Post on 11-Jun-2015
description
Modulo 1. Temas:
1. Conceptos.
2. Historia y evolución de los satélites.
3. Aplicaciones de los sistemas
satelitales
4. Segmento espacial
5. Segmento terrestre
6. Los satélites mexicanos.
Conceptos
La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el
organismo especializado de las Naciones Unidas para las
tecnologías de la información y la comunicación – TIC
• Atribución del espectro radioeléctrico y
las órbitas de satélite a escala mundial.
• Elaboración de normas técnicas que
garantizan la interconexión continua de
las redes y las tecnologías.
• Contribución para mejorar el acceso a las
TIC.
• La UIT cuenta en la actualidad con 193 países miembros y más de 700
entidades del sector privado e instituciones académicas.
• La UIT tiene su Sede en Ginebra (Suiza), y cuenta con 12 oficinas regionales y
de zona en todo el mundo.
Satélite: La UIT dentro del Reglamento de Radiocomunicaciones,
articulo 1.179, define satelite como el “cuerpo que gira alrededor de otro
cuerpo de masa preponderante y cuyo movimiento esta principalmente
determinado, de modo permanente, por la fuerza de atraccion de este
ultimo”.
Satélites naturales Satélites artificialeshttp://www.jpl.nasa.gov/education/images/pdf/ss-low.pdf
Conceptos
Espacio Ultraterrestre: Si bien no existe un precepto que defina el espacio ultraterrestre,
podemos senalar que este inicia donde se desvanece la atmosfera terrestre, es decir, a partir
de los 90 a 100 kilometros de altitud.
• En 1959 se creó la Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterreste con Fines
Pacíficos (COPUOS).
• En 1963, las Naciones Unidas establecieron los principios juridicos que deben regir las
actividades de los Estados en la exploracion y utilizacion del espacio ultraterrestre.
Dichos principios fueron basados en el reconocimiento de que la exploracion y
utilizacion del espacio ultraterrestre debe ser en bien de la humanidad y en provecho de
los Estados en condiciones de igualdad.
• En conformidad con el derecho internacional el espacio no puede ser materia de
apropiacion nacional, y los Estados, solamente tienen la jurisdiccion y control de los
objetos y personas que se encuentren en el espacio ultraterrestre
Conceptos
Orbitas geosíncronas: Orbita circular alrededor de la tierra que se encuentran a 35,787
kilómetros de nuestro planeta en la que el periodo de traslación coincide con el periodo de
rotación de la tierra.
La distancia media entre la Tierra y la Luna es 384.400 kilómetros
Radio de la Tierra: 6,378 km
Conceptos
Órbita Geoestacionaria: Es una orbita geosíncrona que forma un ángulo de inclinación de
90º con el eje de rotación de la tierra y su ubicación está en el plano ecuatorial. Los satélites
que se desplazan a través de esta orbita se mantienen estáticos para un observador en la
superficie terrestre.
La orbita geoestacionaria al ser unica, se ha convertido en un recurso escaso y con una
demanda sin precedentes a nivel mundial, razon por la cual su utilizacion es coordinada por
la UIT para asegurar el uso racional y equitativo del recurso orbita-‐espectro entre los
Estados miembros.
Conceptos
Posiciones orbitales geoestacionarias:
Un satelite que se desplace a traves de la orbita geoestacionaria mantendra una
latitud constante, especificamente de 0° (coincide con el plano ecuatorial de la
tierra), y por otro lado, al desplazarse alrededor de la Tierra en sincronia con su
rotacion, mantiene una longitud constante. De tal forma que la ubicacion de un
satelite en orbita geoestacionaria, o satelite geo, se encuentra definida unicamente
por su longitud. La cual es una medida angular que toma como referencia el
meridiano 0, o meridiano de Greenwich.
Conceptos
Orbita LEO (Low Earth Orbit)
Orbitas que se ubican a una distancia aproximada de la tierra entre 500 y 1500
kilómetros
Orbita MEO (Medium Earth Orbit):
Orbitas que se ubican a una distancia aproximada entre 6000 y 11,000 kilómetros
de la tierra.
Conceptos
Servicios Satelitales
Conceptos
Servicios Satelitales
Conceptos
Historia y evolución de los satélites
Historia y evolución de los
satélites
Aplicaciones de los satélites de comunicaciones
• Telefonía
• Internet
• TV directa al hogar (DTH)
• TV en barcos y cruceros
• Distribución de señales de TV
• Transacciones financieras
• Comunicaciones en zonas de desastre
• Educación a distancia
• Telemedicina
Aplicaciones de los sistemas satelitales
Aplicaciones de los satélites de percepción remota
• Monitoreo ambiental
• Monitoreo del cambio climático
• Seguridad Nacional y protección civil
• Monitoreo y manejo de desastres causados por fenómenos
naturales
• Monitoreo de recursos naturales
• Planificación de uso de tierras y planificación urbana
• Generación de mapas
• Monitoreo y planeación de actividades agricolas
• Programas preventivos de deforestación.
• Monitoreo de mares, ríos, lagos y glaciares.
• Monitoreo de animales salvajes.
• Monitoreo y predicción del clima.
• Monitoreo de la contaminación ambiental
• Topografía.
• Monitoreo y protección de fronteras
• Monitoreo y predicción de enfermedades.
Aplicaciones de los sistemas satelitales
Aplicaciones de los satélites de posicionamiento
• Logística y navegación
• Servicios de localización y seguimiento
Aplicaciones de los sistemas satelitales
Satélites de observación terrestre
• Satélites de observación terrestre
Infraestructura Espacial
1. Vehículos de lanzamiento
2. Satélites
3. Centros de Control (Primario y alterno)
4. Estaciones Terrenas (Tx y Rx)
Los satélites mexicanos
Morelos 1, 113.5º Oeste, 1985. Morelos II, 116.8º Oeste, 1989
Solidaridad I, 109.2º Oeste, 1993. Solidaridad II, 113.0º Oeste, 1994
Los satélites mexicanos
• En marzo de 1995 es reformado el Articulo 28 de nuestra Carta Magna, de
tal forma que la comunicacion via satelite se define como un area
prioritaria para el desarrollo nacional, estableciendo que se podran otorgar
concesiones o permisos a particulares para su explotacion.
• Tras un proceso de privatizacion iniciado en 1995, se constituye en 1997
Satelites Mexicanos S.A. de C.V. (Satmex), como una empresa mexicana
prestadora del servicio fijo por satelite para la conduccion de senales para
redes de telecomunicaciones publicas y privadas.
• El 5 de diciembre de 1998 es puesto en orbita el primer satelite de la tercera
generacion de la flota mexicana, ahora operada por Satmex. El satelite
denominado Satmex 5 reemplazo al satelite Morelos II en la posicion
116.8° Oeste.
Los satélites mexicanos
Satmex 5, 116.8º Oeste, 1998.
Los satélites mexicanos
En 2000 falló la computadora de a bordo del Satélite Solidaridad I, 109.2º Oeste,
por lo que se inician tramites para su reemplazo y se inician negociaciones con
Canadá para preveer interferencias con los satélites adjuntos.
Los satélites mexicanos
Intercambio de posiciones entre México y Canadá para minimizar interferencias
entre satélites. Con esto fue posible la reubicación del Solidaridad II a la posición
de 114.9º Oeste y el lanzamiento del Satmex 6 en la posición de 114.9º Oeste en
2006.
Los satélites mexicanos
Satmex 6, 114.9º Oeste, 2006.
Los satélites mexicanos
SATMEX
• Satmex ostenta tres concesiones para ocupar las
POGs coordinadas en 113.0° Oeste, 114.9° Oeste
(antes 109.2° Oeste) y 116.8° Oeste, y explotar sus
respectivas bandas de frecuencia asociadas y los
derechos de emision y recepcion de senales otorgadas
por el Gobierno Federal a traves de la Secretaria el 23
de octubre de 1997, con una vigencia de 20 anos, y
prorrogadas el 26 de mayo de 2011 por otros 20 anos
contados a partir del 24 de octubre de 2017.
Los satélites mexicanos
Flota satelital Satmex
Flota satelital Satmex en operación
Flota satelital Satmex planeada
Flota satelital Quetzsat
Flota satelital Quetzsat
Satélites del Gobierno Federal
• Sistema satelital que ocupará las posiciones orbitales 113.0ºOeste, 114.9º Oeste y 116.8º Oeste.
• Con cobertura nacional para servicios de seguridad nacional,protección civil, cobertura social y reducción de la brechadigital.
• Dos satélites para servicio móvil (Centenario, 113.0º Oeste,2013; Morelos 3, 116.8º Oeste, 2014)
• Un satélite para servicio fijo (Bicentenario, 114.9º Oeste,2012)
Satélites del Gobierno Federal
Satélites del Gobierno Federal
Satélites del Gobierno Federal
Recursos orbitales en operación y en trámite de
México
Recursos orbitales en operación y en trámite de
México
Módulo 2: Introducción a los
sistemas satelitales
Elementos de un satélite
• Fuente de energía
• Control de navegación
• Propulsión
• Computadora de vuelo
• Estructura
• Carga útil
• Tipos de satélites en cuanto a su tamaño
• Micro, nano, etc.
39
Introducción
Definición (de Wikipedia)
– Un satélite es un objeto que orbita otro objeto (el
cual se conoce como su primario)
– Los satélites puede ser hechos por el hombre o
ocurrir naturalmente como las lunas, los cometas,
los planetas, las estrellas y aún las galaxias. Un
ejemplo de un satélite natural es la Luna
40
País Primer año de
lanzamiento
Primer satélite En órbita en
2012
Unión soviética 1957 Sputnik 1 87
Estados Unidos 1958 Explorer 1 413
Australia 1964 Title Unknown ?
Francia 1965 Astérix ?
Japón 1970 Osumi ?
China 1970 Dong Fang Hong I 34
_ Reino Unido 1971 Prospero X-3 ?
India 1979 Rohini-1 33
Israel 1988 Ofeq 1 ?
Primer lanzamiento por país
Tipos de satélites
• SATÉLITES PASIVOS: son satélites que no agreganpotencia a la señal, ni la modifican sustancialmenteen sus características y solo son utilizados para que laseñal “rebote en ellos”.
• SATÉLITES ACTIVOS: son aquellos satélites quepueden agregar potencia a las señales recibidas,filtrarlas, amplificarlas, trasladarlas en frecuencia yluego reenviarlas hasta un área geográfica en la tierraque esté en su línea de vista.
Por la altura orbital:
– LEO
– SSO
– MEO
– GEO
– HEO
Por la aplicación:
– Exploración
– Comunicaciones
– Navegación
– Observación
– …
Clasificación de los satélites
Por el carácter:
– Militar
– Civil
– Mixto
Por el tamaño:
– Grandes >1000 Kg
– Medianos 500 – 1000 Kg
– Pequeños
• Minisatellites 100- 500 Kg
• Microsatellites 10- 100 Kg
• Nanosatélie 1- 10 Kg
• Picosatélites 0.1 a 1Kg
• Femtosatélites <100g
Clasificación orbital de los satélites y
sus usos
Los cinturones de radiación de
Van Allen son áreas de la alta
atmósfera que rodean la Tierra por
encima de la ionosfera, a una
altura de 3.000 y de 22.000 km.
respectivamente. Se sitúan sobre la
zona ecuatorial, y el más externa,
se prolongan prácticamente hasta
la magnetopausa, límite entre el
espacio terrestre y el espacio
interplanetario.
44
Introducción…cont
Misión y carga útil
– Misión especial: el propósito de colocar un equipo (carga
útil) y/o personal para llevar a cabo actividades que no
pueden realizarse en Tierra.
– Carga útil: el diseño de un equipo está influenciado
fuertemente por la misión específica, el tiempo de vida
anticipado, el vehículo de lanzamiento seleccionado y los
ambientes de lanzamiento y del espacio.
45
Introducción (Cont.)
Tipos de misión
– Comunicaciones
– Observación de la Tierra
– Navegación
– Astronomía
– Física espacial
– Militar
– Prueba de tecnología
Segmento espacial
Carga útil Bus
Estructura Control
de posición
Control
térmicoPropulsión
Adminstración
de datos
Telemetría y
mandoEnergía Comunicaciones
Arquitectura típica de un satélite
47
Sistema satelital cont…
Un sistema satelital está compuesto de la nave (bus) y la(s) carga(s) útil(es)
El bus consiste de los siguientes subsistemas:– Sistemas de propulsion y lanzamiento
– Control de posición
– Sistemas de potencia
– Sistemas térmicos
– Sistemas estructurales y de configuración
– Comunicaciones
– Telemetría y mando
– Administración y procesamiento de datos
48
Sistemas satelital cont…
• Sistemas de propulsion y lanzamiento
– Vehículo de lanzamiento: se utiliza para poner a la nave en el espacio
– Una vez que el peso y el volumen del vehículo se han estimado, se
puede seleccionar un vehículo de una variedad de proveedores
– Si es necesario que el vehículo se desvíe de la trayectoria
proporcionada por el vehículo de lanzamiento o corregir errores en la
condición inicial, se require de un sistema de propulsion adicional
– Los sistemas de propulsión a bordo requieren generalmente de los
medios para determinar la posición y colocación del vehículo para
activar las fuerzas de corrección
49
Sistema satelital cont…
Sistema de Determinación y Control de Posición (ADCS)
– ADCS se requieren para apuntar el vehículo o un componente, tal como un panel solar, una antena, un eje de propulsion, en una dirección específica
– La determinación de la posición (attitude determination) se puede obtener por la orientación con respect a una Estrella, la tierra, el espacio inercial, el campo magnético de la tierra, el sol, etc.
– El control de posición puede ser activo, pasivo o una combinación de ambos.
50
Sistema satelital cont…
Sistemas de potencia
• La potencia del vehículo se puede obtener a través de una gran
variedad de dispositivos como:
– Páneles solares
– Generadores termoeléctricos
– Baterías
– Celdas de carga
– Generadores nucleares
– Etc
• La mayoría de los satélites usan celdas solares y baterías
51
Sistema satelital cont…
Sistemas de control térmico
– La función del Sistema de control térmico es mantener las
temperaturas dentro límites especificados para permitir que
los sistemas abordo funcionen apropiadamente durante la
vida planeada de la nave.
– El balance térmico se puede controlar usando calentadores,
radiadores activos o pasivos así como por aisladores
térmicos
52
Sistema satelital cont..
Sistemas de configuración y estructura
– La configuración de un satélite está limitada por la capacidad de la carga útil y la forma forma y volume del vehículo de lanzamiento
– Las grandes estructuras, tales como páneles solares y antenas, deben desplegarse en el espacio. El despliegue se hace a través de mecanismos actuados por:
• Cargas explosivas
• Cables
• Resortes
• Etc.
53
Sistema satelital cont…
• El sistemas de mando y telemetría proporcionan
información desde y hacia el centro de control,
respectivamente.
• Los mandos se usan para cambiar el estado de la
nave
• El Sistema de telemetría colecta y procesa datos
sobre el estado de la nave
54
Sistema satelital cont…
• Procesamiento y administración de datos– El procesamiento de datos es importante para controlar y
reconfigurar a la nave así como para optimizar su rendimiento y procesar datos para transmisión.
– Consiste de procesadores, RAM, ROM, almacenamiento masivo y software asociado.
– Entre los requerimientos de la computadora de vuelo están: bajo consumo de energía, bajo volumen, masa, resistencia a la radiacion y confiabilidad excepcional
55
Sistemas satelital…cont.
Comunicaciones
– Se utiliza comunicación por radiofrecuencia para transmitir información entre la nave y sitios terrestres o también entre otras naves.
– La información trasmitida desde la nave incluye el estado y la salud de los subsistemas así como datos de los instrumentos primarios.
– La información transmitida hacia la nave generalmente consiste de datos para almacenarse en los procesadores de vuelo y mandos para cambiar el estado de la nave, ya sea en tiempo real o cuando se requieran.
Ejemplos de satélites
Módulo 3: Movimiento de los
satélites
Leyes de Kepler, Ley de la Gravitación
Universal, Leyes de Newton
Parámetros de las órbitas
• Periodo, inclinación, velocidad, etc.
Tipos de órbitas
• LEO, MEO, GEO, etc.
Ventajas y desventajas de cada una de las órbitas
Leyes de Kepler
Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes
Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus
órbitas alrededor del Sol.
Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan
alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el
Sol situado en uno de los focos.
Leyes de Kepler
Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y
el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
Segunda ley
Una forma cualitativa de expresar la
segunda ley de Kepler es decir que el
satélite se mueve más despacio lejos
de la Tierra y se mueve más rápido
cuando está cerca de ella.
El satélite se mueve más rápido en el perigeo
que en el apogeo
Leyes de Kepler
Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado
de su período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta
alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de
la distancia media con el Sol.
donde, P es el período orbital, r la distancia media del
planeta con el Sol y K la constante de proporcionalidad.
constante3
2
Kr
P
TierraTierra
Tierra
Aplicando la leyes de Kepler al lanzamiento de un objeto
sobre la Tierra
Se puede considerar que la Tierra es un punto y
toda su masa está concentrada en su centro.
En la vida real, el cuerpo
lanzado choca con la
superficie terrestreTierra
Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento
TierraEl objeto está cayendo y finalmente
choca con la superficie
Sigamos aumentando la velocidad…
Tierra
Sigamos aumentando la velocidad…
El objeto
queda
perpetuamente
dotado de
movimiento
Hay una velocidad mínima
para la cual el objeto queda en
órbita
Sigamos aumentando la velocidad…
Hay una velocidad mínima
para la cual el objeto escapa
(parábola)
Sigamos aumentando la velocidad…
El objeto
escapa…
¿Qué velocidades se necesitan?
• Velocidad orbital para permanecer a 242
Km de altura: 8 Km/seg (26,000 km/hr)
• Una órbita completa toma 90 mins
• Velocidad de escape terrestre 11.3 km/s
(40,680 km/hr)
150 km/h =0.041 km/s
850 m/s =0.85 km/s
3.3 mach =0.98 km/s
3.6 km/s
Comparación de velocidades
Lanzador profesional
Ametralladora M60
SR-71
Cañón HARP
Los satélites
describen órbitas
elípticas siguiendo
las Leyes de Kepler.
Hay tres tipos de
órbitas
•Polar
•Ecuatorial
•Inclinada
Órbitas satelitales
Ubicación del satéliteUbicación de la antena:
Lat. 32º
Lon. 15º
Ubicación punto subsatelital:
Lat. 0º
Lon. –30º
Plano ecuatorial Ángulo de inclinación
Inclinación de la órbita satelital
Órbita polar: inclinación 90º
Órbita ecuatorial: inclinación 0º
Ubicación del satélite
D: RANGO
: ÁNGULO DE INCLINACIÓN (look up angle)
: AZIMUT
E
N
W
S
0º
90º
180º
270º
D
Tipos de ÓrbitasClasificación por altura:
– Low Earth Orbit (LEO): -
- <1,500 km
– Medium Earth Orbit (MEO)
– High Earth Orbit (HEO) ~
>20, 000 km
– Geostationary Earth Orbit (GEO) (~36000 km)
Clasificación por inclinación:
– Ecuatorial (inclinación = 0º)
– Inclinación baja
– Inclinación alta
• Heliosíncrona – depende de la altura
– i = 96.3º @ 185 km
– i = 99.1º @ 925 km
– Polar (inclinación ~ 90º)
– Inclinación crítica
• i = 63.4º - directa
• i = 116.6º - retrógrada
Clasificación por la forma:
– Circular
– Elíptica
• Molniya
– HEO con inclinación crítica
• Transferencia de Hohmann
• Otras
– Parabólica (trayectoria de escape marginal)
– Hiperbólica (trayectoria de escape)
Clasificación por dirección del movimiento del satélite:
– Directa: el satélite se mueve hacia el oeste
• Inclinación < 90º
– Retrógrada: el satélite se mueve hacia el oeste
Alturas orbitales de los satélites
Comparación entre satélites de
varias orbitas
Orbita GEO Orbita MEO Orbita LEO
Altura (km) 36,000 6.000-12.000 200-3000
Período Orbital (Hr) 24 5-12 1.5
Velocidad (Km/hr) 11,000 19,000 27,000
Retraso (ida y vuelta) (ms) 250 80 10
Período de Visibilidad Siempre 2-4 Hr <15 min
Satélites necesarios
para cobertura global3 10-12 50-70
Clasificación orbital de los satélites
Los satélites se pueden clasificar según:
1. Su distancia de la Tierra
(Geoestacionaria, Geosíncrona, de Baja Altura,de Media Altura y Excéntricas).
1. Su Plano Orbital con respecto al Ecuador(Ecuatorial, Inclinada y Polar).
2. La Trayectoria Orbital que describen (Circulary Elíptica).
Cinturones de Van Allen
Regiones con partículas de alta energía que son atrapadas por el campo magnético terrestre
• Cinturón interno:
– 1.3-1.7 RE en el plano ecuatorial, protones de energía > 10 MeV
– Proceden de los rayos cósmicos (sol, supernovas, agujeros negros, etc.)
• Cinturón externo:
– 3.1-4.1 RE, electrones de alta energía (<10 MeV)
– Tormentas geomagnéticas
• Efectos dañinos:
– Degrada los componentes electrónicos del satélite (sobre todo, semiconductores, paneles solares y elementos ópticos)
– Aumenta el ruido de fondo de los detectores
– Induce errores en circuitos digitales
– Puede dañar a los astronautas
LEO (Low Earth Orbit)
• Altura: 250 – 1000 km
• Semieje mayor: 6,600 – 7,400 km
– e < 0.06 (casi circulares)
• A tener en cuenta:
– Alta velocidad: > 7 km/s
– Tiempos de visibilidad reducidos y discontinuos desde una estación
– Continuos eclipses
– Facilidad de puesta en órbita
• Perturbaciones:
– J2 (achatamiento terrestre)
– Resistencia atmosférica
– Presión de la radiación solar, para h~1000km
Órbitas bajas (LEO)
Ventajas
– Cobertura global (si constelación)
– Menores pérdidas
– Terminales más pequeños
– Retardos mínimos (<10ms)
– Uso eficiente del espectro
– No requiere redundancia de satélite (constelaciones)
– Permite determinación de posición como valor añadido
– Tiempo de revisita reducido
Desventajas– Gran constelación de satélites
para cobertura global
– Señal variable (multitrayecto)
– Desviación Doppler
– Visibilidad breve y elevación
variable
– Compleja arquitectura de red
– Tecnología poco establecida
– Muchos eclipses
– Basura espacial (space debris)
– Reemplazo de satélites
– Instalación lenta
Servicios: comunicaciones móviles, teledetección, investigación espacial, vigilancia, meteorología, etc.
Misiones LEO
• Experimentación científica
– ISS (330-377 km), antigua MIR (350-417 km), Shuttle (280 km)
• Observación astronómica
– Hubble (600 km)
• Observación terrestre
– Seguimiento atmosférico: NOAA (840 km), Metop (mín. 822 km)
– Rescate y vigilancia: Landsat (705 km), SPOT (822 km)
• Comunicaciones
– Orbcomm (840 km), Globalstar (1414 km)
• Órbitas de aparcamiento
– Utilizadas en los lanzamientos de satélites GEO o misiones interplanetarias
MEO (Medium Earth Orbit)
Altura: 10,000 – 30,000 km
• A tener en cuenta:
– Alta velocidad: 3 km/s < v < 7 km/s
– Mayor tiempo de visibilidad que LEO
– Radiación de los cinturones de Van Allen
– Dificultad de puesta en órbita respecto de LEO (requiere varias etapas)
• Misiones:
– Navegación:
• Constelaciones: GPS, Glonass, Galileo
• Satélites: GIOVE-A
Órbitas medias (MEO)
Servicios: comunicaciones móviles, gestión de flotas, navegación, etc. Ejemplos: GPS, Galileo, Orbcomm
Desventajas
– Gran constelación de
satélites
– Señal variable
– Efecto Doppler
– Visibilidad breve (traspasos)
– Compleja arquitectura de red
– Tecnología poco establecida
– Muchos eclipses
– Basura espacial
Ventajas
– Cobertura global
– Menores pérdidas que
GEO
– Terminales de tamaño
medio
– Retardos medios
(<100ms)
– Uso eficaz del espectro
Constelaciones LEO vs MEO
Sistema Iridium (LEO)
66 satélites
Altura=780 km
6 planos orbitales (i=86.4º)
Sistema ICO (MEO)
10 satélites
Altura=10355 km
2 planos orbitales (i=45º)
GEO (Geostacionario)
Servicios: radiodifusión y enlaces de contribución, comunicación de flotas, comunicaciones móviles,
meteorología (Meteosat), satélites de relay, redes VSAT, etc. Ejemplos: Hispasat, Inmarsat, Intelsat, Eutelsat,
SES Astra, Thuraya
Ventajas
– Tecnología desarrollada
– Estabilidad de la señal
– Doppler mínimo
– Interferencias predecibles
– Cobertura de zonas
pobladas
– Puesta en órbita conocida
– Buena visibilidad
Inconvenientes
– No cubre zonas polares
– Pérdidas de enlace
– Retardo considerable
– Alto coste de lanzamiento
– Bajo ángulo de elevación
– Eclipses
– Basura espacial
– Poco aprovechamiento del espectro
(gran zona de cobertura) (se mejora
con multihaz)
– Poca fiabilidad en móviles
– Costoso uso del satélite de reserva
Satélite geoestacionario
T: 23h 56 m 4.09 s
Vel= 11,472 Km/h
Polo Norte
Latitud 0º
Longitud 0º (Mer. Greenwich)
15º
45º
60º
EW
Altura:
35.786 km
1. El satélite permanece casi estacionario con respecto a
una estación terrestre específica. Consecuentemente, no
se requiere equipo costoso de rastreo en las estaciones
terrestres.
2. Las antenas se enfocan al satélite al instalarlas y se
fijan para largos períodos de funcionamiento.
3. No hay necesidad de cambiar de un satélite a otro,
cuando giran por encima. Consecuentemente, no hay
rupturas en la transmisión por los tiempos de
conmutación.
Ventajas de las órbitas
geoestacionarias
4. Los satélites geoestacionarios pueden cubrir un área de
la Tierra mucho más grande, que sus contrapartes
orbitales de baja altitud.
5. Los efectos del cambio de posición Doppler son
insignificantes.
6. Con tres satélites se tiene un enlace de cobertura total
del planeta (excepto los polos).
Ventajas de las órbitas geoestacionarias
1. La distancia a la que se encuentran los satélites
geoestacionarios (36,000 Km sobre la superficie de la
Tierra) introduce tiempos de propagación más largos. El
retardo de propagación del viaje redondo entre dos
estaciones terrenas, por medio de un satélite
geoestacionario, es de 500 a 600 ms.
Desventajas de las órbitas
geoestacionarias
2. Los satélites geoestacionarios requieren de alta potencia
de transmisión y receptores más sensibles debido a las
distancias más grandes y mayores pérdidas de
trayectoria.
3. Se requieren maniobras espaciales de alta precisión para
colocar un satélite geoestacionario en órbita y
mantenerlo en ella.
4. Se requieren los motores de propulsión, a bordo de los
satélites, para mantenerlos en sus órbitas respectivas.
Desventajas de las órbitas
geoestacionarias
Geosíncronas vs. Geoestacionarias
El Cinturón GEO
El Cinturón GEO
Comparación de órbitas
Heliosíncronas
• Heliosíncronas ≡ Sun-synchronous (SSO)
• Caso particular de LEO
• La velocidad de regresión nodal es igual a la velocidad angular de giro de la Tierra en torno al Sol
– La orientación del plano orbital respecto a la dirección del Sol se mantiene casi constante
– Los satélites sobrevuelan cada latitud a la mismo hora solar, en el tramo ascendente, y a otra misma hora solar en el plano descendente
– El ángulo entre el plano orbital y la dirección Sol-Tierra es constante
• Aplicación:
• Órbita que no sufra eclipses en ningún momento
• Para satélites de observación, siempre se toman los datos en las mismas condiciones
Órbitas heliosíncronas
Órbitas heliosíncronas vs no heliosíncronas
El plano orbital gira a la misma
velocidad que la Tierra alrededor
del Sol (0.986º/día)
Orientacion de Ω fija respecto de un sistema
inercial
Ángulo entre plano orbital y la dirección Tierra-
Sol para la misma hora en diferentes días
(diferente iluminación en cada pase)
Órbita heliosíncrona Órbita no heliosíncrona
Misiones de órbitas heliosíncronas
• Observación terrestre
– Alturas de observación constantes
– Distancias de observación bajas, lo que permite aumentar la resolución
– Carácter polar: cobertura de toda la superficie terrestre
– Mismas condiciones de iluminación, lo que facilita la comparación de observaciones
• Ejemplo: SPOT 4
– h=831 km (a~7200 km), T=101.5 minutos, número de revoluciones por periodo = 369, i=98.8º
– Órbita heliosíncrona: la traza se repite cada 26 días, pasando por el ecuador a las 10.30 am (ángulo=22.5°)
• Por tanto, el ciclo de repetición de la traza es (m,n)=(26,369)
– Exploración con FoV=117 km (máximo 950 km de anchura)
– Cada 5 cinco días, recoge datos de bandas adyacentes
Satélites SPOT (ESA)
SPOT-5 Órbita heliosíncrona
Satélites SPOT
Landsat 7 (NASA)
T=99 min
Radio=705 km
i =98.2º
14 órbitas por día.
La traza se repite cada 16 días
¿Cómo funciona el GPS?
GPS
24 satélites en 6 planos
h=20200 km
i=55º
Órbitas Elípticas (HEO)
Órbitas de elevada excentricidad
– Perigeo: altura de LEO
– Apogeo: altura de MEO, GEO o mayor
• A tener en cuenta:
– El satélite pasa la mayor parte del tiempo en la zona del apogeo
– Coste de lanzamiento menor que GEO
– No válidas para observación terrestre
– Varios satélites dando cobertura global (no apuntamiento
continuo de la antena de la ET)
• Perturbaciones
– Movimiento del perigeo
– Resistencia atmosférica en la zona del perigeo
– Atraviesan los cinturones de Van Allen
– Correcciones orbitales
Órbitas elípticas (HEO)
Ejemplos:
– Comunicaciones: Molnyia y Tundra; SIRIUS
– Observación espacial: THEMIS A; DoubleSTAR (CT-2)
Ventajas
– Cobertura de zonas polares
– Mayor ángulo de elevación
– Menor coste de lanzamiento
– No requiere satélite de
reserva
Inconvenientes
– No da cobertura global
– Pérdidas de enlace grande
– Retardo considerable
– Efecto Doppler
– Conmutación de satélites
– Cruce con cinturones de Van
Allen en perigeo (radiación)
– Muy sensibles a la asimetría de
la Tierra (la órbita se estabiliza
si i=63.435º)
Constelaciones de satélites
Mejora de la cobertura en tiempo y periodicidad
Objetivo de diseño:
– Reducir el número de satélites que
proporcionen la cobertura adecuada para cada
altura
– Reducir el coste total de producción,
lanzamiento y operación
Modulo 4. LANZADORES
Ing. Mario M. Arreola Santander
Dirección de Divulgación de laCiencia y Tecnología Espacial
Coordinación General de
Formación de Capital Humanoen el Campo Espacial
Agencia Espacial MexicanaX)
(Foto: FALCON 9 de Space
Inicio
OBJETIVOS AGENDA
• Conocer la importancia de la misión
• Familiarizarse con la terminología de lanzadores.
• Conocer las diferentes tecnologías de los Sistemas de Propulsión Espacial.
• Conocer las diferentes partes de un vehículo lanzador.
• Sitios de lanzamiento.
• Bases de una misión espacial.
• Sistemas de Propulsión Espacial.
• Algunos Lanzadores.
• Nave Espacial (Carga útil)
• Servicios de integración y pruebas antes del lanzamiento
Sitios habilitados con plataformas para
lanzamiento de Cohetes
1 - Vandenberg
2 - Edwards
3 - Wallops Island
4 - Cape
Canaveral
5 - Kourou
6 - Alcantara
7 - Hammaguir
8 - Torrejon
9 - Andoya
10 - Plesetsk
11 - Kapustin Yar
12 - Palmachim
13 - San Marco
14 - Baikonur
15 - Sriharikota
16 - Jiuquan
17 - Xichang
18 - Taiyuan
19 - Svobodny
20 - Kagoshima
21 - Tanegashima
22 - Woomera
Misión Espacial
• Importancia de la Misión
– ¿Qué?
– ¿Cómo?
– ¿Quién?
– ¿Cuándo? (Ventana de tiempo)
– ¿Con qué?
– ¿Desde donde?
Trayectoria a Marte
Propulsión
• La función primaria del subsistema de propulsión es proporcionar impulso a la nave espacial.
• Empleando un propelente mas una fuente de energía se crean gases de escape de alta velocidad lo que proporciona: empuje
• F=ma; todos los sistemas de propulsión trabajan por intercambio de momento.
– Ej: Veleros, turbinas jet, motores cohete.
Sistemas de propulsión espacial
• Termodinámicos (calor a energía cinética)
– Gas (Freón, helio)
– Químicos (Sólido, líquido, híbrido)
– Nuclear
– Termoeléctrico
• Electrodinámico, electrostático, electromagnético– Iones/ plasma son acelerados a altas velocidades.
• Exóticos:– Vela Solar, cuerda.
Motores Cohete Químicos
• Combustible sólido– Simple, confiable, gran empuje.
– No son controlables (non stop)– Aluminio y Perclorato de amonio/hule
• Combustible líquido– Buen empuje, control de encendido.
– Complejos, manejo de dos combustibles.– Oxidante y combustible: hidrogeno, keroseno, hidracina.
• Híbrido– Oxidante liquido y combustible sólido (hule, PE)
• Ej: Space Ship one.
Sistema Híbrido
Vela Solar
Diagrama simple de un motor de
combustible líquido
Energía termodinámica
a energía cinética
Motor del
Saturno V
Motor del Space Shuttle
Motor del Space Shuttle (Vista parcial)
Toberas del cohete Ruso Protón
Ensamble de 4 motores
Motores del Saturno V
Lanzador Soyuz en plataforma
Cohete Protón (Rusia)
Agencia Espacial Europea
Lanzadores de la
Ensamble de Lanzadores y
nave espacial
Montaje de motores de combustible
sólido en un cohete Delta
Atlas/Centaur en proceso de ensamble
Área de pruebas y montaje final de módulos
para la Estación Espacial Internacional en Cabo
Kennedy
Paquete de experimentos mexicanos en prueba de
vibración en el Centro de Ingeniería Espacial de la U.
Estatal de Utah.
Sonda Cassini/ Huygens (Titán IV)
Cargas principales: Satélite TDRSS y
MSL-Curiosity con sus cofias
Lanzador Delta IV y carga útil
Puesta en órbita geoestacionaria
Lanzamiento de un cohete Pegasus XL
Lanzadores Delta II y Titán
Lanzador Soyuz (Rusia) despegue
Lanzamiento del UNAMSAT-b como carga secundaria
de un satélite Ruso PARUS por un lanzador Cosmos 3M
UNAMSAT
b
Satélite PARUS
Lanzamiento del Satélite Morelos II México
desde el Space Shuttle
Satélite Bicentenario (Mexat 3)
Costos típicos para una misión de
satélites pequeños
Control de la misión (vista parcial)
Actividad:
Simulador de ensamble de Lanzadoreswww.nasa.gov/externalflash/RocketScience101/RocketScience101.html
Gracias