SATÉLITESAitor Cayón Ruano 2ºBACHColegio San José Niño Jesús

ÍNDICE• Satélites artificiales.– Satélites astronómicos.– Satélites de comunicación.– Satélites de observación terrestre.– Estaciones espaciales.

• Ponerlos en órbita.• Órbitas.

SATÉLITES ARTIFICIALES• Un satélite artificial es una nave espacial

fabricada en la Tierra o en otro lugar del espacio y enviada en un vehículo de lanzamiento, un tipo de cohete que envía una carga útil al espacio. Los satélites artificiales pueden orbitar alrededor de asteroides, planetas. Tras su vida útil, los satélites artificiales pueden quedar orbitando como basura espacial.

TIPOS DE SATÉLITES1. • Satélites astronómicos.

2. • Satélites de comunicaciones.

3. • Satélites de observación terrestre.

4. • Estaciones espaciales.

1. SATÉLITES ASTRONÓMICOS• Un observatorio espacial, también conocido como

telescopio espacial, es un satélite artificial que se utiliza para la observación de planetas, estrellas, galaxias y otros cuerpos celestes de forma similar a un telescopio en tierra. Se han lanzado una cantidad importante de telescopios espaciales a órbita desde que Cosmos 215, considerado el primer observatorio espacial, fuese lanzado el 18 de abril de 1968, proporcionando mayor información y conocimiento del cosmos.

1.1 VENTAJAS• • Un telescopio en el espacio no sufre la contaminación

lumínica producida por las ciudades cercanas. Además, no está afectado por el titilar producido debido a las turbulencias térmicas del aire.

• • La atmósfera terrestre añade una distorsión importante en las imágenes, conocida como aberración óptica. La capacidad de resolución de los telescopios en tierra se reduce de forma importante. Un telescopio espacial no observa a través de la atmósfera, por lo que su capacidad siempre rinde cerca del máximo teórico.

• • La atmósfera, además, absorbe una porción importante del espectro electromagnético, por lo que algunos observaciones son prácticamente imposibles de realizar desde tierra.

1.2 DESVENTAJAS• • El coste elevado, principalmente en el lanzamiento. Los

costes para utilizar un cohete de tamaño medio pueden alcanzar los 250 millones de dólares, y utilizar el transbordador espacial duplica ese precio.

• • La imposibilidad de mantenimiento. Excepto el telescopio espacial Hubble, que ha recibido mantenimiento por parte de misiones del transbordador espacial, si un observatorio espacial no funciona no puede ser reemplazado.

• • La vida útil corta. La mayoría de los telescopios espaciales deben ser refrigerados y cuando los líquidos de refrigeración se terminan no se puede llenar el depósito con líquido nuevo.

1.3 EL TELESCOPIO HUBBLE• Observa principalmente la

zona del espectro visible y la zona del ultravioleta cercano. Fue lanzado al espacio el 24 de abril de 1990 y se trata de un proyecto conjunto entre la NASA y la ESA. Una misión de servicio del transbordador espacial de 1997 le dotó de capacidad de observar infrarrojo cercano.

Telescopio Hubble

1.3 EL TELESCOPIO HUBBLE (CARACTERÍSTICAS)

• El HST es un telescopio de tipo reflector y su espejo primario tiene un diámetro de 2,4 m. El telescopio tiene una masa en torno a 11 toneladas, de forma cilíndrica con una longitud de 13,2 m y un diámetro máximo de 4,2 m. Está situado en los bordes exteriores de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 kilómetros sobre el nivel del mar, que tarda en recorrer entre 96 y 97 minutos.

1.3 EL TELESCOPIO HUBBLE (INSTRUMENTOS)

• Para la exploración del cielo incorpora en la actualidad cuatro instrumentos con capacidad de obtener imágenes y espectros, un espectrógrafo y tres sensores de guiado fino que pueden actuar como interferómetros. Para la generación de electricidad se emplean dos paneles solares que alimentan las cámaras, los cuatro motores empleados para orientar y estabilizar el telescopio, los equipos de refrigeración de los instrumentos y la electrónica del telescopio. Así mismo, el HST dispone de baterías recargables a partir de los paneles solares que le permiten utilizar la electricidad almacenada cuando la Tierra eclipsa el Sol o cuando la orientación de los paneles solares no es la apropiada.

Equipamiento del telescopio espacial Hubble

1.4 CAPTURAS DEL HUBBLE

Nebulosa del Águila

Nebulosa Ojo de gato

2. SATÉLITES DE COMUNICACIONES

• Debemos definir al satélite de comunicaciones como "un repetidor radioeléctrico ubicado en el espacio, que recibe señales generadas en la tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra". Es decir es un centro de comunicaciones que procesa datos recibidos desde nuestro planeta y los envía de regreso, bien al punto que envió la señal, bien a otro distinto. Los satélites pueden manipular datos, complementándolos con información del espacio exterior, o pueden servir sólo como un espejo que rebota la señal.

2.1 FUNCIONAMIENTOLos satélites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias, llamadas C, Ku y Ka. La gran mayoría de emisiones de televisión por satélite se realizan en la banda Ku

Banda Frecuencia ascendente

(GHz) Frecuencia descendente

(GHz) Problemas

C 5,925 - 6,425 3,7 - 4,2 Interferencia

Terrestre

Ku 14,0 - 14,5 11,7 - 12,2 Lluvia

Ka 27,5 - 30,5 17,7 - 21,7 Lluvia

Cada una de las bandas utilizadas en los satélites se divide en canales. Para cada canal suele haber en el satélite un repetidor, llamado transponder o transpondedor, que se ocupa de capturar la señal ascendente y retransmitirla de nuevo hacia la tierra en la frecuencia que le corresponde.

2.1 FUNCIONAMIENTO

La señal emitida desde la Tierra es enviada a los satélites y redirigida de nuevo al planeta. La emisión y recepción se realiza mediante antenas.

2.2 CARACTERÍSTICAS

• Los satélites de comunicaiones son geosíncronos describen órbitas sobre el ecuador terrestre con la misma velocidad angular que la Tierra, es decir, permanecen inmóviles sobre un determinado punto sobre nuestro globo. Un solo satélite geosíncrono de gran altitud puede proporcionar comunicaciones confiables aproximadamente a un 40% de la superficie terrestre. Los satélites permanecen en órbita como resultado del equilibrio entre las fuerzas centrífuga y gravitacional. Los satélites geosíncronos giran en círculo directamente sobre el ecuador a 35.000 km sobre la superficie de la Tierra a una velocidad de 11.000 km/h.

3. SATELITES DE OBSERVACIÓN TERRESTRE

• Los satélites de observación terrestre son satélites artificiales diseñados para observar la Tierra desde una órbita. varían en función del tipo de órbita que describen, la carga útil que lleven a bordo y, en cuanto a los instrumentos de generación de imágenes, la resolución espacial, las características espectrales y la amplitud de franja de los sensores. Están diseñados específicamente para aplicaciones no militares como control del medio ambiente, meteorología, cartografía, etc.

3.1 FUNCIONAMIENTO• Los satélites de observación de la tierra, se dividen, según su órbita,

en satélites de órbita baja ( LEO) y satélites de órbita geoestacionaria (GEO).

• • Los LEOs varían en un rango de típicamente, 200 a 1200 km sobre la superficie terrestre, lo que significa que poseen periodos comprendidos entre 90 minutos y 5 horas y por lo tanto son excelentes candidatos para realizar exploraciones exhaustivas de la superficie terrestre(detección de incendios, determinación de la biomasa, estudio de la capa de ozono, etc.).

• • Los GEOs tienen una órbita fija a 35875 km de distancia, en órbita ecuatorial. Además, por las características de la órbita geoestacionaria, siempre permanecen fijos en el mismo punto. Son excelentes para estudios de meteorología (Meteosat).

3.1 FUNCIONAMIENTO

GOES: Satélite Geoestacionario Operacional Ambiental

TRMM: Misión de Medición de Lluvias tropicales

Satélite LEOSatélite GEO

3.2 METEOSAT• El satélite Meteosat es el más conocido, debido a la

circulación diaria de sus imágenes a través de los informes meteorológicos de varios programas de noticias. El primer Meteosat fue lanzado el 23 de noviembre de 1977 y funcionó hasta 1979. Por iniciativa de Francia, es la contribución europea al sistema de observación mundial dedicado a la meteorología y la climatología. Meteosat gira a 100 rpm alrededor de su eje principal. Desde una altitud de 35.800 km, abarca Europa, África, Oriente Medio, la parte oriental de América del Sur y el Océano Atlántico y el Océano Índico occidental.

3.2 METEOSAT

Satélite Meteosat

Ciclón tropical captado por el Meteosat-7

4. ESTACIONES ESPACIALES• Una estación espacial es una construcción artificial diseñada

para hacer actividades en el espacio exterior, con diversos fines. Se distingue de otra nave espacial tripulada por su carencia de un sistema de propulsión principal (en lugar de eso, otros vehículos son utilizados como transporte desde y hacia la estación), y de medios de aterrizaje. Por su diseño, las estaciones espaciales están destinadas a orbitar la Tierra, o el cuerpo celeste donde hayan sido puestas en órbita. Las estaciones espaciales son también usadas para estudiar los efectos a largo plazo del vuelo espacial sobre el cuerpo humano y como plataforma para albergar laboratorios donde se realizan numerosos y prolongados estudios científicos sobre aspectos que pueden ser útiles en otros vehículos espaciales.

4.1 PRINCIPALES ESTACIONES ESPACIALES

• Estación Espacial Internacional: La Estación Espacial Internacional (EEI), también conocida como la Estación Orbital Internacional, es un centro de investigación en la órbita terrestre, cuya administración, gestión y desarrollo está a cargo de la cooperación internacional.

• MIR: La estación espacial rusa Mir fue diseñada para proporcionar largos periodos de acomodación a sus tripulantes mientras estuvieran en órbita alrededor de la Tierra. Fue lanzada el 20 de febrero de 1986 desde el Cosmódromo de Baikonur, en Kazajstán.

• Skylab: La Skylab era un enorme satélite, una estación experimental que tan sólo permaneció en la órbita de la Tierra durante seis años. Su principal objetivo consistía en demostrar que los humanos podían vivir y trabajar en el espacio durante períodos prolongados de tiempo, con la intención de expandir nuestro conocimiento sobre la astronomía solar. Para lograrlo, disponía de un laboratorio para estudiar los efectos de la microgravedad y de un observatorio solar.

4.2 ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL

• El proyecto funciona como una estación espacial permanentemente tripulada, en la que rotan equipos de astronautas e investigadores de las cinco agencias del espacio participantes: la NASA, la Agencia Espacial Federal Rusa, la Agencia Japonesa de Exploración Espacial, la Agencia Espacial Canadiense y la Agencia Espacial Europea (ESA). Está considerada como uno de los logros más grandes de la ingeniería.

4.2 ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL (CARACTERÍSTICAS)

• DATOS DE 2012• Longitud del módulo: 51 metros (167,3 pies)• Longitud del rack: 109 metros (357,5 pies). (Prácticamente el

equivalente a un campo de fútbol incluida su área exterior)• Longitud de los paneles solares: 73 metros (239,4 pies)• Masa: (419.455 kilogramos) (924.739 libras)• Volumen habitable: (388 metros cúbicos) 13.696 pies cúbicos• Volumen presurizado: (916 metros cúbicos) 32.333 cubic feet• Producción de energía: 8 paneles solares = 84 kilowatts• Número de personas por cada expedición: 6• Laboratorios: 4• Velocidad: 27.743 km/h• Altura aproximada: 400 km

4.2 ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL (ESTRUCTURA)

PONER EN ÓRBITA• Cuando existe una combinación adecuada de impulso ascendente y

horizontal, los controladores terrestres pueden colocar un satélite en una órbita de cualquier tamaño y forma. Cuanto más fuerte sea el impulso ascendente, más larga será la órbita; y a mayor impulso horizontal, más elíptica será ésta también.

• Para colocar en órbita elíptica un satélite, desde la Tierra se le imprime el impulso necesario para contrarrestar la fuerza de atracción del planeta; de este modo, el satélite se aleja de la curvatura terrestre. Pero la gravedad de nuestro planeta está constantemente ejerciendo fuerza sobre el satélite y a fin de cuentas éste reduce su velocidad y empieza a caer. Sin embargo, la inercia lateral del satélite lo hace eludir la Tierra y al ir cayendo acelera nuevamente, de manera que cuando ha terminado una órbita, el satélite viaja a una velocidad suficiente para contrarrestar la atracción terrestre y comenzar una segunda órbita elíptica.

1. LANZAMIENTO• El centro de lanzamiento de satélites debe estar situado

lo más próximo al ecuador, con el fin de aprovechar la velocidad de rotación máxima de la Tierra durante un lanzamiento hacia el este, consagrando toda la capacidad propulsora del lanzador con un mínimo de maniobras orbitales de cambio de plano, que resultan costosas en términos energéticos.

• La misión de poner en órbita un satélite geoestacionario puede ser llevada a cabo por diferentes tipos de lanzadores. En la actualidad hay desarrollados dos tipos de tecnología: ELV (Expendabel Launch Vehicles) y STS (Space Transportation System).

1. LANZAMIENTO (ELV)• Tecnología ELV: fue la primera que se desarrolló. La mayoría de

lanzadores exixtentes se basan en esta tecnología. Sus dos principales propiedades son:

• o El vehículo se pierde en cada lanzamiento, es decir, no es recuperable.

• o No lleva tripulación humana.• El vehículo tiene la forma de un típico cohete espacial: cilíndrica,

más ancho en la base inferior que en la superior, está formado por varias etapas o partes que se van soltando y cayendo a medida que su combustible se agota. La secuencia de lanzamiento incluye el desplazamiento de la lanzadera hasta la órbita de aparcamiento e inserta el satélite en una órbita de transferencia, a partir de aquí es ya él mismo el que debe encargarse de llegar a la órbita geoestacionaria.

1. LANZAMIENTO (ELV)

FamiliaDelta

FamiliaAtlas

1. LANZAMIENTO (STS)• Tecnología STS: su desarrolo es posterior al de los ELV y viene motivado

por un intento de reducir los costes de los lanzamientos. En contraste con los vehículos no recuperables, sus principales características son:

• o La mayor parte de los componentes del lanzador son recuperables.• o Lleva tripulación humana.• Está formado por una nave con forma de avión, que se ayuda en su

despegue vertical por dos propulsores auxiliares ajenos a la nave. El conjunto se completa con un gran depósito de combustible. A él van sujetos tanto la nave como los propulsores auxiliares. Más tarde perderá tanto los propulsores como el depósito. El satélite es liberado en la órbita baja. Con la tecnología STS las interfases entre el satélite y el lanzador son mucho más complicadas que en caso de vehículos no recuperables. En este caso la carga útil es transportada en la bodega del interior de la nave.

1. LANZAMIENTO (STS)

Space Shuttle de la NASA

2. ÓRBITAS• Órbita circular: una órbita cuya excentricidad es cero y su

trayectoria es un círculo.• Órbita elíptica: una órbita cuya excentricidad es mayor que cero

pero menor que uno y su trayectoria tiene forma de elipse.• Órbita de transferencia de Hohmann: una maniobra orbital que

traslada a una nave desde una órbita circular a otra.• Órbita de captura: una órbita parabólica de velocidad alta

donde el objeto se acerca del planeta.• Órbita de escape: una órbita parabólica de velocidad alta donde

el objeto se aleja del planeta.• Órbita cementerio: una órbita a unos cientos de kilómetros por

encima de la geosíncrona donde se trasladan los satélites cuando acaba su vida útil.

2.1 Órbita de transferencia de Hohmann

• La teoría de la órbita de transferencia de Hohmann se basa en cambios de velocidad instantáneos para crear órbitas circulares, por lo que la nave espacial que utiliza una órbita de transferencia de Hohmann utilizará generalmente motores de gran empuje para reducir la cantidad de combustible adicional.

2.1 Órbita de transferencia de Hohmann• La órbita de transferencia de Hohmann

es una mitad de una órbita elíptica que toca tanto la órbita inicial que se desea dejar (en verde en el diagrama) y la órbita final que se quiere alcanzar (en rojo en el diagrama). La órbita de transferencia (en amarillo en el diagrama) se inicia disparando el motor de la nave espacial para acelerarla creando una órbita elíptica; esto añade energía a la órbita de la nave espacial. Cuando la nave alcanza la órbita final, su velocidad orbital debe ser incrementada de nuevo para hacer una nueva órbita circular; el motor acelera de nuevo para alcanzar la velocidad necesaria.

2.2 ÓRBITA ELÍPTICA

• Se denomina órbita elíptica a la de un astro que gira en torno a otro describiendo una elipse. El astro central se sitúa en uno de los focos de la elipse. A este tipo pertenecen las órbitas de los planetas del Sistema Solar. En astrodinámica o mecánica celeste y geometría una órbita elíptica tiene una excentricidad mayor que cero y menor que uno (si posee excentricidad 0 es una órbita circular). La energía específica de una órbita elíptica es negativa.

2.2 ÓRBITA ELÍPTICA (APOGEO Y PERIGEO)

• Apogeo es el punto en una órbita elíptica alrededor de un planeta, en el que un cuerpo se encuentra más alejado del centro de ésta. Un cuerpo en órbita alrededor de un planeta se mueve más lentamente cuando se encuentra en su apogeo debido a que, según la segunda ley de Kepler, en su recorrido por la elipse el cuerpo barre áreas iguales en el mismo tiempo.

• Se denomina perigeo al punto de la órbita elíptica que recorre un cuerpo natural o artificial alrededor de la Tierra, en el cual dicho cuerpo se halla más cerca del centro de la misma.

2.2 ÓRBITA ELÍPTICA (APOGEO Y PERIGEO)

2.3 ÓRBITA CEMENTERIO

• La órbita cementerio es una zona orbital por encima de la órbita geoestacionaria donde se colocan los satélites al final de su vida operacional. Es una medida realizada para disminuir la probabilidad de colisiones con otros satélites operacionales y de que se genere basura espacial, en esa órbita muy comercial.

• La transferencia a la órbita cementerio desde la órbita geoestacionaria sin embargo requiere una cantidad de combustible tal como la que necesitaría durante aproximadamente tres meses para el mantenimiento de su posición en estación.