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A Reflexão Lunar ou E.M.E ( Earth - Moon - Earth ) como é conhecida esta modalidade de transmissão,  consiste em usar a Lua como refletor. O sinal sai da Terra, atinge a Lua, e estima-se  que 93% do sinal que realmente toca a superfície da Lua é absorvido e que aproximadamente 7% do sinal seja re-irradiado e difundido por todo o espaço. 

A Lua tem aproximadamente 3.456 km de diâmetro e gira em torno da Terra em distâncias que variam de 354.340 km a 404.336 km e leva cerca de 28 dias para percorrer sua órbita. 

Claramente, apenas uma pequena fração da energia irradiada à Lua pela antena de transmissão é refletida de volta e atingirá a antena receptora. Não admira que o alcance com sucesso, da comunicação em ambos os sentidos, Terra-Lua-Terra, tenha desafiado os mais talentosos entre os muitos habilidosos radioamadores do mundo. 

O primeiro esforço efetivamente realizado por amador ocorreu em 1952 quando, depois de 3 anos de trabalho intenso, W3GKP ( agora K4RJ ) conseguiu montar em um osciloscópio ecos de sinais de W4AO em 144 MHZ, plenamente identificados como oriundos da Lua. Sinais de transmissor de 1000 watts foram dirigidos à Lua via uma enorme antena VHF rômbica, e os ecos foram recebidos com ajuda de avançadas técnicas, que permitiram a detecção do sinal ao nível de ruído ambiental. Imediatamente depois disso, W6QKI, usando uma linha de dezesseis antenas Yagi longas, captou da Lua o retorno de seus próprios ecos em 2 metros.

 

A primeira demonstração da capacidade EME foi realizada pelo Corpo de Sinaleiros do Exército dos Estado Unidos logo  após a 2ª Guerra Mundial. Nos anos 50, usando 400 MW de potência efetiva de irradiação, a Marinha dos Estados Unidos estabeleceu um chaveamento de ligação via Lua entre Washington D.C. e o Hawaii, que possibilitava a operação de quatro canais multiplex de teletipo ( RTTY ). A primeira recepção de sinais EME por amador foi realizada com sucesso por W4AO e W3GKP em 1953.

 

Um sinal de rádio leva um pouco mais de dois segundos para percorrer o trajeto de ida e volta até a Lua, por isso os ecos de retorno de suas transmissões podem ser facilmente recebidos.

Os formidáveis obstáculos para a comunicação via Lua são um desafio aos radioamadores de mente científica e centenas de pesquisadores estão mantendo comunicação em dois sentidos via link EME, sobrepujando problemas, de modo realmente amadorístico.  Com o passar do tempo mais e mais amadores estão aceitando este desafio. Junte-se a eles e realize comunicações de longa distância via Lua.

Colaboração Donald Murden PY5ZBU

Escola Paranaense de Radioamadorismo

Grupo Araucária de DX

O Rádio Clube do Observatório de Arecibo  , em Porto Rico, esteve activo, no passado mês de Abril, na modalidade de comunicação por reflexão lunar (também conhecida por EME – Earth-Moon-Earth ou Moonbounce). A lua é utilizada pelos radioamadores como satélite de comunicações, sendo conhecida pela designação de OSCAR Zero. Enquanto preparo um artigo sobre esta apaixonante modalidade de comunicação, deixo-vos um aperitivo em forma de vídeo. Podem apreciar a tentativa de um grupo de radioaficionados espanhóis em contactar Arecibo. Reparem como o array de antenas está apontado para o nosso satélite natural e como se ouvem perfeitamente os sinais de morse de KP4AO. OS astrónomos apontam os seus telescópios para a lua. Nós, apontamos as nossas antenas.
Os satélites artificiais de comunicações e as comunicações com naves tripuladas tiveram para já destaque nos 4 primeiros artigos desta série, contudo faltava abordar o tema da reflexão lunar antes de prosseguir as inúmeras matérias que podem ser desenvolvidas sobre as outras duas áreas já abordadas.

O Satélite natural da Terra, a Lua está a ser cada vez mais usada pelos radioamadores com reflector passivo de sinais nas bandas de VHF, UHF e SHF. Desta forma, frequências muito altas como as das faixas dos 2 metros, 70 centímetros, 23 centímetros e as micro-ondas permitem contactos em longas distâncias só possíveis de alcançar habitualmente através das ondas curtas e ondas médias.

Como  o grande afastamento entre os dois planetas, a superfície irregular e pouco reflectora para as ondas da rádio da Lua, assim como as perdas de sinal no trajecto entre a ida e a volta das emissões feitas a partir da terra são enormes obstáculos.

Traduzidas em números para quem estes valores digam alguma coisa podemos afirmar que em média nos 144 MHz podemos esperar perdas na ordem de 252 dB, nos 432 MHz andarão pelos 261 dB e em 1.296 MHz teremos valores na ordem dos 271 dB.

Para ajudar um pouco a abordarmos este conceito, tenhamos em consideração que os ganhos das antenas em ondas curtas nos contactos intercontinentais de milhares de quilómetros se ficam habitualmente entre 0 dB ( ou menos ) e 12 dB.

Na prática há condicionantes que podem fazer sofrer algumas variações no sinal das comunicações que usam o satélite natural da Terra como repetidor passivo. O próprio solo que rodeia a estação pode introduzir sobretudo nas frequências da banda de VHF ganhos por reflexão na ordem de 6 dB.

O ganho conseguido com as características do solo é muito importante nas bandas mais baixas, sobretudo nos 144 MHz, uma vez que o factor de ruído de origem cósmica excede o ruído térmico emitido pela terra. Nas frequências mais elevadas essa vantagem é cancelada porque as ondas reflectidas pelo solo deterioram-se facilmente para além do facto de que o ruído produzido pela terra ultrapassa o ruído cósmico.

Como os sinais são sempre muito fracos e o factor ruído se torna tão importante, é fundamental reduzi-lo ao mínimo.

Não se pense que se trata de reduzir apenas o ruído que é captado pela antena mas sobretudo o que é produzido e gerado pelo próprio sistema da estação em si.

Outra fonte de ruído importante captado pelas antenas é a própria actividade galáctica, sobretudo proveniente da zona ruidosa da via láctea.

Á noite o ruído solar está ausente, por outro lado as actividades humanas que provocam interferências também vão sendo reduzidas à medida que a noite avança.

Para que um contacto desta natureza entre duas estações de amador seja possível é óbvio que a Lua tem que estar acima do horizonte para ambas. As correcções de azimute na orientação das antenas sofre orientações constantes que podem variar de acordo com o grau de elevação acima do horizonte devido aos movimentos rotação de ambos os planetas.

A distância entre os corpos celestes também é importante uma vez que ela é variável devido à órbita ligeiramente elíptica o que provoca uma perda suplementar de sinal na ordem dos 2dB durante o apogeu, ou seja quando a Lua está mais afastada.

Todas as condições favoráveis em uníssono têm lugar de tempos a tempos, tal como as condições desfavoráveis, a meio caminho ficam as situações de compromisso com que se debatem no quotidiano os inúmeros aventureiros que apreciam este tipo de desafio.

Os aficcionados deste tipo de radiocomunicações são confrontados ainda com outras dificuldades resultantes de um número apreciável de fenómenos físicos, por vezes em simultâneo.

Da existência potencial destas manifestações advêm consequências que se reflectem em questões relacionadas com a polarização do sinal, com os desvios de frequência e com os desvanecimentos ocorridos.

Tal como acontece noutros tipos de comunicações espaciais, também neste caso há que ter em conta o efeito Doppler. Este fenómeno, ( que aqui já foi explicado nos artigos sobre comunicações através dos satélites artificiais do serviço de amador ), tem lugar devido ao movimento relativo do objecto em relação à estação que emite.

Como resultado dos diferenciais de movimento, quando a Lua se levanta no horizonte os ecos da nossa emissão aumentam em frequência, dando-se o fenómeno contrário quando a Lua se encontra na descida em relação ao horizonte. No seu ponto mais alto acima do horizonte, ( geralmente quando coincide com o Sul ), este efeito não se faz sentir.

Os saltos de desvio aumentam em função da frequência de trabalho, sendo de + - 300 Hz nos 144 MHz e + - 1 KHz em 432 MHz, no máximo, pelo que deveremos ajustar a recepção em função dos nossos próprios ecos sob pena de as estações não se encontrarem de outra forma.

Um outro fenómeno muito interessante é a rotação espacial de polarização.

Ao emitir na polarização horizontal, uma estação recebe os seus próprios ecos também dessa maneira, porém, as estações que se situem a 90º quer para Este quer para Oeste receberão esses mesmos sinais praticamente na polarização vertical. Este fenómeno depende não só da posição das estações no solo em relação umas às outras, mas também em relação à posição da Lua. Por este motivo, mais uma vez, uma estação que tenha possibilidade de trabalhar com grupos de antenas em ambas as polarizações, ou até em polarização circular fica em vantagem, tornando-se muito mais eficaz no rendimento.

Para além do fenómeno da rotação espacial, há ainda um outro fenómeno físico interessante nestas comunicações que se denomina rotação de Faraday.

Também neste caso o resultado é uma rotação no plano de polarização da onda emitida, desta vez por influência do campo magnético do planeta quando a onda atravessa a ionosfera.

A combinação conjugada destes dois tipos de rotação do plano da onda emitida pode provocar um efeito de propagação num só sentido. O sinal pode mesmo rodar várias vezes, dependendo o número destas manobras dos níveis de ionização e da trajectória da onda emitida dentro da ionosfera, bem como do campo magnético da Terra.

A denominação desvanecimento de oscilação advém do facto de que os sinais reflectidos pela Lua sofrem um desvanecimento, o qual é provocado por movimentos próprios do planeta. Na realidade, uma vez que a Lua mostra sempre a mesma face voltada para a terra, ( pois o seu período de rotação é igual ao movimento orbital ), supostamente estaria sempre exposta para a Terra praticamente metade do planeta, porém como existe uma ligeira oscilação sobre o seu eixo é possível termos a percepção de um pouco mais de metade da sua superfície.

Adicionalmente, como existem inúmeros afloramentos afundamentos e outras irregularidades geológicas há pequenos diferenciais nas ondas reflectidas que têm os seus reflexos na recepção dos sinais de retorno. Todos esses efeitos sobre o sinal transmitido podem resultar em incrementos ou diminuições que têm sobretudo a ver com o seu enfasamento.

As quebras de sinal ou o seu incremento variam de acordo com a frequência de transmissão podendo ter como efeito o desaparecimentos de algumas letras quando se recebem os sinais em telegrafia por código Morse.

A propósito deste último ponto agora que já temos uma breve noção sobre as características deste tipo de comunicação convinha termos a noção das condições mínimas necessárias para uma estação com capacidade de fazer uso deste tipo de comunicações.