informe de satelites

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y

ELECTRONICA

INFORME DE COMUNICACIONES POR SATELITES N° 1

ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERÍA ELECTRÓNICA.

PROFESOR : PROF. VALLEJOS LAOS JAIME.

ASIGNATURA : COMUNICACIONES POR SATELITE.

TEMA : CLASIFICACIÓN DE LAS ÓRBITAS PARA SATÉLITES DE COMUNICACIONES Y OBSERVACIÓN.

SEMESTRE : 2014-A

ALUMNOS :

BENANCIO VASQUEZ, EISENK ……………………………………….CALLE ESPINOZA, ERICHZ……………………………………………...

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2014

GARCIA QUINTANA GUSTAVO………………………………………..092615HMARTINEZ CALZADA, DAVID …………………………………………PALACIOS BERROSPI, JAVIER………………………………………..

BELLAVISTA, de Mayo del 2014.

INDICE

Pág.

1. Introducción……………………………………………………………….3

2. Clasificación de las órbitas para satélites de comunicaciones……...……..5

2.1LEO…………………………………………………..………….

…….6

2.2MEO…………………….

…………………………………………....10

2.3HEO…………………………………………………………..….…..11

2.4GEO.....................................................................................................13

2.5Comparación entre los satélites LEO y GEO………………………15

2.6SSO…………………………………………………………………16

3. Las órbitas elegidas………………………………………………………17

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INTRODUCCION

Muchas veces nos preguntamos si los satélites puestos en órbita, tienen órbitas

con una configuración concreta, o más bien es libre y depende de la misión del

mismo. Generalmente las órbitas que siguen los satélites vienen dados por la

altura a la que se encuentran. Dicha altura también determinará, en caso de

querer realizar una cobertura de una región dada, el número de satélites

necesarios para lograrla. Si bien una baja altura puede obligar a mayor cantidad

de satélites para cubrir una región, tiene como ventaja que las transmisiones

realizadas por el mismo, pueden trabajar a una potencia menor, reduciendo el

consumo de energía, algo crucial en estos sistemas.

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Fig. 01: Ubicación de satélites

CLASIFICACIÓN DE LAS ÓRBITAS PARA SATÉLITES DE

COMUNICACIONES Y OBSERVACIÓN.

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Una forma de diferenciar los sistemas de satélites, es por la altura a la que se

encuentra la órbita por la que circulan, además ésta también influirá de forma

decisiva a la hora de obtener el número de satélites necesario para conseguir la

cobertura deseada. Dado cierto ancho de haz, el área de cobertura será mucho

menor estando en una órbita baja que en otra de mayor altura. Por otro lado la

potencia necesaria para emitir desde órbitas bajas es menor, con los

inconvenientes que ello conlleva. Entonces se intentará alcanzar un

compromiso que nos dé una relativamente buena zona de cobertura y una

potencia de transmisión lo menor posible.

Fig. 02: Clasificación por altura

Se pueden diferenciar cuatro tipos de órbitas según sus altitudes:

LEO (Low Earth Orbit), Órbita Terrestre de Baja altura:

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Es una órbita alrededor de la tierra entre la atmósfera y el cinturón de

radiación de Van Allen. Son los que tienen órbitas más bajas, típicamente

entre 200 - 2000 km sobre la superficie de la Tierra, y son los usados en

telecomunicaciones debido a que el retardo en las transmisiones es

mínimo. Generalmente es circular y en un plano inclinado en relación al

ecuador (de 50º a más de 90º). El satélite sobrevuela toda la tierra en un

día. Esta posición es elegida para la observación, la meteorología, y las

telecomunicaciones (con varios satélites formando una constelación). El

tiempo medio de vida sobre esta órbita es de unos 5 años.

Los satélites encauzados en este tipo de órbitas son de tres tipos, LEO

pequeños (centenares de Kbps) destinados a aplicaciones de bajo ancho de

banda, LEO grandes (miles de Kbps) albergan las aplicaciones de los

anteriores y otras como telefonía móvil y transmisión de datos y

finalmente los LEO de banda ancha (megaLEO) que operan en la banda

de Mbps entre los que se encuentre Teledesic.

Las principales perturbaciones que sufre esta orbita son:

Saturación de las órbitas:

En algunos sectores se ha mostrado cierta preocupación por la gran

cantidad de satélites que podrían juntarse en una porción relativamente

pequeña del espacio, ya que son numerosos los sistemas de satélites LEO

proyectados. La zona de órbitas de baja altura (LEO), parte de la

atmósfera terrestre hasta una zona de alta radiación conocida como el

"cinturón de Van Allen". Son 900 Kilómetros de distancia que pueden

albergar una cantidad inmensa de recorridos. El proyecto de Teledesic no

ocuparía más de 10 Km. Allí podrían colocarse más de 60.000 satélites sin

problemas, según George Gilder, analista de la revolución de la

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información, quien califica como absurdo siquiera pensar en la posibilidad

de una superpoblación de satélites.

Chatarra espacial:

Una vez que los LEO se encuentren en órbita, se presenta todo un nuevo

conjunto de dificultades. En primer ligar existe el problema de la llamada

"chatarra espacial", que consiste en restos de las anteriores misiones

espaciales de todos los tamaños, velocidades y peligrosidades.

Pérdida y sustitución de satélites:

Aunque los satélites no resulten alcanzados por los escombros espaciales,

cabe la posibilidad de que caigan a la atmósfera. A diferencia de los GEO,

que cuando acaban su vida útil se desplazan a una órbita de

estacionamiento unos pocos kilómetros más alejada de lo normal, los LEO

se desintegrarán en la atmósfera. Aunque la vida de un satélite oscila entre

los 10 y 12 años, con los LEO debe tenerse en cuenta una política de

sustitución de satélites.

Visibilidad del satélite:

Suponiendo que estas dificultades se hayan superado queda, por ejemplo,

el asunto de seguir la pista y enlazar con estos satélites tan veloces. Un

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satélite LEO resulta visible durante 18-20 minutos antes de que

desaparezca en el horizonte. Esto complica en gran medida el

posicionamiento de la antena y el trabajo para mantener activo el enlace.

Problema de la antena:

El problema de la antena lo resuelve una tecnología denominada antena de

array en fase. A diferencia de una antena parabólica normal, que sigue

mecánicamente el rastro del satélite, las antenas de array en fase son

dispositivos autodirigidos que contiene diversas antenas más pequeñas que

pueden seguir a varios satélites sin moverse físicamente, por medio de

señales levemente diferentes recibidas por el conjunto de antenas,

reduciendo así el desgaste, entre otras ventajas. El problema de mantener

un enlace activo cuando el satélite desaparece cada media hora se

soluciona manteniendo como mínimo dos satélites a la vista en todo

momento (muchos LEO pretenden mantener constantemente tres satélites

a la vista). El conjunto de antenas es consciente de la posición de todos los

satélites e inicia un nuevo enlace antes de cortar el existente con el satélite

de poniente.

Direccionamiento mediante enlaces intersatélite:

Otro problema interesante es el del direccionamiento de la señal entre dos

puntos alejados de la superficie terrestre. Una posibilidad es la de

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realizarlo a través de estaciones terrenas, pero eso nos lleva a perder la

ventaja de la latencia reducida. La otra posibilidad, que es la que utiliza

Teledesic, es la de utilizar un direccionamiento de satélite a satélite. La

constelación Teledesic se comunica en la banda de los 40-50 GHz. La

desventaja de este método es, evidentemente, que cada satélite debe

disponer de más hardware de comunicaciones y seguimiento (mas

inteligencia) y, por lo tanto, su precio será más elevado que en el caso de

utilizar estaciones terrenas.

Fig. 03: Orbita LEO

MEO (Medium Earth Orbit), Órbita Terrestre Media:

Se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 Km. Su posición

relativa respecto a la Tierra no es fija. Debido a su menor altitud se

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necesitarán más satélites para cubrir la superficie terrestre, pero por contra

se reduce la latencia del sistema de forma significativa. En la actualidad

no existen muchos MEO, y se utilizan principalmente para

posicionamiento.

Su principal uso es para sistemas de posicionamiento geográfico

(GPS,GLONASS, Galileo)

Fig. 04: Orbita MEO

HEO (Hight Earth orbit), Órbita Terrestre Alta:

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Es una órbita elíptica, muy excéntrica (70.000 Km/1.000 Km) e inclinada

(alrededor de 63 º) que no ha sido todavía utilizada por los occidentales.

Es muy estimada por los rusos (por lo que también se llama "órbita

Molniya”). El satélite sobrevuela muy rápidamente (a cerca de 33.000 Km

/h) una misma región extendida, durante alrededor de 8 h sobre 24 h,

sobre un ángulo próximo a la vertical. Favorece a los países nórdicos.

Aplicación: Las telecomunicaciones.

Con una red de tres satélites simétricamente repartidos, para volver a pasar

sobre la misma marca terrestre, se asegura la cobertura de 2 continentes

del planeta. La duración de vida sobre esta órbita varía entre 5 y 10 años.

Ventajas:

Excelente ángulo de vista sin obstrucciones (más que 50° en

cualquier lugar de Europa); una gran elevación reduce también las

pérdidas atmosféricas.

Gran período de visibilidad de cada satélite (para las familias

Molniya y Tundra el intervalo de visibilidad es de unas 6 y 12 horas

respectivamente).

Inconvenientes:

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Para proporcionar una cobertura continua es necesario disponer de

una constelación de satélites. En comparación con el caso de una

órbita geoestacionaria, necesita más lanzamientos.

Cuando está en posición visible, el satélite se halla a una distancia a

la Tierra próxima a la de una órbita geoestacionaria.

Procesos de handover necesarios entre satélites.

El movimiento del satélite determina el dominio de variación de la

inclinación, de los efectos Doppler y de la variación de la cobertura

de la antena sobre el suelo. Hay que ejecutar compensación del

efecto Doppler, control de potencia y configuración de una antena de

satélite apropiada.

La búsqueda del satélite puede ser necesaria para el terminal.

La categoría de lanzadores es la misma que para órbitas

geoestacionarias

Fig. 05: Orbita HEO

GEO (Geostationary Earth orbit), Órbitas Terrestres

Geoestacionarias:

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También conocida como órbita de Clarke, en honor al escritor Arthur

Clarke, que escribió en 1945 por primera vez de esta posibilidad. La órbita

GEO está situada a 35848 Km. de altura, con una latitud de 0 grados, es

decir, situada sobre el Ecuador. El período de esta órbita es de

exactamente 24 horas y por lo tanto estará siempre sobre la misma

posición relativa respecto a la Tierra. La mayoría de los satélites actuales

son GEO.

Los satélites GEO (satélites que viajan en órbitas GEO) precisan menos

cantidad de ellos para cubrir la totalidad de la superficie terrestre, pero

poseen un retardo de 0,24 seg. por día, de ahí que no tardan exactamente

un día en cubrir una vuelta entera a la Tierra, debido al camino de ida y de

vuelta que debe recorrer la señal. Los satélites GEO necesitan también

obtener unas posiciones orbitales específicas alrededor del Ecuador para

mantenerse lo suficientemente alejados unos de otros (unos 2 grados

aproximadamente) para evitar posibles interferencias intersatélite. La ITU

y la FCC se encargan de administrar estas posiciones.

Todos los satélites geoestacionarios lanzados pasan primero por esta órbita

de transferencia, una órbita muy elíptica (apogeo del satélite a 36.000 Km

de altitud y perigeo alrededor de 200 Km). Esta órbita comienza con

una inyección por parte del lanzador. Este "lanza" el satélite a baja altitud

(alrededor de 200 Km) a una velocidad suficiente para obtener su

ascensión hasta la altitud GEO, o sea 36.000Km. A continuación, una

maniobra propulsiva del satélite con la ayuda de un motor, le sitúa sobre la

órbita geosincróna ecuatorial y circular definitiva. Esta maniobra es

realizada generalmente entre las 10h y las 24h que siguen al lanzamiento

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Fig. 06: Orbita GEO

Principales ventajas:

Sencillez de la configuración de satélite proporcionando una cobertura

continua de más de 75° de latitud con sólo tres satélites.

Aspectos de mantenimiento y de control muy conocidos.

Efectos Doppler de menor impacto.

La búsqueda del satélite no es necesaria para el terminal.

Numerosas oportunidades de lanzamiento.

Principales inconvenientes:

Retraso de la señal muy importante a causa de la distancia satélite

Tierra (cerca de 125 mseg para cada enlace).

Categoría más cara de lanzadores para restringir el carburante

necesario en las maniobras de posicionamiento del satélite.

Pequeño ángulo de elevación sobre el horizonte para una latitud

mayor que 50°, eso significa mayores pérdidas atmosféricas

Comparación entre los satélites LEO y GEO

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Los tipos de satélites más usados son los LEO y los GEO.

Los GEO se encuentran a una altura de 36000 Km. sobre el Ecuador,

mantienen una posición relativa respecto a la Tierra. A esa altura las

comunicaciones tienen un retardo extremo a extremo mínimo y fijo, de al

menos medio seg. , esto significa que los GEO nunca podrán proveer

demoras similares a la fibra óptica. Este retardo es el causante de la

demora de las llamadas internacionales actuales y que dota a las mismas

de un matiz impersonal, esto sería intolerable en el caso de

comunicaciones de tiempo real.

Los GEO han ido evolucionando hacia satélites de órbita baja, lo cual ha

dado lugar a numerosas ideas sobre sistemas de satélites globales, los

cuales los podremos agrupar según la siguiente tabla:

SSO (Sun-synchronous Orbit), Órbita Heliosíncrona

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Se trata de una órbita baja (entre 600 y 800 Km ) en la cual el plano está

sincronizado con el sol, es decir, que la dirección del sol hace siempre un ángulo

constante con el plano orbital. Así, la zona sobrevolada por el satélite es siempre

observada a la misma hora del día. El plazo de "revisita"- el paso por encima del

mismo punto- es de 10h 30m de media. Es una órbita privilegiada para la

observación terrestre en alta resolución (SPOY,HELIOS,ERS, TOPEX...). La

duración de vida de un satélite sobre esta órbita es de 5 años de media.

}

Fig. 06: Orbita SSO

LAS ÓRBITAS ELEGIDAS

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Además de las características técnicas, la elección del tipo de órbita puede

resultar en primer lugar de consideraciones económicas, intentando utilizar los

sistemas de satélite que ya están empleados. Así, para proporcionar un servicio

de telecomunicaciones móviles, INMARSAT sigue empleando sus satélites

geoestacionarios. Pero para lograr su propósito de un sistema telefónico portátil

mundial que permita a una persona hablar con el otro lado del mundo con un

pequeño portátil manual, serán necesarios nuevos satélites, más pequeños y de

órbita más cercana a la Tierra. En efecto, la gran distancia entre los satélites

geoestacionarios y la Tierra necesitaría una potencia y antenas mayores en los

satélites para establecer la comunicación con un terminal móvil tan pequeño.

Además, todavía existe el problema del retraso de la señal que no permite una

comunicación en tiempo real de buena calidad. Luego, para conseguir la

cobertura, la capacidad y las características requeridas para servicios de telefonía

móvil vía satélite, INMARSAT estudió una serie de propuestas, e incluso

examinó las órbitas no geoestacionarias:

Opción 1: Conservar las órbitas geoestacionarios existentes estableciendo

un sistema perfeccionado (de satélites geoestacionarios) similar en la

configuración orbital pero más potente y con mayores antenas que las de los

satélites existentes de INMARSAT.

Opción 2: Una combinación de satélites de órbita geoestacionaria y de

órbita cercana a la Tierra (LEO).

Opción 3: Un sistema bastante más complicado de órbita geoestacionaria y

circular intermedia (MEO).

Finalmente, el proyecto INMARSAT-P que posteriormente se llamará ICO se

está desarrollando con un sistema de satélites MEO. Sin embargo, el concepto de

sistema telefónico portátil mundial atrae la atención de muchos, utilizando

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directamente las órbitas MEO o LEO. Así nacieron varios proyectos como

Odyssey y Ellipso para las órbitas MEO o como Globalstar, Constellation,

Iridium y Teledesic para las órbitas LEO. Todos tienen también la ambición de

ser operativos hacia el 2000. Los sistemas más viables han sido bautizados como

Big LEOs: Odyssey, ICO, Globalstar, Iridium y Teledesic.

Esos sistemas tienen en común:

La utilización de satélites no geoestacionarios mucho menos potentes que

los gigantes geoestacionarios que ahora son los pilares de todos los sistemas

de comunicación.

Ser sistemas globales.

Proporcionar servicios en tiempo real tales como voz y datos. Pero varias de

sus características técnicas son diferentes. Eso es lo que veremos

exponiéndolas de manera simplificada para cada sistema.

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informe de satelites

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