Hola Carbónicos,
Me incorporo hoy a este blog con mucha ilusión y espero estar a la altura de los artículos que he tenido el placer de leer, aunque sean la mayoría muy ajenos a mis conocimientos. Y me estreno en este blog hablando de satélites y su creciente importancia, tanto a día de hoy como en los años venideros. Este primer post será el primero de una serie que completaré en próximas entregas.
Recientemente, en la guerra que Ucrania libra contra Rusia se ha puesto de manifiesto, al margen evidentemente de la potencia de fuego de los contendientes, la importancia de las Comunicaciones. Lo primero está siendo reforzado por los aliados de Ucrania en la guerra, mientras que lo segundo, a petición de la propia Ucrania, está soportado por una empresa, Starlink, que ha desplegado una miríada de satélites de baja órbita que cubren la mayor parte del globo terrestre.
Las comunicaciones son muy importantes, no ya de forma obvia para labores de coordinación militar o teledirigir armamento, sino para envío de información (alertas) a la población civil, realizar geolocalización, o como una ventana al mundo exterior para uso de redes sociales, combatir las denominadas “fake news”, levantar la moral de la población, etc. Al margen del desarrollo del conflicto, quien tiene el poder de comunicación, acumula ventajas importantes.
Las infraestructuras que soportan las comunicaciones pueden ser de dos tipos: alámbricas, principalmente por redes de cables coaxiales o fibra óptica, o inalámbricas, bien mediante radioenlaces terrestres o radioenlaces satelitales. Las infraestructuras terrestres y los radioenlaces terrestres pueden ser un objetivo principal en caso de guerra, por lo que es el satélite el medio de comunicación idóneo para el mantenimiento de las comunicaciones en caso de conflicto.
Starlink, o dicho de forma genérica, los satélites de baja órbita, son el último escalón en la colonización de las comunicaciones espaciales que empezaron solamente como una conjetura lanzada por el visionario Arthur C. Clarke hace casi 80 años. Fue en octubre de 1945 cuando Clarke publicó en la revista británica “Wireless World” un artículo técnico “Extra-terrestrial Relays” en el que estudiaba la posibilidad de utilizar satélites artificiales como estaciones repetidoras de comunicaciones terrestres. Clarke predijo que un día las comunicaciones de todo el mundo se efectuarían mediante una red de tres satélites geoestacionarios ubicados a intervalos fijos alrededor del ecuador terrestre.
Esto nos lleva a formular la pregunta, ¿qué es un satélite geoestacionario, o de forma más general, qué es un satélite?
Para contestar a esta pregunta, debemos aclarar en primer lugar que los satélites artificiales que orbitan la tierra son como “espejos de señales” (son más que espejos, porque hacen también procesado a bordo, pero para el desarrollo del post, nos conformamos con el símil) que son puestos en órbita mediante un lanzamiento espacial desde una base, entre las que podemos citar Kourou (Guayana francesa), Baikonur (Kazakhstan), Cape Kennedy (EEUU), y también desde otras en Japón, China o Rusia.
Una vez que el satélite se lanza, éste ocupa la posición (órbita) que le ha sido previamente asignada y despliega sus paneles solares, los que le proveen de la energía para funcionar, y las antenas, receptora (de señales desde tierra) y transmisora (de señales hacia los usuarios en tierra).
El centro de control del satélite en tierra realiza, entre otras, las siguientes tareas:
Controlar que la denominada “huella en tierra” del satélite sea estable. La huella en tierra es el área de la superficie de la tierra que es visible al satélite. En el caso del satélite Hispasat, por ejemplo, la huella en tierra es la península ibérica, Canarias, Baleares y el norte de África. Esto no quiere decir que no se pueda recibir en otras zonas, sino que en éstas la potencia recibida es menor y se hace necesario la utilización de antenas (del tipo parabólicas) de mayor tamaño.
Envío al satélite de las señales que posteriormente se recibirán en tierra por parte de los usuarios. El envío de señales al satélite se conoce en la jerga como up-link mientras que la recepción de señales de satélite se denomina down-link.
En el caso del satélite Hispasat, el centro de control está situado en Arganda del Rey.
Aunque hay múltiples tipos de órbitas posibles, generalmente los satélites se ubican en tres tipos de órbitas:
- Órbita baja terrestre (Low Earth Orbit): entre los 700 y los 1.400 km de altura, con un período orbital de 80 a 150 minutos.
- Órbita media terrestre (Medium Earth Orbit): entre los 9.000 y los 20.000 km de altura, con un período orbital de 10 a 14 horas.
- Órbita alta terrestre (High Earth Orbit): a una altura de 37.786 km sobre el ecuador terrestre, con un período orbital de 24 horas sobre el mismo lugar del planeta.
El período orbital es el tiempo que el satélite tarda en llevar a cabo una vuelta a la tierra. Los satélites de órbitas bajas tienen menores períodos porque su velocidad angular es mayor, al tener que compensar una mayor atracción gravitatoria terrestre con una mayor fuerza centrífuga. Ley de Newton pura y dura, que estudiábamos en física elemental: sumatorio de fuerzas = 0.
Si la órbita es más alta, la velocidad angular disminuye ya que la fuerza de la gravedad también es menor (más concretamente, ésta disminuye con el cuadrado de la altura), llegándose a una altura en la que el período orbital es de 24 Horas, es decir, igual que el período de rotación de la tierra. Esta altura es, aplicando otra vez la Ley de Newton, de aproximadamente 36.000Km sobre la superficie terrestre y es la denominada órbita geoestacionaria, en la cual se percibe desde la tierra al satélite como un punto fijo en el cielo. Es por ello que esta órbita es muy útil para comunicaciones: televisión y desde hace ya no pocos años, comunicaciones de banda ancha (Internet).
Como curiosidad histórica, el primer satélite lanzado al espacio fue el Sputnik I, en 1957, por parte de la extinta Unión Soviética, con objeto de recabar información de las capas altas de la atmósfera y del campo electromagnético terrestre. Posteriormente, el Sputnik II puso en órbita a la famosa perra Laika, que no sobrevivió la experiencia, aunque se convirtió en el primer ser vivo en elevarse a la atmósfera terrestre.
Más adelante, en 1962 fue lanzado el satélite de comunicaciones Telstar, con una órbita elíptica de casi 1000Km de perigeo y 6000Km de apogeo, estando solamente “disponible” (visible desde el centro de control) unas horas al día.
Los lanzamientos se sucedieron y a renglón seguido, en 1964, Syncom fue el primer satélite geoestacionario en ser lanzado, siendo su sucesor Syncom 2 quien transmitió las imágenes de los JJOO de verano de 1964, llevados a cabo en Tokio. Posteriormente, el primer satélite comercial geoestacionario fue el Intelsat I, lanzado en 1965.
Desde esta fecha hasta la actualidad, una gran cantidad de satélites geoestacionarios orbitan el ecuador terrestre, en el denominado “Cinturón de Clarke”, en justo homenaje a quien fue un visionario de las comunicaciones satelitales, entre otros temas.
Como se comentó anteriormente, los satélites son un medio idóneo para realizar comunicaciones desde cualquier punto de la superficie terrestre (teniendo en cuenta su huella en tierra), ya que su recepción no se ve obstaculizada por la orografía del terreno (como puede ser el caso de los radioenlaces terrestres), o que puedan depender del despliegue de infraestructuras alámbricas. No obstante, para la transmisión de datos, los satélites geoestacionarios presentan un primer inconveniente inherente a la altura de la órbita en la que están desplegados (36.000Km).
En la órbita geoestacionaria, la distancia que las señales han de recorrer es de 72.000Km (suma de up-link y down-link), con lo que teniendo en cuenta la velocidad de propagación de las señales (a un porcentaje alto de la velocidad de la luz, 300.000Km/seg), y en retardo en el procesado de las mismas, el retardo mínimo que sufren las señales es aproximadamente entre 0,3 y 0,5 segundos.
Este tiempo puede parecer insignificante, aunque en caso de comunicaciones críticas (por ejemplo, aplicaciones interactivas o aquellas que requieran comunicación en tiempo real), puede ser inaceptable. Y es aquí donde entran en juego los satélites de baja órbita, que desplegados a tan solo 500Km de altura, añaden a la recepción ubicua un retardo casi nulo.
Un segundo inconveniente de utilización de satélites geoestacionarios es que el nivel de señal que se recibe en tierra es mucho menor, al estar a mucha más altura. De forma análoga a la atracción gravitatoria, la potencia de la señal recibida se atenúa con el cuadrado de la distancia entre transmisor y receptor. En caso de satélites de baja órbita, se pueden utilizar receptores con menos limitaciones por ruido así como energéticamente más eficientes.
En caso de satélites de baja órbita por contra, al ser su período orbital bajo, la disponibilidad de un satélite concreto en un territorio determinado es corta, despareciendo rápidamente por el horizonte, por lo que para asegurar las comunicaciones de forma continua utilizando este tipo de satélites, se deben desplegar lo que se denominan constelaciones de satélites, coordinados entre sí.
Starlink es el pionero en este tipo de despliegues en baja órbita, aunque otros países han anunciado planes de despliegue, como China, Rusia o la Unión Europea. Si se suman el número de satélites de baja órbita que se prevé desplegar en los próximos años, se obtiene una cifra que puede superar ampliamente los 100.000. Esto plantea muchos interrogantes y retos, no solamente técnicos, sino también económicos y geopolíticos, de los cuales hablaremos en otra entrada de este blog.