Constelación satelital.

¿Que es una constelación satelital? Es un sistema que complementa las capacidades de dos o más satélites en órbita, a fin de optimizar sus servicios con referencia a aquellos obtenibles por cada satélite de manera individual.

Los motivos para lo anterior pueden ser varios, dependiendo de la misión en particular de que se trate. Por ejemplo, tres satélites en órbita geoestacionaria pueden proporcionar el servicio simultáneo de comunicaciones a prácticamente todo el planeta, exceptuando los polos (Arthur C. Clarke, 1945). Claro está, estas posiciones orbitales son altamente demandadas, y las capacidades que los satélites requieren también son mayores, debido principalmente a la mayor altura de esta órbita.

Cobertura con 3 satélites geoestacionarios
Lloyd Wood, Cisco Systems. Satellite Networks I: constellations

Cuando los satélites no estén en órbita geoestacionaria sino en una órbita mas baja, la velocidad de su órbita es mayor en comparación a la rotación del planeta, lo que implica tiempos reducidos de cobertura a nivel de superficie terrestre, mientras que una constelación permitirá mantener la cobertura sobre el mismo punto en particular.  Ejemplo de lo anterior es la constelación Iridium (o Iridium NEXT, como actualmente se le conoce).

Hay dos tipos de constelaciones básicas: de fase y aleatorias. Las constelaciones de fase tienen satélites en posiciones constantes relativas entre ellos; este tipo de constelación necesita un buen control de órbita. Por otro lado, las constelaciones aleatorias evitan tener un control orbital complejo y pueden usar entonces satélites mucho menos complejos. Sistemas inalámbricos de comunicación personal. Domingo Lara Rodríguez. Editorial Marcombo, 2001.

En el diseño de las órbitas a utilizar en una constelación se persigue optimizar el número de satélites conforme a la cobertura requerida. Para ello existen modelos como el Método de Walker, de las “calles de cobertura”, o el método de Draim.

Entre los retos que conlleva la operación de una constelación se encuentra las comunicaciones entre los satélites (inter-satellite links o ISL), mismo que requiere de equipamiento extra, lo que implica agregar peso y consumo de energía en las unidades en órbita.

Claro está que cuando los satélites son cubesat, adicionalmente deben respetarse las normas respectivas.

En mi opinión, la banda S (reservada para aplicaciones satelitales, de la misma forma que las bandas C, Ku, y Ka, ampliadas y/o modificadas) se ha posicionado como el recurso para la interconexión en órbita de cubesats, particularmente por estar definido en un solo rango de frecuencias, con bajos requerimientos de potencia, así como por su limitada dispersión, al formar parte de la banda de microondas del espectro radioeléctrico. Inclusive, puede ser un factor para optimizar equipamiento de telecomunicaciones, ya que al ser poco vulnerable a las interferencias ambientales, también puede ocuparse para la interconexión con el segmento terrestre.

También es posible utilizar las frecuencias comerciales de VHF o UHF. Aquí la dificultad estriba en localizar segmentos disponibles.

La densidad de información también es un factor que se debe analizar, a fin de implementar una estrategia de distribución de datos en un cluster dinámico, en concordancia con los traslapes de cobertura entre los equipos de la constelación. Como estructura para prueba de software, la Technische Universität Berlin tiene programado para lanzamiento a finales de este año su misión SNET, que permita desarrollar y probar protocolos adecuados de comunicaciones altamente integrados para su uso en el espacio.

 

Una de las aplicaciones en donde es crucial contar con una constelación satelital y de hecho de las mas exitosas es un sistema de posicionamiento. Básicamente, determinan la posición del usuario mediante el cálculo del tiempo transcurrido en la transmisión de una señal de radio, codificada para sincronizar. Al comparar la señal recibida con su código generado localmente, el receptor determina el tiempo de propagación. Estos tiempos producen una gran cantidad de puntos, con coordenadas en tres planos, en los que se podría localizar el receptor. En otras palabras, se dibuja una esfera imaginaria. Pero si se agregan mas satélites de la constelación, la ubicación del receptor se precisa considerando solo las intersecciones entre esferas.

Intersección entre 3 esferas
Cada esfera es producto de la medición del tiempo de propagación entre un satélite y el receptor.

Originalmente diseñados con fines militares en tiempos de la “guerra fría”, los sistemas satelitales de navegación global (GNSS, por sus siglas en inglés) están parcialmente abiertos a aplicaciones civiles y se han multiplicado: Desde el GPS estadounidense (el primero en funcionar), pasando por dos etapas de desarrollo de su contraparte GLONASS (URSS – Rusia) y el Galileo de la Unión Europea, hasta sistemas en desarrollo regionales, como son Michibiki (Japón), IRNSS (India) o las dos etapas del sistema BeiDou (China).

De hecho, la Organización de las Naciones Unidas estableció en 2005 el Comité Internacional en Sistemas Satelitales de Navegación Global, con la finalidad de promover la cooperación voluntaria entre sistemas, con intereses civiles.

Entre los proyectos de observación que utilizan constelaciones destaco el QB50 (tema de una entrada anterior) o el OLFAR: La Universidad Tecnológica de Delft se está impulsando el ambicioso proyecto de colocar 10 (o mas) satélites cubesat de 3 unidades en órbita lunar, para conformar una constelación de estudio mediante radioastronomía de baja frecuencia. A partir de la cara oculta de la Luna se conforma un “cono del silencio”, útil para evitar interferencias desde la Tierra.

El tema es muy amplio y dinámico. Las tecnologías emergentes en comunicaciones pueden ser tanto oportunidades como amenazas, dependiendo del uso que se le asignen a las frecuencias en el presente y a futuro. La optimización de los tiempos de ISL también ser verán afectados. Pero el objetivo seguirá siendo conseguir la mejor relación costo – beneficio.

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3 Comentarios

  1. China lanzará una nueva constelación satelital, dedicada a Internet, e integrada por 300 satélites pequeños en órbita baja. El primero está programado para ser lanzado a finales del presente año. fue lanzado el 19 de noviembre a las 23:40 horas (UTC).

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