Un satélite o satélite artificial [a] es un objeto, típicamente una nave espacial , colocado en órbita alrededor de un cuerpo celeste . Los satélites tienen una variedad de usos, que incluyen retransmisión de comunicaciones, pronóstico del tiempo, navegación ( GPS ), radiodifusión, investigación científica y observación de la Tierra. Otros usos militares son el reconocimiento, la alerta temprana, la inteligencia de señales y, potencialmente, el lanzamiento de armas. Otros satélites incluyen las etapas finales de los cohetes que colocan los satélites en órbita y los satélites que antes eran útiles y que luego caen en desuso.
A excepción de los satélites pasivos , la mayoría de los satélites cuentan con un sistema de generación de electricidad para los equipos a bordo, como paneles solares o generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG). La mayoría de los satélites también tienen un método de comunicación con las estaciones terrestres , llamados transpondedores . Muchos satélites utilizan un bus estandarizado para ahorrar costes y trabajo, el más popular de los cuales es un pequeño CubeSats . Satélites similares pueden trabajar juntos como grupos, formando constelaciones . Debido al alto costo del lanzamiento al espacio, los satélites están diseñados para ser lo más livianos y robustos posible. La mayoría de los satélites de comunicaciones son estaciones de retransmisión de radio en órbita y llevan docenas de transpondedores, cada uno con un ancho de banda de decenas de megahercios.
Los satélites se colocan desde la superficie hasta la órbita mediante vehículos de lanzamiento , lo suficientemente altos como para evitar la desintegración orbital causada por la atmósfera . Los satélites pueden entonces cambiar o mantener la órbita mediante propulsión , normalmente mediante propulsores químicos o iónicos . En 2018, alrededor del 90% de los satélites que orbitan la Tierra se encuentran en órbita terrestre baja o en órbita geoestacionaria ; Geoestacionario significa que los satélites permanecen quietos en el cielo. Algunos satélites de imágenes eligieron una órbita sincrónica con el Sol porque pueden escanear todo el globo con una iluminación similar. A medida que aumenta el número de satélites y desechos espaciales alrededor de la Tierra, la amenaza de colisión se ha vuelto más grave. Un pequeño número de satélites orbitan otros cuerpos (como la Luna , Marte y el Sol ) o muchos cuerpos a la vez (dos para una órbita de halo , tres para una órbita de Lissajous ).
Los satélites de observación de la Tierra recopilan información para reconocimiento , cartografía , seguimiento del tiempo , del océano, de los bosques, etc. Los telescopios espaciales aprovechan el vacío casi perfecto del espacio exterior para observar objetos con todo el espectro electromagnético . Como los satélites pueden ver una gran parte de la Tierra a la vez, los satélites de comunicaciones pueden transmitir información a lugares remotos. El retraso de la señal de los satélites y la previsibilidad de su órbita se utilizan en los sistemas de navegación por satélite , como el GPS. Las sondas espaciales son satélites diseñados para la exploración espacial robótica fuera de la Tierra y las estaciones espaciales son, en esencia, satélites tripulados.
El primer satélite artificial lanzado a la órbita terrestre fue el Sputnik 1 de la Unión Soviética , el 4 de octubre de 1957. A 31 de diciembre de 2022, existen 6.718 satélites operativos en la órbita terrestre, de los cuales 4.529 pertenecen a Estados Unidos (3.996 comerciales), 590 pertenecen a China, 174 pertenecen a Rusia y 1.425 pertenecen a otras naciones. [1]
El primer estudio matemático publicado sobre la posibilidad de un satélite artificial fue la bala de cañón de Newton , un experimento mental realizado por Isaac Newton para explicar el movimiento de los satélites naturales , en su Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687). La primera representación ficticia de un satélite lanzado a órbita fue un cuento de Edward Everett Hale , " The Brick Moon " (1869). [2] [3] La idea volvió a surgir en La fortuna de Begum (1879) de Julio Verne .
En 1903, Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935) publicó Exploración del espacio utilizando dispositivos de propulsión a chorro , que fue el primer tratado académico sobre el uso de cohetes para lanzar naves espaciales. Calculó la velocidad orbital requerida para una órbita mínima e infirió que un cohete de múltiples etapas impulsado por propulsores líquidos podría lograrla.
Herman Potočnik exploró la idea de utilizar naves espaciales en órbita para una observación militar y pacífica detallada de la Tierra en su libro de 1928, El problema de los viajes espaciales . Describió cómo las condiciones especiales del espacio podrían resultar útiles para experimentos científicos. El libro describía los satélites geoestacionarios (presentados por primera vez por Konstantin Tsiolkovsky ) y discutía la comunicación entre ellos y la Tierra mediante radio, pero no alcanzaba la idea de utilizar satélites para transmisiones masivas y como repetidores de telecomunicaciones. [4]
En un artículo de Wireless World de 1945 , el escritor inglés de ciencia ficción Arthur C. Clarke describió en detalle el posible uso de satélites de comunicaciones para comunicaciones masivas. Sugirió que tres satélites geoestacionarios proporcionarían cobertura sobre todo el planeta. [5] : 1-2
En mayo de 1946, el Proyecto RAND de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos publicó el Diseño preliminar de una nave espacial experimental que orbita el mundo , que decía: "Se puede esperar que un vehículo satelital con la instrumentación adecuada sea una de las herramientas científicas más potentes del siglo XX". ". [6] Estados Unidos había estado considerando el lanzamiento de satélites orbitales desde 1945 bajo la Oficina de Aeronáutica de la Armada de los Estados Unidos . El Proyecto RAND finalmente publicó el informe, pero consideró que el satélite era una herramienta para la ciencia, la política y la propaganda, en lugar de un arma militar potencial. [7]
En 1946, el astrofísico teórico estadounidense Lyman Spitzer propuso un telescopio espacial en órbita . [8]
En febrero de 1954, el Proyecto RAND publicó "Usos científicos de un vehículo satelital", de RR Carhart. [9] Esto amplió los usos científicos potenciales de los vehículos satelitales y fue seguido en junio de 1955 con "El uso científico de un satélite artificial", por HK Kallmann y WW Kellogg. [10]
El primer satélite artificial fue el Sputnik 1 , lanzado por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957 en el marco del programa Sputnik , con Sergei Korolev como diseñador jefe. El Sputnik 1 ayudó a identificar la densidad de las capas altas de la atmósfera mediante la medición de su cambio orbital y proporcionó datos sobre la distribución de señales de radio en la ionosfera . El anuncio inesperado del éxito del Sputnik 1 precipitó la crisis del Sputnik en Estados Unidos y encendió la llamada Carrera Espacial dentro de la Guerra Fría .
En el contexto de las actividades previstas para el Año Geofísico Internacional (1957-1958), la Casa Blanca anunció el 29 de julio de 1955 que Estados Unidos tenía intención de lanzar satélites en la primavera de 1958. Esto se conoció como Proyecto Vanguardia . El 31 de julio, la Unión Soviética anunció su intención de lanzar un satélite en el otoño de 1957.
El Sputnik 2 fue lanzado el 3 de noviembre de 1957 y puso en órbita al primer pasajero vivo, una perra llamada Laika . [11]
A principios de 1955, después de ser presionados por la Sociedad Estadounidense de Cohetes , la Fundación Nacional de Ciencias y el Año Geofísico Internacional, el Ejército y la Armada trabajaron en el Proyecto Orbiter con dos programas competitivos. El ejército utilizó el cohete Júpiter C , mientras que el programa civil-Marina utilizó el cohete Vanguard para lanzar un satélite. El Explorer 1 se convirtió en el primer satélite artificial de los Estados Unidos el 31 de enero de 1958. [12] La información enviada por su detector de radiación condujo al descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen de la Tierra . [13] La nave espacial TIROS-1 , lanzada el 1 de abril de 1960, como parte del programa del Satélite de Observación Infrarroja por Televisión (TIROS) de la NASA, envió las primeras imágenes de televisión de patrones climáticos tomadas desde el espacio. [14]
En junio de 1961, tres años y medio después del lanzamiento del Sputnik 1, la Red de Vigilancia Espacial de Estados Unidos catalogó 115 satélites en órbita terrestre. [15] Astérix o A-1 (inicialmente conceptualizado como FR.2 o FR-2) es el primer satélite francés. Fue lanzado el 26 de noviembre de 1965 mediante un cohete Diamant A desde el sitio de lanzamiento del CIEES en Hammaguir, Argelia. Con Astérix, Francia se convirtió en el sexto país en disponer de un satélite artificial y el tercer país en lanzar un satélite con su propio cohete
Francia es el tercer país que lanza un satélite con su propio cohete, el Astérix , el 26 de noviembre de 1965 mediante un cohete Diamant A desde el centro de lanzamiento del CIEES en Hammaguir , Argelia .
Los primeros satélites se construyeron con diseños únicos. Con los avances de la tecnología, se comenzaron a construir múltiples satélites sobre plataformas de un solo modelo llamadas autobuses satelitales . El primer diseño de bus satelital estandarizado fue el satélite de comunicación geosincrónico (GEO) HS-333 lanzado en 1972. A partir de 1997, FreeFlyer es una aplicación de software comercial disponible para el análisis, diseño y operaciones de misiones satelitales.
Si bien Canadá fue el tercer país en construir un satélite que fue lanzado al espacio, [16] fue lanzado a bordo de un cohete estadounidense desde un puerto espacial estadounidense. Lo mismo ocurre con Australia, cuyo lanzamiento del primer satélite implicó la donación de un cohete Redstone estadounidense y personal de apoyo estadounidense, así como una instalación de lanzamiento conjunta con el Reino Unido. [17] El primer satélite italiano San Marco 1 fue lanzado el 15 de diciembre de 1964 en un cohete Scout estadounidense desde la isla Wallops (Virginia, Estados Unidos) con un equipo de lanzamiento italiano entrenado por la NASA . [18] En ocasiones similares, casi todos los primeros satélites nacionales posteriores fueron lanzados por cohetes extranjeros. [ cita necesaria ]
Después de finales de la década de 2010, y especialmente después de la aparición y puesta en funcionamiento de grandes constelaciones de Internet por satélite (donde los satélites activos en órbita se duplicaron con creces en un período de cinco años), las empresas que construyeron las constelaciones comenzaron a proponer la salida regular planificada de los satélites más antiguos. que llegó al final de su vida útil , como parte del proceso regulatorio para obtener una licencia de lanzamiento. [ cita requerida ] El satélite artificial más grande jamás creado es la Estación Espacial Internacional . [19]
A principios de la década de 2000, y particularmente después de la llegada de los CubeSats y el aumento de los lanzamientos de microsats (frecuentemente lanzados a altitudes más bajas de la órbita terrestre baja (LEO), los satélites comenzaron a diseñarse con mayor frecuencia para ser destruidos, o desintegrarse y quemarse por completo en el planeta. atmósfera. [20] Por ejemplo, los satélites SpaceX Starlink , la primera gran constelación de Internet satelital que superó los 1000 satélites activos en órbita en 2020, están diseñados para ser 100% desechables y quemarse completamente en su reentrada a la atmósfera al final de su vida, o en en caso de un fallo temprano del satélite. [21]
En diferentes períodos, muchos países, como Argelia , Argentina , Australia , Austria , Brasil , Canadá , Chile , China , Dinamarca , Egipto , Finlandia , Francia , Alemania , India , Irán , Israel , Italia , Japón , Kazajstán , Corea del Sur , Malasia , México , Países Bajos , Noruega , Pakistán , Polonia , Rusia , Arabia Saudita , Sudáfrica , España , Suiza , Tailandia , Turquía , Ucrania , Reino Unido y Estados Unidos , tenían algunos satélites en órbita. [22]
La agencia espacial japonesa (JAXA) y la NASA planean poner en órbita un prototipo de satélite de madera llamado LingoSat en el verano de 2024. Han estado trabajando en este proyecto durante algunos años y enviaron las primeras muestras de madera al espacio en 2021 para probar la resistencia del material. a las condiciones espaciales.[23]
La mayoría de los satélites utilizan propulsión química o iónica para ajustar o mantener su órbita , [5] : 78 junto con ruedas de reacción para controlar sus tres ejes de rotación o actitud. Los satélites cercanos a la Tierra son los más afectados por las variaciones en el campo magnético , gravitacional de la Tierra y la presión de radiación del Sol ; Los satélites que están más lejos se ven más afectados por el campo gravitacional de otros cuerpos de la Luna y el Sol. Los satélites utilizan revestimientos reflectantes ultrablancos para evitar daños causados por la radiación ultravioleta. [24] Sin control de órbita y orientación, los satélites en órbita no podrán comunicarse con estaciones terrestres en la Tierra. [5] : 75–76
Los propulsores químicos de los satélites suelen utilizar monopropulsor (de una sola parte) o bipropulsor (de dos partes) que son hipergólicos . Hipergólico significa capaz de arder espontáneamente cuando entran en contacto entre sí o con un catalizador . Las mezclas de propulsores más utilizadas en los satélites son los monopropulsores a base de hidracina o los bipropulsores de monometilhidrazina y tetróxido de dinitrógeno . Los propulsores de iones de los satélites suelen ser propulsores de efecto Hall , que generan empuje acelerando iones positivos a través de una rejilla cargada negativamente. La propulsión iónica es más eficiente en términos de propulsor que la propulsión química, pero su empuje es muy pequeño (alrededor de 0,5 N o 0,1 lb f ) y, por lo tanto, requiere un tiempo de combustión más prolongado. Los propulsores suelen utilizar xenón porque es inerte , puede ionizarse fácilmente, tiene una masa atómica elevada y se puede almacenar como líquido a alta presión. [5] : 78–79
La mayoría de los satélites utilizan paneles solares para generar energía, y algunos en el espacio profundo con luz solar limitada utilizan generadores termoeléctricos de radioisótopos . Los anillos colectores unen los paneles solares al satélite; Los anillos colectores pueden girar para quedar perpendiculares a la luz solar y generar la mayor cantidad de energía. Todos los satélites con panel solar también deben tener baterías , porque la luz del sol queda bloqueada dentro del vehículo de lanzamiento y durante la noche. Los tipos más comunes de baterías para satélites son las de iones de litio y, en el pasado, las de níquel-hidrógeno . [5] : 88–89
Los satélites de observación de la Tierra están diseñados para monitorear y estudiar la Tierra, lo que se denomina teledetección . La mayoría de los satélites de observación de la Tierra se colocan en órbita terrestre baja para obtener una alta resolución de datos, aunque algunos se colocan en órbita geoestacionaria para una cobertura ininterrumpida. Algunos satélites se colocan en una órbita sincrónica con el Sol para tener una iluminación constante y obtener una vista total de la Tierra. Dependiendo de las funciones de los satélites, pueden tener una cámara normal , un radar , un lidar , un fotómetro o instrumentos atmosféricos. Los datos de los satélites de observación de la Tierra se utilizan sobre todo en aplicaciones de arqueología , cartografía , vigilancia medioambiental , meteorología y reconocimiento . [ cita necesaria ] A partir de 2021, hay más de 950 satélites de observación de la Tierra, y la mayor cantidad de satélites operados con Planet Labs . [25]
Los satélites meteorológicos monitorean las nubes , las luces de las ciudades , los incendios , los efectos de la contaminación , las auroras , las tormentas de arena y polvo , la capa de nieve , el mapeo del hielo , los límites de las corrientes oceánicas , los flujos de energía , etc. Los satélites de monitoreo ambiental pueden detectar cambios en la vegetación de la Tierra , rastros atmosféricos contenido de gas, estado del mar, color del océano y campos de hielo. Al monitorear los cambios de la vegetación a lo largo del tiempo, las sequías se pueden monitorear comparando el estado actual de la vegetación con su promedio a largo plazo. [26] Las emisiones antropogénicas pueden monitorearse evaluando los datos de NO 2 y SO 2 troposféricos . [ cita necesaria ]
Un satélite de comunicaciones es un satélite artificial que transmite y amplifica señales de radiotelecomunicaciones a través de un transpondedor ; crea un canal de comunicación entre un transmisor fuente y un receptor en diferentes lugares de la Tierra . Los satélites de comunicaciones se utilizan para televisión , teléfono , radio , internet y aplicaciones militares . [27] Muchos satélites de comunicaciones se encuentran en órbita geoestacionaria a 22.300 millas (35.900 km) sobre el ecuador , de modo que el satélite parece estacionario en el mismo punto del cielo; por lo tanto, las antenas parabólicas de las estaciones terrestres pueden apuntar permanentemente a ese punto y no tienen que moverse para rastrear el satélite. Otros forman constelaciones de satélites en órbita terrestre baja , donde las antenas en tierra tienen que seguir la posición de los satélites y cambiar entre satélites con frecuencia.
Las ondas de radio utilizadas para los enlaces de telecomunicaciones viajan según la línea de visión y, por lo tanto, quedan obstruidas por la curva de la Tierra. El objetivo de los satélites de comunicaciones es transmitir la señal alrededor de la curva de la Tierra permitiendo la comunicación entre puntos geográficos muy separados. [28] Los satélites de comunicaciones utilizan una amplia gama de frecuencias de radio y microondas . Para evitar interferencias en la señal, las organizaciones internacionales tienen regulaciones sobre qué rangos de frecuencia o "bandas" pueden usar ciertas organizaciones. Esta asignación de bandas minimiza el riesgo de interferencia de la señal. [29]Cuando un satélite de observación de la Tierra o un satélite de comunicaciones se despliega con fines militares o de inteligencia, se le conoce como satélite espía o satélite de reconocimiento.
Sus usos incluyen alerta temprana de misiles, detección de explosiones nucleares, reconocimiento electrónico y vigilancia por imágenes ópticas o de radar.
Los satélites de navegación son satélites que utilizan señales horarias de radio transmitidas para permitir que los receptores móviles en tierra determinen su ubicación exacta. La línea de visión relativamente clara entre los satélites y los receptores en tierra, combinada con una electrónica cada vez mejor, permite a los sistemas de navegación por satélite medir la ubicación con precisiones del orden de unos pocos metros en tiempo real.
Los satélites astronómicos son satélites utilizados para la observación de planetas distantes, galaxias y otros objetos del espacio exterior. [ cita necesaria ]
Los satélites Tether son satélites que están conectados a otro satélite mediante un cable delgado llamado tether . Los satélites de recuperación son satélites que proporcionan recuperación de cargas útiles de reconocimiento, biológicas, de producción espacial y otras desde la órbita a la Tierra. Los biosatélites son satélites diseñados para transportar organismos vivos, generalmente para experimentación científica. Los satélites de energía solar basados en el espacio son satélites propuestos que recolectarían energía de la luz solar y la transmitirían para su uso en la Tierra u otros lugares. [ cita necesaria ]
Desde mediados de la década de 2000, organizaciones militantes han pirateado satélites para transmitir propaganda y robar información clasificada de las redes de comunicación militares. [30] [31] Con fines de prueba, los satélites en órbita terrestre baja han sido destruidos por misiles balísticos lanzados desde la Tierra. Rusia , Estados Unidos , China e India han demostrado capacidad para eliminar satélites. [32] En 2007, el ejército chino derribó un satélite meteorológico envejecido, [32] seguido por la Armada de los EE. UU. derribando un satélite espía desaparecido en febrero de 2008. [33] El 18 de noviembre de 2015, después de dos intentos fallidos, Rusia llevó a cabo con éxito realizó una prueba de vuelo de un misil antisatélite conocido como Nudol . [ cita necesaria ] El 27 de marzo de 2019, India derribó un satélite de prueba en vivo a 300 km de altitud en 3 minutos, convirtiéndose en el cuarto país en tener la capacidad de destruir satélites en vivo. [34] [35]
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Problemas como los desechos espaciales , la contaminación radioeléctrica y lumínica están aumentando en magnitud y al mismo tiempo carecen de avances en la regulación nacional o internacional. [37] [36] Los desechos espaciales plantean peligros para las naves espaciales [38] [39] (incluidos los satélites) [39] [40] que se encuentran en órbitas geocéntricas o las cruzan y tienen el potencial de provocar un síndrome de Kessler [41] que podría reducir potencialmente la humanidad realice proyectos espaciales en el futuro. [42] [43]
Con el aumento en el número de constelaciones de satélites , como SpaceX Starlink , la comunidad astronómica, como la IAU , informan que la contaminación orbital está aumentando significativamente. [44] [45] [46] [47] [48] Un informe del taller SATCON1 de 2020 concluyó que los efectos de las grandes constelaciones de satélites pueden afectar gravemente algunos esfuerzos de investigación astronómica y enumera seis formas de mitigar el daño a la astronomía. [49] [50] La IAU está estableciendo un centro (CPS) para coordinar o agregar medidas para mitigar tales efectos perjudiciales. [51] [52] [53]
Algunas fallas satelitales notables que contaminaron y dispersaron materiales radiactivos son el Kosmos 954 , el Kosmos 1402 y el Transit 5-BN-3 .
En general, la responsabilidad ha estado cubierta por el Convenio sobre Responsabilidad . Se ha propuesto el uso de madera como material alternativo para reducir la contaminación y los desechos de los satélites que reingresan a la atmósfera. [54]
Debido a la baja intensidad de la señal recibida de las transmisiones por satélite, son propensas a sufrir interferencias por parte de transmisores terrestres. Dicha interferencia se limita al área geográfica dentro del alcance del transmisor. Los satélites GPS son objetivos potenciales de interferencia, [55] [56] pero las señales de televisión y teléfonos satelitales también han sido objeto de interferencias. [57] [58]
Además, es muy fácil transmitir una señal de radio portadora a un satélite geoestacionario e interferir así con los usos legítimos del transpondedor del satélite. Es común que las estaciones terrestres transmitan en el momento equivocado o en la frecuencia equivocada en el espacio satelital comercial e iluminen dualmente el transpondedor, dejando la frecuencia inutilizable. Los operadores de satélites ahora cuentan con herramientas y métodos de monitoreo sofisticados que les permiten identificar la fuente de cualquier portadora y administrar el espacio del transpondedor de manera efectiva. [ cita necesaria ]
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