El ABC de los satélites / Satélites 101

Autor: Luis Valtierra

Ciertamente, en los tiempos actuales se habla mucho del Espacio. Especialmente, sobre los temas del momento, tales como un nuevo Rover en Marte, pero que es nodriza de un pequeño vehículo aéreo no tripulado autónomo; sobre la cápsula Dragon, llevando y trayendo astronautas a la Estación Espacial Internacional; o bien, sobre la sección del cohete chino que no se sabía dónde iría a caer una vez que ingresó de nuevo a la atmósfera y venía perdiendo altura.

Dentro de todo este maremágnum de información, videos e imágenes, también sale a relucir el tema de los satélites y el papel que juegan en muchos sentidos. El presente documento sólo busca establecer las bases para que estos satélites artificiales sean mejor entendidos tanto en su tamaño, peso, órbita, como en su función y actividad para la cual fueron diseñados y construidos, finalmente puestos en órbita vía un cohete, o bien, transportados en el compartimento de carga de la cápsula spaceX, para que sean puestos en órbita desde la Estación Espacial Internacional.

En Astronomía, un satélite se define como un cuerpo celeste que gravita alrededor de un planeta. Así decimos que la Luna es el Satélite natural de la Tierra, e incluso hay planetas que tienen más de un satélite natural orbitando a su alrededor, volviéndose sujetos de estudio y de investigaciones científicas.

Ahora establezcamos, ¿qué son los satélites artificiales?

En Astronáutica, se denomina satélite artificial a un dispositivo fabricado por el hombre y situado en órbita terrestre o planetaria, tales como las Sondas enviadas para explorar el espacio profundo, más allá de nuestro sistema solar.

Los satélites artificiales son naves que se fabrican con el objetivo de ser lanzadas al espacio exterior, a fin de que orbiten un cuerpo celeste (un planeta) o un satélite natural (por ejemplo, la luna).

Su objetivo es obtener cierta información de utilidad respecto al cuerpo celeste o del satélite natural que observan. Además, se utilizan para mejorar las telecomunicaciones, como los teléfonos, Internet y la televisión digital. También, son usados para informes del clima; es decir, meteorológicos.

Los satélites son lanzados al espacio con la finalidad de que atraviesen la atmósfera terrestre y logren orbitar. Una vez allí, deben seguir una ruta determinada en función del objetivo que tengan. Algunos de los satélites cuentan con una recarga de energía, usando comúnmente celdas solares para que el satélite extienda su vida útil. No obstante, luego del agotamiento de la energía, el satélite queda descartado en el espacio exterior como basura espacial, que es un tema que debe de ser considerado por la cantidad de basura espacial que está flotando en nuestra atmósfera.

Históricamente hablando, el SPUTNIK 1 fue el primer satélite artificial enviado en 1957 por la Unión Soviética enviado al espacio, con un peso de 80kg. Así se inauguró formalmente la llamada “Carrera espacial”, una extensión de la Guerra Fría (1947-1991) entre Estados Unidos y la URSS en el campo científico astronómico.

Al primer satélite prosiguieron el Sputnik 2 y 3, ya con un peso de más de 500 kilogramos. En el segundo, fue abordo el primer ser vivo en orbitar el planeta (y en morir en órbita, pues no se hicieron planes para su retorno): una perra callejera rusa llamada Laika. Desde entonces, numerosos países han colocado en órbita cientos de satélites artificiales.

Los satélites artificiales tienen un tiempo de vida útil, después del cual, cesan sus funciones. En algunos casos, permanecen en órbita, deteriorándose paulatinamente hasta devenir basura espacial, parte de los fragmentos metálicos que rodean nuestro planeta. En otros casos, sucumben a la gravedad y se desintegran en el roce contra la atmósfera.

CLASIFICACIÓN: Por su peso, primordialmente

Nombre por el que se les conoce Peso Órbita en la que se posicionan.
Satélites Grandes Más de 1,000 kg Geoestacionarios
Satélites mediados De 500 a 1000 kg Elípticos o Geoestacionarios.
Nanosatélites De 100 a 500 kg Órbita Media
Microsatélite De 10 a 100 kg Órbita Media
Nanosatélite – Cubesats De 1 a 10 kg Órbita Media o Baja
Pico satélite – CANSATs Menos de 1 kg Órbita Baja

 

¿Qué es un nanosatélite?

Por lo general, se considera que un nanosatélite es cualquier satélite que pese menos de 10 kilos. Además, un CubeSat debe cumplir con criterios específicos que controlan factores como su forma, tamaño y peso.

Los CubeSats (1U) pueden tener varios tamaños, pero todos se basan en la unidad estándar de CubeSat, que es una estructura en forma cubo de 10x10x10 centímetros con una masa de aproximadamente entre 1 y 1,33 kg. Lo hacen a cambio de tolerar un mayor riesgo de fallo y un menor tiempo de vida útil, que es aceptable en numerosas aplicaciones.

Tras los primeros años, esta unidad modular se fue multiplicando y tamaños más grandes de nanosatélites se han vuelto habituales (1.5U, 2U, 3U o 6U). Actualmente, se siguen desarrollando nuevas configuraciones.

Desarrollar un nanosatélite bajo los estándares CubeSat, permite un acceso recurrente y comparativamente barato al espacio, con posibilidades de lanzamiento en una gran variedad de lanzaderas y cohetes espaciales.

La estandarización de los CubeSats, abre las puertas al uso de componentes electrónicos comerciales, pudiendo escoger multitud de proveedores de tecnología. Como resultado, los proyectos de ingeniería y de desarrollo de CubeSats presentan costes sensiblemente inferiores al de otro tipo de satélites.

Las características especiales de los nanosatélites, no implican que no puedan hacer las mismas tareas que los aparatos más grandes. Obviamente, las prestaciones no son idénticas, pero sí que son suficientes en muchas aplicaciones industriales.

Los nanosatélites se agrupan en constelaciones (grupos) que aportan respaldo, redundancia y granularidad a los servicios que ofrecen. Cada satélite en una constelación, es renovado cada 2-4 años, asegurando que el operador siempre cuenta con un servicio optimizado, de bajo riesgo y con actualizaciones tecnológicas constantes. Por esta razón, las constelaciones de nanosatélites constituyen un sistema para el que los conceptos de obsolescencia o vida útil dejan de tener sentido.

En este segmento, es donde México se está insertando tanto con proyectos científicos como desarrollos académicos e inclusive militares, donde la economía de este tipo de satélites permite el considerar los costos de lanzamiento y la generación de información desde el espacio. Claro está, sin considerar los grandes satélites de comunicaciones que México, como cliente, ha comprado y se han lanzado en los últimos años.

En la actualidad, nuestro planeta está siendo orbitado por más de 5.600 satélites artificiales de distinta naturaleza, así como por 21.000 fragmentos satelitales de más de 10 centímetros, unos 500.000 de alrededor de un centímetro y más de mil millones de partículas de tamaño a un centímetro.

Todo esto último compone la llamada “basura espacial” y representa un verdadero peligro para futuras misiones espaciales y futuros satélites. Esta basura espacial va desde guantes de astronautas hasta telescopios rotos y fragmentos de naves en desuso, tuercas, tornillos, fragmentos de materia, etc.

A través del sitio web http://stuffin.space puede observarse en tiempo real todos los satélites y la basura espacial del planeta.

TIPOS DE SATÉLITES: por su funcionalidad

–        Satélites Científicos: Tienen como principal objetivo estudiar la Tierra y los demás cuerpos celestes; su superficie, atmósfera y entorno. Estos aparatos permitieron que el conocimiento del Universo fuera mucho más preciso en la actualidad.

–        Satélites de comunicación: Se ubican en la intersección de la tecnología del espacio y la de las comunicaciones. Constituyen la aplicación espacial más rentable y, a la vez, más difundida en la actualidad.

–        Satélites de meteorología: Son aparatos especializados que se dedican exclusivamente a la observación de la atmósfera en su conjunto.

–        Satélites de navegación: Desarrollados originalmente con fines militares, al marcar el rumbo de misiles, submarinos, bombarderos y tropas. Ahora se usan como sistemas de posicionamiento global, para identificar locaciones terrestres mediante la triangulación de tres satélites y una unidad receptora manual, que puede señalar el lugar donde ésta se encuentra y obtener así con exactitud las coordenadas de su localización geográfica.

–        Satélites de teledetección (también conocidos como de Observación de la Tierra): Permite localizar recursos naturales, vigilar las condiciones de salud de los cultivos, el grado de deforestación, el avance de la contaminación en los mares y un sinfín de características más.

–        Satélites Militares: Apoyan las operaciones militares de ciertos países, bajo la premisa de su seguridad nacional.

–        Satélites de Telecomunicaciones: Está estacionado en el espacio con el propósito de servir a telecomunicaciones, usando frecuencias de radio y microondas. Muchos de ellos están en órbitas geosincronizadas o geoestacionarias, aunque algunos sistemas recientes usan órbitas más bajas. Un satélite de baja órbita (LEO en inglés), es un satélite en el que el semieje mayor de su órbita es menor que el de una órbita geoestacionaria. Estos presentan las siguientes ventajas:

  • Disponibilidad: El objetivo de los satélites es proveer al usuario un servicio en cualquier lugar del planeta, sin necesidad de cables, fibra óptica e infraestructura de cobre. Además, los precios de renta de espacio satelital son más estables que los que ofrecen las compañías telefónicas; ya que la transmisión por satélite no es sensitiva a la distancia, y además, existe un gran ancho de banda disponible.
  • Comunicación: Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps). Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente accesibles geográficamente; y en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos. Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes, con la posibilidad de evitar las redes públicas telefónicas.
  • Cobertura: En términos generales, los satélites tienen una cobertura amplia y muy segura. Por lo tanto, la capacidad de transmitir la información a grandes distancias no es pobre (esto dependiendo de la altura en la que esté el satélite). Por lo general, se instalan en lugares donde desde el punto donde nosotros nos encontramos es muy largo; por ejemplo, los satélites de órbita baja proveen comunicaciones de datos a baja velocidad y no son capaces de manipular voz, señales de video o datos a altas velocidades.
  • Propagación: El conjunto de fenómenos físicos que emiten ondas de radio de un emisor a un receptor. Suele disminuir las pérdidas de retardos al enviar la información de una estación a otra, lo cual hace innecesario el uso de antenas y potencias de transmisión.

Algunas de las desventajas son:

  • Diseño del sistema: Puesto que el número de satélites que se requiere para una cobertura global es mayor, este hecho complica el sistema de instalación de los satélites.
  • Mantenimiento del sistema: Este es mayor, debido al mayor número de satélites y a que son más afectados por la atmósfera.
  • Velocidad de desplazamiento.
  • Complicación con el posicionamiento de los satélites, con espacios o slots limitados.
  • Costo: Va desde los 70 millones de dólares, hasta los 350 millones de dólares.

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