Arquitetando o Cosmos: Implementando Sistemas de Comunicação via Satélite com TypeScript

            // Define o tipo de órbita para um satélite
export enum OrbitType {
    LEO = 'Órbita Terrestre Baixa',
    MEO = 'Órbita Terrestre Média',
    GEO = 'Órbita Geoestacionária',
    HEO = 'Órbita Altamente Elíptica',
}

// Representa os principais parâmetros orbitais (elementos Keplerianos)
export interface OrbitalParameters {
    semiMajorAxis_km: number;       // Tamanho da órbita
    eccentricity: number;           // Forma da órbita (0 para circular)
    inclination_deg: number;        // Inclinação da órbita em relação ao equador
    raan_deg: number;               // Ascensão Reta do Nó Ascendente (giro da órbita)
    argumentOfPeriapsis_deg: number;// Orientação da órbita dentro de seu plano
    trueAnomaly_deg: number;        // Posição do satélite ao longo da órbita em uma determinada época
    epoch: Date;                    // O tempo de referência para esses parâmetros
}

// Define o status de saúde de um subsistema de satélite
export interface SubsystemStatus {
    name: 'Energia' | 'Propulsão' | 'Térmico' | 'Comunicações';
    status: 'Nominal' | 'Aviso' | 'Erro' | 'Offline';
    voltage_V?: number;
    temperature_C?: number;
    pressure_kPa?: number;
}

// O modelo central do satélite
export interface Satellite {
    id: string;                     // Identificador único, por exemplo, 'SAT-001'
    name: string;                   // Nome comum, por exemplo, 'GlobalCom-1A'
    orbit: OrbitType;
    parameters: OrbitalParameters;
    subsystems: SubsystemStatus[];
}

            

              
                Copy
              
            
          

            export interface GeoLocation {
    latitude_deg: number;
    longitude_deg: number;
    altitude_m: number;
}

// Define as faixas de frequência em que a estação terrestre pode operar
export enum FrequencyBand {
    S_BAND = 'Banda S',
    C_BAND = 'Banda C',
    X_BAND = 'Banda X',
    KU_BAND = 'Banda Ku',
    KA_BAND = 'Banda Ka',
}

export interface GroundStation {
    id: string; // por exemplo, 'GS-EU-1' (Estação Terrestre, Europa 1)
    name: string; // por exemplo, 'Centro Espacial de Fucino'
    location: GeoLocation;
    availableBands: FrequencyBand[];
    uplinkRate_bps: number;
    downlinkRate_bps: number;
    status: 'Online' | 'Offline' | 'Manutenção';
}

            

              
                Copy
              
            
          

            // Estrutura base para qualquer pacote vindo do satélite
interface BasePacket {
    satelliteId: string;
    timestamp: number; // Timestamp Unix em milissegundos
    sequenceNumber: number;
}

// Pacote específico para status de saúde do subsistema
export interface HealthStatusPacket extends BasePacket {
    packetType: 'HEALTH_STATUS';
    payload: SubsystemStatus[];
}

// Pacote específico para dados científicos, por exemplo, de uma carga útil de imagem
export interface ScienceDataPacket extends BasePacket {
    packetType: 'SCIENCE_DATA';
    payload: {
        instrumentId: string;
        dataType: 'image/jpeg' | 'application/octet-stream';
        data: Buffer; // Dados binários brutos
    };
}

// Pacote específico para reconhecer um comando recebido
export interface CommandAckPacket extends BasePacket {
    packetType: 'COMMAND_ACK';
    payload: {
        commandSequenceNumber: number;
        status: 'ACK' | 'NACK'; // Reconhecido ou Não Reconhecido
        reason?: string; // Razão opcional para um NACK
    };
}

// Uma união de todos os tipos de pacotes de telemetria possíveis
export type TelemetryPacket = HealthStatusPacket | ScienceDataPacket | CommandAckPacket;

// Uma função de processador que lida com segurança com diferentes tipos de pacotes
function processTelemetry(packet: TelemetryPacket): void {
    console.log(`Processando pacote #${packet.sequenceNumber} de ${packet.satelliteId}`);

    switch (packet.packetType) {
        case 'HEALTH_STATUS':
            // TypeScript sabe que `packet` é do tipo HealthStatusPacket aqui
            console.log('Atualização de Status de Saúde Recebida:');
            packet.payload.forEach(subsystem => {
                console.log(`  - ${subsystem.name}: ${subsystem.status}`);
            });
            break;

        case 'SCIENCE_DATA':
            // TypeScript sabe que `packet` é do tipo ScienceDataPacket aqui
            console.log(`Dados Científicos Recebidos do instrumento ${packet.payload.instrumentId}.`);
            // Lógica para salvar o buffer de dados em um arquivo ou banco de dados
            saveScienceData(packet.payload.data);
            break;

        case 'COMMAND_ACK':
            // TypeScript sabe que `packet` é do tipo CommandAckPacket aqui
            console.log(`Comando #${packet.payload.commandSequenceNumber} status: ${packet.payload.status}`);
            if (packet.payload.status === 'NACK') {
                console.error(`Razão: ${packet.payload.reason}`);
            }
            break;

        default:
            // Esta parte é crucial. TypeScript pode realizar uma verificação exaustiva.
            // Se adicionarmos um novo tipo de pacote à união e esquecermos de tratá-lo aqui,
            // o compilador lançará um erro.
            const _exhaustiveCheck: never = packet;
            console.error(`Tipo de pacote não tratado: ${_exhaustiveCheck}`);
            return _exhaustiveCheck;
    }
}

function saveScienceData(data: Buffer) { /* Implementação omitida */ }

            

              
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            // Estrutura base para qualquer comando enviado ao satélite
interface BaseCommand {
    commandId: string; // ID exclusivo para esta instância de comando
    sequenceNumber: number;
    targetSatelliteId: string;
}

// Comando para ajustar a atitude (orientação) do satélite
export interface SetAttitudeCommand extends BaseCommand {
    commandType: 'SET_ATTITUDE';
    parameters: {
        quaternion: { w: number; x: number; y: number; z: number; };
        slewRate_deg_s: number;
    };
}

// Comando para ativar ou desativar uma carga útil específica
export interface SetPayloadStateCommand extends BaseCommand {
    commandType: 'SET_PAYLOAD_STATE';
    parameters: {
        instrumentId: string;
        state: 'ACTIVE' | 'STANDBY' | 'OFF';
    };
}

// Comando para executar uma manobra de manutenção de estação
export interface ExecuteManeuverCommand extends BaseCommand {
    commandType: 'EXECUTE_MANEUVER';
    parameters: {
        thrusterId: string;
        burnDuration_s: number;
        thrustVector: { x: number; y: number; z: number; };
    };
}

// Uma união de todos os tipos de comandos possíveis
export type Telecommand = SetAttitudeCommand | SetPayloadStateCommand | ExecuteManeuverCommand;

// Uma função para serializar um comando em um formato binário para uplink
function serializeCommand(command: Telecommand): Buffer {
    // A implementação converteria o objeto de comando estruturado
    // em um protocolo binário específico compreendido pelo satélite.
    console.log(`Serializando comando ${command.commandType} para ${command.targetSatelliteId}...`);
    
    // O 'switch' aqui garante que cada tipo de comando seja tratado corretamente.
    // A segurança de tipo garante que 'command.parameters' terá o formato correto.
    switch (command.commandType) {
        case 'SET_ATTITUDE':
            // Lógica para empacotar quaternion e slew rate em um buffer
            break;
        case 'SET_PAYLOAD_STATE':
            // Lógica para empacotar ID do instrumento e enumeração de estado em um buffer
            break;
        case 'EXECUTE_MANEUVER':
            // Lógica para empacotar detalhes do propulsor em um buffer
            break;
    }
    
    // Placeholder para dados binários reais
    return Buffer.from(JSON.stringify(command)); 
}

            

              
                Copy
              
            
          

            // Uma função simplificada para calcular o atraso da velocidade da luz unidirecional
function getSignalLatency_ms(satellite: Satellite, station: GroundStation): number {
    // Em um sistema real, isso envolveria mecânica orbital complexa para calcular
    // a distância precisa entre o satélite e a estação terrestre.
    const speedOfLight_km_s = 299792.458;
    let distance_km: number;

    switch (satellite.orbit) {
        case OrbitType.LEO: distance_km = 1000; break; // Média simplificada
        case OrbitType.MEO: distance_km = 15000; break;
        case OrbitType.GEO: distance_km = 35786; break;
        default: distance_km = 5000;
    }
    
    return (distance_km / speedOfLight_km_s) * 1000; // Retorna em milissegundos
}

// Uma utilidade para criar um atraso
const sleep = (ms: number) => new Promise(resolve => setTimeout(resolve, ms));

// Um serviço para enviar comandos e aguardar o reconhecimento
class CommunicationService {
    async sendCommand(command: Telecommand, groundStation: GroundStation, targetSatellite: Satellite): Promise {
        console.log(`[${new Date().toISOString()}] Enviando comando ${command.commandType} via ${groundStation.name}...`);
        
        const uplinkLatency = getSignalLatency_ms(targetSatellite, groundStation);
        const downlinkLatency = uplinkLatency; // Suposição simplificada
        
        // 1. Serializar o comando para transmissão
        const commandData = serializeCommand(command);

        // 2. Simular o atraso do uplink
        await sleep(uplinkLatency);
        console.log(`[${new Date().toISOString()}] Sinal de comando alcançou ${targetSatellite.name}.`);

        // Em um sistema real, esta parte seria uma solicitação de rede para o hardware da estação terrestre.
        // Aqui simulamos o satélite recebendo-o e enviando imediatamente um ACK.
        const satelliteProcessingTime_ms = 50;
        await sleep(satelliteProcessingTime_ms);

        // 3. Simular o atraso do downlink para o reconhecimento
        console.log(`[${new Date().toISOString()}] Satélite enviando reconhecimento...`);
        await sleep(downlinkLatency);
        console.log(`[${new Date().toISOString()}] Reconhecimento recebido em ${groundStation.name}.`);

        // 4. Retornar um pacote de reconhecimento simulado
        const ackPacket: CommandAckPacket = {
            satelliteId: targetSatellite.id,
            timestamp: Date.now(),
            sequenceNumber: command.sequenceNumber + 1, // Lógica de exemplo
            packetType: 'COMMAND_ACK',
            payload: {
                commandSequenceNumber: command.sequenceNumber,
                status: 'ACK',
            }
        };
        
        return ackPacket;
    }
}

            

              
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            // Define diferentes tipos de cargas úteis de dados científicos
interface SpectrometerData {
    wavelengths_nm: number[];
    intensities: number[];
}

interface ImagingData {
    resolution: { width: number; height: number; };
    format: 'RAW' | 'JPEG';
    imageData: Buffer;
}

// Um pacote de ciência genérico que pode conter qualquer tipo de carga útil
interface GenericSciencePacket<T> extends BasePacket {
    packetType: 'SCIENCE_DATA';
    payload: {
        instrumentId: string;
        data: T;
    };
}

// Cria tipos de pacotes específicos usando o genérico
type SpectrometerPacket = GenericSciencePacket<SpectrometerData>;
type ImagingPacket = GenericSciencePacket<ImagingData>;

// Uma classe de processador genérica
class DataProcessor<T> {
    process(packet: GenericSciencePacket<T>): void {
        console.log(`Processando dados do instrumento ${packet.payload.instrumentId}`);
        // Lógica de processamento genérica aqui...
        this.saveToDatabase(packet.payload.data);
    }

    private saveToDatabase(data: T) {
        // Lógica de salvamento no banco de dados com segurança de tipo para carga útil do tipo T
        console.log('Dados salvos.');
    }
}

// Instancia processadores para tipos de dados específicos
const imagingProcessor = new DataProcessor<ImagingData>();
const spectrometerProcessor = new DataProcessor<SpectrometerData>();

// Exemplo de uso
const sampleImagePacket: ImagingPacket = { /* ... */ };
imagingProcessor.process(sampleImagePacket); // Isso funciona

// A linha a seguir causaria um erro de tempo de compilação, impedindo o processamento incorreto:
// spectrometerProcessor.process(sampleImagePacket); // Erro: Argument of type 'ImagingPacket' is not assignable to parameter of type 'GenericSciencePacket<SpectrometerData>'.

            

              
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            // Define tipos de erros potenciais
interface CommunicationError {
    type: 'Timeout' | 'SignalLost' | 'InvalidChecksum';
    message: string;
}

// Um tipo Result que pode ser um sucesso (Ok) ou uma falha (Err)
type Result<T, E> = { ok: true; value: T } | { ok: false; error: E };

// sendCommand modificado para retornar um Result
async function sendCommandSafe(
    command: Telecommand
): Promise<Result<CommandAckPacket, CommunicationError>> {
    try {
        // ... simular o envio do comando ...
        const isSuccess = Math.random() > 0.1; // Simular uma taxa de falha de 10%

        if (!isSuccess) {
            return { ok: false, error: { type: 'SignalLost', message: 'Sinal de uplink perdido durante a transmissão.' } };
        }

        const ackPacket: CommandAckPacket = { /* ... */ };
        return { ok: true, value: ackPacket };

    } catch (e) {
        return { ok: false, error: { type: 'Timeout', message: 'Nenhuma resposta do satélite.' } };
    }
}

// O código de chamada agora deve lidar explicitamente com o caso de falha
asnyc function runCommandSequence() {
    const command: SetAttitudeCommand = { /* ... */ };
    const result = await sendCommandSafe(command);

    if (result.ok) {
        // TypeScript sabe que `result.value` é um CommandAckPacket aqui
        console.log(`Sucesso! Comando reconhecido:`, result.value.payload.status);
    } else {
        // TypeScript sabe que `result.error` é um CommunicationError aqui
        console.error(`Comando falhou: [${result.error.type}] ${result.error.message}`);
        // Acionar planos de contingência...
    }
}

            

              
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