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Introduccion sistemas espaciales modulos 1,2,3,4

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Curso introductorio a los sistemas espaciales impartido por la AEM.

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  • 1. Modulo 1. Temas: 1. Conceptos. 2. Historia y evolución de los satélites. 3. Aplicaciones de los sistemas satelitales 4. Segmento espacial 5. Segmento terrestre 6. Los satélites mexicanos.
  • 2. Conceptos La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo especializado de las Naciones Unidas para las tecnologías de la información y la comunicación – TIC • Atribución del espectro radioeléctrico y las órbitas de satélite a escala mundial. • Elaboración de normas técnicas que garantizan la interconexión continua de las redes y las tecnologías. • Contribución para mejorar el acceso a las TIC. • La UIT cuenta en la actualidad con 193 países miembros y más de 700 entidades del sector privado e instituciones académicas. • La UIT tiene su Sede en Ginebra (Suiza), y cuenta con 12 oficinas regionales y de zona en todo el mundo.
  • 3. Satélite: La UIT dentro del Reglamento de Radiocomunicaciones, artículo 1.179, define satélite como el “cuerpo que gira alrededor de otro cuerpo de masa preponderante y cuyo movimiento está principalmente determinado, de modo permanente, por la fuerza de atracción de este último”. Satélites naturales Satélites artificiales http://www.jpl.nasa.gov/education/images/pdf/ss-low.pdf Conceptos
  • 4. Espacio Ultraterrestre: Si bien no existe un precepto que defina el espacio ultraterrestre, podemos señalar que este inicia donde se desvanece la atmósfera terrestre, es decir, a partir de los 90 a 100 kilómetros de altitud. • En 1959 se creó la Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterreste con Fines Pacíficos (COPUOS). • En 1963, las Naciones Unidas establecieron los principios jurídicos que deben regir las actividades de los Estados en la exploración y utilización del espacio ultraterrestre. Dichos principios fueron basados en el reconocimiento de que la exploración y utilización del espacio ultraterrestre debe ser en bien de la humanidad y en provecho de los Estados en condiciones de igualdad. • En conformidad con el derecho internacional el espacio no puede ser materia de apropiación nacional, y los Estados, solamente tienen la jurisdicción y control de los objetos y personas que se encuentren en el espacio ultraterrestre Conceptos
  • 5. Orbitas geosíncronas: Orbita circular alrededor de la tierra que se encuentran a 35,787 kilómetros de nuestro planeta en la que el periodo de traslación coincide con el periodo de rotación de la tierra. La distancia media entre la Tierra y la Luna es 384.400 kilómetros Radio de la Tierra: 6,378 km Conceptos
  • 6. Órbita Geoestacionaria: Es una orbita geosíncrona que forma un ángulo de inclinación de 90º con el eje de rotación de la tierra y su ubicación está en el plano ecuatorial. Los satélites que se desplazan a través de esta orbita se mantienen estáticos para un observador en la superficie terrestre. La órbita geoestacionaria al ser única, se ha convertido en un recurso escaso y con una demanda sin precedentes a nivel mundial, razón por la cual su utilización es coordinada por la UIT para asegurar el uso racional y equitativo del recurso órbita-‐espectro entre los Estados miembros. Conceptos
  • 7. Posiciones orbitales geoestacionarias: Un satélite que se desplace a través de la órbita geoestacionaria mantendrá́ una latitud constante, específicamente de 0° (coincide con el plano ecuatorial de la tierra), y por otro lado, al desplazarse alrededor de la Tierra en sincronia con su rotación, mantiene una longitud constante. De tal forma que la ubicación de un satélite en órbita geoestacionaria, o satélite geo, se encuentra definida únicamente por su longitud. La cual es una medida angular que toma como referencia el meridiano 0, o meridiano de Greenwich. Conceptos
  • 8. Orbita LEO (Low Earth Orbit) Orbitas que se ubican a una distancia aproximada de la tierra entre 500 y 1500 kilómetros Orbita MEO (Medium Earth Orbit): Orbitas que se ubican a una distancia aproximada entre 6000 y 11,000 kilómetros de la tierra. Conceptos
  • 9. Servicios Satelitales Conceptos
  • 10. Servicios Satelitales Conceptos
  • 11. Historia y evolución de los satélites Historia y evolución de los satélites
  • 12. Aplicaciones de los satélites de comunicaciones • Telefonía • Internet • TV directa al hogar (DTH) • TV en barcos y cruceros • Distribución de señales de TV • Transacciones financieras • Comunicaciones en zonas de desastre • Educación a distancia • Telemedicina Aplicaciones de los sistemas satelitales
  • 13. Aplicaciones de los satélites de percepción remota • Monitoreo ambiental • Monitoreo del cambio climático • Seguridad Nacional y protección civil • Monitoreo y manejo de desastres causados por fenómenos naturales • Monitoreo de recursos naturales • Planificación de uso de tierras y planificación urbana • Generación de mapas • Monitoreo y planeación de actividades agricolas • Programas preventivos de deforestación. • Monitoreo de mares, ríos, lagos y glaciares. • Monitoreo de animales salvajes. • Monitoreo y predicción del clima. • Monitoreo de la contaminación ambiental • Topografía. • Monitoreo y protección de fronteras • Monitoreo y predicción de enfermedades. Aplicaciones de los sistemas satelitales
  • 14. Aplicaciones de los satélites de posicionamiento • Logística y navegación • Servicios de localización y seguimiento Aplicaciones de los sistemas satelitales
  • 15. Satélites de observación terrestre • Satélites de observación terrestre
  • 16. Infraestructura Espacial 1. Vehículos de lanzamiento 2. Satélites 3. Centros de Control (Primario y alterno) 4. Estaciones Terrenas (Tx y Rx)
  • 17. Los satélites mexicanos Morelos 1, 113.5º Oeste, 1985. Morelos II, 116.8º Oeste, 1989
  • 18. Solidaridad I, 109.2º Oeste, 1993. Solidaridad II, 113.0º Oeste, 1994 Los satélites mexicanos
  • 19. • En marzo de 1995 es reformado el Artículo 28 de nuestra Carta Magna, de tal forma que la comunicación vía satélite se define como un área prioritaria para el desarrollo nacional, estableciendo que se podrán otorgar concesiones o permisos a particulares para su explotación. • Tras un proceso de privatización iniciado en 1995, se constituye en 1997 Satélites Mexicanos S.A. de C.V. (Satmex), como una empresa mexicana prestadora del servicio fijo por satélite para la conducción de señales para redes de telecomunicaciones públicas y privadas. • El 5 de diciembre de 1998 es puesto en órbita el primer satélite de la tercera generación de la flota mexicana, ahora operada por Satmex. El satélite denominado Satmex 5 reemplazó al satélite Morelos II en la posición 116.8° Oeste. Los satélites mexicanos
  • 20. Satmex 5, 116.8º Oeste, 1998. Los satélites mexicanos
  • 21. En 2000 falló la computadora de a bordo del Satélite Solidaridad I, 109.2º Oeste, por lo que se inician tramites para su reemplazo y se inician negociaciones con Canadá para preveer interferencias con los satélites adjuntos. Los satélites mexicanos
  • 22. Intercambio de posiciones entre México y Canadá para minimizar interferencias entre satélites. Con esto fue posible la reubicación del Solidaridad II a la posición de 114.9º Oeste y el lanzamiento del Satmex 6 en la posición de 114.9º Oeste en 2006. Los satélites mexicanos
  • 23. Satmex 6, 114.9º Oeste, 2006. Los satélites mexicanos
  • 24. SATMEX • Satmex ostenta tres concesiones para ocupar las POGs coordinadas en 113.0° Oeste, 114.9° Oeste (antes 109.2° Oeste) y 116.8° Oeste, y explotar sus respectivas bandas de frecuencia asociadas y los derechos de emisión y recepción de señales otorgadas por el Gobierno Federal a través de la Secretaría el 23 de octubre de 1997, con una vigencia de 20 años, y prorrogadas el 26 de mayo de 2011 por otros 20 años contados a partir del 24 de octubre de 2017. Los satélites mexicanos
  • 25. Flota satelital Satmex
  • 26. Flota satelital Satmex en operación
  • 27. Flota satelital Satmex planeada
  • 28. Flota satelital Quetzsat
  • 29. Flota satelital Quetzsat
  • 30. Satélites del Gobierno Federal • Sistema satelital que ocupará las posiciones orbitales 113.0º Oeste, 114.9º Oeste y 116.8º Oeste. • Con cobertura nacional para servicios de seguridad nacional, protección civil, cobertura social y reducción de la brecha digital. • Dos satélites para servicio móvil (Centenario, 113.0º Oeste, 2013; Morelos 3, 116.8º Oeste, 2014) • Un satélite para servicio fijo (Bicentenario, 114.9º Oeste, 2012)
  • 31. Satélites del Gobierno Federal
  • 32. Satélites del Gobierno Federal
  • 33. Satélites del Gobierno Federal
  • 34. Recursos orbitales en operación y en trámite de México
  • 35. Recursos orbitales en operación y en trámite de México
  • 36. Módulo 2: Introducción a los sistemas satelitales Elementos de un satélite • Fuente de energía • Control de navegación • Propulsión • Computadora de vuelo • Estructura • Carga útil • Tipos de satélites en cuanto a su tamaño • Micro, nano, etc.
  • 37. 39 Introducción Definición (de Wikipedia) – Un satélite es un objeto que orbita otro objeto (el cual se conoce como su primario) – Los satélites puede ser hechos por el hombre o ocurrir naturalmente como las lunas, los cometas, los planetas, las estrellas y aún las galaxias. Un ejemplo de un satélite natural es la Luna
  • 38. 40 País Primer año de lanzamiento Primer satélite En órbita en 2012 Unión soviética 1957 Sputnik 1 87 Estados Unidos 1958 Explorer 1 413 Australia 1964 Title Unknown ? Francia 1965 Astérix ? Japón 1970 Osumi ? China 1970 Dong Fang Hong I 34 _ Reino Unido 1971 Prospero X-3 ? India 1979 Rohini-1 33 Israel 1988 Ofeq 1 ? Primer lanzamiento por país
  • 39. Tipos de satélites • SATÉLITES PASIVOS: son satélites que no agregan potencia a la señal, ni la modifican sustancialmente en sus características y solo son utilizados para que la señal “rebote en ellos”. • SATÉLITES ACTIVOS: son aquellos satélites que pueden agregar potencia a las señales recibidas, filtrarlas, amplificarlas, trasladarlas en frecuencia y luego reenviarlas hasta un área geográfica en la tierra que esté en su línea de vista.
  • 40. Por la altura orbital: – LEO – SSO – MEO – GEO – HEO Por la aplicación: – Exploración – Comunicaciones – Navegación – Observación – … Clasificación de los satélites Por el carácter: – Militar – Civil – Mixto Por el tamaño: – Grandes >1000 Kg – Medianos 500 – 1000 Kg – Pequeños • Minisatellites 100- 500 Kg • Microsatellites 10- 100 Kg • Nanosatélie 1- 10 Kg • Picosatélites 0.1 a 1Kg • Femtosatélites <100g
  • 41. Clasificación orbital de los satélites y sus usos Los cinturones de radiación de Van Allen son áreas de la alta atmósfera que rodean la Tierra por encima de la ionosfera, a una altura de 3.000 y de 22.000 km. respectivamente. Se sitúan sobre la zona ecuatorial, y el más externa, se prolongan prácticamente hasta la magnetopausa, límite entre el espacio terrestre y el espacio interplanetario.
  • 42. 44 Introducción…cont Misión y carga útil – Misión especial: el propósito de colocar un equipo (carga útil) y/o personal para llevar a cabo actividades que no pueden realizarse en Tierra. – Carga útil: el diseño de un equipo está influenciado fuertemente por la misión específica, el tiempo de vida anticipado, el vehículo de lanzamiento seleccionado y los ambientes de lanzamiento y del espacio.
  • 43. 45 Introducción (Cont.) Tipos de misión – Comunicaciones – Observación de la Tierra – Navegación – Astronomía – Física espacial – Militar – Prueba de tecnología
  • 44. Segmento espacial Carga útil Bus Estructura Control de posición Control térmico Propulsión Adminstración de datos Telemetría y mando Energía Comunicaciones Arquitectura típica de un satélite
  • 45. 47 Sistema satelital cont… Un sistema satelital está compuesto de la nave (bus) y la(s) carga(s) útil(es) El bus consiste de los siguientes subsistemas: – Sistemas de propulsion y lanzamiento – Control de posición – Sistemas de potencia – Sistemas térmicos – Sistemas estructurales y de configuración – Comunicaciones – Telemetría y mando – Administración y procesamiento de datos
  • 46. 48 Sistemas satelital cont… • Sistemas de propulsion y lanzamiento – Vehículo de lanzamiento: se utiliza para poner a la nave en el espacio – Una vez que el peso y el volumen del vehículo se han estimado, se puede seleccionar un vehículo de una variedad de proveedores – Si es necesario que el vehículo se desvíe de la trayectoria proporcionada por el vehículo de lanzamiento o corregir errores en la condición inicial, se require de un sistema de propulsion adicional – Los sistemas de propulsión a bordo requieren generalmente de los medios para determinar la posición y colocación del vehículo para activar las fuerzas de corrección
  • 47. 49 Sistema satelital cont… Sistema de Determinación y Control de Posición (ADCS) – ADCS se requieren para apuntar el vehículo o un componente, tal como un panel solar, una antena, un eje de propulsion, en una dirección específica – La determinación de la posición (attitude determination) se puede obtener por la orientación con respect a una Estrella, la tierra, el espacio inercial, el campo magnético de la tierra, el sol, etc. – El control de posición puede ser activo, pasivo o una combinación de ambos.
  • 48. 50 Sistema satelital cont… Sistemas de potencia • La potencia del vehículo se puede obtener a través de una gran variedad de dispositivos como: – Páneles solares – Generadores termoeléctricos – Baterías – Celdas de carga – Generadores nucleares – Etc • La mayoría de los satélites usan celdas solares y baterías
  • 49. 51 Sistema satelital cont… Sistemas de control térmico – La función del Sistema de control térmico es mantener las temperaturas dentro límites especificados para permitir que los sistemas abordo funcionen apropiadamente durante la vida planeada de la nave. – El balance térmico se puede controlar usando calentadores, radiadores activos o pasivos así como por aisladores térmicos
  • 50. 52 Sistema satelital cont.. Sistemas de configuración y estructura – La configuración de un satélite está limitada por la capacidad de la carga útil y la forma forma y volume del vehículo de lanzamiento – Las grandes estructuras, tales como páneles solares y antenas, deben desplegarse en el espacio. El despliegue se hace a través de mecanismos actuados por: • Cargas explosivas • Cables • Resortes • Etc.
  • 51. 53 Sistema satelital cont… • El sistemas de mando y telemetría proporcionan información desde y hacia el centro de control, respectivamente. • Los mandos se usan para cambiar el estado de la nave • El Sistema de telemetría colecta y procesa datos sobre el estado de la nave
  • 52. 54 Sistema satelital cont… • Procesamiento y administración de datos – El procesamiento de datos es importante para controlar y reconfigurar a la nave así como para optimizar su rendimiento y procesar datos para transmisión. – Consiste de procesadores, RAM, ROM, almacenamiento masivo y software asociado. – Entre los requerimientos de la computadora de vuelo están: bajo consumo de energía, bajo volumen, masa, resistencia a la radiacion y confiabilidad excepcional
  • 53. 55 Sistemas satelital…cont. Comunicaciones – Se utiliza comunicación por radiofrecuencia para transmitir información entre la nave y sitios terrestres o también entre otras naves. – La información trasmitida desde la nave incluye el estado y la salud de los subsistemas así como datos de los instrumentos primarios. – La información transmitida hacia la nave generalmente consiste de datos para almacenarse en los procesadores de vuelo y mandos para cambiar el estado de la nave, ya sea en tiempo real o cuando se requieran.
  • 54. Ejemplos de satélites
  • 55. Módulo 3: Movimiento de los satélites Leyes de Kepler, Ley de la Gravitación Universal, Leyes de Newton Parámetros de las órbitas • Periodo, inclinación, velocidad, etc. Tipos de órbitas • LEO, MEO, GEO, etc. Ventajas y desventajas de cada una de las órbitas
  • 56. Leyes de Kepler Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol. Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.
  • 57. Leyes de Kepler Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
  • 58. Segunda ley Una forma cualitativa de expresar la segunda ley de Kepler es decir que el satélite se mueve más despacio lejos de la Tierra y se mueve más rápido cuando está cerca de ella. El satélite se mueve más rápido en el perigeo que en el apogeo
  • 59. Leyes de Kepler Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de la distancia media con el Sol. donde, P es el período orbital, r la distancia media del planeta con el Sol y K la constante de proporcionalidad. constante3 2  K r P
  • 60. Tierra Tierra
  • 61. Tierra Aplicando la leyes de Kepler al lanzamiento de un objeto sobre la Tierra Se puede considerar que la Tierra es un punto y toda su masa está concentrada en su centro.
  • 62. En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la superficie terrestre Tierra
  • 63. Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento Tierra El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie
  • 64. Sigamos aumentando la velocidad… Tierra
  • 65. Sigamos aumentando la velocidad… El objeto queda perpetuamente dotado de movimiento Hay una velocidad mínima para la cual el objeto queda en órbita
  • 66. Sigamos aumentando la velocidad…
  • 67. Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa (parábola) Sigamos aumentando la velocidad… El objeto escapa…
  • 68. ¿Qué velocidades se necesitan? • Velocidad orbital para permanecer a 242 Km de altura: 8 Km/seg (26,000 km/hr) • Una órbita completa toma 90 mins • Velocidad de escape terrestre 11.3 km/s (40,680 km/hr)
  • 69. 150 km/h =0.041 km/s 850 m/s =0.85 km/s 3.3 mach =0.98 km/s 3.6 km/s Comparación de velocidades Lanzador profesional Ametralladora M60 SR-71 Cañón HARP
  • 70. Los satélites describen órbitas elípticas siguiendo las Leyes de Kepler. Hay tres tipos de órbitas •Polar •Ecuatorial •Inclinada Órbitas satelitales
  • 71. Ubicación del satélite Ubicación de la antena: Lat. 32º Lon. 15º Ubicación punto subsatelital: Lat. 0º Lon. –30º
  • 72. Plano ecuatorial Ángulo de inclinación Inclinación de la órbita satelital Órbita polar: inclinación 90º Órbita ecuatorial: inclinación 0º
  • 73. Ubicación del satélite D: RANGO : ÁNGULO DE INCLINACIÓN (look up angle) : AZIMUT  E N W S 0º 90º 180º 270º  D
  • 74. Tipos de Órbitas Clasificación por altura: – Low Earth Orbit (LEO): - - <1,500 km – Medium Earth Orbit (MEO) – High Earth Orbit (HEO) ~ >20, 000 km – Geostationary Earth Orbit (GEO) (~36000 km) Clasificación por inclinación: – Ecuatorial (inclinación = 0º) – Inclinación baja – Inclinación alta • Heliosíncrona – depende de la altura – i = 96.3º @ 185 km – i = 99.1º @ 925 km – Polar (inclinación ~ 90º) – Inclinación crítica • i = 63.4º - directa • i = 116.6º - retrógrada Clasificación por la forma: – Circular – Elíptica • Molniya – HEO con inclinación crítica • Transferencia de Hohmann • Otras – Parabólica (trayectoria de escape marginal) – Hiperbólica (trayectoria de escape) Clasificación por dirección del movimiento del satélite: – Directa: el satélite se mueve hacia el oeste • Inclinación < 90º – Retrógrada: el satélite se mueve hacia el oeste
  • 75. Alturas orbitales de los satélites
  • 76. Comparación entre satélites de varias orbitas Orbita GEO Orbita MEO Orbita LEO Altura (km) 36,000 6.000-12.000 200-3000 Período Orbital (Hr) 24 5-12 1.5 Velocidad (Km/hr) 11,000 19,000 27,000 Retraso (ida y vuelta) (ms) 250 80 10 Período de Visibilidad Siempre 2-4 Hr <15 min Satélites necesarios para cobertura global 3 10-12 50-70
  • 77. Clasificación orbital de los satélites Los satélites se pueden clasificar según: 1. Su distancia de la Tierra (Geoestacionaria, Geosíncrona, de Baja Altura, de Media Altura y Excéntricas). 1. Su Plano Orbital con respecto al Ecuador (Ecuatorial, Inclinada y Polar). 2. La Trayectoria Orbital que describen (Circular y Elíptica).
  • 78. Cinturones de Van Allen Regiones con partículas de alta energía que son atrapadas por el campo magnético terrestre • Cinturón interno: – 1.3-1.7 RE en el plano ecuatorial, protones de energía > 10 MeV – Proceden de los rayos cósmicos (sol, supernovas, agujeros negros, etc.) • Cinturón externo: – 3.1-4.1 RE, electrones de alta energía (<10 MeV) – Tormentas geomagnéticas • Efectos dañinos: – Degrada los componentes electrónicos del satélite (sobre todo, semiconductores, paneles solares y elementos ópticos) – Aumenta el ruido de fondo de los detectores – Induce errores en circuitos digitales – Puede dañar a los astronautas
  • 79. LEO (Low Earth Orbit) • Altura: 250 – 1000 km • Semieje mayor: 6,600 – 7,400 km – e < 0.06 (casi circulares) • A tener en cuenta: – Alta velocidad: > 7 km/s – Tiempos de visibilidad reducidos y discontinuos desde una estación – Continuos eclipses – Facilidad de puesta en órbita • Perturbaciones: – J2 (achatamiento terrestre) – Resistencia atmosférica – Presión de la radiación solar, para h~1000km
  • 80. Órbitas bajas (LEO) Ventajas – Cobertura global (si constelación) – Menores pérdidas – Terminales más pequeños – Retardos mínimos (<10ms) – Uso eficiente del espectro – No requiere redundancia de satélite (constelaciones) – Permite determinación de posición como valor añadido – Tiempo de revisita reducido Desventajas – Gran constelación de satélites para cobertura global – Señal variable (multitrayecto) – Desviación Doppler – Visibilidad breve y elevación variable – Compleja arquitectura de red – Tecnología poco establecida – Muchos eclipses – Basura espacial (space debris) – Reemplazo de satélites – Instalación lenta Servicios: comunicaciones móviles, teledetección, investigación espacial, vigilancia, meteorología, etc.
  • 81. Misiones LEO • Experimentación científica – ISS (330-377 km), antigua MIR (350-417 km), Shuttle (280 km) • Observación astronómica – Hubble (600 km) • Observación terrestre – Seguimiento atmosférico: NOAA (840 km), Metop (mín. 822 km) – Rescate y vigilancia: Landsat (705 km), SPOT (822 km) • Comunicaciones – Orbcomm (840 km), Globalstar (1414 km) • Órbitas de aparcamiento – Utilizadas en los lanzamientos de satélites GEO o misiones interplanetarias
  • 82. MEO (Medium Earth Orbit) Altura: 10,000 – 30,000 km • A tener en cuenta: – Alta velocidad: 3 km/s < v < 7 km/s – Mayor tiempo de visibilidad que LEO – Radiación de los cinturones de Van Allen – Dificultad de puesta en órbita respecto de LEO (requiere varias etapas) • Misiones: – Navegación: • Constelaciones: GPS, Glonass, Galileo • Satélites: GIOVE-A
  • 83. Órbitas medias (MEO) Servicios: comunicaciones móviles, gestión de flotas, navegación, etc. Ejemplos: GPS, Galileo, Orbcomm Desventajas – Gran constelación de satélites – Señal variable – Efecto Doppler – Visibilidad breve (traspasos) – Compleja arquitectura de red – Tecnología poco establecida – Muchos eclipses – Basura espacial Ventajas – Cobertura global – Menores pérdidas que GEO – Terminales de tamaño medio – Retardos medios (<100ms) – Uso eficaz del espectro
  • 84. Constelaciones LEO vs MEO Sistema Iridium (LEO) 66 satélites Altura=780 km 6 planos orbitales (i=86.4º) Sistema ICO (MEO) 10 satélites Altura=10355 km 2 planos orbitales (i=45º)
  • 85. GEO (Geostacionario) Servicios: radiodifusión y enlaces de contribución, comunicación de flotas, comunicaciones móviles, meteorología (Meteosat), satélites de relay, redes VSAT, etc. Ejemplos: Hispasat, Inmarsat, Intelsat, Eutelsat, SES Astra, Thuraya Ventajas – Tecnología desarrollada – Estabilidad de la señal – Doppler mínimo – Interferencias predecibles – Cobertura de zonas pobladas – Puesta en órbita conocida – Buena visibilidad Inconvenientes – No cubre zonas polares – Pérdidas de enlace – Retardo considerable – Alto coste de lanzamiento – Bajo ángulo de elevación – Eclipses – Basura espacial – Poco aprovechamiento del espectro (gran zona de cobertura) (se mejora con multihaz) – Poca fiabilidad en móviles – Costoso uso del satélite de reserva
  • 86. Satélite geoestacionario T: 23h 56 m 4.09 s Vel= 11,472 Km/h Polo Norte Latitud 0º Longitud 0º (Mer. Greenwich) 15º 45º 60º EW Altura: 35.786 km
  • 87. 1. El satélite permanece casi estacionario con respecto a una estación terrestre específica. Consecuentemente, no se requiere equipo costoso de rastreo en las estaciones terrestres. 2. Las antenas se enfocan al satélite al instalarlas y se fijan para largos períodos de funcionamiento. 3. No hay necesidad de cambiar de un satélite a otro, cuando giran por encima. Consecuentemente, no hay rupturas en la transmisión por los tiempos de conmutación. Ventajas de las órbitas geoestacionarias
  • 88. 4. Los satélites geoestacionarios pueden cubrir un área de la Tierra mucho más grande, que sus contrapartes orbitales de baja altitud. 5. Los efectos del cambio de posición Doppler son insignificantes. 6. Con tres satélites se tiene un enlace de cobertura total del planeta (excepto los polos). Ventajas de las órbitas geoestacionarias
  • 89. 1. La distancia a la que se encuentran los satélites geoestacionarios (36,000 Km sobre la superficie de la Tierra) introduce tiempos de propagación más largos. El retardo de propagación del viaje redondo entre dos estaciones terrenas, por medio de un satélite geoestacionario, es de 500 a 600 ms. Desventajas de las órbitas geoestacionarias
  • 90. 2. Los satélites geoestacionarios requieren de alta potencia de transmisión y receptores más sensibles debido a las distancias más grandes y mayores pérdidas de trayectoria. 3. Se requieren maniobras espaciales de alta precisión para colocar un satélite geoestacionario en órbita y mantenerlo en ella. 4. Se requieren los motores de propulsión, a bordo de los satélites, para mantenerlos en sus órbitas respectivas. Desventajas de las órbitas geoestacionarias
  • 91. Geosíncronas vs. Geoestacionarias
  • 92. El Cinturón GEO
  • 93. El Cinturón GEO
  • 94. Comparación de órbitas
  • 95. Heliosíncronas • Heliosíncronas ≡ Sun-synchronous (SSO) • Caso particular de LEO • La velocidad de regresión nodal es igual a la velocidad angular de giro de la Tierra en torno al Sol – La orientación del plano orbital respecto a la dirección del Sol se mantiene casi constante – Los satélites sobrevuelan cada latitud a la mismo hora solar, en el tramo ascendente, y a otra misma hora solar en el plano descendente – El ángulo entre el plano orbital y la dirección Sol-Tierra es constante • Aplicación: • Órbita que no sufra eclipses en ningún momento • Para satélites de observación, siempre se toman los datos en las mismas condiciones
  • 96. Órbitas heliosíncronas
  • 97. Órbitas heliosíncronas vs no heliosíncronas El plano orbital gira a la misma velocidad que la Tierra alrededor del Sol (0.986º/día) Orientación de Ω fija respecto de un sistema inercial Ángulo entre plano orbital y la dirección Tierra- Sol para la misma hora en diferentes días (diferente iluminación en cada pase) Órbita heliosíncrona Órbita no heliosíncrona
  • 98. Misiones de órbitas heliosíncronas • Observación terrestre – Alturas de observación constantes – Distancias de observación bajas, lo que permite aumentar la resolución – Carácter polar: cobertura de toda la superficie terrestre – Mismas condiciones de iluminación, lo que facilita la comparación de observaciones • Ejemplo: SPOT 4 – h=831 km (a~7200 km), T=101.5 minutos, número de revoluciones por periodo = 369, i=98.8º – Órbita heliosíncrona: la traza se repite cada 26 días, pasando por el ecuador a las 10.30 am (ángulo=22.5°) • Por tanto, el ciclo de repetición de la traza es (m,n)=(26,369) – Exploración con FoV=117 km (máximo 950 km de anchura) – Cada 5 cinco días, recoge datos de bandas adyacentes
  • 99. Satélites SPOT (ESA) SPOT-5 Órbita heliosíncrona
  • 100. Satélites SPOT
  • 101. Landsat 7 (NASA) T=99 min Radio=705 km i =98.2º 14 órbitas por día. La traza se repite cada 16 días
  • 102. ¿Cómo funciona el GPS?
  • 103. GPS 24 satélites en 6 planos h=20200 km i=55º
  • 104. Órbitas Elípticas (HEO) Órbitas de elevada excentricidad – Perigeo: altura de LEO – Apogeo: altura de MEO, GEO o mayor • A tener en cuenta: – El satélite pasa la mayor parte del tiempo en la zona del apogeo – Coste de lanzamiento menor que GEO – No válidas para observación terrestre – Varios satélites dando cobertura global (no apuntamiento continuo de la antena de la ET) • Perturbaciones – Movimiento del perigeo – Resistencia atmosférica en la zona del perigeo – Atraviesan los cinturones de Van Allen – Correcciones orbitales
  • 105. Órbitas elípticas (HEO) Ejemplos: – Comunicaciones: Molnyia y Tundra; SIRIUS – Observación espacial: THEMIS A; DoubleSTAR (CT-2) Ventajas – Cobertura de zonas polares – Mayor ángulo de elevación – Menor coste de lanzamiento – No requiere satélite de reserva Inconvenientes – No da cobertura global – Pérdidas de enlace grande – Retardo considerable – Efecto Doppler – Conmutación de satélites – Cruce con cinturones de Van Allen en perigeo (radiación) – Muy sensibles a la asimetría de la Tierra (la órbita se estabiliza si i=63.435º)
  • 106. Constelaciones de satélites Mejora de la cobertura en tiempo y periodicidad Objetivo de diseño: – Reducir el número de satélites que proporcionen la cobertura adecuada para cada altura – Reducir el coste total de producción, lanzamiento y operación
  • 107. Modulo 4. LANZADORES Ing. Mario M. Arreola Santander Dirección de Divulgación de la Ciencia y Tecnología Espacial Coordinación General de Formación de Capital Humano en el Campo Espacial Agencia Espacial Mexicana X) (Foto: FALCON 9 de Space
  • 108. Inicio OBJETIVOS AGENDA • Conocer la importancia de la misión • Familiarizarse con la terminología de lanzadores. • Conocer las diferentes tecnologías de los Sistemas de Propulsión Espacial. • Conocer las diferentes partes de un vehículo lanzador. • Sitios de lanzamiento. • Bases de una misión espacial. • Sistemas de Propulsión Espacial. • Algunos Lanzadores. • Nave Espacial (Carga útil) • Servicios de integración y pruebas antes del lanzamiento
  • 109. Sitios habilitados con plataformas para lanzamiento de Cohetes 1 - Vandenberg 2 - Edwards 3 - Wallops Island 4 - Cape Canaveral 5 - Kourou 6 - Alcantara 7 - Hammaguir 8 - Torrejon 9 - Andoya 10 - Plesetsk 11 - Kapustin Yar 12 - Palmachim 13 - San Marco 14 - Baikonur 15 - Sriharikota 16 - Jiuquan 17 - Xichang 18 - Taiyuan 19 - Svobodny 20 - Kagoshima 21 - Tanegashima 22 - Woomera
  • 110. Misión Espacial • Importancia de la Misión – ¿Qué? – ¿Cómo? – ¿Quién? – ¿Cuándo? (Ventana de tiempo) – ¿Con qué? – ¿Desde donde?
  • 111. Trayectoria a Marte
  • 112. Propulsión • La función primaria del subsistema de propulsión es proporcionar impulso a la nave espacial. • Empleando un propelente mas una fuente de energía se crean gases de escape de alta velocidad lo que proporciona: empuje • F=ma; todos los sistemas de propulsión trabajan por intercambio de momento. – Ej: Veleros, turbinas jet, motores cohete.
  • 113. Sistemas de propulsión espacial • Termodinámicos (calor a energía cinética) – Gas (Freón, helio) – Químicos (Sólido, líquido, híbrido) – Nuclear – Termoeléctrico • Electrodinámico, electrostático, electromagnético – Iones/ plasma son acelerados a altas velocidades. • Exóticos: – Vela Solar, cuerda.
  • 114. Motores Cohete Químicos • Combustible sólido – Simple, confiable, gran empuje. – No son controlables (non stop) – Aluminio y Perclorato de amonio/hule • Combustible líquido – Buen empuje, control de encendido. – Complejos, manejo de dos combustibles. – Oxidante y combustible: hidrogeno, keroseno, hidracina. • Híbrido – Oxidante liquido y combustible sólido (hule, PE) • Ej: Space Ship one.
  • 115. Sistema Híbrido
  • 116. Vela Solar
  • 117. Diagrama simple de un motor de combustible líquido
  • 118. Energía termodinámica a energía cinética
  • 119. Motor del Saturno V Motor del Space Shuttle
  • 120. Motor del Space Shuttle (Vista parcial)
  • 121. Toberas del cohete Ruso Protón
  • 122. Ensamble de 4 motores
  • 123. Motores del Saturno V
  • 124. Lanzador Soyuz en plataforma
  • 125. Cohete Protón (Rusia)
  • 126. Agencia Espacial Europea
  • 127. Lanzadores de la
  • 128. Ensamble de Lanzadores y nave espacial
  • 129. Montaje de motores de combustible sólido en un cohete Delta
  • 130. Atlas/Centaur en proceso de ensamble
  • 131. Área de pruebas y montaje final de módulos para la Estación Espacial Internacional en Cabo Kennedy
  • 132. Paquete de experimentos mexicanos en prueba de vibración en el Centro de Ingeniería Espacial de la U. Estatal de Utah.
  • 133. Sonda Cassini/ Huygens (Titán IV)
  • 134. Cargas principales: Satélite TDRSS y MSL-Curiosity con sus cofias
  • 135. Lanzador Delta IV y carga útil
  • 136. Puesta en órbita geoestacionaria
  • 137. Lanzamiento de un cohete Pegasus XL
  • 138. Lanzadores Delta II y Titán
  • 139. Lanzador Soyuz (Rusia) despegue
  • 140. Lanzamiento del UNAMSAT-b como carga secundaria de un satélite Ruso PARUS por un lanzador Cosmos 3M UNAMSAT b Satélite PARUS
  • 141. Lanzamiento del Satélite Morelos II México desde el Space Shuttle
  • 142. Satélite Bicentenario (Mexat 3)
  • 143. Costos típicos para una misión de satélites pequeños
  • 144. Control de la misión (vista parcial)
  • 145. Actividad: Simulador de ensamble de Lanzadores www.nasa.gov/externalflash/RocketScience101/RocketScience101.html
  • 146. Gracias