Una órbita de tundra ( ruso : орбита «Тундра» ) es una órbita geosincrónica altamente elíptica con una alta inclinación (aproximadamente 63,4°), un período orbital de un día sidéreo 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 apogeo , lo que los hace particularmente adecuados para satélites de comunicaciones que sirven a regiones de altas latitudes. La trayectoria terrestre de un satélite en órbita de Tundra es una figura cerrada en forma de 8 con un bucle más pequeño sobre el hemisferio norte o sur. [1] [2] Esto las 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 merodean sobre una sola región. [3] [4]
Las órbitas Tundra y Molniya se utilizan para proporcionar a los usuarios de altas latitudes ángulos de elevación más altos que una órbita geoestacionaria . Esto es deseable ya que la transmisión a estas latitudes desde una órbita geoestacionaria (sobre el 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 de menos de 10° pueden causar problemas, dependiendo de la frecuencia de las comunicaciones. [5] : 499 [6]
Las órbitas altamente elípticas ofrecen una alternativa a las geoestacionarias, ya que permanecen sobre las regiones deseadas de alta latitud durante largos períodos de tiempo en el apogeo. Sin embargo, su conveniencia se ve mitigada por el costo: se necesitan 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 diferentes intensidades de señal, latencia y cambios Doppler a medida que el alcance del satélite cambia a lo largo de su órbita. Estos cambios son menos pronunciados para los satélites en órbita de Tundra, dada su mayor distancia desde 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 utilizar una órbita similar a la tundra como órbita de eliminación de satélites geosincrónicos antiguos de alta inclinación, en lugar de las órbitas de cementerio tradicionales . [3]
Una órbita típica de tundra [7] tiene las siguientes propiedades:
En general, el achatamiento de la Tierra perturba el argumento del perigeo de un satélite ( ), de modo 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 encendidos de los propulsores de mantenimiento de la posición.
donde es la inclinación orbital, es la excentricidad, es el movimiento medio en grados por día, es el factor de perturbación, 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° también serviría para las altas latitudes meridionales. Un argumento de perigeo de 0° o 180° haría que el satélite permaneciera sobre el ecuador, pero esto no tendría mucho sentido ya que podría lograrse mejor con una órbita geoestacionaria convencional . [7]
El período de un día sidéreo 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 según el tiempo de permanencia requerido y cambia la forma de la pista del suelo. 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 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 Tundra para radio satelital . [12] [13] La RAAN y la anomalía media de cada satélite estaban compensadas 120° de modo que cuando un satélite se salía de su posición, otro había pasado el perigeo y estaba listo para tomar el control. La constelación se desarrolló para llegar mejor a los consumidores en latitudes más septentrionales, 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 tundra a geoestacionario. [14] [15] Esto complementó al ya geoestacionario FM-5 (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 japonés de satélites Quasi-Zenith utiliza una órbita geosincrónica similar a la órbita de la tundra, pero con una inclinación de sólo 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]
Se ha considerado el uso de la órbita Tundra en el proyecto Arquímedes de la ESA , un sistema de transmisión propuesto en la década de 1990. [13] [22]
