Satélites artificiales: qué son, para qué sirven, tipos, ejemplos
¿Qué son los satélites artificiales?
Los satélites artificiales son vehículos o dispositivos construidos expresamente para ser lanzados al espacio sin necesidad de tripulación, con la finalidad de orbitar alrededor de la Tierra o de cualquier otro cuerpo celeste.
La carrera espacial entre los Estados Unidos y la Unión Soviética impulsó la industria de los satélites artificiales. El primero colocado en órbita exitosamente fue el satélite soviético Sputnik en 1957 y emitía señales en el rango de 20-40 MHz.
A este le siguió el lanzamiento del Echo I por parte de los Estados Unidos, con fines comunicacionales. Desde entonces, numerosas puestas en órbita se fueron sucediendo por parte de ambas potencias y, posteriormente, muchos países se sumaron a la nueva tecnología.
¿Para qué sirven los satélites artificiales?
Los satélites artificiales tienen diversas aplicaciones:
- En telecomunicaciones, para la retransmisión de mensajes de radio, televisión y telefonía celular.
- En investigación científica y meteorológica, incluyendo cartografía y observaciones astronómicas.
- Para objetivos de inteligencia militar.
- Para usos de navegación y ubicación, siendo el GPS (Global Positioning System) de los más conocidos.
- Para monitorear la superficie terrestre.
- En estaciones espaciales, diseñadas para experimentar la vida fuera de la Tierra.
Estructura del satélite artificial
Los satélites artificiales contienen diversos mecanismos complejos para realizar sus funciones, que involucran la recepción, el procesamiento y el envío de diversos tipos de señales. Además deben ser livianos y tener autonomía de funcionamiento.
Las estructuras principales son comunes a todos los satélites artificiales, las cuales a su vez disponen de varios subsistemas de acuerdo a la finalidad. Van montadas en una carcasa hecha de metal u otros compuestos livianos, la cual sirve de soporte y se llama bus.
En el bus se puede encontrar:
- El módulo central de control, que contiene la computadora, con la cual se procesan los datos.
- Antenas receptoras y emisoras para la comunicación y la transmisión de los datos mediante ondas de radio, además de telescopios, cámaras y radares.
- Un sistema de paneles solares en las alas, para obtener la energía necesaria y baterías recargables cuando el satélite está en la sombra. Según la órbita, los satélites necesitan unos 60 minutos de luz solar para recargar sus baterías, si están en órbita baja. Los satélites más distantes pasan mucho más tiempo expuestos a la radiación solar.
Puesto que los satélites pasan mucho tiempo expuestos a esta radiación, se requiere de un sistema de protección para evitar daños en los demás sistemas.
Las partes expuestas se calientan mucho, mientras que a la sombra llegan a temperaturas sumamente bajas, porque no hay atmósfera suficiente que regule los cambios. Por eso, se requiere de radiadores para eliminar el calor y cubiertas de aluminio que conserven el calor cuando sea necesario.
Tipos de satélites artificiales
Según su trayectoria, los satélites artificiales pueden ser elípticos o circulares. Eso sí, cada satélite tiene una órbita asignada, que por lo general es en el mismo sentido que gira la Tierra, llamada órbita asíncrona. Si por algún motivo el satélite la recorre al contrario, entonces tiene órbita retrógrada.
Bajo la gravedad, los objetos se mueven en trayectorias elípticas según las leyes de Kepler. Los satélites artificiales no escapan a esto, sin embargo, algunas órbitas elípticas tienen una excentricidad tan pequeña que pueden considerarse circulares.
Las órbitas también pueden estar inclinadas respecto al ecuador terrestre. A una inclinación es de 0º se trata de órbitas ecuatoriales, si son de 90º son órbitas polares.
La altitud del satélite también es un parámetro importante, ya que entre 1500 – 3000 km de altura está el primer cinturón de Van Allen, una región a ser evitada por su elevada tasa de radiación.
Órbitas satelitales
La órbita del satélite se escoge de acuerdo a la misión que tenga, ya que hay alturas más o menos favorables para diferentes operaciones. De acuerdo a este criterio, los satélites se clasifican en:
- LEO (Low Earth Orbit), se encuentran entre 500 y 900 km de altura y describen trayectoria circular, con períodos de aproximadamente 1 hora y media e inclinación de 90º. Se usan para telefonía celular, fax, localizadores personales, para vehículos y para barcos.
- MEO (Medium Earth Orbit), están a una altura comprendida entre 5000-12000 km, inclinación de 50º y un período de 6 horas aproximadamente. También son empleados en telefonía celular.
- GEO (Geosynchronous Earth Orbit), o de órbita geoestacionaria, aunque hay una pequeña diferencia entre ambos términos. Los primeros pueden ser de inclinación variable, mientras que los segundos siempre están a 0º.
En todo caso se encuentran a gran altura -36.000 km más o menos-. Recorren órbitas circulares en períodos de 1 día. Gracias a ellos se dispone de fax, telefonía de larga distancia y televisión satelital, entre otros servicios.
Satélites geoestacionarios
Al comienzo los satélites de comunicaciones tenían períodos diferentes al de la rotación de la Tierra, pero esto hacía difícil el posicionamiento de las antenas y la comunicación se perdía. La solución fue colocar al satélite a una altura tal que su período coincidiera con el de la rotación terrestre.
De esta manera el satélite orbita junto con la Tierra y parece estar fijo respecto a ella. La altura necesaria para colocar un satélite en órbita geosíncrona es 35786.04 km y se la conoce con el nombre de cinturón de Clarke.
Se puede calcular la altura de la órbita estableciendo el período, mediante la siguiente expresión, derivada de la ley de Gravitación Universal de Newton y las leyes de Kepler:
P = 2π(a3/GM)½
Donde P es el período, a es la longitud del semieje mayor de la órbita elíptica, G es la constante de gravitación universal y M es la masa de la Tierra.
Ya que de esta forma la orientación del satélite respecto a la Tierra no cambia, garantiza que siempre se tendrá contacto con él.
Ejemplos de satélites artificiales
Sputnik
Fue el primer satélite artificial en la historia de la humanidad, puesto en órbita por la antigua Unión Soviética en octubre de 1957. A este satélite le siguieron otros 3, como parte del programa Sputnik.
El primer Sputnik era bastante pequeño y liviano: 83 kg de aluminio principalmente. Era capaz de emitir frecuencias de entre 20 y 40 MHz. Estuvo en órbita durante tres semanas, después de lo cual cayó a la Tierra.
Réplicas del Sputnik pueden verse hoy día en muchos museos de la Federación Rusa, Europa e incluso América.
Satélites GPS
El Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System) es ampliamente conocido por ubicar con elevada precisión a personas y objetos en cualquier parte del globo. La red GPS consta de por lo menos 24 satélites a gran altura, de los cuales siempre hay 4 satélites visibles desde la Tierra.
El Telescopio Espacial Hubble
Es un satélite artificial que ofrece incomparables imágenes nunca vistas del sistema solar, las estrellas, las galaxias y el universo distante, sin que la atmósfera terrestre o la contaminación lumínica bloqueen o distorsione la luz lejana.
Estación Espacial Internacional
Conocida como ISS (International Space Station), es un laboratorio de investigación en órbita, gestionado por cinco agencias espaciales de todo el mundo. Hasta ahora es el satélite artificial más grande que existe.
Chandra
Este satélite artificial es un observatorio para detectar rayos X, los cuales son absorbidos por la atmósfera de la Tierra y que por lo tanto no pueden estudiarse desde la superficie. La NASA lo puso en órbita en 1999 mediante el Transbordador Espacial Columbia.
Satélites de comunicación Iridium
Conforman una red de 66 satélites a 780 km de altura en órbitas de tipo LEO, con un período de 100 minutos. Fueron diseñados por la compañía telefónica Motorola para proveer comunicación telefónica en sitios poco accesibles. No obstante se trata de un servicio de muy elevado coste.
Sistema de satélites Galileo
Es el sistema de posicionamiento desarrollado por la Unión Europea, equivalente al GPS y para uso civil. Actualmente tiene 22 satélites operando, pero aún sigue en construcción. Es capaz de ubicar a una persona o un objeto con precisión de 1 metro en la versión abierta y es interoperable con los satélites del sistema GPS.
Serie Landsat
Son satélites especialmente diseñados para la observación de la superficie terrestre. Comenzaron sus labores en 1972. Entre otras cosas, se ocupan de mapear el terreno, registrar información acerca del movimiento de los hielos en los polos y la extensión de los bosques, así como de prospección minera.
Sistema Glonass
Es el sistema de geolocalización de la Federación Rusa, equivalente al GPS y a la red Galileo.
Referencias
- European Space Agency. Los satélites. Recuperado de: esa.int.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed Prentice Hall.
- Maran, S. Astronomía para Dummies.
- NASA. About the Hubble Space Telescope. Recuperado de: nasa.gov.
- Wikiversidad. Satélites Artificiales. Recuperado de: es.wikiversity.org.