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