Alquimides

El origen de las comunicaciones por satélites comienza en 1957, cuando la unión Soviética lanza el primer satélite artificial llamado Sputnik I que marca el inicio de la carrera espacial. Un año después EEUU lanza el SCORE que transmitía un mensaje grabado.

Más tarde entre 1960-1964 se fabricaron los primeros satélites experimentales para comunicaciones en tiempo real (ECHO I, Curier, Telstar I, Relay I) usados para establecer enlaces de comunicaciones de voz, video y datos entre las costas Este y Oeste de EEUU.

En 1964, se lanza el primer satélite colocado en la órbita de Clarke (geoestacionaria) Sycom II. El Syncom III proporcionó comunicaciones a través del Pacífico (retransmisión de los juegos olimpicos de Tokyo).

En 1965, se crea la primera Organización Internacional de Satélites: Intelsat.

Casi diez años más tarde, EEUU lanza una serie de satélites llamados Marisat para el uso de navegación a bordo mundial.

Más tarde, una organización internacional, Inmarsat, se hizo cargo de ellos. Posibilitaba la comunicación con terminales móviles terrenos relativamente pequeños. Noviembre 1983: inauguración del servicio de difusión directa de TV a antenas domésticas por United Satellite Communications.

Desarrollo

Un sistema de comunicaciones por satélite está formado por unas estaciones terrenas, para la transmisión y recepción de las señales, y satélites situados en una órbita geoestacionaria, a unos 36 000 Km de la superficie de la Tierra, que recogen, amplifican y retransmiten las señales enviadas desde las estaciones terrenas. Se necesitan además estaciones que permitan el seguimiento del satélite, así como el control y la supervisión, tanto del satélite como de los sistemas de comunicaciones, a través de telemando y telemedida de los mismos.

En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite, el servicio que se da es de tipo unidireccional por lo que normalmente se requiere una estación transmisora única, que emite los programas hacia el satélite, y numerosas estaciones terrenas de recepción que captan las señales provenientes del satélite.

Otros tipos de servicios son bidireccionales y las estaciones terrenas son de transmisión y recepción. Un requisito importante del sistema es el conseguir que las estaciones sean lo más económicas posibles para hacerlas accesibles a un gran número de potenciales usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de pequeño diámetro y retransmisores de baja potencia. Naturalmente que la economía de escala en aquellas aplicaciones que lo admiten es un factor determinante del coste.

Para poder reducir la dimensión de las antenas receptoras en tierra se requiere la utilización de tubos amplificadores de gran potencia a bordo del satélite, lo que a su vez exige la utilización de grandes paneles solares que generen la potencia primaria necesaria para alimentar a estos tubos.

La función principal de la estación terrena transmisora es la adecuación de las señales para su transmisión hacia el satélite, desde el que se realizará la difusión de las mismas. Su misión es conceptualmente el mismo que el de una estación convencional de telecomunicaciones, dado que el procesamiento de la señal a transmitir es similar en todos los casos. Por tanto la estación estará formada por un subsistema de antena, un subsistema de seguimiento para apuntar el haz hacia el satélite deseado, un subsistema de transmisión - recepción en radiofrecuencia, una etapa de conversión de frecuencia, modulación y demodulación y un sistema de conexión con las redes terrenales, así como lógicamente el suministro de energía para toda la estación.

En principio la cadena de recepción no es estrictamente necesaria en la estación transmisora de los servicios de radiodifusión que implican una comunicación de tipo unidireccional, sin embargo sería conveniente supervisar las portadoras transmitidas a través del satélite por lo que se debe considerar la cadena de recepción como parte integrante de la estación transmisora. Naturalmente que en las estaciones de solo recepción no hay cadena transmisora y que en general las estaciones de transmisión y recepción tienen ambas.

El dimensionado, la configuración y la interconexión de los diferentes números de canales a transmitir, así como del sistema de redundancia que se adopte. En el canal de transmisión la señal, una vez modulada en frecuencia en fase, se traslada a la frecuencia de transmisión pasando luego por el amplificador de alta potencia. Esta cadena constará de tantas vías como canales se vayan a utilizar en un satélite. El control y supervisión del sistema de comunicaciones debe realizarse en otra estación separada, en la que se ubique el centro de control en el que se procesa la información que permite tomar las decisiones necesarias de estructuración del sistema y que permite tomar las medidas correctoras que pudieran necesitarse.

Las funciones de control y supervisión pueden subdividirse como sigue:

Telecontrol y telemedida del satélite

Pruebas periódicas en órbita de los parámetros principales del subsistema de la estación dependerá fundamentalmente del módulo de comunicaciones del satélite.

Supervisión de la calidad y características de las señales que se emiten a través del satélite.

Por supuesto que el elemento más característicos del sistema es el propio satélite. Un satélite de comunicaciones consta de un módulo de servicio, que comprende los aparatos necesarios para el mantenimiento del satélite en órbita, y un módulo de comunicaciones específico para la misión omisiones a cumplir. Dentro del módulo de servicio pueden destacarse los subsistemas de suministro de energía, de estabilización del satélite, de control orbital del mismo, control térmico, telecontrol y telemedida y, finalmente, estructura mecánica del propio satélite.

Modelos que se emplean en el diseño y funcionamiento del satélite

El movimiento de un satélite puede resolverse mediante el movimiento de su centro de masas en un sistema coordenado centrado en la Tierra y el movimiento de un cuerpo sobre su propio centro de masas.

La estabilidad de un satélite se representa respecto a los ejes de deriva (), alabeo () e inclinación () (yaw, roll y pitch, respectivamente) de un sistema de coordenadas local, tal y como indica la siguiente Figura:

Sistema de coordenadas local: Definición de deriva, alabeo e inclinación.

Este sistema de coordenadas está ajustado en el centro de masas de un satélite; el eje yaw apunta directamente al centro de la Tierra; el eje roll está en el plano de la órbita perpendicular al primero y en la dirección del vector velocidad; el eje pitch es perpendicular a los dos anteriores y está orientado de manera que el sistema de coordenadas sea regular. En una configuración nominal de estabilidad los ejes del sistema de coordenadas fijo del satélite están en principio alineados con los ejes del sistema de coordenadas local. El control de estabilidad está representado por los ángulos de rotación de los ejes de esos dos sistemas coordenados.

Mantener la estabilidad es fundamental para que el satélite pueda desempeñar su función. La fiabilidad y la precisión de este subsistema determinan el rendimiento de la mayoría de los otros subsistemas. Por ejemplo, las antenas de haz estrecho y los paneles solares deben ser adecuadamente orientados.

Funciones

El papel del control de estabilidad generalmente consiste en mantener los ejes metálicos alineados con el sistema de coordenadas local con una precisión definida por la amplitud de la rotación en cada uno de esos ejes. En un satélite geoestacionario son valores típicos ±0.05° para inclinación y alabeo y ±0.2° para deriva.

El mantenimiento de la estabilidad requiere dos tipos de funciones:

Una FUNCION DE DIRECCION que consiste en hacer que una cara del satélite esté orientada hacia la Tierra girando alrededor del eje de inclinación para compensar el movimiento aparente de la Tierra respecto del satélite. Para un satélite geoestacionario esta rotación se realiza a la velocidad constante de una revolución por día (0.25°/minuto).

Una FUNCIÓN DE ESTABILIZACION que incluye la compensación de los efectos de los pares perturbadores. Estos pares son creados por fuerzas gravitacionales, presión de la radiación solar y la interacción entre la electrónica del satélite y el campo magnético de la Tierra. Son pequeños, del orden de 10-4 a10-5 grados.

En el pasado se utilizaban controles pasivos de estabilidad. Esto implicaba utilizar los efectos de los pares de fuerzas naturales para mantener la estabilidad requerida, pero la precisión obtenida era incompatible con los requerimientos de los satélites de comunicaciones que usaban antenas directivas, ya que requerían un apuntamiento preciso.

Consecuentemente, ahora se utilizan controles de estabilidad activos. El proceso implica:

Medir de la estabilidad del satélite respecto a referencias externas.

Determinar la estabilidad respecto a una referencia predefinida.

Evaluar la función de los actuadores.

Ejecutar las correcciones por medio de los actuadores montados en el satélite.

Dar seguimiento de la evolución de la estabilidad durante el movimiento del satélite influido por la acción de los pares perturbadores y de corrección.

El sistema puede operar en bucle cerrado a bordo del satélite, con lo que el control de los actuadores es generado directamente en el propio satélite en función de las salidas de los sensores

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