El presente artículo es un esbozo de los puntos más importantes relacionados con las actividades espaciales, a fin de que nuestros lectores se empiecen a familiarizar con los conceptos y la terminología más importante de los sistemas espaciales.
Sistemas espaciales
Un sistema espacial se divide en tres partes principales: el segmento espacial, el segmento de lanzamiento y el segmento terrestre.
El segmento espacial se refiere a los sistemas que llevarán a cabo una misión en el espacio y consiste en uno o varios satélites. Desde el punto de vista del diseño estructural un satélite se compone de dos partes: la carga útil que cumplirá la misión del proyecto, y la infraestructura necesaria para operar la carga útil. El segmento espacial puede ser un solo satélite o una constelación de satélites en la misma o en diferentes órbitas, como en el caso de sistema Iridium.
El segmento terrestre es la infraestructura que controla al segmento espacial y recupera la información que éste envía a la Tierra.
Sistemas espaciales
Un sistema espacial se divide en tres partes principales: el segmento espacial, el segmento de lanzamiento y el segmento terrestre.
El segmento espacial se refiere a los sistemas que llevarán a cabo una misión en el espacio y consiste en uno o varios satélites. Desde el punto de vista del diseño estructural un satélite se compone de dos partes: la carga útil que cumplirá la misión del proyecto, y la infraestructura necesaria para operar la carga útil. El segmento espacial puede ser un solo satélite o una constelación de satélites en la misma o en diferentes órbitas, como en el caso de sistema Iridium.
El segmento terrestre es la infraestructura que controla al segmento espacial y recupera la información que éste envía a la Tierra.
El segmento de lanzamiento se encarga del transporte de los satélites a su órbita. Este segmento puede ser relativamente sencillo para una arquitectura un solo satélite, o muy complejo como en el caso de una arquitectura de múltiples satélites, como por ejemplo las constelaciones de satélites GPS.
Misiones espaciales
Los sistemas espaciales se pueden clasificar de acuerdo a la misión que realizan. Cada misión también tiene una arquitectura característica, que se describe a continuación:
Comunicaciones
Los sistemas de comunicaciones espaciales pueden ser de difusión (como por ejemplo Sky que difunde señales de TV) o de comunicaciones punto a punto (como por ejemplo los teléfonos satelitales). Las comunicaciones, a su vez, pueden emplearse en una gran cantidad de aplicaciones, tales como, seguridad, teleeducación y telemedicina, entre otras. Para estas aplicaciones se pueden utilizar indistintamente satélites GEO (órbitas geoestacionarias, a 35,786 Km sobre la superficie de la Tierra), o bien constelaciones de satélites LEO (Low Earth Orbit, órbitas de 160 Km a 2,000 Km sobre la superficie de la Tierra) o MEO (Medium Earth Orbit, órbitas típicamente a 10,000 Km sobre la superficie de la tierra). El uso de un tipo de satélite dependerá de la aplicación en particular, ya que cada opción tiene sus ventajas y desventajas.
Misiones espaciales
Los sistemas espaciales se pueden clasificar de acuerdo a la misión que realizan. Cada misión también tiene una arquitectura característica, que se describe a continuación:
Comunicaciones
Los sistemas de comunicaciones espaciales pueden ser de difusión (como por ejemplo Sky que difunde señales de TV) o de comunicaciones punto a punto (como por ejemplo los teléfonos satelitales). Las comunicaciones, a su vez, pueden emplearse en una gran cantidad de aplicaciones, tales como, seguridad, teleeducación y telemedicina, entre otras. Para estas aplicaciones se pueden utilizar indistintamente satélites GEO (órbitas geoestacionarias, a 35,786 Km sobre la superficie de la Tierra), o bien constelaciones de satélites LEO (Low Earth Orbit, órbitas de 160 Km a 2,000 Km sobre la superficie de la Tierra) o MEO (Medium Earth Orbit, órbitas típicamente a 10,000 Km sobre la superficie de la tierra). El uso de un tipo de satélite dependerá de la aplicación en particular, ya que cada opción tiene sus ventajas y desventajas.
Los satélites GEO generalmente son la opción más sencilla por permanecer estacionarios respecto a un punto en la Tierra, pero tienen la desventaja de requerir de potencias de transmisión muy altas, debido a la distancia en la que se encuentran las órbitas. Las constelaciones de satélites LEO o MEO, pueden tener mucha complejidad en su coordinación, pero al encontrarse en órbitas relativamente bajas, demandan menos potencia de transmisión tanto desde los satélites como desde los equipos en tierra.
Posicionamiento y navegación
Las misiones de posicionamiento y navegación se basan en la transmisión de señales de tiempo muy exactas desde varios satélites. Estas señales, al viajar a la velocidad de la luz, permiten la medición de la distancia entre el satélite que las transmitió y la terminal que las recibió. Con estas distancias, y el conocimiento de la posición de los satélites, se puede determinar, a través de triangulación, la posición del receptor en tierra. Para estas misiones, al menos tres satélites de navegación deben ser vistos simultáneamente desde un receptor en tierra, lo que lleva a utilizar constelaciones de satélites en órbitas MEO. En la actualidad, los EE.UU. disponen del sistema GPS y Rusia dispone del Glonass. La comunidad europea se encuentra planeando el desarrollo del sistema de navegación Galileo, y es probable que en 2014 se encuentre en operación.
Aplicaciones climáticas
Las aplicaciones climáticas suelen utilizar dos tipos de arquitecturas de sistemas espaciales. Una arquitectura utiliza satélites GEO, la cual tiene la cualidad de permitir ver a la tierra en su conjunto, pero tiene la desventaja de una baja resolución espacial y no proporcionar una cobertura adecuada para las latitudes más altas. Otra arquitectura utiliza satélites de órbita polar que proporcionan mejor cobertura en las latitudes más altas del planeta.
Posicionamiento y navegación
Las misiones de posicionamiento y navegación se basan en la transmisión de señales de tiempo muy exactas desde varios satélites. Estas señales, al viajar a la velocidad de la luz, permiten la medición de la distancia entre el satélite que las transmitió y la terminal que las recibió. Con estas distancias, y el conocimiento de la posición de los satélites, se puede determinar, a través de triangulación, la posición del receptor en tierra. Para estas misiones, al menos tres satélites de navegación deben ser vistos simultáneamente desde un receptor en tierra, lo que lleva a utilizar constelaciones de satélites en órbitas MEO. En la actualidad, los EE.UU. disponen del sistema GPS y Rusia dispone del Glonass. La comunidad europea se encuentra planeando el desarrollo del sistema de navegación Galileo, y es probable que en 2014 se encuentre en operación.
Aplicaciones climáticas
Las aplicaciones climáticas suelen utilizar dos tipos de arquitecturas de sistemas espaciales. Una arquitectura utiliza satélites GEO, la cual tiene la cualidad de permitir ver a la tierra en su conjunto, pero tiene la desventaja de una baja resolución espacial y no proporcionar una cobertura adecuada para las latitudes más altas. Otra arquitectura utiliza satélites de órbita polar que proporcionan mejor cobertura en las latitudes más altas del planeta.
Teledetección
La teledetección por satélite es el uso de sensores para recopilar datos de la superficie de la tierra. Estos datos pueden ser imágenes del espectro visible o del infrarrojo. Estas imágenes pueden servir para la medir muchos parámetros tales como la elevación del terreno, la concentración de humedad en el suelo, la concentración de clorofila en la superficie del océano y la concentración de gases atmosféricos, entre muchos otros. La arquitectura de las misiones de teleobservación depende en gran medida de la frecuencia de observación temporal, la amplitud de la cobertura espacial requerida, así como de la intensidad de la señal detectada. Para cubrir un área muy grande, la información proporcionada por un satélite GEO puede ser suficiente. Para una cobertura con mayor detalle espacial, pero menor detalle temporal, el uso de un satélite o una constelación de LEOs puede ser una buena opción.
Misión de lanzamiento
La misión de lanzamiento difiere radicalmente de demás misiones y es crítica para el cumplimiento de ellas. Los vehículos de lanzamiento pueden ser de una o múltiples etapas, las cuales pueden utilizar propelente sólido o propelente líquido, entre muchas otras variables. A menudo, la arquitectura del vehículo de lanzamiento es una combinación de todas estas diferentes opciones, seleccionados para optimizar el rendimiento para un conjunto dado de requisitos de la misión.
Usuarios de los sistemas espaciales
Por lo general el uso de los sistemas espaciales se divide en tres comunidades de usuarios: comercial, civil y militar. Cada una de estas comunidades comparte necesidades comunes, intereses y usos de los sistemas y servicios espaciales.
Usuarios comerciales
La comunidad comercial se compone de las empresas con fines de lucro que proporcionan servicios a partir de sistemas espaciales. Por lo general, las empresas comerciales sólo se interesan en servicios rentables, por lo que casi siempre se aventuran a emplear sistemas que utilicen tecnologías maduras. En la actualidad, las aplicaciones comerciales del espacio se limitan a las comunicaciones, ya sean éstas de radiodifusión o de punto a punto, los servicios de posicionamiento y navegación aérea, así como recolección de imágenes.
Telecomm, SATMEX, Pegaso, Globalstar y Sky son ejemplos de empresas mexicanas que participan en los mercados de comunicaciones por satélite en diferentes niveles. Algunas operan satélites, Telecomm y SATMEX, mientras que otras proporcionan servicios de valor agregado, como es la operación de redes de comunicaciones punto a punto, (Pegaso y Globalstar), mientras que otras, como Sky, proporcionan servicios de difusión de señales de TV.
Usuarios civiles
La comunidad espacial civil está compuesta por las agencias de gobierno no militares.
En México, entre las organizaciones civiles que participan en el espacio están la SCT, quien está en proceso de adquirir la nueva generación de satélites MexSat, la Agencia Espacial Mexicana, el INEGI, y el Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera, SIAP, de la SAGARPA, entre otras, así como muchas instituciones de investigación científica que usan los datos de satélite para realizar estudios sobre la tierra.
La teledetección por satélite es el uso de sensores para recopilar datos de la superficie de la tierra. Estos datos pueden ser imágenes del espectro visible o del infrarrojo. Estas imágenes pueden servir para la medir muchos parámetros tales como la elevación del terreno, la concentración de humedad en el suelo, la concentración de clorofila en la superficie del océano y la concentración de gases atmosféricos, entre muchos otros. La arquitectura de las misiones de teleobservación depende en gran medida de la frecuencia de observación temporal, la amplitud de la cobertura espacial requerida, así como de la intensidad de la señal detectada. Para cubrir un área muy grande, la información proporcionada por un satélite GEO puede ser suficiente. Para una cobertura con mayor detalle espacial, pero menor detalle temporal, el uso de un satélite o una constelación de LEOs puede ser una buena opción.
Misión de lanzamiento
La misión de lanzamiento difiere radicalmente de demás misiones y es crítica para el cumplimiento de ellas. Los vehículos de lanzamiento pueden ser de una o múltiples etapas, las cuales pueden utilizar propelente sólido o propelente líquido, entre muchas otras variables. A menudo, la arquitectura del vehículo de lanzamiento es una combinación de todas estas diferentes opciones, seleccionados para optimizar el rendimiento para un conjunto dado de requisitos de la misión.
Usuarios de los sistemas espaciales
Por lo general el uso de los sistemas espaciales se divide en tres comunidades de usuarios: comercial, civil y militar. Cada una de estas comunidades comparte necesidades comunes, intereses y usos de los sistemas y servicios espaciales.
Usuarios comerciales
La comunidad comercial se compone de las empresas con fines de lucro que proporcionan servicios a partir de sistemas espaciales. Por lo general, las empresas comerciales sólo se interesan en servicios rentables, por lo que casi siempre se aventuran a emplear sistemas que utilicen tecnologías maduras. En la actualidad, las aplicaciones comerciales del espacio se limitan a las comunicaciones, ya sean éstas de radiodifusión o de punto a punto, los servicios de posicionamiento y navegación aérea, así como recolección de imágenes.
Telecomm, SATMEX, Pegaso, Globalstar y Sky son ejemplos de empresas mexicanas que participan en los mercados de comunicaciones por satélite en diferentes niveles. Algunas operan satélites, Telecomm y SATMEX, mientras que otras proporcionan servicios de valor agregado, como es la operación de redes de comunicaciones punto a punto, (Pegaso y Globalstar), mientras que otras, como Sky, proporcionan servicios de difusión de señales de TV.
Usuarios civiles
La comunidad espacial civil está compuesta por las agencias de gobierno no militares.
En México, entre las organizaciones civiles que participan en el espacio están la SCT, quien está en proceso de adquirir la nueva generación de satélites MexSat, la Agencia Espacial Mexicana, el INEGI, y el Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera, SIAP, de la SAGARPA, entre otras, así como muchas instituciones de investigación científica que usan los datos de satélite para realizar estudios sobre la tierra.
También participa en la comunidad civil la Dirección General de Aeronáutica Civil, DGAC, la cual regula el uso del espacio para la navegación aérea, así como el INEGI que usa el espacio para cuestiones de cartografía.
Usuarios militares
La comunidad espacial militar se compone de las fuerzas armadas y las agencias de inteligencia que utilizan el espacio como un medio para obtener información o para ejecutar las operaciones. Los usuarios de inteligencia están interesados en el empleo de satélites para vigilar actividades en tierra. Los usuarios militares están interesados en los satélites para ayudar en la navegación, el pronóstico del clima, y las comunicaciones, además de la recolección de inteligencia para apoyo a operaciones en tierra.
Como se puede ver, los sistemas espaciales son muy complejos y para funcionar requieren del trabajo coordinado de muchas personas de muy variadas disciplinas. Ésta ha sido una introducción al tema y en artículos subsecuentes profundizaremos sobre temas específicos.
Usuarios militares
La comunidad espacial militar se compone de las fuerzas armadas y las agencias de inteligencia que utilizan el espacio como un medio para obtener información o para ejecutar las operaciones. Los usuarios de inteligencia están interesados en el empleo de satélites para vigilar actividades en tierra. Los usuarios militares están interesados en los satélites para ayudar en la navegación, el pronóstico del clima, y las comunicaciones, además de la recolección de inteligencia para apoyo a operaciones en tierra.
Como se puede ver, los sistemas espaciales son muy complejos y para funcionar requieren del trabajo coordinado de muchas personas de muy variadas disciplinas. Ésta ha sido una introducción al tema y en artículos subsecuentes profundizaremos sobre temas específicos.
Carlos Duarte colabora con la Agencia Espacial Mexicana en la Coordinación de Formación de Capital Humano en el Campo Espacial.
duarte.carlos@aem.gob.mx
