Una órbita de tundra ( en ruso : орбита «Тундра» ) es una órbita geosincrónica altamente elíptica con una inclinación alta (aproximadamente 63,4°), un período orbital de un día sideral y una excentricidad típica entre 0,2 y 0,3. Un satélite colocado en esta órbita pasa la mayor parte de su tiempo sobre un área elegida de la Tierra , un fenómeno conocido como permanencia en el apogeo , que los hace particularmente adecuados para satélites de comunicaciones que prestan servicio en regiones de alta latitud. La trayectoria terrestre de un satélite en una órbita de tundra es una figura cerrada de 8 con un bucle más pequeño sobre el hemisferio norte o sur. [1] [2] Esto los diferencia de las órbitas Molniya diseñadas para dar servicio a regiones de alta latitud, que tienen la misma inclinación pero la mitad del período y no se detiene en una sola región. [3] [4]
Las órbitas de tundra y molniya se utilizan para proporcionar a los usuarios de latitudes altas ángulos de elevación más altos que una órbita geoestacionaria . Esto es deseable ya que la transmisión a estas latitudes desde una órbita geoestacionaria (por encima del ecuador de la Tierra ) requiere una potencia considerable debido a los bajos ángulos de elevación y la distancia adicional y la atenuación atmosférica que conlleva. Los sitios ubicados por encima de los 81° de latitud no pueden ver satélites geocéntricos en absoluto y, como regla general, los ángulos de elevación inferiores a 10° pueden causar problemas, dependiendo de la frecuencia de comunicaciones. [5] : 499 [6]
Las órbitas altamente elípticas ofrecen una alternativa a las geoestacionarias, ya que permanecen sobre las regiones de alta latitud deseadas durante largos períodos de tiempo en el apogeo. Sin embargo, su conveniencia se ve mitigada por el costo: se requieren dos satélites para proporcionar cobertura continua desde una órbita Tundra (tres desde una órbita Molniya). [3]
Una estación terrestre que recibe datos de una constelación de satélites en una órbita altamente elíptica debe cambiar periódicamente entre satélites y lidiar con intensidades de señal variables, latencia y desplazamientos Doppler a medida que el alcance del satélite cambia a lo largo de su órbita. Estos cambios son menos pronunciados para los satélites en una órbita de tundra, dada su mayor distancia de la superficie, lo que hace que el seguimiento y la comunicación sean más eficientes. [7] Además, a diferencia de la órbita de Molniya, un satélite en una órbita de tundra evita pasar por los cinturones de Van Allen . [8]
A pesar de estas ventajas, la órbita Tundra se utiliza con menos frecuencia que la órbita Molniya [8], en parte debido a la mayor energía de lanzamiento requerida. [1]
En 2017, la oficina de desechos espaciales de la ESA publicó un documento en el que proponía que se utilizara una órbita similar a la de la tundra como órbita de eliminación para viejos satélites geoestacionarios de alta inclinación, en lugar de las tradicionales órbitas cementerio . [3]
Una órbita típica de tundra [7] tiene las siguientes propiedades:
En general, la oblatividad de la Tierra perturba el argumento de perigeo de un satélite ( ) de tal manera que cambia gradualmente con el tiempo. [1] Si solo consideramos el coeficiente de primer orden , el perigeo cambiará de acuerdo con la ecuación 1 , a menos que se corrija constantemente con quemas de propulsores para mantener la posición.
donde es la inclinación orbital, es la excentricidad, es el movimiento medio en grados por día, es el factor perturbador, es el radio de la Tierra, es el semieje mayor, y está en grados por día.
Para evitar este gasto de combustible, la órbita de la tundra utiliza una inclinación de 63,4°, cuyo factor es cero, de modo que no hay cambios en la posición del perigeo a lo largo del tiempo. [9] [10] : 143 [7] Esto se llama inclinación crítica, y una órbita diseñada de esta manera se llama órbita congelada .
Un argumento de perigeo de 270° sitúa el apogeo en el punto más septentrional de la órbita. Un argumento de perigeo de 90° serviría igualmente para las altas latitudes meridionales. Un argumento de perigeo de 0° o 180° haría que el satélite se situara sobre el ecuador, pero esto no tendría mucho sentido, ya que podría hacerse mejor con una órbita geoestacionaria convencional . [7]
El período de un día sideral garantiza que los satélites sigan la misma trayectoria terrestre a lo largo del tiempo. Esto está controlado por el semieje mayor de la órbita. [7]
La excentricidad se elige para el tiempo de permanencia requerido y cambia la forma de la trayectoria terrestre. Una órbita de tundra generalmente tiene una excentricidad de aproximadamente 0,2; una con una excentricidad de aproximadamente 0,4, que cambia la trayectoria terrestre de una figura de 8 a una de lágrima, se llama órbita de supertundra . [11]
La altura exacta de un satélite en una órbita de Tundra varía entre misiones, pero una órbita típica tendrá un perigeo de aproximadamente 25.000 kilómetros (16.000 millas) y un apogeo de 39.700 kilómetros (24.700 millas), para un semieje mayor de 46.000 kilómetros (29.000 millas). [7]
De 2000 a 2016, Sirius Satellite Radio , ahora parte de Sirius XM Holdings , operó una constelación de tres satélites en órbitas de tundra para radio satelital . [12] [13] La RAAN y la anomalía media de cada satélite estaban desplazadas 120° de modo que cuando un satélite se movía de su posición, otro había pasado el perigeo y estaba listo para tomar el relevo. La constelación se desarrolló para llegar mejor a los consumidores en latitudes lejanas al norte, reducir el impacto de los cañones urbanos y requirió solo 130 repetidores en comparación con los 800 de un sistema geoestacionario. Después de la fusión de Sirius con XM, cambió el diseño y la órbita del satélite de reemplazo FM-6 de una tundra a una geoestacionaria. [14] [15] Esto complementó al FM-5 ya geoestacionario (lanzado en 2009), [16] y en 2016 Sirius suspendió la transmisión desde órbitas de tundra. [17] [18] [19] Los satélites Sirius fueron los únicos satélites comerciales que utilizaron una órbita Tundra. [20]
El sistema satelital japonés Quasi-Zenith utiliza una órbita geoestacionaria similar a la órbita de la tundra, pero con una inclinación de solo 43°. Incluye cuatro satélites que siguen la misma trayectoria terrestre. Fue probado a partir de 2010 y entró en pleno funcionamiento en noviembre de 2018. [21]
La órbita de la tundra ha sido considerada para su uso por el proyecto Arquímedes de la ESA , un sistema de transmisión propuesto en la década de 1990. [13] [22]
