizada é denominado uma constelação de satélites. Dois sistemas pioneiros desse modelo voltados para telefonia via satélite e dados de baixa taxa em regiões remotas são a rede Iridium e a Globalstar. A constelação Iridium é constituída por 66 satélites operacionais organizados em seis planos orbitais com inclinação de 86,4°, contando com enlaces de comunicação diretos intersatélites (cross-links) que garantem cobertura global irrestrita sobre qualquer quadrante do planeta. A Starlink, operada pela SpaceX, consiste em uma mega-constelação de satélites em LEO destinada a prover acesso à internet via satélite em escala planetária.
É igualmente possível estruturar serviços descontínuos empregando satélites LEO capazes de receber e armazenar dados na passagem sobre uma estação transmissora terrestre e descarregá-los posteriormente na passagem sobre outro continente. Esse protocolo de "armazenar e encaminhar" (store and forward) é utilizado pelo sistema CASCADE do satélite canadense CASSIOPE e pela constelação comercial Orbcomm.
Uma órbita terrestre média localiza-se na faixa compreendida entre 2,000 a 35 786 quilômetros (1,243 a 22 236,389mi) acima da superfície terrestre. Os satélites MEO desempenham funções similares às dos sistemas LEO, mas permanecem visíveis acima do horizonte local de uma estação por intervalos de tempo muito mais amplos, variando tipicamente de 2 a 8 horas consecutivas. Além disso, proporcionam uma mancha de cobertura geográfica (footprint) consideravelmente maior do que os satélites de órbita baixa. A maior área coberta e a maior duração das passagens reduzem expressivamente a quantidade total de espaçonaves necessárias para formar uma constelação MEO com cobertura global contínua. Em contrapartida, a maior distância em relação ao solo introduz atrasos de propagação (latência) mais elevados e exige níveis de potência de transmissão superiores aos de uma rede LEO — embora com magnitudes bem inferiores aos valores extremos de uma órbita geoestacionária.
Diferentemente dos satélites GEO, os satélites MEO cruzam o céu e não conservam posição azimutal estática para receptores terrestres. Tipicamente, a altitude dessas espaçonaves situa-se por volta de 16,093 quilômetros (10,000mi) da superfície, completando uma revolução orbital em intervalos de 2 a 8 horas.
Exemplos de MEO
Em 1962 foi lançado o pioneiro Telstar, um satélite MEO concebido para viabilizar circuitos telefônicos e transmissões televisivas de longa distância. Embora tenha sido o primeiro sistema a demonstrar enlaces operacionais de micro-ondas além do horizonte terrestre, seu período orbital de 2,5 horas não permitia transmissões ininterruptas entre as estações transatlânticas, evidenciando que uma constelação com múltiplas espaçonaves seria requerida para prover disponibilidade constante.
Em 2013 iniciou-se o desdobramento da constelação de satélites MEO O3b, voltada a fornecer serviços de internet de alta velocidade e baixa latência para comunidades isoladas, plataformas petrolíferas marítimas e conectividade durante voos comerciais, operando em uma altitude equatorial circular de 8 063 quilômetros (5 010mi).
Para um observador localizado na superfície da Terra, um satélite em órbita geoestacionária aparenta permanecer imóvel em um ponto fixo no céu. Isso ocorre porque o satélite orbita a Terra exatamente sobre a linha do equador com uma velocidade angular idêntica à velocidade angular de rotação da Terra (completando uma revolução por dia sideral).
A órbita geoestacionária é altamente vantajosa para as telecomunicações pelo fato de as antenas terrestres poderem ser apontadas de forma fixa para a posição orbital da espaçonave, prescindindo de servomecanismos automatizados de acompanhamento mecânico.
Em serviços que demandam antenas em larga escala no segmento solo (como nos sistemas de televisão por assinatura DirecTV e Sky), a economia gerada pela simplicidade das antenas parabólicas residenciais supera amplamente os elevados custos de lançamento e inserção de uma grande espaçonave na órbita geoestacionária.
Exemplos de GEO
O primeiro satélite geoestacionário foi o Syncom 3, lançado em 19 de agosto de 1964, empregado para telecomunicações através do Oceano Pacífico e responsável pela transmissão internacional ao vivo dos Jogos Olímpicos de Verão de 1964. Pouco tempo depois, o Intelsat I (Early Bird) foi colocado em órbita em 6 de abril de 1965 na longitude de 28° Oeste, tornando-se o primeiro satélite comercial de telecomunicações sobre o Oceano Atlântico.
Em 9 de novembro de 1972, o primeiro satélite geoestacionário doméstico do Canadá, o Anik A1, foi lançado pela Telesat, seguido nos Estados Unidos pelo lançamento do satélite Westar 1 da Western Union em 13 de abril de 1974.
Em 30 de maio de 1974, foi lançado o ATS-6, o primeiro satélite geoestacionário de comunicações do mundo dotado de sistema de estabilização por três eixos, desenvolvido para a NASA.
Em 1975, a RCA Americom (posteriormente GE Americom, atual SES) colocou em órbita o Satcom 1. Essa espaçonave teve papel decisivo para o crescimento de redes pioneiras de TV a cabo nos Estados Unidos, como WTBS (atual TBS), HBO, CBN e The Weather Channel, pois distribuía a programação diretamente a todas as centrais de recepção de TV a cabo (headends) do país. O Satcom 1 foi também o primeiro satélite utilizado pelas grandes redes de televisão aberta americanas (ABC, NBC e CBS) para enviar sinal às suas emissoras afiliadas locais. O satélite destacou-se por dobrar a capacidade de transmissão em relação ao rival Westar 1 (operando 24 transponders contra os 12 deste último). Satélites das décadas seguintes expandiram ainda mais a quantidade de canais transponders instalados.
Como os satélites geoestacionários operam obrigatoriamente alinhados com o plano do equador terrestre, o seu ângulo de elevação aparente acima do horizonte decresce à medida que o receptor se distancia em direção aos polos. Isso introduz problemas severos para regiões de latitudes boreais extremas, resultando em enlaces obstruídos por acidentes geográficos ou perdas causadas por interferência de multicaminho (quando sinais refletidos no relevo interferem no sinal direto da antena).
Para latitudes polares muito elevadas, o satélite geoestacionário pode ficar situado abaixo da linha do horizonte visual. Para atender a essas áreas, a União Soviética concebeu e implementou a órbita Molniya.
A órbita Molniya é caracterizada por sua alta excentricidade e elevada inclinação orbital (em torno de 63,4°), parâmetros que eliminam a rotação secular do argumento do perigeu causada pelo achatamento da Terra. A espaçonave é ajustada para permanecer a maior parte de seu período orbital de doze horas nas proximidades de seu apogeu sobre o hemisfério norte. O satélite provê visibilidade e conectividade contínua para a região designada durante intervalos de seis a nove horas a cada passagem; assim, uma constelação sincronizada de três satélites Molniya permite cobertura ininterrupta e confiável em altas latitudes.
O satélite pioneiro dessa série foi o Molniya 1-1, lançado em 23 de abril de 1965, utilizado para testes de transmissão de sinais de televisão a partir de Moscou para receptores situados na Sibéria e no Extremo Oriente russo, nas cidades de Norilsk, Khabarovsk, Magadan e Vladivostok. Em novembro de 1967, os engenheiros soviéticos inauguraram a rede nacional de televisão por satélite Orbita, estruturada integralmente em torno dos satélites Molniya.
Nos Estados Unidos, o National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS) foi estruturado em 1994 para unificar as operações de satélites de órbita polar da NASA e da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). O consórcio coordenou frotas de espaçonaves destinadas a meteorologia e observação ambiental, integrando programas europeus como a rede EUMETSAT e a série METOP.
Essas órbitas polares são frequentemente heliossíncronas, cruzando a linha do equador na mesma hora solar média local em todas as revoluções ao longo do ano, o que assegura condições de iluminação radiométrica padronizadas para sensoriamento remoto e envio de dados ambientais em faixas horárias previsíveis.
Além da órbita geoestacionária
Existem iniciativas para implementar satélites de comunicações dedicados além das órbitas terrestres clássicas. A NASA propôs o programa LunaNet como uma infraestrutura de dados para criar uma "Internet Lunar" em suporte a naves e bases no espaço cislunar. A Agência Espacial Europeia (ESA) conduz o programa correlato denominado Iniciativa Moonlight, projetado para prover comunicações e serviços de posicionamento e navegação para missões robóticas e tripuladas na superfície da Lua. Ambos os projetos fundamentam-se em constelações de espaçonaves em órbitas circum-lunares dedicadas.
Outras trajetórias contemplam a inserção de satélites de retransmissão nos pontos de libração de Lagrange do sistema Terra-Lua, proporcionando visibilidade ininterrupta com o lado oculto da Lua e com estações terrestres. De maneira análoga, redes de satélites dedicados para comunicações interplanetárias em órbita de Marte foram propostas para apoiar sondas e rovers em solo, como o conceito da Mars Telecommunications Network.
Estrutura
Os satélites de comunicações são compostos pelos seguintes subsistemas principais:
Carga útil de comunicações: conjunto de transponders, antenas diretivas, amplificadores de radiofrequência e matrizes de chaveamento de sinal;
Módulo de propulsão e motor de apogeu: utilizado para manobras orbitais e transferência para a órbita de operação final;
Subsistema de controle de atitude e manutenção de posição em órbita: responsável pela orientação precisa do satélite e de seus refletores de antena em direção à Terra, bem como pelo alinhamento dos painéis solares em direção ao Sol;
Subsistema de energia elétrica: encarregado do fornecimento de eletricidade aos equipamentos de bordo, composto por geradores de células solares e conjuntos de baterias químicas secundárias que mantêm os sistemas operacionais durante os períodos de eclipse solar;
Subsistema de comando, controle e telemetria: mantém enlaces de radiofrequência seguros com as estações terrestres de controle da operadora, permitindo monitorar o estado de saúde da espaçonave e carregar rotinas operacionais.
A largura de banda total fornecida por um satélite depende da quantidade de transponders e da faixa espectral alocada. Cada modalidade de serviço (TV, voz, transmissão de dados e internet) demanda parcelas distintas de largura de banda e potência de radiofrequência. O projeto detalhado dessa capacidade é estabelecido por meio do orçamento de enlace, empregando-se simulações computacionais de rede para calcular o dimensionamento final do sistema.
Alocação de frequências para sistemas de satélite
A distribuição de frequências para serviços de comunicações por satélite é um processo complexo conduzido sob coordenação da União Internacional de Telecomunicações (UIT). Para fins de planejamento e mitigação de interferências no espectro eletromagnético, o globo divide-se em três grandes Regiões de Radiocomunicação:
Região 1: Europa, África, Oriente Médio, países da antiga União Soviética e Mongólia;
Região 2: Américas e Groenlândia;
Região 3: Ásia (exceto áreas pertencentes à Região 1), Austrália e sudoeste do Oceano Pacífico.
Dentro dessas regiões geográficas, bandas de frequência específicas são alocadas para categorias de serviços espaciais:
Telefone via satélite da rede Inmarsat em operação em Nias, na Indonésia, em abril de 2005, após o terremoto de Nias–Simeulue.
A primeira e historicamente mais relevante aplicação dos satélites de comunicações foi na infraestrutura de telefonia de longa distância intercontinental. As redes telefônicas públicas comutadas terrestres encaminhavam chamadas telefônicas até uma estação terrena, de onde o tráfego era transmitido via enlace ascendente (uplink) até um satélite geoestacionário, que o retransmitia por enlace descendente (downlink) até outra estação terrena no continente de destino. O avanço acelerado das redes de cabos submarinos com fibra óptica no final do século XX reduziu substancialmente o uso de satélites para telefonia fixa tradicional entre grandes centros metropolitanos.
Entretanto, as comunicações móveis e fixas por satélite continuam indispensáveis para ilhas remotas e territórios isolados desprovidos de cabos submarinos, tais como a Ilha de Ascensão, Santa Helena, Diego Garcia e a Ilha de Páscoa. Existem igualmente vastas extensões geográficas no interior da América do Sul, da África, do Canadá, da China, da Rússia e da Austrália onde redes terrestres e celulares são raras ou inexistentes, além de postos de pesquisa na Antártida e na Groenlândia. Plataformas marítimas de petróleo e gás, frotas navais e aeronaves comerciais em voo dependem de terminais de telefonia e dados por satélite.
Os telefones via satélite portáteis conectam-se diretamente a constelações em órbita baixa (como Iridium e Globalstar) ou a satélites geoestacionários dedicados de alta potência (como Inmarsat e Thuraya). O sinal captado no espaço é encaminhado para estações terrestres de conexão (teleportos) interligadas à rede pública de telecomunicações.
A distribuição de televisão por satélite consolidou-se como o maior segmento comercial da indústria espacial. A natureza do sinal de televisão — que requer a entrega simultânea de grande largura de banda a milhões de receptores dispersos — casa perfeitamente com a capacidade de difusão em ampla cobertura (broadcast) de satélites em órbita geoestacionária. Na América do Norte, duas categorias principais de satélites atendem a esse mercado: os satélites de radiodifusão direta (DBS, do inglês Direct Broadcast Satellite) e os satélites de serviço fixo (FSS, do inglês Fixed Satellite Service).
Na Europa e em outras regiões fora do continente norte-americano, essa distinção regulatória é mais difusa. A maior parte dos satélites que transmitem televisão diretamente para residências na Europa opera com níveis elevados de potência similares aos satélites DBS americanos, mas utilizando polarização linear típica dos satélites FSS, a exemplo das frotas de espaçonaves das redes Astra, Eutelsat e Hotbird.
Os satélites do serviço fixo utilizam a banda C e as porções inferiores da banda Ku. São amplamente empregados para a distribuição de sinais mestres de redes de televisão e alimentação de emissoras afiliadas locais, enlaces de externas ao vivo para telejornais, educação a distância, redes de TV corporativas e distribuição de canais para centrais de cabeamento urbano. Canais de recepção aberta e gratuita (FTA) também são distribuídos em grande número por satélites FSS na banda Ku.
Os satélites de radiodifusão direta (DBS) transmitem sinais em alta potência direcionados para antenas parabólicas compactas instaladas nas residências dos assinantes (com diâmetros típicos entre 45 e 60cm). A tecnologia DBS atende a serviços de televisão por assinatura DTH (Direct-To-Home), como as operadoras DirecTV e DISH Network nos Estados Unidos, Bell Satellite TV e Shaw Direct no Canadá, Freesat e Sky no Reino Unido, e DStv na África do Sul.
Por operarem em frequências mais baixas e com potências menores, os satélites FSS requerem pratos refletores de dimensões muito superiores para recepção confiável em solo (tipicamente de 1 a 2,5 metros de diâmetro na banda Ku e mais de 3 metros na banda C). Esses sistemas adotam polarização linear para as ondas de rádio, ao passo que os satélites DBS utilizam convencionalmente polarização circular.
Gerações mais recentes de satélites incorporam transponders de alta capacidade na banda Ka, a exemplo do satélite SPACEWAY-1 da DirecTV e do satélite canadense Anik F2. Agências governamentais como a NASA e a ISRO indiana também colocaram em órbita instrumentos com sinalizadores de teste na banda Ka.
Existem antenas especiais desenvolvidas para a recepção de transmissões de televisão DBS em veículos em movimento. Utilizando dados de receptores de GPS e sensores giroscópicos, essas antenas móveis com rastreamento eletrônico e mecânico reorientam o foco em tempo real para a posição do satélite independentemente das curvas e manobras do automóvel ou trem, sendo comuns em trailers e ônibus de viagem. Antenas similares foram adotadas por companhias aéreas como a JetBlue Airways para fornecer sinal de TV via satélite ao vivo nos monitores instalados nas poltronas das aeronaves.
Os serviços de rádio por satélite operam transmissões digitais de áudio diretamente para receptores móveis instalados em veículos terrestres e dispositivos portáteis, cobrindo territórios de dimensões continentais sem perda de sinal ou necessidade de troca manual de frequência.
Operadores de radioamadorismo dispõem de satélites dedicados construídos por consórcios civis e universidades (conhecidos pela designação OSCAR). A maioria das espaçonaves atua como repetidores orbitais acessíveis por estações equipadas com transceptores de UHF ou VHF acoplados a antenas direcionais Yagi. Em virtude dos custos de lançamento, os satélites de radioamador são inseridos preferencialmente em órbitas baixas e suportam volumes restritos de comunicações simultâneas, provendo também enlaces de dados em protocolos de pacotes de rádio como o X.25.
Desde a década de 1990, a tecnologia de satélites de comunicações é amplamente utilizada para prover conexões de banda larga à Internet. Essa solução mostra-se vital para atender usuários em localidades isoladas, áreas rurais e regiões ermas desprovidas de cabeamento de fibra óptica ou infraestrutura celular, além de servir como canal de contingência e alta disponibilidade para redes corporativas.
Os satélites de comunicações são vitais para as forças armadas de diversas nações, integrando sistemas de comando e controle estratégicos e táticos globais. Exemplos destacados incluem as constelações militares Milstar, DSCS e FLTSATCOM dos Estados Unidos, os satélites da OTAN, a rede britânica Skynet e as frotas de comunicações militares da Rússia. A Índia opera o satélite militar dedicado GSAT-7, cujos transponders fornecem cobertura para a Marinha Indiana nas bandas UHF, banda F da OTAN, banda C e banda Ku. Tipicamente, os satélites militares operam nas faixas de frequências de UHF, SHF (banda X) e EHF (banda Ka), incorporando defesas avançadas contra interferência deliberada (empastelamento) e criptografia resistente.
Coleta de dados ambientais
Terminais de monitoramento ambiental instalados em superfície (estações in situ) frequentemente recorrem a satélites de comunicações para a transmissão unidirecional de dados ambientais ou para controle bidirecional remoto (telemetria, telecomando e telediagnóstico).
Tais sistemas operam tanto por meio de cargas úteis secundárias embarcadas em satélites meteorológicos (como nas frotas GOES, Meteosat e na rede do sistema Argos) quanto por satélites de coleta de dados dedicados (a exemplo dos satélites brasileiros SCD-1 e SCD-2). As taxas de dados necessárias para essas transmissões são tipicamente modestas em comparação com conexões de banda larga de internet.
As aplicações práticas abrangem disciplinas científicas como hidrologia, oceanografia, meteorologia e sismologia. Entre os sensores remotos conectados estão marégrafos, estações meteorológicas automáticas, boias marinhas de monitoramento oceânico e radiossondas.
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