Cómo funciona un satélite de comunicaciones (I)

El 14 de octubre de 1957 marcó un hito histórico en la carrera espacial y de las comunicaciones vía satélite: la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), ponía en la órbita terrestre un satélite artificial de 83 kilos de peso llamado Sputnik 1 (en ruso Satélite 1), que daba una vuelta a la Tierra en 1 hora y 26 minutos emitiendo un tono de identificación en varias frecuencias, y que podía ser captado a su paso sobre una gran área de la superficie terrestre.

El hecho dio un pistoletazo de salida, no sólo en la carrera por la investigación y diseño para poner en órbita ingenios de comunicaciones electrónicas, sino también en todo lo que implicaba la exploración del espacio exterior.

El Sputnik 1, primer satélite artificial de la historia
Foto Wikimedia Commons

Cinco años más tarde, se puso en órbita el primer satélite de comunicaciones internacionales, el Telstar, cuyo objetivo era enlazar Estados Unidos de América y Europa mediante 600 canales telefónicos unilaterales y también de televisión. Sin embargo, su eficacia era escasa y las imágenes recibidas de una calidad deficiente. La emisión duraba unos pocos minutos ya que sólo se podía mantener mientras el satélite se encontraba simultáneamente a la vista de Nueva York y Londres, que eran los lugares donde se establecieron los sistemas de control.

El Telstar, primer satélite de comunicaciones internacionales
Foto Wikimedia Commons

El Telstar utilizaba una órbita baja, cruzando el espacio de oeste a este y perdiéndose rápidamente en el horizonte. Además, para su seguimiento era necesario ir moviendo las antenas transceptoras con gran precisión, lo cual suponía una complejidad técnica en aquellos momentos. No obstante, el hecho en su conjunto significó un acontecimiento de amplia difusión en los medios de comunicación mundial.

La evolución de las comunicaciones por satélite a partir del Telstar fue, valga el símil, meteórica. Al margen de la aplicaciones militares, en lo que se refiere a las civiles la técnica consiguió implantar sistemas de satélites que, por su fiabilidad, permitían transmisiones permanentes tanto de radio, como de televisión, telefonía, etc., lo cual dio a estos medios una base sólida para su rápida expansión a nivel mundial.

LAS ÓRBITAS

Las órbitas que siguen los satélites alrededor de la Tierra difieren considerablemente entre sí dependiendo de su función. Así, a un satélite militar de reconocimiento se le pide que sobrevuele aquellos territorios que conviene estratégicamente; los dedicados a cartografía y prospecciones deben “barrer” toda la superficie; los de comunicaciones cubren habitualmente una zona fija y determinada de la tierra; los de navegación marítima tipo Transit (casi en desuso) realizan órbitas polares; los modernos satélites GPS (Global Position System), forman una red de 24 unidades orbitando a una altura que permite cubrir toda la superficie de la Tierra dos veces por día, de tal forma que un observador siempre tendría al menos tres satélites GPS a la vista para realizar las triangulaciones de posición.

La red de 24 satélites GPS ocupan una órbita que recorren dos veces cada 24 horas, permitiéndoles en conjunto cubrir toda la superficie terrestre
FotoMinisterio de educación y Ciencia

Pero, hay una órbita que interesa especialmente a los satélites de comunicaciones (radio, televisión, telefonía…), es la geosíncrona, o más concretamente geoestacionaria si está directamente situada sobre el ecuador (con inclinación 0). A esta órbita también se le denomina “órbita de Clark”, en honor y referencia a Arthur Charles Clark, un escritor británico autor de obras científicas y de ciencia ficción, sin duda conocido por su famosa obra llevada al cine “2001: Una odisea del espacio”.

Clark, en un artículo científico publicado después de la Segunda Guerra Mundial, sugirió: “dado que un satélite tarda más tiempo en recorrer su órbita cuanto más alta sea ésta, consecuentemente habrá una altura determinada en la cual el satélite tarda exactamente el mismo tiempo en recorrer su órbita que el que tarda la Tierra en completar una rotación sobre sí misma”. Esto sentó las bases de los satélites artificiales en órbita geoestacionaria, y le valió a su autor un gran reconocimiento por sus contribuciones a la ciencia del siglo XX.

Así, mientras que en una órbita baja un satélite puede recorrerla en menos de una hora, a 35.786 kilómetros de altura tardaría exactamente 24 horas. Por tanto, si se sitúa un satélite sobre el ecuador a la altura de la citada órbita, desplazándose de oeste a este, girará alrededor de la tierra justamente a la misma velocidad que ella. El resultado para un observador situado en el ecuador terrestre bajo la vertical del satélite, es que éste permanece “parado” en el mismo punto sobre su cabeza.

Los modernos satélites de comunicaciones, además de desplazarse geosincrónicamente con la tierra, también realizan determinados giros sobre sí mismos. Uno de los motivos es estabilizar los tres ejes para mantener las antenas en posición estacionaria respecto a la tierra, apuntando siempre al mismo lugar. Para ello, se hace girar el cuerpo cilíndrico del satélite mediante un motor eléctrico, lo cual estabiliza la posición en base al principio del giróscopo. La estabilización de los tres ejes permite también desplegar grandes paneles solares para captar mayor energía, y suministrar así más potencia a los equipos electrónicos.

Además, existe otro motivo fundamental para mantener girando el cuerpo cilíndrico, y es que, si el satélite tuviese todos sus ejes fijos en el espacio, la parte de él que da hacia el sol se abrasaría, mientras que la parte que permanece a la sombra se congelaría. Esto traería consecuencias fatales para los componentes electrónicos que alberga en su interior.

Continúa en la parte II