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Qué son los satélites artificiales y cómo funcionan


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Artículo actualizado por última vez el 28 de junio de 2019

En un principio, entre 1957 y 1960, los satélites tenían uso exclusivamente experimental y de investigación. Durante las siguientes décadas, se fueron multiplicando sus usos. En la actualidad, se han convertido en una herramienta fundamental en el normal desarrollo de las vidas de las personas. Su funcionamiento se percibe a través de diversas actividades: como la transmisión de televisión satelital, reportes climáticos, transmisiones en directo de eventos deportivos o de corresponsales de telediarios de noticias desde cualquier parte del planeta, así como simples llamadas telefónicas, entre otras cosas. Sin embargo, también realizan muchas más tareas que no se encuentran a la vista de las personas, pero que aún así son esenciales para el funcionamiento de países enteros. Incluso se los utiliza en investigación terrestre (por ejemplo para medir el movimiento de continentes y la predicción de fenómenos geológicos, la medición de superficies forestales, etc). Asimismo, sirven para la investigación espacial (por ejemplo telescopios para el estudio de galaxias lejanas y del origen del universo).

Algunas de las utilidades de los satélites artificiales incluyen:

  • Los medios y agencias de prensa los utilizan para transmitir las noticias locales e internacionales al instante y para distribuirlas a medios de comunicación de todas partes del planeta.
     
  • Las empresas distribuidoras de televisión por cable, antes de enviar las señales de distintos canales a través de cables a las casas de sus clientes, reciben las señales de cada uno de esos canales por medio de satélites que las retransmiten tras haber sido emitidas desde diversos lugares del planeta, para ser finalmente captadas por antenas ubicadas en el edificio de la empresa distribuidora de TV por cable.
     
  • Los aviones o barcos accidentados pueden ser fácilmente localizados por equipos de rescate, gracias a que los extraviados envían señales a satélites que las retransmiten para ser captadas por los equipo de rescate.

A continuación, se describirán todos los aspectos más importantes acerca del funcionamiento de los satélites artificiales, al punto que al terminar de leer el artículo se pueda saber con gran detalle qué son y cómo funcionan. Se analizará cómo se construyen y lanzan, qué contienen en su interior, y las tecnologías utilizadas para construirlos. También se describirán las distintas órbitas por las que circulan y el motivo por el que satélites de diversos tipos deben utilizar distintas orbitas y alturas según el servicio que brindan. También se explicará cómo detectarlos a simple vista en el cielo nocturno, así como a través de herramientas de acceso libre en Internet.

Satelite NAVSTAR de GPS
Satélite NAVSTAR del Sistema GPS - Cliquear para ampliar la imagen

 

Qué son los satélites

Los satélites son simplemente objetos que giran alrededor de un planeta en trayectoria circular o elíptica (ovalada). La Luna es el único satélite natural del planeta Tierra. Pero también hay montones de satélites artificiales construidos en centros de investigación espacial tecnológicamente aptos para su desarrollo. Estos satélites artificiales son lanzados y puestos en órbitas alrededor del planeta, por lo general en órbitas más cercanas que la órbita del único satélite natural de la Tierra.
 

  • La trayectoria que sigue un satélite alrededor de un planeta se denomina órbita. El punto más lejano de una órbita de forma elíptica (círculo ovalado) se denomina apogeo, mientras que el punto más cercano se denomina perigeo.
     
  • Los satélites artificiales no se producen en masa. La mayoría son construidos especialmente para la realización de tareas específicas. Son excepción a esto los satélites utilizados por los GPS, los cuales requieren por lo menos 24 unidades operacionales colocadas en órbita (hacia junio de 2019 habían 31 satélites GPS operando). También son excepción los 66 satélites de comunicación de la constelación Iridium (así fue bautizado este grupo de satélites), diseñados por la empresa Motorola, que prestan servicios de comunicación de datos y voz utilizados por dispositivos móviles en áreas que se encuentran fuera de cobertura de los servicios de telefonía celular y telefonía fija de zonas urbanas (por ejemplo en montañas o zonas completamente despobladas como los polos).
     
  • De acuerdo a la Agencia Espacial Europea (ESA), hacia enero del año 2019 habían registrados alrededor de 34.000 objetos artificiales con un tamaño superior a los 10 centímetros orbitando al planeta Tierra, considerados como basura espacial, y que son lo suficientemente grandes como para ser detectados. La mayoría son pedazos de artefactos que se desprendieron de viejos satélites apagados que ya han dejado de funcionar hace tiempo. También hay herramientas que se han escapado de las manos de astronautas que trabajan en la reparación de artefactos en órbita. Además, son considerados basura espacial, cargas y objetos de investigación que fueron colocados erróneamente en órbitas incorrectas. Asimismo, se encuentran propulsores de cohetes que han sido utilizados en naves o sondas interplanetarias -como las enviadas al planeta Marte- y que sirven para ayudar a éstas a escapar de la gravedad terrestre al ser lanzadas. Estos propulsores luego se desprenden de las naves, para ser finalmente abandonados en órbitas alrededor de la Tierra. Incluso los satélites viejos que han dejado de funcionar son considerados basura espacial. Por lo tanto, el ser humano no solo contamina a la Tierra sino que también al espacio que la circunda.

Aunque cualquier objeto que orbita alrededor de la Tierra es técnicamente un satélite, dicho término es utilizado usualmente para referirse a objetos útiles que fueron colocados en órbita con la finalidad de brindar algún servicio específico. Por lo general, se habla de satélites climáticos, satélites de comunicación y satélites de investigación científica.

Orbita de la Luna
Análisis de la órbita de la Luna - Tocar para ver la imagen en grande

 

Orbita de la Luna

 

 

Cuál fue el primer satélite artificial puesto en órbita

 
El primer satélite artificial puesto en órbita terrestre fue el soviético Sputnik, lanzado el 4 de octubre de 1957.

Esto sucedió en plena era de la denominada Guerra Fría, cuando la ex Unión Soviética y Estados Unidos de América eran países enemigos y competían en cada ámbito de la política, economía y tecnología. Ambos países lo hacían para contar con las herramientas necesarias para superar al contendiente en caso de un potencial conflicto bélico, incluyendo el dominio de tecnologías espaciales que permitirían espiar o incluso atacar al enemigo desde el espacio exterior.

El Sputnik era una bola metálica de 58 centímetros de diámetro y que pesaba 83,6 kilogramos. A pesar de que su lanzamiento representa un momento clave en lo que respecta al nacimiento de la era espacial, para los estándares actuales, las tecnologías utilizadas en el Sputnik son completamente anticuadas. No obstante, es necesario recordar que se está hablando del año 1957.

El Sputnik estaba constituido por una carcasa metálica (aluminio) que contenía un termómetro, una batería, un transmisor de ondas de radio (que cambiaba el tono de los sonidos enviados para señalar variaciones de temperatura) y gas nitrógeno utilizado para presurizar al interior del satélite.

En la parte exterior del Sputnik, había cuatro antenas que transmitían señales de frecuencias de onda corta. Las dos frecuencias en las que transmitía el satélite Sputnik eran: 20,005 Mhz y 40,002 Mhz. Estas señales, incluso pudieron ser captadas y grabadas por radioaficionados de muchas partes.

Luego de orbitar alrededor de la Tierra 1440 veces durante 92 días, la fuerza de atracción gravitatoria del planeta terminó por ganarle al Sputnik, que se quemó y desintegró al entrar nuevamente a la atmósfera (los objetos que orbitan al planeta en el espacio exterior se mueven a velocidades muy altas, pero como ahí no hay atmósfera y el vacío es casi total, no les sucede nada, no obstante, ni bien entran a la atmósfera, terminan incinerados y desintegrados debido a la fricción generada con las partículas que componen a la atmósfera).

El Sputnik orbitaba a una velocidad aproximada de 29.000 km/h y tardaba unos 96,2 minutos en completar cada vuelta alrededor de la Tierra. Emitió señales durante 21 días, hasta que el 26 de octubre de 1957 se agotaron las baterías del transmisor. La órbita elíptica del Sputnik tenía una distancia de apogeo (punto de su órbita más lejano a la Tierra) de aproximadamente 939 kilómetros, un perigeo (punto de su órbita más cercano a la Tierra) de 215 kilómetros, y una distancia promedio de 577 kilómetros por encima de la superficie terrestre. El Sputnik terminó incinerado al reingresar a la atmósfera terrestre el 4 de enero de 1958.

Un mes depués del lanzamiento del Sputnik, el 3 de noviembre de 1957 se lanzó el Sputnik-2, con un peso de 508,3 kilogramos. En el Sputnik-2 viajaba el primer ser vivo en salir al espacio, la perra Laika, quien murió a las pocas horas de lanzado el satélite que la transportaba por acaloramiento y tensión. El Sputnik-2 también fue vencido por la gravedad terrestre 162 días después de haber sido lanzado. Terminó incinerado y desintegrado al entrar a la atmósfera el 14 de abril de 1958.

El Sputnik es un claro ejemplo de lo simple que puede llegar a ser un satélite. Aunque los utilizados hoy día son mucho más complejos debido a las tareas para las que son utilizados, la tecnología básica necesaria para ponerlos en órbita sigue siendo bien sencilla.

El 31 de enero de 1958, Estados Unidos de América lanzó su primer satélite, el Explorer 1, desde el Cabo Canaveral (hoy llamado Cabo Kennedy) en el estado de la Florida. Así comenzaba la carrera espacial entre Estados Unidos y la Unión Soviética, con la meta final de poner primero a seres humanos en la superficie de la Luna (cosa que se lograría por primera vez recién el 20 de julio de 1969). El Explorer 1, a diferencia de los dos satélites soviéticos lanzados el año anterior, se mantuvo en orbita durante varios años, hasta el 31 de marzo de 1970.

Desde entonces, tanto Estados Unidos como la Unión Soviética, no pararían de enviar artefactos de toda clase al espacio exterior.

Satélite Sputnik 1 
Satélite Sputnik 1

 El satélite Sputnik 1 por dentro
El satélite Sputnik 1 por dentro

 

Cómo se pone en órbita un satélite

Todos los satélites que se ponen en órbita son lanzados con cohetes. Sin embargo, varios satélites fueron llevados y puestos en órbita en el compartimento de cargas de transbordadores espaciales. Son pocos los países con empresas desarrolladoras de satélites. También son pocos los países con capacidad de lanzamiento de cohetes desde su propio territorio. En la actualidad, Argentina y Brasil son los únicos países de Latinoamérica con capacidad de fabricación de satélites de gran porte y uso comercial. Sin embargo, universidades de México, Colombia, Ecuador, Perú, Chile y Costa Rica han construido nanosatélites CubeSat con fines académicos. Estos nanosatélites tienen forma cúbica, por lo general presentan un tamaño de 10 cm por lado y un peso aproximado de 1 kg.

Los cohetes pueden poner en órbita exitosamente satélites de hasta varias toneladas de masa. En la mayoría de los casos, los cohetes son lanzados verticalmente, para poder traspasar fácilmente la parte más gruesa de la atmósfera de manera rápida y con el menor gasto posible de combustible.

Una vez que el cohete ha sido lanzado hacia arriba, su mecanismo de control utiliza un sistema de guiado inercial (sistema que a través de una computadora con sensores de movimiento y sensonres de rotación giroscópicos, calcula la posición, orientación y velocidad de un objeto en movimiento). El sistema de guiado inercial sirve para calcular y realizar ajustes en la trayectoria del cohete, así como para seguir con exactitud la trayectoria proyectada en el plan de vuelo. En la mayoría de los casos, el plan de vuelo indica que el cohete debe dirigirse hacia el este, dado que la Tierra también gira hacia el este, dándole así un mayor impulso libre al vehículo.

Para entender qué tan importante es para los cohetes aprovechar este impulso otorgado por el movimiento terrestre hacia el este, se proporciona la siguiente explicación: La velocidad de rotación de la Tierra sobre su eje es de unos 1660 km/h, por lo que ese movimiento impulsa al cohete a moverse a mayor velocidad. ¿Pero cuál es la razón por la que un cohete que se mueve a varios miles de kilómetros por hora necesita el impulso adicional que le otorga el arrastre del movimiento rotacional del planeta? Simple, ahorro de combustible. Se necesita una gran cantidad de energía para acelerar a un cohete con tanta carga en su interior (la carga es el satélite que transporta y el propio cohete de varias toneladas), y por ende una cantidad significativa de combustible, lo que finalmente se traduce en lo mismo de siempre, dinero, ya que más combustible significa una misión más costosa. Por lo tanto, el movimiento de rotación de la Tierra es un aliado a la hora de lanzar cohetes, ya que los arrastra y mueve un poco más rápido sin necesidad de consumir más combustible.

El cohete debe cruzar la atmósfera a través de todas sus capas hasta llegar al punto donde el aire está enrarecido, o sea donde la atmósfera tiene bajísima densidad y se acerca al vacío. Pero para entender esto hay que analizar brevemente a la atmósfera.

La atmósfera es una capa de gases (en conjunto conocidos simplemente como aire) que rodea al planeta y gracias a la cual los seres vivos pueden vivir, ya que contiene el oxígeno que les permite respirar. Tiene una altura de unos 700 kilómetros, pero el 95% de dichos gases se encuentran en los primeros 30 kilómetros y el 75% en los primeros 13 kilómetros. La atmósfera está compuesta por nitrógeno en un 78,08%, oxígeno en un 20,95%, Argón en un 0,93% y el 0,04% restante contiene otros gases como dióxido de carbono, neón, hidrógeno, helio, metano, kriptón, monóxido de carbono, ozono y clorofluorocarbonos.


 
La atmósfera se divide en varias capas:

  1. Primero está la tropósfera, la capa más baja que alcanza hasta aproximadamente unos 13 kilómetros ó 13.000 metros de altura (todos los seres viven en la tropósfera, los aviones comerciales de pasajeros vuelan hasta unos 12 ó 13 kilómetros de altura). En la tropósfera, la temperatura va disminuyendo a lo largo que se va aumentando de altura hasta llegar a su límite superior (denominado tropopausa) donde la temperatura puede llegar hasta unos -70 C°.
     
  2. Más arriba sigue la estratósfera que va desde los 13 kilómetros hasta unos 48 kilómetros de altura (límite superior llamado estratopausa). Aquí la temperatura cambia su tendencia, ya que nuevamente va aumentando hasta llegar a ser de unos 0ºC en la estratopausa. En la estratósfera no se perciben movimientos del aire en dirección vertical, sin embargo los vientos horizontales pueden llegar a los 200 km/h, haciendo que cualquier sustancia que llegara a la estratósfera acabe rápidamente distribuida por el planeta, como ocurre con los gases CFC (clorofluorocarbonos) que destruyen al ozono que se encuentra justamente en la estratósfera y que es tan importante, porque absorbe a las radiaciones dañinas ultravioletas provenientes del Sol. Dado que aquí hay menos partículas en la que la luz puede reflejarse, el cielo -a diferencia de lo que ocurre en la tropósfera- es constantemente oscuro.
     
  3. La capa que sigue se llama mesósfera, se extiende entre los 48 y 80 kilómetros de altura, y contiene apenas cerca del 0,1% de la masa total del aire de la atmósfera. Dado que en la mesósfera la temperatura y la densidad del aire son bajas, esto ayuda a la formación de turbulencias y ondas atmosféricas de gran escala. Aquí la temperatura vuelve a disminuir al aumentar la altitud, hasta llegar a unos -90 C° en el límite superior de esta capa ubicada a 80 kilómetros de altura (llamado mesopausa). Esta es la menor temperatura que se registra en toda la atmósfera terrestre. La mesósfera es donde gran parte de los meteoritos que caen a la Tierra se queman, dando forma a lo que se conoce coloquialmente como estrellas fugaces.
     
  4. La siguiente capa se llama termósfera, se extiende de los 80 a los 700 kilómetros de altura. Se llama así porque en partes de esta capa la radiación ultravioleta, los rayos X y rayos gamma provenientes del Sol, ionizan (les arrancan electrones) a los átomos de sodio y otras moléculas, elevando a la temperatura de los gases que la componen varios cientos de grados Celsius. Por encima de los 100 kilómetros de altura, comúnmente se considera que se está en el espacio exterior. Por lo tanto, basados en esa definición, gran parte de la termósfera pertenece al espacio exterior. Esa frontera ubicada a 100 kms de altura, se denomina Línea de Kármán. En la termósfera se encuentran orbitando satélites artificiales, también está la Estación Espacial Internacional (un centro de investigación espacial permanentemente tripulado, que orbita entre los 407 y 419 kilómetros de altura, donde viven científicos y astronautas).

Suficiente explicación acerca de la atmósfera, ahora ya se sabe lo necesario para entender lo que sigue:

Una vez que el cohete que transporta al satélite alcanza una altura de aproximadamente 193 kilómetros, donde el aire está enrarecido (o sea, con una densidad muy baja) y no ofrece resistencia aerodinámica al movimiento, el sistema de navegación despliega pequeños propulsores que rotan al vehículo a una posición horizontal. Luego de eso, y tras continuar el ascenso hasta una altura cercana a los 700 km, se suelta el satélite, separándose del cohete que lo transportaba. En ese momento, los propulsores del cohete empujan a este último para alejarlo del satélite y evitar una colisión entre ellos.

 

Sistema de guiado inercial

Antes se mencionó que el cohete debe ser controlado con extrema precisión para colocar a un satélite en la órbita deseada. Para eso, se utiliza lo que se denomina sistema de guiado inercial (IGS - del inglés Inertial Guidance System), que se encuentra dentro del cohete que transporta al satélite. El sistema de guiado inercial puede determinar la posición y orientación precisa del cohete, midiendo cada una de las aceleraciones que experimenta. Esto lo logra utilizando una serie de acelerómetros (medidores de aceleración de un vehículo) y giróscopos (dispositivos que miden la rotación y orientación de un vehículo) que trabajan en conjunto. Los ejes de los giróscopos se encuentran montados en cardanes (un cardán es un dispositivo que une dos ejes no colineales, permitiendo transmitir la rotación de uno al otro a pesar de no encontrarse sobre la misma línea recta) y cada uno de ellos siempre apunta en la misma dirección. Esta plataforma estable contiene acelerómetros que registran los cambios de aceleración en los tres ejes.

Si se conoce exactamente dónde se encuentra el cohete al momento del despegue (cosa que obviamente se sabe) y se le suman cada una de las distintas aceleraciones ocurridas en cada uno de los tres ejes (X, Y, Z), se puede calcular la posición actual del cohete, ya que cada aceleración registrada queda guardada en la memoria de una compuadora y simplemente hay que sumarlas todas al punto de partida para obtener la posición actual.

De aquí, también se concluye que es necesaria una pequeña computadora de a bordo con un programa que pueda realizar esos cálculos.

 
 

Altura y velocidad de los satélites

Los cohetes deben acelerar hasta una velocidad de por lo menos 40.320 km/h para poder escapar de la gravedad de la Tierra y poder así viajar por el espacio. A esta velocidad se la denomina velocidad de escape. Sin embargo, en el caso de los satélites no es necesario desarrollar la velocidad de escape terrestre, ya que es mucho mayor de lo requerido para colocar un satélite en órbita. De hecho, en el caso de los satélites, el objetivo no es escapar de la gravedad terrestre, sino que balancear al artefacto en una órbita determinada, ni más lejos ni más cerca.

La velocidad orbital es aquella necesaria para lograr un equilibrio entre la atracción gravitatoria de la tierra y la inercia propia del movimiento del satélite (la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de conservar su estado de reposo o movimiento a una velocidad constante, a menos que actúe sobre ellos alguna fuerza). O sea, la velocidad orbital es necesaria para lograr un balance entre la fuerza que atrae al satélite hacia la Tierra y la tendencia propia que tiene el satélite a seguir su movimiento alejándose del planeta en línea recta. Por ejemplo, dicha velocidad de equilibrio es de 27.359 km/h para un satélite colocado a una altura de 242 kilómetros. Si no fuese por la gravedad terrestre que mantiene "atado" al satélite, la inercia de su movimiento lo haría seguir alejándose de la Tierra eternamente en el espacio. No obstante, incluso con la gravedad terrestre, si el satélite se mueve demasiado rápido, eventualmente terminará escapándose de la atracción terrestre. Por otro lado, si se mueve muy lentamente, la fuerza gravitatoria terrestre lo teminará arrastrando haciendo que ingrese a la atmósfera, se incinere y finalmente termine desintegrado. Por lo tanto, es necesario ajustar la velocidad orbital del satélite con exactitud para balancear la inercia y la fuerza gravitatoria terrestre, y para hacer que el satélite se mueva constantemente en una órbita curva similar en forma a la de la superficie del planeta, en lugar de seguir un movimiento en línea recta escapándose hacia el espacio o por el contrario cayendo nuevamente a la Tierra.

La velocidad orbital del satélite depende de su altitud sobre la superficie de la Tierra. Cuanto más cerca -o bajo- se encuentre, se necesitará una mayor velocidad orbital. Por ejemplo, a una altura de 200 kilómetros, la velocidad orbital necesaria para balancear al satélite es de unos 27.400 km/h; pero para mantener en órbita a un satélite que se encuentra a 35.786 kilómetros de distancia (satélite de tipo geoestacionario, del cual se hablará más adelante) se requiere una velocidad de 11.300 km/h.

Puesto que a 35.786 kilómetros de altura la circunferencia de la órbita que debe recorrer el satélite es de 271.200 kilómetros, a una velocidad de 11.300 km/h tardará exactamente 24 horas en dar una revolución completa alrededor del planeta (271.200 / 11.300 = 24). Entonces, como la Tierra también rota una vez cada 24 horas (un punto cualquiera del planeta tarda 24 horas en dar una revolución completa), un satélite ubicado a 35.786 kilómetros de distancia y que viaja a 11.300 km/h tendrá una posición fija en relación a un determinado punto de la Tierra, porque ambos tardan 24 horas en cubrir un período completo, dando el efecto de estar siempre el satélite exactamente encima de ese mismo punto. A este tipo de satélite, como ya se mencionó en el párrafo anterior, se lo denomina geoestacionario, y eso es porque parece encontrarse estacionario sobre un punto determinado del planeta. La órbita geoestacionaria es ideal para satélites de comunicación (más adelante se explicará con más detalle esto).

Esa distancia no se tomó arbitrariamente, sino que si se eligiera una distancia más cercana, la velocidad de equilibrio haría que el satélite diera una revolución completa alrededor del planeta en menos de 24 horas (cuanto más cerca se encuentra un objeto, la velocidad que lo equilibra en una órbita determinada para que no escape de la gravedad terrestre ni tampoco sea atraído hacia el planeta, es mayor y hace que realice más de una vuelta diaria alrededor de la Tierra). Por otro lado, si se llegara a elegir una distancia superior a 35.786 kilómetros, la velocidad de equilibrio del satélite haría que tardara más de 24 horas en dar una vuelta completa alrededor del planeta. Entonces, sí o sí, para que un satélite sea geoestacionario (es decir, se encuentre siempre por encima de un determinado punto del planeta) debe colocarse a 35.786 kilómetros por encima de la superficie.

La Luna se encuentra a una distancia media de 384.400 kilómetros, viaja a una velocidad de equilibrio aproximada de 3700 km/h y su órbita tarda 27,3 días en dar una revolución completa alrededor del planeta. Como ya se habrá notado, la velocidad orbital de la Luna es muy inferior a la de satélites artificiales. Si la velocidad fuera superior se escaparía para siempre y si fuese inferior "caería" a la Tierra, provocando un catastrófico impacto que terminaría con todo tipo de vida sobre la faz del planeta. Debido a esta gran distancia, también tarda tantos días en completar una vuelta alrededor del planeta.

Cuanto más alta es la órbita, el satélite podrá permanecer más tiempo en dicha órbita funcionando. A menor altura, el satélite entra en contacto con trazas de atmósfera (partículas) que crean mayor arrastre o roce, desacelerando al artefacto y haciendo que con el paso del tiempo la trayectoria pierda altura, decaiga y finalmente sea vencido por la gravedad terrestre, ingresando a la atmósfera donde termina incinerado y desintegrado. Por el contrario, a mayores alturas, donde el vacío (falta de aire) del espacio es casi completo, no hay tanta fricción o arrastre que desacelere al satélite, permitiendo que éste se mantenga en órbita por muchos años e incluso décadas o siglos, un gran ejemplo de ello es la Luna.

Los satélites, por lo general comienzan su misión en una trayectoria elíptica (circular ovalada), pero desde la estación de control en la Tierra, pueden controlar remotamente unos pequeños propulsores con los que se puede corregir la órbita del artefacto. Si se activan los propulsores justo cuando el satélite se encuentra en el apogeo de la elipse (punto más distante de la órbita satelital a la Tierra) y se lo impulsa de manera leve en dirección a una trayectoria de vuelo más circular (hacia adentro del círculo), el perigeo (parte de la órbita elíptica más baja o cercana a la Tierra) se aleja del planeta, dando como resultado una trayectoria orbital más circular para el satélite. Estas correcciones se deben realizar cada cierto período de tiempo (meses o años) si la órbita tiende a modificarse sola, debido a la gravedad terrestre.

Altura y velocidad de satelites
Alturas y velocidades de satélites - Cliquear para ver en grande

 

Qué es una ventana de lanzamiento

Una ventana de lanzamiento es un período de tiempo durante el que es más apropiado lanzar un vehículo al espacio para que realice un determinado tipo de tarea.

Por ejemplo, en el caso de satélites que deben pasar por encima de ciertas regiones a una hora específica del día, puesto que el satélite siempre viajará a la misma velocidad y altura de equilibrio, sin poder acelerarlo o desacelerarlo -salvo para corregir la trayectoria de su órbita-, deberá lanzarse a una hora específica que permitirá que a partir de entonces, a esa velocidad y altura, siempre pase en el mismo momento del día por las mismas regiones.

Pero la ventana de lanzamiento también es algo que se debe tener en cuenta al momento de querer lanzar otros vehículos espaciales, por ejemplo, las naves no tripuladas interplanetarias como aquellas que se envían a Marte u otros planetas. En el caso concreto de naves que se envían a Marte, dado que todos los planetas del Sistema Solar orbitan alrededor del Sol a distintas velocidades y distancias (radios) desde el astro rey, las distancias y direcciones entre ellos varían día a día, por lo que siempre se tiende a elegir una fecha de lanzamiento que hará que al momento del encuentro entre la nave y el planeta Marte (o cualquier otro planeta de destino) su distancia desde la Tierra sea la menor posible y así ahorrar tiempo y energía (y claro está, dinero).

Si el lanzamiento es suspendido por algún motivo imprevisto como mal tiempo, algún desperfecto técnico o demora en la preparación de la nave, no se podrá lanzar hasta la próxima ventana de lanzamiento, aunque en el caso de los satélites el tiempo que separa a dos períodos de ventana de lanzamiento es muy inferior al del requerido para el envío de naves interplanetarias. En el primer caso, el período de ventana de lanzamiento es de un día (ya que simplemente se debe esperar a la hora calculada, la cual se repite cada 24 horas, obviamente). Para el segundo caso, el período de ventana de lanzamiento puede ser de varios meses o incluso más de un año.

Por eso, respetar el horario de lanzamiento planificado es fundamental para que el satélite pueda brindar los servicios proyectados, siendo una de las variables que marcan el éxito o el fracaso de una misión.
 

Qué hay dentro de un satélite

Para entender qué hay dentro de un satélite, primero hay que conocer las distintas clases de satélites que existen:
 

  • SATÉLITES CLIMÁTICOS: Son una herramienta esencial para que los meteorólogos puedan predecir el clima o conocer lo que está sucediendo en el mismo instante en distintas regiones de un país o del planeta. La mayor parte de los satélites meteorológicos fueron fabricados en Estados Unidos de América, Francia, Japón, Alemania, Italia, Reino Unido, Rusia, China e India. Son administrados por sus respectivos países: Estados Unidos de América, un consorcio de naciones europeas, Rusia, Japón, China e India. Algunos de los satélites climáticos más famosos incluyen a las series estadounidenses TIROS (Television Infrared Observation Satellite - Satélite de Observación Infrarroja para Televisión), aunque hoy son conocidos como NOAA por ser administrados por la National Oceanic and Atmospheric Administration (que en inglés significa Administración Oceánica y Atmosférica Nacional). También son conocidos los satélites GOES (satélites estadounidenses cuyas siglas significan Geostationary Operational Environmental Satellite o en español: Satélite Operacional Ambiental Geoestacionario) y METEOSAT (una serie de satélites meteorológicos europeos construidos por las empresas de tecnología aeroespacial francesas Aérospatiale, Cannes Mandelieu Space Center, Matra, la alemana MBB, la italiana Alenia Aeronautica, la británica Marconi Company y en su última generación por la franco-italiana Thales Alenia Space). Estos satélites cuentan con cámaras que envían fotografías del clima terrestre, algunos desde una posición fija geoestacionaria (a 35.786 kilómetros de altura y siempre fotografiando la misma franja del planeta) y otros desde órbitas polares (que giran de polo a polo a unos 850 kilómetros de altura, completando una revolución en 100 minutos, por lo que cada vez que hayan completado una vuelta, la Tierra ya ha girado unos 25°, permitiendo así que fotografíen una franja distinta tras cada vuelta). Los satélites climáticos geoestacionarios son los de la serie GOES (hacia febrero de 2019, con cuatro satélites en operación cubriendo varias partes del globo terestre, y siendo el GOES-16 y el GOES-17 los encargados de cubrir el clima de América) y los METEOSAT europeos. Los de órbita polar son los de la serie NOAA.
        
  • SATÉLITES DE COMUNICACIÓN: Permiten conversaciones telefónicas y envío de datos a través del satélite. El elemento más importante de un satélite de comunicaciones es el transpondedor (un receptor de ondas de radio que recibe una conversación a través de una señal a una frecuencia específica que luego la amplía y retransmite nuevamente a la Tierra en otra frecuencia). Normalmente, un satélite de comunicaciones contiene cientos o incluso miles de transpondedores que permiten miles de comunicaciones simultáneas. Los satélites de comunicaciones tienen órbitas geoestacionarias así las antenas ubicadas en la Tierra -que les envían y reciben las señales- no se tienen que mover. De esta manera, siempre apuntan hacia la misma dirección del cielo donde el satélite se encuentra.
     
  • SATÉLITES DE TRANSMISIÓN TELEVISIVA: Son iguales a los satélites de comunicación y son utilizados para enviar señales televisivas de un lugar a otro para permitir transmisiones en vivo o el envío de señales de empresas de televisión satelital (como Direct TV) de la estación de transmisión a las casas de cada uno de los clientes suscriptos. 
     
  • SATÉLITES CIENTÍFICOS: Realizan una gran variedad de misiones científicas. El satélite científico más famoso es el Telescopio Espacial Hubble, ubicado en una órbita aproximada de 540 kilómetros de altura, con un período (tiempo en completar una vuelta alrededor de la Tierra) de 95-97 minutos, una longitud de 13,2 metros y una masa aproximada de 11.110 kg. El Hubble se ha encargado durante años de tomar las imágenes provenientes de los lugares más lejanos del universo con que cuenta la humanidad, sitios del universo ubicados a miles de millones de años luz de distancia desde la Tierra (el año luz es la distancia que se recorre en un año, viajando invariablemente a la velocidad de la luz). También existen otros satélites científicos que investigan todo tipo de fenómenos naturales que van desde manchas solares hasta rayos gamma.
     
  • SATÉLITES DE NAVEGACIÓN: Utilizados para que los aviones y barcos puedan navegar, aunque en los últimos años han sido puestos a disposición del público general, ya que en la actualidad todo tipo de vehículos civiles hacen uso de ellos a través del servicio brindado por los satélites del sistema GPS (Gobal Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global) pertenecientes a la serie de satélites NAVSTAR, fabricados y administrados por Estados Unidos.
     
  • SATÉLITES DE RESCATE:  Responden a señales de radio de vehículos extraviados (por ejemplo buques en peligro o aviones caídos en zonas inhóspitas). Estas señales son retransmitidas por los satélites a equipos de rescate en situaciones de emergencia.
     
  • SATÉLITES DE OBSERVACIÓN TERRESTRE: Observan fenómenos de toda clase en distintas regiones del planeta, como por ejemplo deforestaciones, cobertura de hielo en los polos o zonas de glaciares, crecimiento y desarrollo de zonas urbanas, temperaturas promedio de diversas regiones del planeta, movimiento de continentes, etc. Los más famosos son los satélites de la serie LANDSAT de origen estadounidense.
     
  • SATÉLITES MILITARES: Son satélites que aunque estén ahí arriba, su información es confidencial. Este tipo de información incluye inteligencia estatal que hace uso de equipos sofisticados de fotografía de alta definición, para reconocimiento de actividades en distintos países del planeta (por ejemplo: operaciones militares de países investigados, búsqueda de narcotraficantes y grupos paramilitares, etc). Algunas de sus aplicaciones incluyen el relevamiento de datos de comunicación encriptados entre distintos puntos de la Tierra, monitoreo de operaciones con energía nuclear, observación del movimiento de tropas, alerta de lanzamiento de misiles, fisgoneo fotográfico de variadas regiones del planeta, etc. Por lo tanto, toda actividad realizada hoy en la Tierra puede ser fácilmente observada por los ejércitos de los países más poderosos, gracias a estos satélites que literalmente pueden observar todo lo que sucede aquí abajo.

 
Ahora que ya se han descrito los diferentes tipos de satélites, se analizará qué contienen en su interior. A pesar de los distintos tipos de satélites que existen y los diferentes servicios que brindan, existe una gran cantidad de elementos en común que se pueden encontrar en todos ellos, entre los que se incluyen:

  • Todos ellos tienen una carcasa de metal o de un compuesto de variados materiales, llamada el bus del satélite. Dentro del bus se colocan todos los dispositivos que permiten a los satélites brindar los servicios para los que han sido desarrollados. Por otra parte, el bus siempre debe ser lo suficientemente resistente como para soportar al lanzamiento y las distintas condiciones a las que se verá expuesto en el espacio un satélite. El bus es el satélite propiamente dicho. Los satélites son como vehículos que transportan equipos que realizan las tareas específicas para las que fueron enviados al espacio. Estos equipos se denominan la carga útil del satélite. El satélite sin la carga útil es el bus, y es como si se tratara de un vehículo sin pasajeros
     
  • Todos ellos cuentan con una fuente de energía que por lo general está compuesta por celdas recolectoras de energía solar y baterías para su almacenamiento. Las matrices de celdas solares proveen energía para cargar las baterías recargables. Algunos diseños nuevos incluyen el uso de celdas de combustible de hidrógeno (que generan energía eléctrica a partir de hidrógeno). La disponibilidad de energía es vital para lograr un mayor tiempo de vida útil en un satélite. Se han utilizado muy pocas veces satélites que funcionaban a base de energía nuclear. Un accidente ocurrido con el satélite soviético Kosmos 954, el 24 de enero de 1978, tras una falla en la separación del reactor nuclear antes de su reingreso a la Tierra, provocó que el reactor reingrese junto al resto del satélite, y al desintegrarse, los desechos nucleares se desparramaran sobre el norte de Canadá. Esto puso en emergencia a la región y provocó la posterior puesta en marcha de una operación de limpieza ambiental. El estado de los sistemas de energía de un satélite es constantemente monitoreado desde los centros de control terrena, en donde se reciben los datos por medio de señales telemétricas (de medición a distancia) enviadas desde los satélites.
     
  • Todo satélite contiene una computadora de a bordo para controlar y monitorear los distintos sistemas y equipos del satélite.
     
  • Todos los satélites cuentan con un sistema de señales de radio, así como antenas receptoras y emisoras de dichas señales. Como mínimo, deben tener un receptor/transmisor de señales de radio para que desde el centro de control terrena se pueda monitorear su estado de funcionamiento. A estos dispositivos receptores/transmisores se los denomina transceptores. Muchos satélites pueden ser controlados desde tierra para que realicen diversas tareas: como cambiar la órbita o reprogramar el sistema de la computadora de a bordo, entre otras tareas.
     
  • Todos ellos cuentan con un sistema de control de inclinación (Attitude Control System o ACS). El ACS mantiene al satélite apuntando siempre en la dirección correcta. Por ejemplo, el Telescopio Espacial Hubble tiene un sistema de control muy complejo para que el telescopio pueda apuntar durante varias horas o incluso días hacia la misma dirección en el espacio universal, a pesar de orbitar a una velocidad aproximada de 27.300 km/h. Dicho sistema de control está compuesto por un conjunto de dispositivos que incluyen giróscopos (para medir la inclinación), acelerómetros (para medir la aceleración), un sistema estabilizador de ruedas de reacción (la rueda de reacción es un artefacto que se utiliza en vehículos espaciales para cambiar su momento angular sin consumir combustible), propulsores y un conjunto de sensores que determinan la posición del artefacto guiándose por las estrellas.

 

Tipos de órbitas satelitales

 
Hay tres tipos de órbitas satelitales dependiendo de la posición del satélite en relación a la superficie terrestre.

  • ÓRBITAS GEOESTACIONARIAS: También se las conoce como órbitas geosíncronas o síncronas (síncrono proviene del griego y significa que algo sucede al mismo tiempo o es simultáneo, refiriéndose en este caso a que el satélite se mueve a la misma velocidad a la que gira la Tierra, o sea que se mueve junto a un punto determinado del planeta). Los satélites geoestacionarios siempre están posicionados fijos sobre un mismo punto del planeta. Los satélites geoestacionarios están colocados sobre una banda a 35.786 kilómetros por encima del la línea del Ecuador (lo que sería a casi una décima de la distancia a la Luna, ya que ésta se encuentra a una distancia media de 384.400 kilómetros). Sin embargo, la banda de "estacionamiento" o "parqueadero" de satélites sobre la línea del Ecuador se está congestionando con varios cientos de satélites de transmisiones televisivas, meteorológicos y de comunicación, por lo que cada satélite debe ser colocado en órbita con mucho cuidado y precisión para evitar que las señales que emite interfieran con las señales de algún satélite vecino. Tanto los satélites meteorológicos como los de comunicación y los de transmisiones televisivas utilizan órbitas geoestacionarias. Gracias a las órbitas geoestacionarias, las antenas de televisión satelital pueden instalarse en una posición fija siempre apuntando hacia la misma dirección.
      
  • ÓRBITAS ASÍNCRONAS: Son las órbitas de menor altura que hacen que los satélites no giren en simultáneo a un determinado punto fijo del planeta, pasando varias veces al día por encima del mismo punto de la Tierra. La mayoría promedian una altura de 600-700 kilómetros.
     
  • ÓRBITAS POLARES: Son órbitas de baja altura (en comparación a las geoestacionarias) y en cada revolución pasan por encima de los polos del planeta. Dado que la órbita polar se mantiene fija en el espacio mientras la Tierra rota (o sea que el satélite no orbita hacia el este junto al planeta), esto hace que gran parte del planeta pase por debajo de un satélite de órbita polar. Por ejemplo, si un satélite da un giro completo alrededor de la Tierra en aproximadamente 90 minutos (pasando por los polos de sur a norte y luego de norte a sur 16 veces al día), el planeta habrá girado en ese tiempo unos 22,5° hacia el este, por lo que con cada pasada el satélite cubrirá una buena porción del planeta de unos 22,5° de ancho (vale recordar que un giro completo es de 360°). Entonces, si el satélite de órbita polar gira alrededor de la Tierra 16 veces, logra cubrir todo el planeta (22,5º x 16 = 360º). Dada su gran cobertura, estos satélites son excelentes para la realización de mapeos y tomas fotográficas de todo el planeta.

CONTINÚA EN QUÉ SON LOS SATÉLITES ARTIFICIALES Y CÓMO FUNCIONAN - PARTE 2 >>
 
 
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  para que son los

 

  •  para que son los satelites                    

  •   son para enviar señales a la tierra

  •    tomar fotos  
  • enviar sistemas de otros plenetas para telecomunicaciones

 Hola, En el caso de que se

 Hola,

En el caso de que se quiera colocar un satelite en orbita circular (Tipo OSCAR, etc) por un particular o civil, que debe tener en cuenta
?...es decir, cuales son los requisitos tecnico que deben tenerse en cuenta?...por ejemplo: queremos colocar 1 satelite de 10kg en una orbita eliptica o circular a 200km de altura con una inclinacion orbital de 10 grados, etc.....como debe ser el cohete lanzador?..como controlar la inclinacion y en que momento debe separase la etapa, explulsar el satelite, etc..???

 de que fuentes has

 de que fuentes has obtenido toda esta informacion podrias proporcionar los libros donde consultas esta informacion 

 Excelente

 Excelente información!
Actualmente me ocupo de la planificación de globos terraqueos y esta información me ha ayudado muchísimo.
Muchas gracias