Cómo construir un satélite artificial

Cuántas noches despejadas hemos visto extasiados objetos celestes, estrellas, lunas, asteroides, cometas, satélites, en el firmamento y cuántas veces nos hemos preguntado el lugar y el tiempo que ocupamos en este universo.

Nuestro Universo infinito ha sido motivo de múltiples estudios; ha generado grandes teorías que al paso del desarrollo tecnológico ha evolucionado nuestro conocimiento y la percepción del mismo. Con este afán de conocerlo más a detalle y explorar más allá de nuestros sentidos seguimos desarrollando tecnología aeroespacial, como son los satélites artificiales.

 

¿Qué es un satélite?

 

Diagrama esquemático de los enlaces de subida y bajada de señales satelitales en el segmento espacial y el segmento terrestre.

Diagrama esquemático de los enlaces de subida y bajada de señales satelitales en el segmento espacial y el segmento terrestre.

La Real Academia Española define satélite como un cuerpo celeste opaco que solo brilla por la luz refleja del Sol y gira alrededor de un planeta primario, mientras que satélite artificial es definido como un vehículo tripulado o no que se coloca en órbita alrededor de la Tierra o de otro astro, y que lleva aparatos apropiados para recoger información y retransmitirla.

En este artículo nos avocaremos a los satélites artificiales, los que clasificamos respecto a la utilidad que les damos:

  • Satélites de comunicación: llevan aparatos apropiados para recoger información (receptores) y retransmitirla (transmisores)
  • Satélites meteorológicos: llevan equipos para monitorear temperatura, sensores Infrarrojo, vapor de agua, en la banda Ka, otras frecuencias, para alerta de ciclones, sequías, tornados, tormentas eléctricas, etcétera.
  • Satélites de percepción remota: aquellos que tienen gran alcance, para determinar yacimientos de petróleo y otros minerales, control de plagas, manchas urbanas, mantos acuíferos, cardúmenes, etcétera.
  • Satélites militares: para la seguridad nacional e internacional.
  • Satélites de investigación científica: apuntan al universo, como el telescopio Hubble, el monitoreo de sondas espaciales, estudios de comportamiento y actividad del Sol y sus efectos en los anillos de Van Allen, entre otros muchos.

La tecnología aeroespacial, sobre todo en el diseño, desarrollo, construcción y puesta en órbita de satélites en comunicación, ya no es un lujo o un gasto superfluo como podría pensarse; este tipo de tecnología es necesaria en la vida de los habitantes de un país, en aplicaciones para la transmisión de canales de televisión global, telefonía móvil, Internet, sistemas de posicionamiento global, GPS, educación a distancia, e-learning, telemedicina, cibersalud, e-money, e-business, e-commerce, etcétera.

Al diseñar un satélite artificial, primero debemos definir la carga útil, esto es, a qué se va dedicar el satélite, qué tareas desempeñará en el espacio. Para esto, nos hacemos las siguientes preguntas: ¿Qué vamos a comunicar?, ¿dónde colocaremos al satélite?, ¿a qué distancia lo situaremos de la Tierra?, ¿a qué distancia de la superficie de la Tierra se ubicarán el transmisor y el receptor?, ¿con qué potencia?, ¿de qué tamaño será el satélite?, ¿cuánto tiempo permanecerá en órbita?, ¿dónde y quién lo lanzará?

Si vamos a comunicar mensajes de voz, de texto, imágenes o video cada una de estas señales tendrá un canal de comunicación asignado, un formato, un protocolo para ser transmitidas y recibidas, a tiempo y sin errores, mientras que para saber con qué potencia vamos a comunicarnos con el satélite, debemos ubicarlo en una órbita específica, así sabremos cuánta potencia será necesaria suministrar al transponder. Según su órbita, los satélites se clasifican en Órbita baja (LEO, Low Earth Orbit, 200 a 1600 km), Órbita Media (MEO, Medium Earth Orbi, 9,600 km), Órbita Geoestacionaria (GEO, Geoestastionary Earth Orbit, 36 mil km), y Órbita de Transferencia Geoestacionaria (GTO, Geostationary Transfer Orbit, 200 a 36 mil km). Para comparar, un pájaro vuela entre 1 km y 6 km sobre la superficie de la Tierra y un avión de pasajeros a 10 mil km.

Los satélites también se clasifican por su peso: los Grandes satélites pesan más de 1,000 Kg, Medianos (500 a 1,000 Kg), Mini (100 a 500 Kg), Micro (10 a 100 Kg ), Nano (1 a 10 Kg) y Pico (menos de 1 Kg). La mayoría de los satélites para uso de la comunidad radioaficionada son Micro-satélites (p. e. Oscar AO-10) y Nano-satélites (p.e. Oscar IO-26, LO-19 etcétera). Sin embargo, se están diseñando varios Pico-satélites y Satélites medianos para lanzarlos, cada vez son más sofisticados y más pequeños.

De acuerdo con la cobertura que tienen en tierra, existen tres sistemas de satélites para comunicaciones: internacionales, regionales y nacionales. Un satélite de comunicaciones es básicamente un repetidor de señales de radiofrecuencia que orbita la Tierra y aprovecha con esto la capacidad para cubrir grandes regiones. Consiste en un receptor de señales de “subida” que recibe de una estación en tierra. Una vez que las recibe, las y las retransmite por un transmisor de “bajada” en diferente frecuencia. Esta combinación de transmisor/receptor en diferentes portadoras se le conoce como transpondedor.

La Unión Internacional de Telecomunicaciones, (International Telecommunication Union, ITU, por sus siglas en inglés) asigna las órbitas y las frecuencias de operación de los satélites, a fin de que varios puedan coexistir en una misma posición orbital sin interferirse. Las posiciones orbitales están definidas por cubos de 70 km de lado localizados en el anillo geoestacionario. En ellas pueden residir uno o más satélites geoestacionarios.

 

¿Quién pone en órbita el satélite?

 

Los cohetes lanzadores y transbordadores ubican al satélite en su órbita asignada. Conforme se alejan de la Tierra van desprendiendo etapas, y colocando satélites pequeños identificados como cargas secundarias en órbitas bajas, hasta llegar a la órbita geoestacionaria donde colocan su carga principal que es un gran satélite, de más de una tonelada de peso y cuya vida útil será de 10 a 15 años.

El satélite artificial debe orientarse para estabilizarse y no salirse de órbita, orientar los paneles solares hacia el Sol y las antenas de comunicación a Tierra y a otros satélites que lo ayudarán en un apagón de emergencia por alguna tormenta solar y restablecer la comunicación con la Tierra. Para ello necesita de una computadora de vuelo programada para sobrevivir de manera autónoma en el espacio, recordemos que no tendremos duendes allá arriba que puedan reiniciar o arreglar nada, por eso se usan también sistemas redundantes y toda la circuitería blindada contra radiación.

 

¿Qué hemos hecho en México?

 

Muchos lectores se sorprenderán de que en 1957, un 28 de diciembre, se lanzó en México el primer cohete de gran altitud, a dos meses que los rusos lanzaran el Sputnik. Esto ocurrió en Cabo Tuna, en San Luis Potosí, hecho documentado en el libro titulado Cabo Tuna, una aventura espacial en San Luis Potosí, escrito por José Refugio Martínez.

En 1994 se diseña, desarrolla y construye el primer satélite experimental (SATEX I) en comunicaciones con tecnología mexicana, bajo la dirección técnica del doctor Alejandro Pedroza Meléndez, donde participamos más de 80 investigadores de varios centros de investigación. Este satélite no se ha puesto en órbita; sin embargo, la ganancia en la formación de recursos humanos especializados en cada uno de los subsistemas que lo conforman fue muy basta. Se publicaron más de 200 tesis a nivel de licenciatura, maestría y doctorado y un sinnúmero de artículos de investigación científica y desarrollo tecnológico.

El 20 de octubre de 2010 se funda la Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología Aeroespacial Somecyta, con más de 100 socios interesados en fomentar esta disciplina. Durante su primer congreso, realizado en San Pedro Cholula, Puebla, se propone la construcción del SATEX 2.

En México tenemos especialistas de alto nivel para desarrollar una industria aeroespacial; estamos a tiempo de invertir en esta tecnología y no ser dependientes de lo que los países desarrollados quieran vendernos. Es urgente que desarrollemos nuestra propia tecnología acorde a las necesidades de nuestro país.

 

echavira@cs.buap.mx