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MOVIMIENTOS ORBITALES I. SATÉLITES TERRESTRES |
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Sobre un satélite en órbita circular
actúa la
fuerza de atracción gravitatoria que
le ejerce la Tierra,
dirigida hacia el centro de ella. Por
tanto, su aceleración
es normal (de dirección
perpendicular a la trayectoria en cada
instante) y su valor es proporcional al
cuadrado de la velocidad orbital del
satélite e inversamente proporcional al
radio de la misma. Teniendo esto en
cuenta, se obtiene la siguiente expresión de la
velocidad del satélite (deducción en
este
este documento):
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Esta expresión dice que la
velocidad del satélite depende exclusivamente de una
constante y de la distancia a la Tierra. A cada
distancia le corresponde una velocidad orbital y también un determinado
periodo o tiempo que tarda el satélite en recorrer esa
órbita (deducción de la relación entre el periodo y el
radio de la órbita
aquí).
Por ello, los
satélites artificiales se denominan en función de la
órbita: GEO, LEO, MEO y HEO. |
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GEO
es abreviatura de órbita terrestre geo-síncrona
o geoestacionaria, que es aquella en la que el satélite
se sitúa siempre encima del mismo punto de la
superficie terrestre. Se llama también órbita de
Clarke,
que en 1945 escribió acerca de esta posibilidad.
Tiene la ventaja de que permite el uso de
antenas fijas, sin necesidad de cambiar su
orientación para mantener un contacto permanente
con el satélite. También la de que
se precisan pocos satélites para cubrir la
totalidad de la superficie de la Tierra (con
tres se proporciona una cobertura continua de
más del 75° de
latitud). Estas dos propiedades hacen que la
órbita geoestacionaria sea óptima para las
comunicaciones.
Para
recorrer una órbita estacionaria, el satélite
tiene que orbitar en un plano paralelo al ecuador y
a la distancia adecuada para que su periodo sea igual al tiempo que tarda la
Tierra en dar una vuelta alrededor de su propio
eje (24 horas). Esta distancia supone una
altitud de 35.786km sobre el ecuador
terrestre, siendo el radio de
la órbita estacionaria del orden de 6.6 veces el
radio de la Tierra.
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Es, por
tanto, una órbita muy
alejada, en la que habitan la mayoría de los satélites
de
telecomunicaciones
y
meteorológicos.
Debido a su
alejamiento
tiene el inconveniente de provocar un retraso
o latencia de 0.24 segundos entre
las señales enviada y recibida del satélite. Otra
dificultad
se debe a la
saturación
de satélites
en la órbita.
Como muestra
la imagen
adjunta
(fuente:
ESA, Agencia
Espacial
Europea),
los
satélites de
la órbita
geoestacionaria
forman una
especie de
cinturón
virtual. En
dicho
cinturón
los
satélites necesitan
tener unas
posiciones
orbitales
específicas,
manteniéndose
lo
suficientemente
alejados
unos de
otros (unos
1600
kilómetros o
dos grados).
La ITU
(Unión
Internacional
de
Telecomunicaciones)
y la FCC (en
los Estados
Unidos)
administran
estas
posiciones.
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Fuera de la órbita geoestacionaria la
posición relativa de los satélites respecto a la
superficie no es fija, pero ello no impide que sea muy útil
colocar satélites a otras distancias: |
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ORBITA |
ALTURA |
APLICACIONES |
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LEO
(órbita de baja altura) |
Por debajo de 5035km,
aunque la mayoría de ellos mucho más abajo,
entre 600km y 1600km |
Buscapersonas,
telefonía móvil, transmisión de datos |
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MEO
(órbita de media altura) |
Entre 10075km
y 20150km |
Posicionamiento |
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GEO
(órbita geo-estacionaria) |
35.786km |
Telecomunicaciones |
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HEO
(órbita excéntrica "Molniya") |
Elíptica muy
excéntrica (70.000Km/1.000 Km) e
inclinada (alrededor de 63 º ) |
Telecomunicaciones |
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Desde
que comenzó la era espacial se ha ido
agravando paulatinamente el problema de acumulación de residuos en el
espacio y se estima que actualmente hay unos 170
millones de fragmentos de basura espacial de tamaño
superior a un milímetro, 670.000 de los cuales son
mayores de un centímetro y 29.000 de más de 10
centímetros. Esta basura espacial se acumula
especialmente en las órbitas LEO comprendidas entre 800
y 1.000 kilómetros de altura sobre la superficie
terrestre. En esta órbitas más próximas a la Tierra los
satélites tienen una velocidad elevada y
esto hace que incluso los
fragmentos más pequeños supongan un peligro para
los artefactos espaciales funcionando, ya que su
impacto puede afectar a partes vitales del
mismo. Pero cuando tienen ya un tamaño
considerable, los efectos pueden ser
catastróficos. Por ejemplo, el 10 de febrero de
2009 colisionaron a unos 800km de altura un
satélite estadounidense de comunicaciones
(Iridium-33) y un satélite militar ruso (Kosmos-2251).
Ambos quedaron destruidos y se generaron más de
2.200 escombros observables. |
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Frente al problema de la basura espacial los ingenieros de la
ESA estudian diferentes opciones para recoger y
eliminar los residuos. Una de las
ideas que se están formulando es usar algún tipo
de artefacto que salga al espacio, se aproxime a
un viejo satélite apagado y lance una gran red
para capturarlo y conducirlo hacia su
destrucción controlada. Otra estrategia posible
sería la pesca de fragmentos de basura espacial
con una especie de arpón para enganchar y
arrastrar el desecho.
Urge limpiar el espacio
(El país,
25/04/2013) |
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Nos
referimos finalmente a la energía de un satélite en
órbita circular alrededor de la Tierra. Después de
sustituir la expresión de su velocidad en la fórmula que
calcula la energía cinética y sumarla a la energía
potencial (deducción en
este documento),
se obtiene que la energía mecánica del sistema
Tierra-satélite es: |
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Dicha
energía es negativa porque la Tierra y el satélite
forman un sistema ligado (la fuerza de atracción
gravitatoria mantiene “unidos” a los dos cuerpos, a una
distancia, r). Por supuesto, esto no significa que no
haya que aportar energía a un cuerpo para colocarlo en
órbita. La energía necesaria para hacerlo es el
incremento (positivo) de esta magnitud desde que se
lanza el cuerpo hasta que está orbitando. |
