Satélites (la otra Red)
Oct 17th, 2007 by Lonewolf
Hola amigos, hoy presentaré un tema sumamente interesante, el cual me apasiona gratamente y he tenido la oportunidad de realizar algunas experiencias interesantes. Hoy por hoy los medios de comunicación son muchos y variados, pero el turno de este día serán los satélites, comenzando por una breve reseña histórica, describiendo sus tipos, usos y un glosario de términos.
El hombre, desde los albores de la humanidad, ha mirado el cielo con una mezcla de admiración y temor. Hoy en día el cielo está habitado por máquinas que, impasibles y desde la enorme ventaja que les otorga la altitud en la que se mueven, intentan con su funcionamiento hacer nuestra vida lo más llevadera posible.
Los satélites artificiales inician su singladura en 1957 con el lanzamiento del SPUTNIK 1. En la actualidad la variedad de satélites artificiales que rodean la tierra es sorprendente. El siguiente esquema nos puede ayudar a ver su inmensa variedad
Tipos de Satélites
- Por su órbita:
- Satélites de órbita geoestacionaria
- Satélites de órbita baja (LEO)
- Satélites de órbita elíptica excéntrica (MOLNIYA)
- Por su finalidad:
- Satélites de Telecomunicaciones (Radio y Televisión)
- Satélites Meteorológicos
- Satélites de Navegación
- Satélites Militares y espías
- Satélites de Observación de la Tierra
- Satélites Científicos y de propósitos experimentales
- Satélites de Radio aficionados
De toda esta amplia gama de dispositivos presentes, nosotros nos vamos a centrar en el desarrollo de los satélites de telecomunicaciones asomándonos también a los satélites tipo GPS y los futuros PCS (Satélites de comunicación personal)
Bandas de frecuencias utilizadas por los Satélites:
La idea de los satélites de Telecomunicaciones apareció poco despues de la II Guerra Mundial. En 1945 , en el número de octubre de la revista Wirelesss World apareció un artículo titulado “Relés extraterrestres” cuyo autor era un oficial de radar de la RAF llamado Arthur C. Clarke.
Clarke, que mñas tarde sería conocido principalmente por sus libros de ciencia ficción y de divulgación, proponía en su artículo la colocación en órbita de tres repetidores separados entre si a 120 grados a 36.000 Km sobre la superficie de la tierra en una órbita situada en un plano coincidente con el que pasa por el ecuador terrestre. Este sistema podría abastecer de comunicaciones de Radio y Televisión a todo el globo. Si bien Clarke fue el primero que expuso la idea del empleo de la órbita geoestacionaria para las comunicaciones, ésta ya rondaba por la cabeza de muchos otros. Al poco tiempo de terminar la guerra no existían medios para colocar satélites en la órbita terrestre baja, ni mucho menos una geoestacionaria. Los primeros experimentos de utilización del espacio para propagación de radiocomunicaciones lo realizó el ejército americano en 1951 y en 1955 utilizando nuestro satélite natural, la Luna, como reflector pasivo.
El primer satétlite espacial, el SPUTNIK 1, llevaba abordo un radiofaro que emitía una señal en las frecuencias de 20 y 40 Mhz. Esta señal podía ser recibida por simples receptores y así lo hicieron muchos radioaficionados a lo largo del mundo realizándose la primera prueba de transmisión y recepción de señales desde el espacio. La primera voz humana retransmitida desde el espacio fue la del presidente norteamericano Dwight D. Eisenhower, cuando en 1958 en el contexto del proyecto SCORE se puso en órbita un misil ICBM Atlas liberado de su cohete acelerador con un mensaje de Navidad grabado por el dirigente, quien opinaba que el espacio tenía poca utilidad práctica. La grabadora podía también almacenar mensajes para retransmitirlos más tarde, lo que dio origen a los llamados satélites de retransmisión diferida.
Un Satélite posterior de este tipo fue el Courier 1B, lanzando el 4 de octubre de 1960. Este satélite militar podía almacenar y retransmitir hasta 68.000 palabras por minuto, y empleaba células solares en lugar de los acumuladores limitados del SCORE. Los sistemas pasivos, que imitaban la utilización primitiva de la Luna por el ejército norteamericano, se probaron durante un tiempo. Los Echo 1 y 2 eran grandes globos reflectores de mylar iluminado. Su uso se limitaba a parejas de estaciones terrestres desde las cuales podía verse el globo al mismo tiempo. Los científicos geodésicos descubrieron que era necesario un sistema de transmisión activo, por ejemplo una versión orbital de las torres de retransmisión por microondas utilizadas en los sistemas telefónicos.
Durante algún tiempo discutieron la conveniencia de colocar varios satélites en órbita geoestacionaria ( lo que implicaba costos de lanzamientos más elevados) o bien una multitud de satélites en órbitas más baja ( con el consiguiente aumento en el costo de los satélites). La polémica concluyó en favor de la solución geoestacionaria ya que dichos satélites tendrían un seguimiento mucho más sencillo.
El primer satélite de comunicaciones verdadero, el TELSTAR 1, fue lanzado a una órbita terrestre baja, de 952 x 5632 Km. Era también el primer satélite de financiación comercial, a cargo de la American Telephone and Telegraph. El TELSTAR 1 se lanzó el 10 de julio de 1962, y le siguió casi un año dspues el TELSTAR 2. Las estaciones terrestres estaban situadas en Andover, Maine (EEUU), Goonhilly Downs (Reino Unido) y Pleumeur - Bodou (Francia). La primera retransmisión mostraba la bandera norteamericana ondeando en la brisa de Nueva Inglaterra, con la estación de ANdover al fondo. Esta imagen se restransmitió a Gran Bretrañ, Francia y a una estación norteamericana en New Jersey, casi quince horas después del lanzamiento.
Dos semanas más tarde, millones de europeos y americanos seguían por televisión una conversación entre interlocutores de ambos lados del Atlántico. No sólo podían conversar, sino también verse en directo vía satélite. Muchos historiadores fechan el nacimiento de la aldea mundial ese día.
Al TELSTAR 1 le siguieron el RELAY 1, otro satélite de órbita baja, lanzado el 13 de diciembre de 1962, y el RELAY 2, el 21 de enero de 1964. Se trataba de vehículos espaciales experimentales, como el TELSTAR, diseñados para descubrir las limitaciones de actuación de los satélites. Como tales, constituían solo el preludio de acontecimientos más importantes.
El 26 de julio de 1963 el SYNCOM 2 se colocó en órbita sincrónica sobre el Atlántico. El SYNCOM 1 se había situado en el mismo lugar en febrero, pero su equipo de radio falló. La órbita del SYNCOM 2 tenía una inclinación de 28º, por lo que parecía describir un ocho sobre la tierra. Sin embargo, se utilizó el 13 de septiembre, con elRELAY 1, para enlazar Río de Janeiro (Brasil), Lagos (Nigeria) y New Jersey en una breve conversación entre 3 continentes. El SYNCOM 3 se situó directamente sobre el Ecuador, cerca de la línea de cambio de fecha, el 19 de agosto de 1964, y se retransmitieron en directo las ceremonias de apertura de los Juegos Olímpicos en Japón. “En directo vía satélite”: el mundo se sobrecogió al conocer las posibilidades de los satélites de comunicaciones.
Desde el principio los políticos comprendieron su potencial comercial. En 1961 el presidente de los Estados Unidos, John F. Kennedy, invitaba a todas las naciones a participar en un sistema de satélites de comunicaciones en beneficio de la paz mundial y de la fraternidad entre todos los hombres. Su llamada encontró respuesta, y en agosto de 1964 se formó el consorcio INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization = Organización Internacional de Telecomunicaciones por Satélite). El sistema es propiedad de los Estados miembro, a prorrata según su participación en el tráfico anual. La rama operativa del consorcio es la COMSAT (Communications Satellite Corporation = Corporación de Satélites de Comunicaciones), con sede en Washington. El primer satélite lanzado por esta empresa fue el INTELSAT 1, más conocido como EARLY BIRD. El 28 de junio de 1965 entró en servicio regular, con 240 circuitos telefónicos. Era un cilindro de 0,72 Mts de ancho por 0,59 Mts de altura, y su peso rondaba los 39 Kg. Las células solares que lo envolvían suministraban 40 Watts de energía, y para simplificar el diseño de sistemas, estaba estabilizado por rotación, como una peonza. El EARLY BIRD estaba diseñado para funcionar durante 18 meses, pero permaneció en servicio durante 4 años.
Con posterioridad se lanzaron sucesivos satélites INTELSAT, los cuales fuern aumentando su capacidad de retransmisión de canales telefónicos y televisivos. En la actualizad la constelación INTELSAT consta de 32 satélites cubriendo todo el globo.
El INTELSAT no es el único sistema de satélites de comunicaciones en funcionamiento. A medida que avanzaba la tecnología y descendían los precios, la conveniencia de los satélites de comunicaciones dedicados crecía. Resultaba atractivo, desde el punto de vista comercial construir los satélites según las necesidades de los distintos estados, firmas, compañías de navegación y otras organizaciones con un gran volumen de tráfico de comunicaciones entre puntos separados por varios centenares de kilómetros. El primer país que contó con un sistema interior fue Canadá que lanzó el ANIK 1 (mediante un cohete norteamericano) en noviembre de 1972. España cuenta con su propio sistema de satélites, el sistema HISPASAT. Otra red muy utilizada, aunque no tan conocida, es la DSCS (Defense Satellite Communications System= Sistema Militar de comunicaciones por satélite), del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Otras redes de satélites militares aliados son el sistema naval de comunicaciones por satélite (FLTSATCOM, Fleet Satellite Communications System) , el del sistema aéreo ( AFSATCOM, Air Force Satellite Communications System), el del ejército (SATCOM)… todos ellos norteamericanos y de la serie de la OTAN.
La red nacional más extensa de satélites fue desarrollada por la Unión Soviética a partir de abril de 1965, con una serie de satélites llamada MOLNIYA (relámpago) situados en una órbita muy elíptica con el cenit sobre el hemisferio norte. De este modo, diversos centros del extenso territorio de la URSS quedaron unidos por programas de televisión en blanco y negro, telefóno y telégrafo. La órbita de 12 horas colobab al satélite encima de la Unión Soviética durante los periodos fundamentales de comunicaciones, lo que suponía para las estaciones de tierra un blanco con un movimiento aparente muy lento. Cada una de las 2 primeras series (MOLNIYA 1 y 2) comprende 4 pares de cada tipo de satélite, colocados a intervalos de 90º alrededor de la órbita. La serie MOLNIYA 3 es la más completa, pues incorpora televisión a color ademas de las telecomunicaciones. En combinacón con los satélites trabajan las estaciones terrestres Órbita o de “toldilla”, cada una de las cuales emplea una antena parabólica de bajo ruido y de 12 metros de diámetro sobre un soporte giratorio. La antena se orienta hacia el satélite por medio de un mecanismo eléctro-mecanico de seguimiento.
Los Satélites MOLNIYA tuvieron un impacto social, político y económico considerable en el desarrollo del estado soviético ( a menudo, con culturas y costumbres diferentes) en contacto más estrecho con Moscú y, al establecer las conexiones, a través de la Organización INTERSPUTNIK, con otros paises socialistas, desde Europa Oriental a Mongolia. La red de largo alcance se perfecciona más en la actualizad. En diciembre de 1975, a la familia de satélites de comunicaciones soviético se añadio el RADUGA, cuya designación internacional es SATSIONAR 1. Su misión es la misma que en la serie MOLNIYA, si bien describe una órbita geoestacionaria.
Le siguió el EKRAN, también de órbita estacionaria cuyo nombre internacional es STATSIONAR T. Tiene como función específica la retransmisión de programas de televisión desde los estudios centrales de Moscú a zonas con estaciones terrestres más sencillas. Lo hacen posibles comunicaciones, y sus antenas de haces dirigidos convergentes, que permiten retransmitir señales de TV directamente a grupos de receptores a través de antenas colectivas, e incluso directamente a los receptores de cada hogar (a través de las antenas en el tejado).
Los ingenieros soviéticos han perfeccionado también una estación terrestre móvil llamada MARS, transportable en 3 contenedores. Aunque en un principio se ideó para la recepción de TV en directo, cuenta con una antena parabólica de 7 Mts y funciona de modo completamente automático. Puede utilizarse también para retransmisiones telefónicas y telegráficas.
Los equipos espaciales para la retransmisión vía satélite de los Juegos Olímpicos de Moscú en 1980 pretendían llevar a una audiencia de 2000 a 2500 millones de personas lo más cerca posible de los acontecimientos deportivos. Entre ellos se contaban nuevos satélites geoestacionarios del tipo GORIZONT, con equipos de retransmisión perfeccionados. El primero se lanzó en diciembre de 1978.
Glosario
En este apartado expondremos una serie de definiciones de términos de interés para los aficionados al mundo de los satélites.
Altitud: distancia entre el satélite y el punto de la tierra debajo del mismo.
Adquisición de señal (AOS): Momento del tiempo en horas, minutos y segundos, en el cual una estación receptora terrestre comienza a recibir las señales que emite un satélite
Apogeo: Punto de la órbita de un satélite más lejos del centro de la tierra.
Argumento de perigeo: Valor numérico en grados desde el nodo ascendente al perigeo.
Azimut: Angulo medido en el plano del horizonte desde el Norte verdadero y en el sentido de las agujas del reloj al plano vertical donde se encuentra inmerso el satélite.
Culminación: Punto en el cual un satélite alcanza su más alta posicón o elevación en el cielo relativo a un observador.
Declinación: Distancia angular desde el Ecuador al satélite, esta medida es positiva en el norte y negativa en el sur.
Tiempo Universal Coordinado: También conocido como tiempo medio de Greenwich (GMT) . Tiempo local en cero grados de longitud en el observatorio de Greenwich, Inglaterra.
Tasa de disminución: Es la tasa de disminución del período orbital (tiempo que toma en completar una revolución) debido a la fricción atmosférica y a otros factores. Es un número real medido en términos de revoluciones por día.
Satélite de transmisión directa (DBS): Satélites de gran potencia que transmiten en Banda Ku solo cuatro o cinco canales directamente a los usuarios finales. El rango de frecuencias DBS es 11,7-12,5 Ghz. Los nuevos satélites americanos DBS son capaces de transmitir hasta 180 canales de televisión digital simultáneamente, éstos transmiten en el rango de frecuencia de 12.2-12.7 Ghz.
Efecto Doppler: Diferencia en la frecuencia observada entre la frecuencia de la señal transmitida y la señal recibida de un satélite cuando el transmisor y el receptor están en movimiento relativo.
Enlace descendente (downlink): Un radio enlace originado en una nave y terminando en una o más estaciones de tierra.
Excentricidad: Este es un número sin unidad que describe la forma de la órbita del satélite en términos de cuánto se aproxima a un círculo perfecto. Esta número viene dado en el rango de
Elevación: Angulo sobre el plano del horizonte entre éste y el satélite.
Efemérides: Tabla con una serie de datos que hacen referencia a la posición y movimiento de un satélite.
Época: Una fecha específica que se usa como un punto de referencia; el tiempo en el que se actualiza una tabla de elementos para un satélite.
Día época: Este es el día y fracción de día para una fecha determinada. Este número viene constituido por una parte entera que es el día juliano y la hora del día que es la parte decimal.
Año época: Este es el año correspondiente a una época dada.
Plano ecuatorial:Un plano imaginario que pasa a través del centro de la tierra y del ecuador.
Agencia Espacial Europea: Un consorcio de grupos gubernamentales europeos dedicados al desarrollo de la exploración espacial.
Footprint: Zona del globo que se encuentra dentro de la cobertura de la antena de alta ganancia de un satélite. Normalmente se aplica a los satélites geoestacionarios.
Estación de tierra: Una estación de radio situada en, o cerca de la superficie de la tierra, diseñada para recibir señales de, o transmitir señales a una nave.
Inclinación: El ángulo entre el plano de la órbita y el plano ecuatorial de la tierra, medido en el mismo sentido de las agujas del reloj. 0 grados de inclinación podría describir un satélite orbitando en la misma dirección que la rotación de la tierra directamente sobre el Ecuador, 90 grados de inclinación podría tener el satélite orbitando directamente sobre ambos polos de la tierra. Una inclinación de 180 grados podría tener al satélite orbitando otra vez directamente sobre el Ecuador, pero en dirección opuesta a la rotación de la tierra. La inclinación viene dada por un número real comprendido entre 0 y 180 grados.
Designador internacional: Convención establecida para nombrar satélites. Consta de los últimos dos dígitos del año de lanzamiento, el número de lanzamiento del año y una letra indicando el tipo de dispositivo lanzado al que se refiere, así A indica carga de pago, B indica el cohete impulsor o segunda carga de pago, etc.
Pérdida de señal (LOS):El momento en el cual una estación receptora terrestre deja de captar las señales de radio procedentes de un satélite.
Anomalía media (MA): Este número representa la distancia angular desde el punto del perigeo (punto más cercano a la tierra) a la posición media del satélite. La medida se efectúa en grados a lo largo del plano orbital en la dirección del movimiento. Los valores que toma están comprendidos entre 0 y 360º.
Movimiento medio (MM): Este es el número de revoluciones completas que el satélite efectúa en un día. Este número toma valores comprendidos entre 0 y 20.
NASA: Agencia administrativa de Estados Unidos dedicada a la exploración del espacio.
Elementos orbitales: También llamados elementos clásicos, elementos de satélite, elementos Kepplerianos, tabla de elementos etc. Incluye el número de catálogo, año, día, fracción de día, tasa de disminución, argumento de perigeo, inclinación, excentricidad, ascensión recta o nodo ascendente, anomalía media, movimiento medio, número de revolución y número de tabla de elementos. Estos datos son suministrados por
Período tasa de disminución: También conocido como disminución. Esta es la tendencia de un satélite a perder velocidad orbital debido a la influencia del rozamiento atmosférico y las fuerzas gravitacionales. Un objeto que va perdiendo velocidad paulatinamente llega a impactar con la superficie de la tierra o arde en la atmósfera. Este parámetro directamente afecta al movimiento medio del satélite. Esto es medido a través de varios modos, los elementos orbitales de dos líneas de
Perigeo: El punto en la órbita del satélite que se encuentra más cercano a la superficie de la tierra.
Orbita posigrada: Movimiento del satélite que se efectúa en la misma dirección que la rotación de la tierra.
Orbita retrógrada: Movimiento del satélite opuesto en dirección a la rotación de la tierra.
Número de revolución: Indica el número de revoluciones que el satélite ha completado hasta una fecha dada. Este número es un entero entre 1 y 99999.
Informe de situación de satélite (Satellite situation report): Un informe publicado por el centro espacial de vuelos Goddard de
TLM: Acrónimo para telemetría.
Transponder: Dispositivo a bordo de una nave que recibe señales de radio correspondientes a una banda de frecuencias determinada, las amplifica y desplaza su frecuencia a otra del espectro y la retransmite.
TVRO: Hace referencia a los sistemas de recepción de televisión vía satélite.
Enlace ascendente (uplink): Un radio enlace originado en una estación de tierra y dirigido a una nave.
Equinoccio vernal: También conocido como el primer punto de Aries, es el punto donde el Sol cruza el Ecuador de la tierra desde el sur al norte en la primavera, este punto en el espacio indica un eje de referencia de un sistema de coordenadas usado extensivamente en Astronomía y Astrodinámica.
Subportadora de audio: Una señal de audio transmitida dentro del ancho de banda más amplio de la señal emitida por un transponder.
Cinturón de Clarke (Clarke Belt): Se llama así a la órbita circular situada a
Potencia Radiada Isotrópica Efectiva (EIRP): Una medida para indicar la fuerza de la señal transmitida de un satélite.
EuroCrypt: Método de encriptación D2-MAC usada en Europa.
Orbita geoestacionaria: Ver Cinturón de Clarke.
Orbita de transferencia geoestacionaria (GTO): Orbita elíptica temporal que toma un satélite de telecomunicaciones después de su lanzamiento con prioridad a la órbita geoestacionaria final.
LNB: También algunas veces referido como LNA o LNC. El dispositivo externo que recibe, amplifica y convierte las señales débiles de un satélite, reflejadas por la parábola y capturadas por el feedhorn.
MAC (Multiplexed Analogue Components): Transmisión estándar que utiliza imagen analógica y componentes de audio digitales. Algunas variantes son B-MAC, D-MAC, D2-MAC.
MPEG-2: Técnica de compresión digital de video y posible estándar de video digital global.
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