Aplicações de dispositivos nanofotônicos para comunicação óptica no espaço livre entre satélites
Author
Alessandro Roberto dos Santos
Advisors
- Advisor Vilson Rosa de Almeida
- Co-advisor Willer Gomes dos Santos
Concentration Area
Sensores e Atuadores Espaciais
Program
Ciências e Tecnologias Espaciais
Defense Date
21/06/2023
Thesis Number
79174
Abstract
Em um satélite, um dos subsistemas vitais é o de comunicações. Devido à crescente quantidade de dados coletados do espaço ou da Terra, além do controle e manutenção do satélite em órbita, Agências espaciais e empresas do setor aeroespacial vem buscando soluções para suprir o problema de tráfego de dados, por meio de um sistema de comunicações que complemente os sistemas utilizados atualmente, e que ofereça segurança no tráfego de dados, altas largura de banda e velocidade de transmissão. Desta forma, uma solução promissora para suprir a lacuna do enlace de comunicações em Radio Frequência (RF), é a Comunicação Óptica no Espaço Livre (Free Space Optical Communication - FSO). Atualmente, dispositivos transmissores de FSO voltados para aplicações espaciais vem sendo desenvolvidos, em especial para missões espaciais que utilizam Formação em Voo (Formation Flying) entre satélites, denominado de Comunicação Óptica Intersatélite (Intersatellite Optical Communication - ISOC). Porém, o fator que preocupante no desenvolvimento e emprego destes dispositivos em missões espaciais do tipo ISOC são os erros de apontamento provocados pelos componentes servo-mecânicos, que geralmente geram oscilações no direcionamento do feixe óptico Laser. Assim, para reduzir o efeito das perdas provocadas pelos dispositivos convencionais de transmissão, que utilizam o Laser como portadora de sinais, Agências espaciais e empresas do setor aeroespacial tem buscado modelos alternativos. A fim de contribuir neste assunto, esta Tese propõe um modelo teórico/analítico de transmissor para Comunicação Óptica Intersatélite por meio da antena Matriz de Fase Óptica (MFO), com modulação totalmente óptica (All Optical Modulation), cuja principal característica do dispositivo é não conter partes servo-mecânicas (móveis) para o direcionamento do feixe óptico, além de oferecer alta velocidade de direcionamento do feixe, apontamento multifeixes, baixo consumo de energia, baixo peso e alta compactação, características necessárias para uma missão espacial que envolve CubeSats. Os resultados mostram que o dispositivo apresentado possui valores de consumo de potência, velocidade e ângulo de apontamento igual ou menor do que os demais dispositivos apresentados na literatura. Além do modelo citado este trabalho apresenta, um estudo teórico sobre enlace de ISOC com CubeSats em Formação em Voo, com o objetivo de mostrar a melhor relação entre potência versus modulação versus fotodetecção, em função da distância relativa entre os CubeSats em Formação em Voo, apresentando como resultado, a viabilidade de emprego do ISOC.
