LOS SATELITES ARTIFICIALES

LOS SATELITES ARTIFICIALES, UN NUEVO AVANCE PARA ELECTRONICA

Los satélites artificiales son objetos de fabricación humana que se colocan en órbita alrededor de un cuerpo celeste como un planeta o un satélite natural. El primer satélite artificial fue el Sputnik I lanzado por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. Desde entonces se han colocado en órbita miles de satélites artificiales muchos de los cuales aún continúan en órbita alrededor de la Tierra.

El 4 de octubre de 1957 científicos y militares rusos lograron colocar el Sputnik I, primer objeto de fabricación humana, en órbita terrestre. Este impresionante éxito tecnológico fue logrado con ayuda de un cohete R6 el cual permitió alcanzar la velocidad de 7900 metros por segundo necesaria para ubicar cualquier objeto en órbita alrededor de la Tierra. El Sputnik I no era otra cosa que una esfera metálica de 84 Kg. de peso dotado de un mecanismo emisor de señales radioeléctricas que permitía su rastreo mientras le daba una vuelta a nuestro planeta cada 96 minutos. Desde entonces se han puesto en órbita miles de satélites artificiales, diseñados para cumplir las más diversas tareas, y con una enorme gama de tamaños, pesos, geometrías, etc. En un poco más de 40 años los satélites artificiales han modificado sustancialmente nuestro modo de vivir y la manera de ver el universo. Sus usos y aplicaciones son innumerables. Comentaremos brevemente algunas de las aplicaciones de mayor importancia científica y comercial de los satélites de la actual generación y al final comentaremos brevemente los inconvenientes generados por la proliferación de los mismos en el espacio.

Usos y Beneficios de los Satélites

Centenares de satélites de comunicaciones están situados a 36.000 Km. de altura y describen órbitas circulares sobre la línea ecuatorial. A esta distancia el satélite da una vuelta a la Tierra cada 24 horas permaneciendo estático para un observador situado sobre la superficie terrestre. Por tal razón son llamados geoestacionarios. Las antenas parabólicas en las azoteas de nuestros edificios son simples radiotelescopios tratando de captar con la mayor eficiencia las señales que esos satélites transmiten. El primero fue lanzado en 1964 y desde entonces existen centenares de ellos tanto para uso civil como militar. Los modernos satélites de comunicaciones pesan de 2 a 3 toneladas. Algunas versiones sofisticadas tienen tal potencia de emisión que sus señales pueden ser recibidas por antenas parabólicas de apenas 50 cm. de diámetro. Su costo varía entre 100 y 120 millones de dólares sin incluir el precio del cohete que los coloca en órbita (unos 60-80 millones de dólares), ni la cuota del seguro (un tercio del precio del satélite) pues con relativa frecuencia algunos de ellos terminan estrellándose contra el océano o en órbitas inservibles debido a fallas en el cohete. Actualmente poseen una vida útil promedio de 10 a 12 años, limitada por la cantidad finita de combustible químico (hidracina) necesario para que, de tanto en tanto, los operadores en Tierra corrijan la posición del satélite dentro de ciertos límites pues la Luna, el Sol y el interior no uniforme de la Tierra hacen que el satélite se desplace ligeramente del sitio al cual apuntan las antenas de enlace. Rusia posee dos familias de satélites de comunicaciones geoestacionarios, los Ekran y los Gorizont, utilizados para comunicación militar. Para cubrir la red doméstica de televisión y telefonía utiliza también una red de satélites de comunicación llamada Molniya. Estos satélites describen órbitas inclinadas unos 63 grados respecto a la línea ecuatorial y son bastante excéntricas, pues en su punto más alto (apogeo) llegan a los 36.000 km. mientras que en su punto más bajo (perigeo) llegan a 400 km. de altura. En los próximos años varias naciones colocarán un gran número de pequeños satélites a baja altura diseñados para transmitir datos y telefonía celular con alcance global. Entre todas las redes que se están proyectando sobresale la de la compañía Motorola llamada OIridio consistente en 66 satélites a unos 800 km. de altura que permitirá a los afiliados realizar llamadas por teléfono celular a cualquier parte del mundo con un costo en el servicio accesible a todos. Un uso extensivo de los satélites artificiales ha sido el de colocarlos como observatorios meteorológicos. Existen básicamente dos tipos de satélites meteorológicos que suministran información en forma de fotografías: los de órbita polar y órbita geoestacionaria. La mayoría de los satélites en órbita polar (aquellos que orbitan la Tierra casi perpendicularmente a la línea ecuatorial) son "sincrónicos con respecto al Sol", pues su altura e inclinación son escogidas de tal forma que puedan observar las mismas zonas de la Tierra a la misma hora solar cada día. Están situados a distancias entre 800 y 1100 km. de altura sobre la superficie terrestre. Las fotografías obtenidas por éstos satélites permiten una excelente resolución. Los geoestacionarios, por estar más alejados, fotografían la Tierra de manera más amplía. Un satélite de este tipo, situado directamente sobre el departamento del Amazonas, puede observar continuamente todo el continente americano. Son además apropiados para monitorear fenómenos climáticos que ocurren a bajas latitudes como los huracanes y tifones. Es obvio que su resolución es pobre comparada con la de los polares. La aparición de los satélites geodésicos ha permitido que actualmente sea posible conocer la posición (latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar) de un observador situado en cualquier lugar de la Tierra con una gran exactitud. Basta con que disponga de un receptor (los hay del tamaño de una simple calculadora de bolsillo) de señales provenientes de una red de 24 satélites situados a 20.000 km. de altura. La red de satélites estadounidense se conoce con el nombre de "Sistema de Posicionamiento Global" (GPS, Global Positioning System) y fue exitosamente utilizada y popularizada por las tropas terrestres aliadas en la guerra contra Irak a principios de 1991. Aunque el sistema permite determinar la posición de un observador con una incertidumbre de unos cuantos centímetros, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos perturba la señal (haciéndola menos precisa) pues según ellos ésta puede ser utilizada de manera parásita por los sistemas de guía de misiles crucero lanzados por enemigos potenciales para dirigirlos a sus respectivos blancos con gran exactitud. Rusia posee una red similar a la norteamericana llamada Glonass. Existen además los satélites dedicados a vigilancia y reconocimiento que comprenden dos grandes grupos: los ópticos y los receptores de señales radioeléctricas. Entre los ópticos sobresalen aquellos que fotografían la Tierra a baja altura, entre 250 y 500 Km. Son utilizados con fines eminentemente militares. Se estima que el satélite espía más poderoso, el KH 12, de los Estados Unidos, puede tomar fotografías que permiten distinguir objetos con tamaños de hasta unos 10 cm. Las fotografías son enviadas digitalmente a un satélite de comunicaciones militar en órbita geoestacionaria el cual a su vez se encarga de enviarlo a una estación terrestre situada en el estado de Virginia, de tal forma que es posible conocer los movimientos y actividades de cualquier potencia hostil en menos de una hora. Estos satélites tienen un período de duración de dos a tres años. El mismo país también dispone de una red de satélites diseñados para poder fotografiar zonas cubiertas por las nubes y en la oscuridad mediante la emisión y recepción de ondas de radar. Con esta técnica la sonda Magallanes logró fotografiar detalladamente la superficie del planeta Venus que se encuentra siempre rodeado de una espesa capa de nubes. Entre los ópticos están también los satélites de alerta temprana, los cuales son telescopios infrarrojos en órbita geoestacionaria (en el caso de los Estados Unidos) o en órbita de tipo Molniya (en el caso de Rusia) encargados de detectar el despegue de misiles balísticos y de pacíficos cohetes civiles, rastreando el calor generado por los gases de combustión. Los satélites de recepción de señales radioeléctricas se ocupan de interceptar una gran gama de ondas de radio, desde conversaciones telefónicas hasta telemetría de misiles, incluyendo también la determinación de las frecuencias de los radares en tierra. Existen satélites a baja altura que fotografían la Tierra con menor detalle con fines eminentemente civiles. Los satélites franceses SPOT (con una resolución de 10 metros) pueden detectar cambios sutiles sobre la superficie terrestre que permite diferenciar cultivos y localizar zonas mineras. También permiten evaluar daños ecológicos. Esta clase de satélites han contribuido sustancialmente al desarrollo de los servicios y sistemas de información geográfica pues ya compiten con la fotografía aérea en la elaboración de mapas. Actualmente, compañías rusas (Soyuzkarta), francesas (Spot) y norteamericanas (Landsat) compiten en la venta de fotografías cuyos precios oscilan entre 1000 a 5000 dólares. Los satélites artificiales han contribuído enormemente en la generación de conocimientos en los más diversos campos de la investigación científica. Gracias a ellos conocemos la composición, comportamiento y características de la atmósfera a alturas entre 200 y 1000 Km. El primer satélite norteamericano descubrió los cinturones de radiación de Van Allen. Siguiendo detenidamente la trayectoria de satélites se ha llegado a conocer el complicado campo gravitacional de la Tierra y descubrir sectores en el interior de la misma donde existen fuertes acumulaciones de masa. El satélite Lageos y otros similares han permitido medir el período no constante de rotación de la Tierra y determinar la tasa de la deriva continental. Así mismo, el satélite TOPEX/Poseidón, puede medir la altura promedio del nivel del mar con una precisión de unos 14 cm., lo que ha permitido caracterizar fenómenos climáticos como el Niño. Algunos satélites de observación terrestre realizan estudios biológicos tales como el seguimiento de animales migratorios. Otros satélites han logrado cuantificar el flujo de meteoritos y radiación de diversos orígenes que, de manera continua, llegan a la Tierra. Satélites espías han venido detectando fuertes explosiones originadas por el choque de pequeños asteroides con la atmósfera, permitiendo realizar estimaciones del peligro que enfrenta nuestro planeta con colisiones de esta naturaleza. Por otro lado, se han desarrollado satélites que portan telescopios con los cuales se examinan, no sólo las radiaciones electromagnéticas en el rango del visible, sino también en longitudes de onda imposibles de detectar en tierra, como los rayos X, rayos gama, ultravioleta e infrarrojo. Esto ha permitido el estudio y la identificación de los objetos más energéticos del universo. El descubrimiento de las gigantescas explosiones de rayos gama que ocurren prácticamente cada día y cuyo origen y naturaleza constituyen uno de los más grandes misterios con que se enfrentan los astrofísicos fue realizado por satélites. El telescopio espacial Hubble es un ejemplo de cómo es posible obtener fotografías con calidad y resolución sin precedentes sin que influya el efecto disturbador del movimiento incesante de la atmósfera. Con él se han realizado importantes descubrimientos: al observar el núcleo de la galaxia M87 ha ofrecido pruebas casi concluyentes sobre la existencia de los agujeros negros; ha permitido un cálculo revisado de la edad del universo al detectar en la galaxia M100 estrellas cefeidas (estrellas que varían en luminosidad y que los astrónomos utilizan para calcular las distancias que hay entre ellas y nosotros); ha detectado océanos de metano sobre la superficie de la luna más grande de Saturno: Titán; ha descubierto una fuerte actividad geológica en objetos que se creía que no tenían porqué poseerla como en los asteroides Vesta y Juno; y muchos otros descubrimientos igualmente sorprendentes. Para finalizar mencionaremos que el satélite COBE (explorador de la radiación de fondo cósmica) con su hallazgo de ligeras fluctuaciones de la temperatura de la radiación de fondo del universo, ha permitido profundizar en algunos aspectos de las teorías actuales sobre el origen del universo y formación de las galaxias.

Los satélites artificiales caracterizan la época en que vivimos. Gracias a ellos atravesamos por una era de explosión de información impensable unos cuantos años atrás. Desde mediados de los años sesenta, con la introducción de los satélites geoestacionarios, podemos apreciar por televisión eventos que ocurren al otro lado del mundo casi simultáneamente. En unos dos o tres años la red de telefonía celular dirigida por satélite permitirá a cualquier usuario realizar llamadas desde y hacia cualquier parte del mundo con tarifas al alcance de todos.

¿Por qué son importantes los satélites artificiales?

Estos artefactos son muy útiles para el hombre moderno, son los protagonistas principales de las comunicaciones en el mundo; gracias a ellos, recibimos señales de televisión, de radio y teléfono, o tenemos información valiosa del clima, de nuestro medio ambiente y del espacio.

Para tener una idea más clara, cada objeto o ser sobre la superficie terrestre emite una estela o firma, que es su energía particular, la cual cambia conforme ese objeto o ser se modifica, y por esta característica es posible identificar, mediante un satélite, la firma del agua salada que es diferente a la del agua dulce o diferenciar el aire contaminado del limpio; también, se pueden distinguir los elementos de un territorio en un tiempo determinado, tales como sus cosechas, tipos y estado de las mismas, la fauna marina y la terrestre, las grandes ciudades, los poblados, las instalaciones hechas por el hombre, las vías de comunicación terrestre y muchas más.

Los sistemas de satélites no dependen de líneas y conexiones físicas montadas a lo largo de la superficie de la Tierra, sino de estaciones terrenas ubicadas en diferentes lugares, cuyo costo para su puesta en operación es mucho más bajo que construir una carretera; además, con los avances en la ciencia y tecnología, los satélites son cada vez más versátiles, duran mayor tiempo en órbita y ofrecen más y mejores servicios.

¿Cómo funciona un satélite artificial?
Dado que las microondas (tipo de onda de radio) viajan en línea recta, como un fino rayo a la velocidad de la luz, no debe haber obstáculos entre las estaciones receptoras y emisoras.

Por la curvatura de la Tierra, las estaciones localizadas en lados opuestos del globo no pueden conectarse directamente, sino que han de hacerlo vía satélite. Un satélite situado en la órbita geoestacionaria (a una altitud de 36 mil Km.) tarda aproximadamente 24 horas en dar la vuelta al planeta, lo mismo que tarda éste en dar una vuelta sobre su eje, de ahí que el satélite permanezca más o menos sobre la misma parte del mundo.

Como queda a su vista un tercio de la Tierra, pueden comunicarse con él las estaciones terrenas -receptoras y transmisoras de microondas- que se encuentran en ese tercio. Entonces, ¿cómo se conectan vía satélite dos lugares distantes?
Una estación terrena que está bajo la cobertura de un satélite le envía una señal de microondas, denominada enlace ascendente. Cuando la recibe, el transponedor (aparato emisor-receptor) del satélite simplemente la retransmite a una frecuencia más baja para que la capture otra estación, esto es un enlace descendente. El camino que recorre esa comunicación, equiparándolo con la longitud que ocuparía un cable, es de unos 70 mil Km., lo cual equivale, más o menos, al doble de la circunferencia de la Tierra, y sólo le toma alrededor de 1/4 de segundo cubrir dicha distancia.

Anatomía de un satélite

En la ingeniería de los satélites, como en cualquier otra área de la Astronáutica, confluyen múltiples aspectos. No sólo se trata de construir una máquina, sino también de conseguir que, a pesar de sus delicados elementos electrónicos, sea capaz de resistir los rigores y presión de un lanzamiento, las ondas acústicas durante el mismo y, sobre todo, funcionar en el ambiente del espacio, donde las temperaturas fluctúan entre los 200° C bajo cero durante periodos de sombra y 200° C a la luz del Sol.

El diseño de los satélites ha evolucionado desde aquellos años del Sputnik I hasta la actualidad; sin embargo, su razón de ser sigue siendo la misma, así como la de la mayor parte de sus elementos. El paso del tiempo y los logros en las tecnologías han proporcionado instrumentos más precisos, sistemas de provisión de energía eléctrica más potentes y componentes de menor peso, pero todos ellos, en esencia, no han cambiado mucho, hay quienes afirman que la Astronáutica es aún una ciencia demasiado joven.

Los satélites pueden dividirse de manera conveniente en dos elementos principales, la carga útil y la plataforma. La carga útil es la razón de ser del satélite, es aquella parte del satélite que recibe, amplifica y retransmite las señales con información útil; pero para que la carga útil realice su función, la plataforma debe proporcionar ciertos recursos:

· La carga útil debe estar orientada en la dirección correcta.

· La carga útil debe ser operable y confiable sobre cierto periodo de tiempo especificado.

· Los datos y estados de la carga útil y elementos que conforman la plataforma deben ser enviados a la estación terrestre para su análisis y mantenimiento.

· La órbita del satélite debe ser controlada en sus parámetros.

· La carga útil debe de mantenerse fija a la plataforma en la cual está montada.

· Una fuente de energía debe estar disponible, para permitir la realización de las funciones programadas.

Aunque el satélite es sometido a pruebas exhaustivas durante su construcción y antes de su lanzamiento, siempre es probable que algo falle y esto, entonces, significa afrontar pérdidas considerables; es por ello que desde hace algunos años los propietarios de los satélites suelen adquirir pólizas de seguro que cubran las principales eventualidades (lanzamiento fallido, menor eficiencia de la prevista en órbita, duración en activo inferior a la prevista, etcétera). Se calcula que el precio actual de un satélite está entre 700 y 2 000 millones de pesos, y si a eso le sumamos el mencionado seguro el precio sube a 3 500 millones de pesos . Afortunadamente, el futuro de la construcción de los satélites implica mayor tiempo en órbita, mismo que fluctúa entre 10 y 15 años.

Tipos de satélites

Dada su gran variedad, existen diversas clasificaciones; la UIT los divide de acuerdo con el tipo de servicio que éstos prestan, de tal manera que los hay fijos, móviles, de radiodifusión, de radionavegación y de exploración de la Tierra.
Edward W. Ploman los distingue en dos grandes categorías:

· Satélites de observación. Para la recolección, procesamiento y transmisión de datos de y hacia la Tierra.

· Satélites de comunicación. Para la transmisión, distribución y diseminación de la información desde diversas ubicaciones en la Tierra a otras distintas posiciones.

Para propósitos de estudio es conveniente clasificar los diferentes tipos de misiones satelitales basándose en las características principales de sus órbitas respectivas:

· Satélites geoestacionarios (GEO). Son los que se ubican en la órbita del mismo nombre, sobre la línea del Ecuador y a una altitud de 36 mil km. Son utilizados para la transmisión de datos, voz y video.

· Satélites no geoestacionarios. Que a su vez se dividen en dos:

* Los Médium Earth Orbit (MEO), ubicados en una órbita terrestre media a 10 mil Km. de altitud.

* Los Low Earth Orbit (LEO), localizados en órbita más baja, entre 250 y 1500 Km. de altitud. Tanto los satélites MEO como los LEO, por su menor altitud, tienen una velocidad de rotación distinta a la terrestre y, por lo tanto, más rápida; se emplean para servicios de percepción remota, telefonía etc., por mencionar algunos de sus usos.

Aplicación de los satélites

Satélites científicos

Empezaron a lanzase en la década de los años 50, y hasta ahora tienen como principal objetivo estudiar la Tierra -superficie, atmósfera y entorno- y los demás cuerpos celestes. En el inicio de la exploración espacial, se consideró prioritario conocer las condiciones que imperaban sobre un objeto que girara repetidamente alrededor del planeta. Esto era necesario, pues poco tiempo más tarde el propio hombre debería viajar al espacio. Estos aparatos permitieron que el conocimiento del Universo sea mucho más preciso en la actualidad

Satélites de comunicaciones

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. Las transmisiones en directo vía satélite ya son parte de nuestra cotidianeidad, por lo que no tienen ningún carácter especial. Para la difusión directa de servicios de televisión y radio, telefonía y comunicaciones móviles sólo son necesarios sencillos receptores y antenas parabólicas cada día más pequeñas.

Satélites de meteorología

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. Las transmisiones en directo vía satélite ya son parte de nuestra cotidianeidad, por lo que no tienen ningún carácter especial. Para la difusión directa de servicios de televisión y radio, telefonía y comunicaciones móviles sólo son necesarios sencillos receptores y antenas parabólicas cada día más pequeñas.

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 (GPS, por sus siglas en inglés) 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

Éstos observan el planeta mediante sensores multiespectrales, esto es que pueden censar diferentes frecuencias o "colores", lo que les 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

Son aquellos que apoyan las operaciones militares de ciertos países, bajo la premisa de su seguridad nacional. La magnitud de sus programas espaciales militares es tan grande y secreta que hasta hace poco sólo se podía valorar por el número de lanzamientos que suponía.

En el futuro se prevé que existan satélites solares, simples satélites en órbita equipados con células fotovoltaicas y transmisores para llevar la energía al planeta. Se prevé que se transmitirá por este medio a la tierra usando un rayo láser especial. La eficiencia de estas plataformas estará relacionada con la cantidad de luz solar, haciéndolos más o menos eficientes dependiendo de la distancia de los planetas respecto al sol.