Órbita geoestacionaria

Una órbita geoestacionaria o GEO (del inglés geosynchronous equatorial orbit), es un tipo particular de órbita geosincrónica u órbita geosíncrona: es una órbita en el plano ecuatorial terrestre, con una excentricidad nula (órbita circular) y un movimiento de Oeste a Este. Es una órbita circular a 35 786 kilómetros de distancia de la superficie de la Tierra (a 42 164 km del centro de la Tierra), sobre el ecuador, y orbitando en el mismo sentido que la rotación de la Tierra.

Simulación de una órbita geoestacionaria.
Vista de dos órbitas geostacionarias
Vista lateral de dos órbitas geostacionarias.
Área cubierta por un satélite geoestacionario.
Órbita geosíncrona no geoestacionaria. Semieje mayor = 42165 km. Excentricidad = 0º(circular). Inclinación = 45º

Desde tierra, un objeto geoestacionario parece inmóvil en el cielo y, por tanto, es la órbita de mayor interés para los operadores de satélites artificiales de comunicación y de televisión. Esto es porque su periodo orbital es igual al periodo de rotación sidéreo de la Tierra, 23 horas, 56 minutos y 4,09 segundos. Debido a que su latitud siempre es igual a 0º, las localizaciones de los satélites solo varían en su longitud.

La idea de un satélite geosíncrono para comunicaciones se publicó por primera vez en 1928 por Herman Potočnik.[1] La idea de órbita geoestacionaria se popularizó por el escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke en 1945 como una órbita útil para satélites de comunicaciones. En consecuencia, algunas veces se refiere a esta órbita como órbita de Clarke. De igual manera, el cinturón de Clarke es la zona del espacio, aproximadamente a 35 786 km sobre nivel del mar, en el plano del ecuador donde se puede conseguir órbitas geoestacionarias.

Las órbitas geoestacionarias son útiles debido a que un satélite parece estático respecto a un punto fijo de la Tierra en rotación. El satélite orbita en la dirección de la rotación de la Tierra, a una altitud de 35 786 km. Esta altitud es significativa ya que produce un período orbital igual al período de rotación de la Tierra, conocido como día sideral. Como resultado, se puede apuntar una antena a una dirección fija y mantener un enlace permanente con el satélite. Se utiliza una órbita de transferencia geoestacionaria para trasladar un satélite desde órbita terrestre baja hasta una órbita geoestacionaria.

Historia
Syncom 2, el primer satélite geosíncrono

En 1929, Herman Potočnik describió tanto las órbitas geosíncronas en general como el caso especial de la órbita terrestre geoestacionaria en particular como órbitas útiles para estaciones espaciales.[2] La primera aparición de una órbita geoestacionaria en la literatura popular fue en octubre de 1942, en el primer relato Venus Equilateral de George O. Smith,[3] pero Smith no entró en detalles. El autor británico de ciencia ficción Arthur C. Clarke popularizó y amplió el concepto en un artículo de 1945 titulado Extra-Terrestrial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? publicado en la revista Wireless World. Clarke reconoció la conexión en su introducción a The Complete Venus Equilateral.[4][5] La órbita, que Clarke describió por primera vez como útil para los satélites de comunicaciones de radiodifusión y retransmisión,[5] a veces se denomina Órbita Clarke.[6] Así mismo, el conjunto de satélites artificiales en esta órbita se conoce como Cinturón Clarke.[7]

En la terminología técnica, la órbita se denomina ecuatorial geoestacionaria o geosincrónica, términos que se utilizan indistintamente[7].

El primer satélite geoestacionario fue diseñado por Harold Rosen mientras trabajaba en Hughes Aircraft en 1959. Inspirado por el Sputnik 1, quería utilizar un satélite geoestacionario para globalizar las comunicaciones. Por aquel entonces, las telecomunicaciones entre Estados Unidos y Europa sólo eran posibles entre 136 personas a la vez, y dependían de radios de alta frecuencia y de un cable submarino.[8]

En aquella época se pensaba que colocar un satélite en órbita geoestacionaria requeriría demasiada potencia de cohete y que no sobreviviría lo suficiente como para justificar el gasto,[9] por lo que los primeros esfuerzos se dirigieron hacia constelaciones de satélites en órbita terrestre baja o media.[10] Los primeros fueron los satélites globo pasivos Echo en 1960, seguidos del Telstar 1 en 1962.[11] Aunque estos proyectos tenían dificultades con la intensidad de la señal y el seguimiento, que podrían resolverse mediante satélites geoestacionarios, el concepto se consideraba poco práctico, por lo que Hughes a menudo retenía los fondos y el apoyo.[10][12]

En 1961, Rosen y su equipo habían fabricado un prototipo cilíndrico con un diámetro de 76 centímetros (30 pulgadas), una altura de 38 centímetros (15 pulgadas) y un peso de 11,3 kilogramos (25 libras), lo suficientemente ligero y pequeño para ser puesto en órbita. Se estabilizaba el giro con una antena dipolo que producía una onda en forma de tortita..[13] En agosto de 1961, les contrataron para empezar a construir el satélite real.[12] Perdieron el Syncom 1 por un fallo electrónico, pero el Syncom 2 se colocó con éxito en una órbita geosíncrona en 1963. Aunque su órbita inclinada requería antenas móviles, fue capaz de retransmitir las emisiones de televisión y permitió al presidente de EE. UU. John F. Kennedy telefonear al primer ministro nigeriano Abubakar Tafawa Balewa desde un barco el 23 de agosto de 1963.[10][14]

El primer satélite colocado en órbita geoestacionaria fue el Syncom 3, lanzado con un cohete Delta D en 1964.[15] Gracias a su mayor ancho de banda, este satélite pudo transmitir en directo desde Japón a Estados Unidos la cobertura de los Juegos Olímpicos de Verano. Desde entonces, las órbitas geoestacionarias han sido de uso común, en particular para la televisión por satélite.[10]

En la actualidad hay cientos de satélites geoestacionarios que proporcionan servicios de teledetección y comunicaciones.[12][16]

Aunque la mayoría de las zonas terrestres del planeta cuentan con instalaciones de comunicaciones terrestres (microondas, fibra óptica), el 96% de la población tiene acceso al teléfono y el 90% a Internet,[17] algunas zonas rurales y remotas de los países desarrollados siguen dependiendo de las comunicaciones por satélite[18][19]

Usos

Las órbitas geoestacionarias solo se pueden conseguir muy cerca de un anillo de 35 786 km sobre el ecuador. En la práctica, esto significa que todos los satélites geoestacionarios deben estar en este anillo, lo que puede suponer problemas para satélites que han sido retirados al final de su vida útil. Tales satélites continuarán utilizando una órbita inclinada o se moverán a una órbita cementerio.

Meteorología

Existe una red mundial de satélites meteorológicos geoestacionarios que proporcionan imágenes del espectro visible e infrarrojo de la superficie y atmósfera de la Tierra. Entre estos satélites se incluyen::

La mayor parte de los satélites de comunicaciones y satélites de televisión operan desde órbitas geoestacionarias; los satélites de televisión rusos suelen utilizar órbitas de Molniya debido a las latitudes altas de su audiencia. El primer satélite situado en una órbita geoestacionaria fue el Syncom-3, lanzado por un cohete Delta-D en 1964. (Véase sección Historia)

Áreas de servicio de los sistemas de aumento basados en satélites (SBAS).[25]

Los satélites geoestacionarios pueden utilizarse para aumentar los sistemas GNSS transmitiendo correcciones de errores de reloj, efemérides e ionosféricos (calculados a partir de estaciones terrestres de posición conocida) y proporcionando una señal de referencia adicional,.[26] lo que mejora la precisión de la posición de aproximadamente 5 m a 1 m o menos.[27]

Los sistemas de navegación actuales y pasados que utilizan satélites geoestacionarios incluyen:

  • El Sistema de Aumentación de Área Amplia (Wide Area Augmentation System, WAAS), operado por la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA);
  • El Servicio Europeo de Navegación por Complemento Geoestacionario (European Geostationary Navigation Overlay Service, EGNOS), operado por la ESSP (European Satellite Services Provider) (en nombre de la European GNSS Agency de la UE);
  • El Sistema de Aumentación por Satélite Multifuncional (MSAS), operado por la Oficina de Aviación Civil de Japón (JCAB) del Ministerio de Tierra, Infraestructura y Transporte de Japón;
  • El sistema GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN), operado por la India.[28][29]
  • El sistema comercial de navegación StarFire, operado por John Deere y C-Nav Positioning Solutions (Oceaneering);
  • El sistema comercial Starfix DGPS y el sistema OmniSTAR, operados por Fugro.[30]

Limitaciones prácticas

Aunque una órbita geoestacionaria debería mantener a un satélite en una posición fija sobre el ecuador, las perturbaciones orbitales causan deriva lenta pero constante alejándolo de su localización geoestacionaria. Los satélites corrigen estos efectos mediante maniobras de estacionamiento (orbital station-keeping). La vida útil de los satélites depende de la cantidad de combustible que tienen y gastan en estas maniobras. Por ejemplo, el hecho de que el ecuador de la tierra no sea perfectamente circular sino ligeramente elíptico causa una pérdida en la longitud de la órbita de los satélites que se corrige aumentando su velocidad en hasta 2 m/s por año (Soop 1983); esta cantidad se puede convertir en una cantidad de propelente usando la ecuación de Tsiolkovski.

Satélites retirados

Los satélites geoestacionarios requieren un cierto mantenimiento de la estación para mantener su posición, y una vez que se les acaba el combustible de los propulsores suelen ser retirados. Los transpondedores y otros sistemas de a bordo suelen sobrevivir al combustible de los propulsores y, si se permite que el satélite se desplace de forma natural a una órbita geosíncrona inclinada, algunos satélites pueden seguir en uso,[31] o ser elevados a una órbita cementerio. Este proceso está cada vez más regulado y los satélites deben tener un 90% de posibilidades de superar los 200 km por encima del cinturón geoestacionario al final de su vida.[32]

Véase también

Bibliografía
  • M. Soop (1983). Introduction to geostationary orbits. ESA Scientific & Technical Publications Branch, ESTEC. ISSN 0379-6566.

Enlaces externos

Referencias
  1. Noordung, Hermann (1995) [1929]. The Problem With Space Travel. Translation from original German. DIANE Publishing. p. 72. ISBN 978-0-7881-1849-4.
  2. Noordung, Hermann (1929). Das Problem der Befahrung des Weltraums: Der Raketen-Motor (PDF). Berlin: Richard Carl Schmidt & Co. pp. 98-100.
  3. "(Korvus's message is sent) to a small, squat building at the outskirts of Northern Landing. It was hurled at the sky. ... It ... arrived at the relay station tired and worn, ... when it reached a space station only five hundred miles above the city of North Landing." Smith, George O. (1976). The Complete Venus Equilateral. New York: Ballantine Books. pp. 3-4. ISBN 978-0-345-28953-7.
  4. "It is therefore quite possible that these stories influenced me subconsciously when ... I worked out the principles of synchronous communications satellites ...", McAleer, Neil (1992). Arthur C. Clarke. Contemporary Books. p. 54. ISBN 978-0-809-24324-2.
  5. Arthur C. Clarke (October 1945). «Extraterrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage?». Arthur C. Clarke Institute for Space Education. Archivado desde el original el 9 de octubre de 2022. Consultado el 1 de enero de 2021.
  6. Phillips Davis (ed.). «Basics of Space Flight Section 1 Part 5, Geostationary Orbits». NASA. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  7. Mills, Mike (3 de agosto de 1997). «Orbit Wars: Arthur C. Clarke and the Global Communications Satellite». The Washington Post Magazine: 12-13. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  8. Kidder, S.Q. (2015). «Satellites and satellite remote senssing: Orbits». En North, Gerald; Pyla, John; Zhang, Fuqing, eds. Encyclopedia of Atmospheric Sciences (2 edición). Elsiver. pp. 95-106. ISBN 9780123822253. doi:10.1016/B978-0-12-382225-3.00362-5.
  9. Perkins, Robert (31 de enero de 2017). Harold Rosen, 1926–2017. Caltech. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  10. Vartabedian, Ralph (26 de julio de 2013). «How a satellite called Syncom changed the world». Los Angeles Times. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  11. Daniel R. Glover (1997). «Chapter 6: NASA Experimental Communications Satellites, 1958-1995». En Andrew J Butrica, ed. Beyond The Ionosphere: Fifty Years of Satellite Communication. NASA. Bibcode:1997bify.book.....B.
  12. McClintock, Jack (9 de noviembre de 2003). «Communications: Harold Rosen – The Seer of Geostationary Satellites». Discover Magazine. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  13. David R. Williams (ed.). «Syncom 2». NASA. Consultado el 29 de septiembre de 2019.
  14. «World's First Geosynchronous Satellite Launched». History Channel. Foxtel. 19 de junio de 2016. Archivado desde el original el 7 de diciembre de 2019. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  15. David R. Williams (ed.). «Syncom 3». NASA. Consultado el 29 de septiembre de 2019.
  16. Howell, Elizabeth (24 de abril de 2015). «What Is a Geosynchronous Orbit?». Space.com. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  17. «ITU releases 2018 global and regional ICT estimates». International Telecommunication Union. 7 de diciembre de 2018. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  18. Thompson, Geoff (24 de abril de 2019). «Australia was promised superfast broadband with the NBN. This is what we got». ABC. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  19. Tibken, Shara (22 de octubre de 2018). «In farm country, forget broadband. You might not have internet at all. 5G is around the corner, yet pockets of America still can't get basic internet access.». CNET. Consultado el 25 de agosto de 2019.
  20. «Our Satellites». NOAA National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS).
  21. «Meteosat». EUMETSAT.int. Archivado desde el original el 14 de enero de 2020. Consultado el 1 de julio de 2019. Parámetro desconocido |url-status= ignorado (ayuda)
  22. Graham, William (6 de octubre de 2014). «Japan lofts Himawari 8 weather satellite via H-IIA rocket». NASASpaceFlight.com.
  23. «RAPID: Gateway to Indian Weather Satellite Data». Indian Space Research Organisation. 2 de julio de 2019. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2019. Consultado el 7 de febrero de 2023.
  24. «China plans to launch additional nine Fengyun meteorological satellites by 2025». GBTimes. 15 de noviembre de 2018. Archivado desde el original el 2 de julio de 2019. Consultado el 7 de febrero de 2023.
  25. «Deployment of an SBAS system demonstration in Southern Africa». GMV. 6 de agosto de 2016. Consultado el 1 de octubre de 2019.
  26. «Satellite Navigation – WAAS – How It Works». FAA. 12 de junio de 2019.
  27. «Satellite Based Augmentation System test-bed project». Geoscience Australia. Archivado desde el original el 7 de julio de 2019.
  28. «GAGAN System Certified for RNP0.1 Operations». Indian Space Research Organisation. 3 de enero de 2014. Archivado desde el original el 3 de enero de 2014.
  29. Radhakrishnan, S. Anil (11 de enero de 2014). «GAGAN system ready for operations». The Hindu.
  30. Ott, L. E. Mattok, C., ed. Ten Years of Experience with A Commercial Satellite Navigation System. International Cooperation in Satellite Communications, Proceedings of the AIAA/ESA Workshop. ESTEC, Noordwijk, the Netherlands. p. 101. Bibcode:1995ESASP.372..101O.
  31. «Inclined orbit operation». SatSig.net.
  32. EUMETSAT (3 de abril de 2017). «Where old satellites go to die». phys.org.
Este artículo ha sido escrito por Wikipedia. El texto está disponible bajo la licencia Creative Commons - Atribución - CompartirIgual. Pueden aplicarse cláusulas adicionales a los archivos multimedia.