“APLICACIONES DE LOS SAT ÉLITES”

I. Objetivo.Conocer dos importantes aplicaciones de los satélites.

Conocer las partes, funcionamiento y aplicaciones de un sistema receptor de Imágenes Meteorológicas por Satélite

El funcionamiento del sistema de satélites GPS mediante un receptor GPS portátil Aplicación del sistema GPS para la observación Ionosférica (Proyecto LISN).

II Teoría

Aplicación de los Satélites:Los Satélites tienen un sin número de aplicaciones entre las que vale destacar las más importantes que son:Satélites Científicos

Empezaron a lanzase en la década de los años 50, y hasta ahora tienen como principal objetivo estudiar la Tierra -superficie, atmósfera y entorno- y los demás cuerpos celestes. En el inicio de la exploración espacial, se consideró prioritario conocer las condiciones que imperaban sobre un objeto que girara repetidamente alrededor del planeta. Esto era necesario, pues poco tiempo más tarde el propio hombre debería viajar al espacio. Estos aparatos permitieron que el conocimiento del Universo sea mucho más preciso en la actualidad.

Los satélites Echo l no sólo fueron útiles para experimentar técnicas de comunicación pasivas, sino que proporcionaron buena información sobre la densidad de la atmósfera a diversas altitudes. El satélite Explorer l detectó los cinturones de radiación (Van Allen) que rodean la Tierra. Otros de sus hermanos ayudaron a establecer la abundancia de micrometeoritos en los alrededores del planeta, factor importante para tener en cuenta antes de lanzar una astronave tripulada y, además, estudiaron ampliamente los campos geomagnéticos, la cantidad de radiación, la ionosfera terrestre y la densidad atmosférica, entre otras muchas investigaciones.

Una rama de la ciencia que se ha visto beneficiada por las actividades en el espacio es la Geodesia. Los satélites geodésicos han permitido conocer con exactitud la forma de los continentes, así como el lentísimo pero constante movimiento de las placas terrestres. Asimismo, los satélites oceánicos han explorado el fondo marino, revelando gran cantidad de información: el Seasat (lanzado en 1978), equipado con un radar especial, fue uno de los aparatos dedicados a este tipo de investigación.

Satélites de Comunicacíon

Se ubican en la intersección de la tecnología del espacio y la de las comunicaciones. Constituyen la aplicación espacial más rentable y, a la vez, más difundida en la actualidad. Las transmisiones en directo vía satélite ya son parte de nuestra cotidianeidad, por lo que no tienen ningún carácter especial. Para la difusión directa de servicios de televisión y radio, telefonía y comunicaciones móviles sólo son necesarios sencillos receptores y antenas parabólicas cada día más pequeñas.

Satélites de Metereología

Estos satélites, aunque se puede afirmar que son científicos, son aparatos especializados que se dedican exclusivamente a la observación de la atmósfera en su conjunto. La comprensión de la física dinámica atmosférica, el comportamiento de las masas nubosas o el movimiento del aire frío o caliente resultan indispensables para realizar predicciones del clima, pues sus efectos impactan de manera irremediable las actividades de los seres humanos aquí en la Tierra.

El primer satélite meteorológico fue el Tiros-1 (lanzado en abril de 1960); luego le siguieron los ESSA, ITOS, Nimbus, NOAA y Meteor, por mencionar algunos. A estos artefactos se debe el descubrimiento del agujero en la capa de ozono. Algunos de éstos se colocan en órbitas no geoestacionarias, como los que pasan sobre los polos de la Tierra y posibilitan una cobertura de toda la superficie de ella. Otros satélites meteorológicos de órbita geoestacionaria como el SMS, GOES y Meteosat pueden cubrir todo un hemisferio y permiten seguir el comportamiento de fenómenos como la temporada de huracanes, el avance de las grandes borrascas, los frentes fríos, el conocimiento de la temperatura de la atmósfera en cada nivel altimétrico, la presión, la distribución del vapor de agua y, con ello, el porqué de las sequías o los efectos de la contaminación, entre muchos otros fenómenos más.

Hoy en día, la Organización Meteorológica Mundial coordina la recolección, procesamiento y difusión de información y datos meteorológicos y oceanográficos provenientes de una constelación de satélites meteorológicos tanto geoestacionarios como de órbita polar, enlazados a 10 mil estaciones terrenas y mil estaciones de observación en altitud, además de otras fuentes de información meteorológica, provenientes de barcos, aeronaves, boyas y otros artefactos que trabajan de manera coordinada para transmitir diariamente a todo el mundo, en tiempo real, más de 15 millones de caracteres de datos y 2 mil mapas meteorológicos.

Satelites de Navegación

Desarrollados originalmente con fines militares al marcar el rumbo de misiles, submarinos, bombarderos y tropas, ahora se usan como sistemas de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés) para identificar locaciones terrestres mediante la triangulación de tres satélites y una unidad receptora manual que puede señalar el lugar donde ésta se encuentra y obtener así con exactitud las coordenadas de su localización geográfica.

Los satélites actuales dedicados a esta tarea (Transit, Navstar GPS, Tsikada, Parus, Uragan, etc.) utilizan frecuencias bajas y medias que están abiertas al público, lo cual ha posibilitado la aparición de múltiples receptores comerciales. Una de las aplicaciones de estos satélites la realiza con éxito la navegación aérea, que está empezando a aprovecharla en los aterrizajes de las aeronaves, ello le supone una guía económica y muy segura para esas actividades.

En los sistemas GPS, tanto el satélite como el equipo receptor en Tierra emiten una señal con una determinada frecuencia, ambas sincronizadas gracias a los relojes atómicos que dichas unidades poseen, el receptor recibe la señal del satélite que se halla a gran altitud, la distancia entre ambos equipos hace que la señal proveniente del satélite llegue con una diferencia de fase con respecto a la señal emitida por el receptor. La medición de esta diferencia en las fases permite calcular la distancia que separa al equipo en Tierra del satélite. Utilizando tres satélites a la vez, podemos obtener las coordenadas de latitud, longitud y altitud del equipo receptor en Tierra.

Usando un cuarto satélite es, incluso, posible conseguir datos sobre la velocidad con la que nos desplazamos y el nivel de precisión aumenta mucho.

Otra faceta de los satélites de navegación se encuentra en la búsqueda y el rescate (COSPAS/SARSAT). En estos casos los receptores son vehículos dedicados a otras tareas, que además están equipados con receptores especiales. Cuando una embarcación se pierde en alta mar, puede enviar señales que el satélite recibirá y reenviará al puesto de rescate más próximo, incluyendo sus coordenadas aproximadas.

Satélites de Teledetección

Éstos observan el planeta mediante sensores multiespectrales, esto es que pueden sensar diferentes frecuencias o "colores", lo que les permite localizar recursos naturales, vigilar las condiciones de salud de los cultivos, el grado de deforestación, el avance de la contaminación en los mares y un sinfín de características más.

El aumento de la resolución (que permite ver con mayor claridad detalles más pequeños de la superficie) está llegando a extremos insospechados, a tal punto que las fotografías que obtienen pueden tener una clara aplicación militar. Para un mejor aprovechamiento de sus capacidades, los satélites de teledetección se suelen colocar en órbitas bajas y polares, a menudo sincronizadas con el Sol. Desde ellas, enfocan sus sensores, que son capaces de tomar imágenes en varias longitudes de onda o bandas espectrales. El satélite toma constantemente imágenes a su paso, engrosando los archivos que se pondrán a disposición del público y servirán como un acervo histórico de la evolución de la superficie terrestre.

Satélites Militares

Son aquellos que apoyan las operaciones militares de ciertos países, bajo la premisa de su seguridad nacional. La magnitud de sus programas espaciales militares es tan grande y secreta que hasta hace poco sólo se podía valorar por el número de lanzamientos que suponía.

Uno de los aspectos fundamentales del equilibrio armamentista durante la Guerra Fría fue la posibilidad de una respuesta adecuada ante cualquier ataque enemigo. Para ello, era necesario conocer con la suficiente antelación el despegue de un misil desde cualquier punto del globo terráqueo. Entonces, se fabricaron los satélites de alerta inmediata, que detectan cualquier lanzamiento, tanto de cohetes comerciales como militares.

En un principio, E.U. inició esta actividad utilizando grandes antenas terrenas, después lanzaron satélites del tipo Midas o DSP, los cuales poseen sensores infrarrojos que detectan el calor producido por los gases del escape de los motores de un misil. Dado que el tiempo de funcionamiento de los motores de uno de estos vehículos suele ser inferior a los 10 ó 15 minutos, la detección debe hacerse lo antes posible, dando tiempo a responder al ataque. Rusia, por su parte, usa los satélites Oko y Prognoz.

Los océanos son un escenario en el que se han desarrollado espectaculares batallas navales y un lugar en el que patrullan barcos y submarinos de todas clases. Estos últimos pueden estar equipados con misiles nucleares y su movilidad y ocultación bajo el agua los hace muy peligrosos. Por eso, se han desarrollado satélites que tratan de localizarlos. Es el caso de losWhite Cloud americanos o los RORSAT/EORSAT soviéticos.

Algunos satélites especiales -cuya identidad es protegida con mayor recelo- pueden realizar escuchas electrónicas (elint o inteligencia electrónica) que permiten captar conversaciones telefónicas o radiofónicas desde enormes distancias. Algunas de ellas podrían consistir en órdenes de ataque, las cuales hay que interceptar. Es tal el éxito de estos satélites que muchas de las transmisiones deben ser codificadas. Destacan aquí los programas Jumpseat, Chalet/Vortex, Orion, Magnum/Aquacade, Tselina, etcétera.

III. Descripción

Imágenes meteorológicas por SatéliteLa puesta en órbita de satélites artificiales ha permitido al hombre desarrollar sistemas de comunicación rápidos y eficientes, tales como TV, radio y telefonía satelital, entre dos puntos cualesquiera de la superficie terrestre mediante los satélites de comunicación tales como los de la serie INTELSAT.La comunicación no es la única aplicación que tienen los satélites, estos están siendo usados para la observación tanto de la superficie y la atmósfera terrestre mediante satélites de exploración terrestre y los satélites meteorológicos respectivamente. Los satélites de exploración terrestre más conocidos son los de la serie LANDSAT y los de la serie SPOT, ambos con órbitas polares, toman imágenes de la superficie terrestre para diversos fines (geográficos, oceánicos, geológicos, etc.). También hay una serie de satélites, tanto geoestacionarios como polares, equipados para enviar imágenes para propósitos meteorológicos. Teniendo un sistema de recepción sencillo es posible recibir estas imágenes e interpretar la situación meteorológica de un país o región.

GPSEl Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un conjunto de satélites, 24 en total, que envían señales de radiofrecuencia codificadas a la superficie terrestre. La señal enviada por un satélite le permite a un receptor GPS conocer la distancia al satélite. Combinando la señal de al menos tres satélites le es posible, a un receptor GPS, conocer su ubicación geográfica exacta y ayuda en la navegación.

IV. Tareas y preguntas

A.- Receptor de Imágenes Meteorológicas.

1.- Identifique las partes del receptor de imágenes meteorológicas de la UDEP.Sistema está basado en una estación de trabajo que opera bajo un sistema Windows 98. El sistema consiste de una antena, la tarjeta, una pc, una estación de trabajo de alta calidad, software de ingestión, y un software avanzado de display y análisis.

2. ¿Cómo se llama el dispositivo con que se capturan estas imágenes?Instrumentos que suministran imágenes:

MVIRI (Meteosat) SEVIRI (MSG)

IMAGER (GOES) AVHRR (NOAA)

3. Haga una lista de los satélites meteorológicos (geoestacionarios y polares).Geoestacionarios:

Meteosat GOES  MTSAT  Fengyun-2  GOMS  Kalpana 

Órbita polar:

NOAA  QuikSCAT  Meteor  Fengyun-1 

5. ¿Cuál es la estructura de una imagen de satélite?La estructura de una imagen satelital estará propiedades básicas de un pixel (tamaño, forma, ubicación) quedan principalmente definidas por variables dependientes del sensor y no directamente por las propiedades del terreno. Sin embargo, debemos considerar que de acuerdo a las características del terreno (textura, coberturas, etc.) el área abarcada por un pixel puede incluir más de un tipo de objetos o clases temáticas, por ej. arbustos, pasturas, suelo descubierto, agua, etc. Evidentemente la radiación reflejada correspondiente a dicho pixel que llega al detector estará compuesta por las contribuciones de las firmas espectrales de las clases temáticas que incluye, tal como se esquematiza en la Fig. 42:

Una imagen satelital con fines meteorológicos (mayormente para estudios de vientos) es la mezcla de tres canales espectrales formando una nueva imagen con fines interpretativos.

- Técnica Rojo-Verde-Azul ((RGB))- Un color a cada canal- Diferentes composiciones en función de los parámetros buscados

6. ¿Qué es un píxel y que cuál es la resolución de las imágenes recibidas?Un píxel o pixel, es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea esta una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfico. La resolución de de una imagen de satélite depende de los sensores de resolución espacial los cuales nos permitirán tener una determinada resolución según la calidad del mismo. Así podemos mencionar tipos de resolución según la calidad:

Los productos de muy alta resolución constituyen un complemento ideal de los productos Spot al brindar la ventaja adicional del detalle sobre puntos precisos del territorio permitiendo detectar objetos inferiores al metro.

Los productos de mediana resolución completan la oferta de Spot en los proyectos de control de la ocupación del suelo, gracias a su gran riqueza espectral.

Los productos de campo amplio se dedican en particular al control de la cobertura vegetal, la observación de los océanos, las mediciones biofísicas y las aplicaciones climáticas y meteorológicas.

Los productos radar, muy útiles por su capacidad todo tiempo, aportan igualmente soluciones específicas para la observación de los océanos, la geomorfología y la detección de movimientos del terreno.

Tablas de Identificación de los Tipos de Imágenes por Resolución hasta 10 metros:

7. ¿Qué aplicaciones se les da a las imágenes meteorológicas

Aplicaciones meteorológicas

Identificación de sistemas meteorológicos Tormentas Sistemas frontales Líneas de turbonada Huracanes Corriente en chorro

Vigilancia meteorológica

Productos para la vigilancia Cantidad de nubosidad Tipo de nubosidad Temperatura y altura de topes nubosos Nubes precipitantes Intensidad de precipitación convectiva Agua precipitable total Agua precipitable por capas Análisis de estabilidad Vientos Desarrollo rápido de tormentas Interpretación automática de imágenes Análisis de masas de aire

8. Investigue sobre los satélites meteorológicos.

Los satélites meteorológicos proporcionan datos actualizados permanentemente, de las condiciones meteorológicas que afectan a grandes áreas geográficas. Los servicios de predicción meteorológica dependen del flujo constante de imágenes tomadas por estos satélites.

Los satélites meteorológicos se sitúan en dos tipos de órbitas: geoestacionarias y polares como ya lo hemos mencionado anteriormente.

Los Satélites Geoestacionarios se encuentran a 35.800 km aproximadamenteVentajas:

Mayor resolución temporalInconvenientes:

Menor resolución espacial Mala cobertura latitudes altas

Los Satélites Polares están a solo 850 km de distancia de la TierraVentajas:

Mayor resolución espacial Observación global de la Tierra cada 24h Mayor número de instrumentos a bordo Buena cobertura Latitudes altas

Inconvenientes: Menor frecuencia temporal de datos

B.- GPS

1. ¿Cuál es la frecuencia y la longitud de onda con que transmiten su señal los satélites GPS?La frecuencia con que se transmiten las señales son de 10.23 MHz y la longitud de onda es de 29.32m.

2. ¿Qué tipo de antena usa el receptor GPS?Usa una antena helicoidal como la que fabricamos en uno de los laboratorios de antenas realizados con anterioridad.

3. ¿Cómo determinan su posición un receptor GPS?

Un receptor GPS cada milisegundo calcula a qué distancia se encuentra de un satélite en particular que se encuentra a la vista, multiplicando la velocidad de la luz por el tiempo transcurrido de la señal del satélite al receptor GPS. Al combinar las señales de varios satélites, el receptor puede establecer con "exactitud" su propia posición, altitud e inclusive la velocidad.

La idea básica de la determinación de la posición se basa en la triangulación de los satélites. Para "triangular" un receptor GPS calcula la distancia en base al tiempo de travesía de la señal a través de las capas de la atmósfera, conociendo de antemano la velocidad de la luz. Para calcular el tiempo de travesía, los receptores GPS necesitan calcular los tiempos en ambos relojes – el del receptor y el del satélite – de una manera muy precisa, lo cual se realiza con algunos trucos. Además de la distancia, se necesita saber donde están los satélites en el espacio. Las altas órbitas y el minuciosos monitoreo son el secreto. Finalmente se debe corregir cualquier retardo que experimenta la señal al viajar a través de la atmósfera.

4. Según el GPS portátil, cuáles son las coordenadas de los siguientes lugares de UDEP.- ETS:

Latitud 5º10’32’’ Longitud 80º38’5.5’’ Altitud 60 +/- 26m

En el arco:

Latitud 5º10’59’’ Longitud 80º38’41.7’’ Altitud 73 +/- 60m

Radar:

Latitud 5.173483 Longitud 80.638558 Altitud 74.2m

Tanque Elevado:

Latitud 5º10’31.2’’ Longitud 80º38’8’’ Altitud 70+/-28m

Curva:

Latitud 5º10’28.9’’ Longitud 80º38’514.3’’ Altitud 66 +/- 15

5. Investigue sobre el sistema GPS y sus aplicaciones.

El sistema GPS consta de 24 satélites que componen la constelación espacial del sistema GPS orbitan la tierra a una distancia aproximada de 19.000 km por encima de nuestras cabezas. Estos satélites GPS se encuentran en constante movimiento, realizando 2 órbitas completas en menos de 24 horas. Estos satélites GPS viajan a una velocidad aproximada de 11.000 km por hora.

Los satélites GPS obtienen la electricidad mediante energía solar. Tienen además abordo unas baterías como sistema de emergencia para el mantenerlos funcionando en el caso de eclipse solar. Para mantenerlos siempre en la órbita correcta tienen unos pequeños cohetes que son indispensables para la exactitud del sistema GPS.

Hay también otros interesantes datos sobre los satélites del sistema GPS.El Departamento de defensa Norteamericano le llama NAVSTAR en vez de GPS.El primer satélite GPS de lanzo en 1978.Todas la constelación de satélites GPS se completo en 1994.Cada satélite GPS se construye para durar alrededor de 10 años, por lo que la construcción, lanzamiento y puesta en órbita de nuevos satélites GPS en constante.Cada satélite GPS pesa aproximadamente 900 kilos y tiene una envergadura de más de 5 metros con los paneles solares extendidos.El transmisor de cada satélite GPS es de solo 50 vatios o menos.

Aplicaciones civiles del GPS

Navegación: Las aplicaciones más extendidas del GPS son en el terreno de la navegación aérea, terrestre y marítima. Una aplicación complementaria es el seguimiento de flotas, mediante GPS es posible saber por ejemplo cuánto tardará en llegar el próximo autobús.

Cartografía - Topografía: La tecnología digital del GPS permite confeccionar mapas geográficos mucho más precisos, mejorando los que había hasta ahora.

Investigación: El GPS es un instrumento científico de precisión, permite monitorizar numerosos fenómenos como los movimientos de la corteza terrestre o las migraciones de muchas especies animales en combinación con el sistema ARGOS.

Tiempo libre: Además de su uso como instrumento de orientación en la montaña, el GPS se utiliza también en nuevos tipos de actividades de ocio como el "Geocaching " o "búsquedas del Tesoro" mediante GPS.

El GPS es una tecnología con un gran futuro, muchas de cuyas aplicaciones están todavía por inventar.

6. ¿En qué consiste el proyecto LISN? ¿Cómo interviene la UDEP en este proyecto?LISN es un proyecto internacional que monitorea la atmósfera baja, media y alta en la región ecuatorial, con el propósito de estudiar y pronosticar los fenómenos ionosféricos, con especial énfasis en los procesos de transporte dinámico y fotoquímicos de la energía. Para este propósito LISN es un arreglo permanente de nuevos instrumentos geofísicos en América del Sur, en estrecha coordinación como un "Observatorio Distribuido". Todos estos instrumentos se han instalado cerca de la posición de referencia del ecuador magnético y el meridiano 70 º W.

Para este "Observatorio Distribuido", LISN contempla la puesta en marcha de 50 estaciones GPS, magnetómetros y 5 ionosondas 5.

Proponemos establecer una red de baja latitud-Sensor ionosférico en la mitad occidental de América del Sur con el fin de responder a preguntas clave sobre la física de la ionosfera ecuatorial y el desarrollo de capacidades de predicción sobre el inicio de la propagación ecuatorial-F (FSE). Los datos adquiridos por LISN se complementará con un modelo de asimilación basado en la física diseñada para "nowcast" el estado de la ionosfera por encima de la misma región geográfica. El modelo se verá obligado a multipunto y multi-instrumento observaciones de LISN para producir estimaciones precisas de la ionosfera distribuciones de densidad electrónica, conductividad, E × B deriva de plasma, y los vientos neutrales en tiempo real, y también se integrará en el tiempo para hacer predicciones sobre la aparición de la ESF.

El desarrollo de un observatorio capaz de estimar la densidad del plasma, los desplazamientos de iones y los vientos neutral sobre una gran área geográfica constituye un desafío logístico inherente con méritos intelectuales. Méritos adicionales del esfuerzo propuesto incluir sus avances previstos en Aeronomía Ecuatorial, el desarrollo y prueba de la capacidad de predicción del FSE en el ámbito regional, y ofrecer un prototipo de distribución de baja latitud observatorios que se establezcan en los sectores de la longitud de todo el mundo. Ventajas únicas de nuestro plan para América del Sur son la presencia de un radar de dispersión incoherente como el Radio Observatorio de Jicamarca ─ ─ ubicado en Perú y otros instrumentos que pueden utilizarse para calibrar y validar el observatorio distribuido.

El flujo de datos se gestiona a través de un servidor central, ubicado en el Instituto Geofísico del Perú - con el fin de recibir, procesar, almacenar y distribuir la información científica. La información en tiempo real se utiliza en un sistema de asimilación de datos de

la ionosfera, para el pronóstico del uso de modelos numéricos, y en tiempo diferido de los datos estará a disposición de los usuarios con fines de investigación.

La UDEP participa en este proyecto en gran parte ya que en su estación Radar tiene un Magnetómetro y GPS que forman parte de este proyecto. A continuación podemos apreciar todas las estaciones de este proyecto incluyendo la que se encuentra en nuestra universidad.

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Conclusiones:

Cada satélite transmite su posición y el tiempo exacto cada 1000 veces por segundo a la tierra.

La resolución de una imagen de satélite está en función a la ubicación del satélite, es decir según su distancia se podrá enviar imágenes de una determinada resolución.

Los satélites meteorológicos no ayudan a predecir fenómenos o desastres naturales como lluvias, huracanes, tormentas, etc., lo cual permite poner en alerta a la gente de las zonas en donde se va originar algún fenómeno natural, lo cual nos permite salvar vidas.

También nos permite ver las zonas agrícolas estimando las distintas producciones, además de ver incendios forestales gracias a las imágenes que son enviadas por sus satélites.

Permite ver la actividad de los vientos permitiendo un estudio de los mismos y calculando alguna posible actividad peligrosa de estos (huracanes, tornados, etc.).

El sistema GPS es muy útil en nuestros días, ya que nos permite ubicarnos o ubicar algún equipo él tenga instalado un dispositivo GPS el cual emite una señal la cual mediante los satélites podemos ubicar, lo cual permite ubicar autos, celulares, etc. Perdidos o robados.