CONCEPTOS BÁSICOS
Órbita Geosíncrona
Una órbita geosíncrona es una órbita geocéntrica que tiene el mismo periodo orbital que el periodo de rotación sideral de la tierra. Tiene un semieje mayor de 42.164 km. en el plano ecuatorial.
Las órbitas síncronas existen alrededor de todas las lunas, planetas, estrellas y agujeros negros — a menos que roten tan lentamente que la órbita estuviera fuera de su esfera de Hill. La mayoría de lunas interiores de planetas tienen rotación síncrona, así que sus órbitas síncronas están, en la práctica, limitadas a sus puntos de Lagrange. Los objetos con rotación caótica (como Hyperion) son también problemáticos, ya que sus órbitas síncronas cambian imprevisiblemente.
Una órbita geosíncrona que es circular y ecuatorial es una órbita geoestacionaria y mantiene su posición relativa respecto a la superficie de la tierra. Si se pudiera ver el satélite en órbita geoestacionaria parecería flotar en el mismo punto del cielo, es decir, no tendría movimiento diurno mientras que se vería al sol, la luna y las estrellas atravesar el cielo detrás de él. Esta órbita tendría un radio aproximado de 42.164 km desde el centro de la tierra equivalentes a aproximadamente 35.790 km sobre el nivel del mar.
Otras órbitas geosíncronas
Las órbitas geosíncronas en el ecuador se conocen como órbitas geoestacionarias. Una órbita geoestacionaria perfecta es una quimera que sólo puede ser aproximada. En la práctica, el satélite se desviaría fuera de su órbita debido perturbaciones como el viento solar, variaciones en el campo gravitacional de la tierra, y la gravedad de la luna y el sol. Se utilizan cohetes para mantener la órbita en un proceso conocido como mantenimiento de estación.
Historia
El autor Arthur C. Clarke se considera padre de la popularización de la órbita geoestacionaria para satélites de comunicaciones. Por ello, la órbita también se conoce como órbita de Clark. El conjunto de satélites en esta órbita se llama Cinturón de Clarke.
El primer satélite de comunicaciones colocado en órbita geosíncrona fue el Syncom 2, lanzado en 1963. Las órbitas geosíncronas han sido utilizadas comúnmente desde entonces, incluyendo la televisión por satélite.
Inicialmente, los satélites geoestacionarios también llevaban llamadas de teléfono pero ya no son usados tanto debido al tiempo que tarda la señal en llegar desde la tierra hasta el satélite y volver dos veces (emisor-satélite-receptor-satélite-emisor para una llamada de teléfono) que es aproximadamente 0,5s.
Casi todos los rincones del planeta tiene ahora comunicaciones terrestres (microondas, fibra óptica), incluso bajo el mar, con una capacidad muy superior a los enlaces vía radio de los satélites. La telefonía vía satélite se limita a lugares pequeños y aislados que no tienen instalaciones terrestre como las islas árticas de Canadá, la Antartida, Alaska y Groenlandia.
Órbita geoestacionaria
Una órbita geoestacionaria o GEO es una órbita geosíncrona directamente encima del ecuador terrestre, con una excentricidad nula. Desde tierra, un objeto geoestacionario parece inmóvil en el cielo y, por tanto, es la órbita de mayor interés para los operadores de satélites artificiales (incluyendo satélites de comunicación y de televisón). Debido a que su latitud siempre es igual a 0º, las locaciones de los satélites sólo varían en su longitud.
La idea de un satélite geosíncrono para comunicaciones se publicó por primera vez en 1928 por Herman Potočnik. La idea de órbita geoestacionaria se popularizó por el escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke en 1945 como una órbita útil para satélites de comunicaciones. En consencuencia, algunas veces se refiere a esta órbita como órbita de Clarke. De igual manera, el cinturón de Clarke es la zona del espacio, aproximadamente a 35.768 km sobre nivel del mar, en el plano del ecuador donde se puede conseguir órbitas geoestacionarias.
Las órbitas geoestacionarias son útiles debido a que un satélite parece estacionario respecto a un punto fijo de la Tierra en rotación. Como resultado, se puede apuntar una antena a una dirección fija y mantener un enlace con el satélite. El satélite orbita en la dirección de la rotación de la Tierra, a una altitud de 35.768 km. Esta altitud es significativa ya que produce un período orbital igual al período de rotación de la Tierra, conocido como día sideral.
USO
Las órbitas geoestacionarias solo se pueden conseguir muy cerca de un anillo de 35.768 km sobre el ecuador. En la práctica, esto significa que todos los satélites geoestacionarios deben estar en este anillo, lo que puede suponer problemas para satélites que han sido retirados al final de su vida útil. Tales satélites continuarán utilizando una órbita inclinada o se moverán a una órbita cementerio.
Se utiliza una órbita de transferencia geoestacionaria para trasladar un satélite desde órbita terrestre baja hasta una órbita geoestacionaria. Existe una red mundial de satélites de meteorológicos geoestacionarios que proporcionan imágenes del espectro visible e infrarrojo de la superficie y atmósfera de la Tierra. Entre estos satélites se incluyen:
- GMS, de Japón.
La mayor parte de los satélites de comunicaciones y satélites de televisión operan desde órbitas geoestacionarias; los satélites de televisión rusos suelen utilizar órbitas de Molniya debido a las latitudes altas de su audiencia. El primer satélite situado en una órbita geoestacionaria fue el Syncom-3, lanzado por un cohete Delta-D en 1964.
Cálculos
En cualquier órbita circular, la aceleración centrípeta necesaria para mantener la órbita se obtiene por la fuerza gravitacional en el satélite. Para calcular la altitud de la órbita geoestacionaria se comienza con su equivalencia y se utiliza el hecho de que el período orbital es igual al día sideral:
Fcentripeta = Fgravitacional
Por la segunda Ley de Newton del movimiento, se puede sustituir las fuerzas F por la masa del objeto multiplicado por su aceleración resultando:
Como la masa del satélite, msat, aparece en ambos lados de la ecuación, la órbita geoestacionaria es independiente de la masa del satélite. Para calcular la altitud se simplifica calculando únicamente el punto donde las magnitudes de la aceleración centrípeta es igual a la aceleración de la gravedad producida por la Tierra.
La fórmula de la aceleración centrípeta es:
Donde ω es la velocidad angular medida en radianes por segundo y r es el radio orbital en metros medidos desde el centro de masas de la Tierra.La fórmula de la aceleración gravitacional es:
Al igualar las dos aceleraciones se obtiene:
Es decir:
Se puede sustituir la constante gravitacional multiplicada por la masa de la Tierra por el parámetro gravitacional estándar, μ, obteniendo:
La velocidad angular ω se obtiene al dividir el ángulo realizado en una revolución
por su período orbital (el tiempo que tarda en realizar una revolución completa: un día sideral o 86164,09054 segundos). El resultado es:
El radio orbital resultante es igual a 42.164 km. Restando el radio terrestre ecuatorial, 6.378 km, da una altitud de 35.786 km. La velocidad orbital se puede calcular multiplicando su velocidad angular por el radio orbital:
Limitaciones Prácticas
Aunque una órbita geoestacionaria debería mantener a un satélite en una posición fija sobre el ecuador, las perturbaciones orbitales causan deriva lenta pero constante alejándolo de su localización geoestacionaria. Los satélites corrigen estos efectos mediante maniobras de estacionamiento. Cuando no existe misiones de mantenimiento, la vida útil de los satélites dependen de la cantidad de combustible que tienen y gastan en estas maniobras.
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