Y yo quiero ser...Ingeniero Aeroespacial
(Por
José Ignacio González Núñez)
Escucha música mientras lees, vete al final.
Muchas veces a
lo largo de mi carrera, cuando alguien me ha preguntado a qué me dedico o en
qué tipo de empresa o institución trabajo y he contestado “en la Agencia
Europea del Espacio” o “en un operador de telecomunicaciones vía satélite”,
casi inmediatamente después me he encontrado explicando cómo es posible que los
satélites no se caigan al suelo o para qué sirven los satélites o cuantos
satélites hay orbitando la Tierra. Y claro, aquí uno puede pasarse horas,
incluso días, argumentando y aportando datos sobre usos y aplicaciones de esos
ingenios. Justamente son esos usos y aplicaciones los que marcan una
característica fundamental de los satélites: su órbita.
Las órbitas de
los satélites, los planetas y las estrellas se rigen por las leyes de la mecánica
espacial. Las leyes de Kepler [1], enunciadas a principios del siglo XVII,
describieron por primera vez de forma matemática el movimiento de los planetas
de nuestro Sistema Solar alrededor del Sol. Unas décadas después, en 1687 Isaac
Newton publicó su “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” [2]; quizás el
libro de ciencia más importante de la historia, en el que se formula la ley de
la gravitación universal. En ella se establece la relación entre la fuerza de
atracción entre dos objetos masivos, sus masas (directamente proporcional) y la
distancia que les separa (inversamente proporcional al cuadrado de ésta).
Cuando
lanzamos una piedra desde lo alto de un acantilado vemos que, por mucha fuerza
que apliquemos a nuestro tiro, la piedra acaba cayendo al fondo de barranco.
Aun siendo un gran campeón de atletismo difícilmente podríamos impulsar la
piedra a más de 35 metros por segundo. Ahora bien, si no hubiera aire en la
atmosfera que ralentizase la piedra y fuésemos, algo parecido al primo de Superman,
capaces de impulsar la piedra a 8 kilómetros por segundo, al cabo de poco más
de 80 minutos deberíamos agachar la cabeza para evitar que la piedra nos diese
en la nuca. ¡Esa piedra hipersónica se habría convertido en un satélite
artificial de la Tierra! En una órbita circular, la magnitud de velocidad es
inversamente proporcional a la raíz cuadrada del radio de la órbita, mientras
que el cuadrado del periodo orbital es proporcional al cubo del radio de la
órbita. Además del periodo y el radio, otras dos características fundamentales
(hay más) de una órbita son su inclinación respecto al plano ecuatorial y su
forma o excentricidad (circulares, elípticas, etc.).
En el sector
aeroespacial, como en otros muchos, el desarrollo tecnológico y la imparable imaginación
e inventiva del hombre ha permitido dar solución a antiguas y nuevas
necesidades y crear nuevas aplicaciones. De esta manera, es imposible hablar de
un único tipo de satélites. La especialización de los mismos ha ido de la mano
del uso de diferentes recursos orbitales.
Típicamente
los satélites para mapeado y observación de la tierra, satélites de
reconocimiento (también llamados satélites espía) y algunos satélites
meteorológicos giran alrededor de nuestro planeta en las llamadas órbitas bajas
o LEO (“LowEarthOrbit”), cuya altura sobre la superficie terrestre está entre
unos 200 km y 2.000 km. Las órbitas de estos satélites tienen una gran
inclinación (típicamente cerca de 90 grados) para poder barrer en su periplo
toda la superficie terrestre. En ese rango de alturas encontramos también a la
Estación Espacial Internacional (“InternationalSpaceStation” o “ISS”) a unos
400 km de altura y una inclinación de 51.6 grados para facilitar la trayectoria
de los lanzamientos desde el cosmódromo de Baikonur en Kazakstán. Con el objeto
de proporcionar servicios de telecomunicaciones en cualquier punto de la
superficie terrestre, los 72 satélites de la constelación Iridium ocupan seis
planos orbitales inclinados 86.4 grados a una altura de 781 km.
Los principales
sistemas satelitales de geo localización y navegación están formados por
constelaciones de satélites en órbitas de altura media o MEO (“MediumEarthOrbit”).
Los 32 satélites del sistema estadounidense GPS (“GlobalPositioningSystem”)
ocupan seis planos orbitales con 55 grados de inclinación a una altura de
20.200 km. Los satélites del sistema ruso GLONASS están un poco más abajo, a
19.100 km con una inclinación de 64.8 grados, mientras que los del europeo
Galileo están un poco más arriba, a 23.222 km con una inclinación de 56 grados.
Quizás los
satélites más populares, si es que podemos llamarlos así, son los
geoestacionarios. La órbita geoestacionaria o GEO (“Geo-stationaryOrbit”) fue
propuesta por primera vez por el ingeniero esloveno Herman Potočnik en 1928 y
más tarde popularizada por el famoso científico y escritor Arthur C. Clarke. El
origen de la idea es poder tener un punto muy alto en el espacio que,
aparentando estar en reposo desde la superficie terrestre, pueda ver puntos muy
distantes entre sí. Esto permitiría la transmisión de señales entre sitios sin
línea de vista a través de ese punto estático como si fuera una torre de
comunicaciones colgada en el espacio. Resulta que resolviendo las ecuaciones de
Newton, una órbita circular con una altura de 35.786 km sobre nivel del mar
tiene un periodo de 24 horas, es decir, es geo síncrona. Si además, la órbita
está en el plano ecuatorial (inclinación cero) los cuerpos que desde allí
circunvalan la Tierra aparecen estáticos respecto a un observador en la
superficie terrestre. El anillo geo estacionario ha sido y es utilizado por
centenares de satélites de telecomunicaciones que ofrecen servicios en todo el
mundo de difusión de cadenas de televisión y radio, de comunicaciones móviles
con barcos y aeronaves y todo tipo de servicios de telecomunicaciones en zonas
remotas del planeta.
Para solventar
el problema del bajo ángulo de elevación en la recepción de los satélites geo
estacionarios en territorios alejados del ecuador, en Rusia usan satélites en órbitas
elípticas o HEO (“HighlyEllipticalOrbit”) llamadas Molniya que poseen perigeos
(los puntos más cercanos a la superficie terrestre) de unos 1.000 km y apogeos
(los puntos más alejados) de hasta 24.000 km y una inclinación de 63.4 grados.
En Estados Unidos, la empresa Sirius XM Satellite Radio emplea satélites en
órbitas elípticas geo síncronas o HEGO (“HighlyEllipticalGeosynchronousOrbit”)
llamadas Tundra para proporcionar servicios de radiodifusión a más de 30
millones de usuarios móviles.
El abanico de
órbitas no se acaba aquí. En estas líneas me he referido únicamente a las
órbitas alrededor de la Tierra. Las próximas generaciones de ingenieros
aeroespaciales sin duda se preocuparán más por las órbitas abiertas
interplanetarias. Bastará únicamente con superar la velocidad de 11.2 km/s para
escapar de la atracción gravitatoria terrestre.
En los años 60
las misiones Apolo llevaron al hombre a la Luna, en los 70 los Voyagers
iniciaron el más largo viaje jamás hecho por un ingenio fabricado por el hombre,
Marte ha sido visitado durante décadas por los Vikings, el Pathfinder y muchos
otros, Rosetta se posó en el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko en 2014…
Ante
necesidades más sofisticadas, siempre aparecerá un ingeniero aeroespacial que
inventará, si se me permite la expresión, una órbita nueva.
Referencias:
[1]
Johannes Kepler, “Harmonices Mundi”
[2]
Isaac Newton, “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”
José Ignacio González Núñez
Ingeniero
Superior de Telecomunicaciones (Universidad Politécnica de Madrid)
Máster
en Tecnología Aeroespacial y Telecomunicaciones vía Satélite (UniversityCollege
London)
Vicepresidente de Desarrollo
de Negocios y Estrategia Regulatoria en Eutelsat Américas
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