Cómo funciona un satélite de comunicaciones (II)

Viene de la parte I

SISTEMAS

En un satélite de comunicaciones hay que diferenciar dos grupos de sistemas específicos: el módulo de servicio, que comprende todos los elementos del satélite en órbita; y el modulo de telecomunicaciones, que agrupa todos los elementos necesarios para la recepción y posterior transmisión de las señales (televisión, radio, etc.). Cabe destacar los siguientes elementos:

Módulo de servicio

Sistema de propulsión. Es un motor cohete que coloca al satélite en su órbita una vez ha finalizado la última fase de su lanzamiento al espacio. Está generalmente propulsado por hidracina, consistente en una mezcla de nitrógeno e hidrógeno que tiene la propiedad de un bajo punto de fusión (unos 2º C).

Detalle de un propulsor acelerador de iones

Los sistemas de propulsión de los satélites constituyen un campo de investigación abierto. Se han conseguido desarrollar varios tipos de propulsión, cada cual con sus inconvenientes y ventajas. Un sistema moderno es el propulsor eléctrico, que puede adoptar diferentes modalidades: termoeléctrico, electrostático o acelerador de iones, electromagnético o acelerador de plasma, etc. En todos ellos se utiliza como propulsante algún tipo de gas, como argón, xenon y otros, que es manipulado eléctricamente para conseguir el empuje.

Sistema de estabilización. Es un conjunto de pequeños cohetes que permiten realizar ajustes muy finos en la orientación del satélite, por ejemplo para asegurar que la antena transceptora (transmisora y receptora) enfoque correctamente al área de la tierra que se desea cubrir.

Depósito de combustible. Permite almacenar el combustible suficiente (habitualmente hidracina) para el funcionamiento durante toda la vida de servicio operativo del satélite. En los satélites que se dotan de energía nuclear, suelen incorporar una pequeña central de fisión de uranio 235.

Paneles de células solares. Son un conjunto de células fotovoltaicas que generan electricidad por medio de la energía solar, permitiendo alimentar todos los equipos y sistemas electrónicos, como los de comunicaciones, motores eléctricos, etc.

Los paneles solares, una vez desplegados en la fase de puesta en servicio, permanecen así durante toda la vida útil del satélite. En los sistemas más modernos se puede controlar por telecomando la alimentación que suministran en caso de avería de alguna de sus células, activando o desactivando diferentes combinaciones para que los equipos de abordo se mantengan operativos sin interrupción.

Sistema de orientación de los paneles. Son un conjunto de motores eléctricos y servomecanismos que permiten la orientación de los paneles de células solares, con el objetivo de obtener la mayor superficie y nivel de insolación, y consecuentemente la mayor energía en todo momento.

Módulo de telecomunicaciones

Antena receptora. Al igual que la antena transmisora y los paneles solares, la antena receptora es un elemento perfectamente identificable en el exterior del satélite. Ambas antenas suelen tener forma parabólica; la receptora es la encargada de captar las señales procedentes de la estación terrestre.

En este satélite de comunicaciones se pueden identificar claramente las antenas parabólicas

Receptor-conversor. Es un receptor de bajo nivel de ruido y conversor de frecuencia, que toma las altas frecuencias recibidas por la antena receptora, las amplifica y las convierte en señales de frecuencia más baja.

Sistema multiplexor de entrada.  Es un conjunto de elementos pasivos dispuestos en forma de guía de ondas, cuya misión es descomponer (discriminar) todo el grupo de señales entrantes en canales individuales, para su posterior aplicación a la entrada respectiva de cada una de las etapas amplificadoras.

Detalle de un sistema multiplexor Foto http://sitemaker.umich.edu/juseop/

Amplificador de canal. Proporciona el nivel óptimo de señal antes de ser aplicada a la etapa amplificadora de potencia. Incorpora un atenuador variable ajustable desde tierra mediante telecomando, para adecuarlo al punto de trabajo del repetidor.

Multiplexor de salida. Su misión es justamente la inversa a la del multiplexor de entrada, pues debe reunir todas las señales procedentes de los diferentes canales y aplicarlas en grupo a la antena de transmisión. Está formado por elementos pasivos en forma de guía de ondas dispuestos en una única unidad compacta.

Etapa de potencia. Consiste en un amplificador de ondas progresivas de alta potencia, y de los elementos encargados de suministrar a sus electrodos la energía eléctrica necesaria. En el caso de una emisión de televisión, la potencia total del satélite está condicionada por el diseño de esta unidad, que determinará la calidad de la señal de recepción en los aparatos terrestres.

Antena transmisora. Consiste en una antena parabólica u offset, encargada de radiar a la tierra todas las señales de los diferentes canales de comunicaciones. Su diseño es de gran rendimiento y se orienta a uno o más puntos de la tierra en donde está situada la estación terrestre para evitar la interferencia entre los haces ascendente y descendente. El conjunto ya descrito de receptor-conversor-transmisor de un satélite de comunicaciones recibe la denominación inglesa de «transponder», un término muy utilizado siempre que se tratan las características de un satélite de comunicaciones.

Esquema de bloques de un transponder

Conjunto de baterías. Está formado por baterías habitualmente de Niquel-Cadmio o litio de gran rendimiento por unidad de peso, que suministran la energía almacenada para el funcionamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos cuando el satélite se encuentra en una zona de eclipse. La duración de estas baterías a un régimen normal de funcionamiento garantiza una vida útil mínima de 10 años.

Equipos redundantes Un satélite no puede ser reparado en órbita, salvo capturándolo mediante una lanzadera espacial, lo cual puede constituir una operación extremadamente cara y técnicamente laboriosa. Por ello, los satélites son construidos redundando todos aquellos sistemas más críticos, duplicándolos e incluso triplicándolos. Éstos pueden ser alternados, activados y desactivados desde tierra mediante órdenes de telecomando. Si una parte esencial del sistema queda inoperativo por una avería, se enviaría una orden telecomandada que activaría el sistema redundante y desactivaría el averiado, permitiendo así mantener los servicios en funcionamiento.

Continúa en la parte III