Satélite de comunicaciones para niños

El 10 de julio de 1962 se lanzó el Telstar, el primer satélite de telecomunicaciones.

Los satélites de comunicaciones son como grandes antenas flotando en el espacio. Su trabajo principal es enviar señales de radio y televisión de un lugar a otro en la Tierra. Usan frecuencias muy altas, que se miden en gigahertz (GHz). Gracias a sus antenas especiales, pueden dirigir estas señales a zonas específicas del planeta.

El primer satélite de comunicaciones, llamado Telstar 1, fue lanzado al espacio el 10 de julio de 1962. Ese mismo año, se realizó la primera transmisión de televisión usando un satélite. Hoy en día, los satélites de comunicaciones se usan para muchas cosas, como la televisión, el teléfono, la radio, el internet y para usos militares. A principios de 2021, había más de 2200 satélites de comunicaciones orbitando la Tierra.

La mayoría de estos satélites están en una órbita especial llamada órbita geoestacionaria, a unos 35 900 kilómetros sobre el ecuador. Desde la Tierra, estos satélites parecen estar quietos en el mismo lugar del cielo. Esto es muy útil porque las antenas parabólicas en tierra no necesitan moverse para seguirlos, siempre apuntan al mismo sitio.

Las ondas de radio que usan los satélites viajan en línea recta. Como la Tierra es redonda, estas ondas no pueden ir directamente de un punto a otro si están muy lejos. Los satélites de comunicaciones resuelven este problema, enviando la señal por encima de la curva de la Tierra, lo que permite la comunicación entre lugares muy distantes. Para evitar que las señales se mezclen, existen reglas internacionales que asignan diferentes rangos de frecuencia, o "bandas", a cada tipo de comunicación.

¿Qué son los satélites geoestacionarios (GEO)?

La velocidad a la que un satélite gira alrededor de la Tierra depende de qué tan cerca esté de ella. Cuanto más cerca, más rápido se mueve. Los primeros satélites de comunicaciones se movían en el cielo, lo que hacía difícil que las antenas en tierra los siguieran y la comunicación se perdía cuando el satélite desaparecía.

Existe una altura exacta donde un satélite tarda lo mismo en dar una vuelta a la Tierra que la Tierra en girar sobre sí misma. Esta altura es de 35 786 kilómetros. Esta órbita se conoce como el "Cinturón de Clarke", porque el famoso escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke la propuso en 1945. Los satélites en esta órbita parecen estar fijos en el cielo, por eso se les llama satélites geoestacionarios. Esto tiene dos grandes ventajas: las antenas en tierra pueden quedarse fijas y siempre hay contacto con el satélite.

Los satélites comerciales usan tres bandas de frecuencia principales: C, Ku y Ka. La mayoría de las transmisiones de televisión por satélite usan la banda Ku.

Para evitar que los satélites se interfieran entre sí, no se pueden colocar muy cerca en la órbita geoestacionaria si usan las mismas frecuencias. Esto limita el número total de satélites que pueden estar en esta órbita. La forma en que se distribuyen las frecuencias y el espacio en la órbita se decide mediante acuerdos internacionales.

Las altas frecuencias permiten que las señales del satélite se concentren en áreas geográficas pequeñas, de solo unos cientos de kilómetros. Esto ayuda a que las señales no lleguen a lugares no deseados y a que se necesite menos energía para enviarlas. También permite que las antenas en tierra sean más pequeñas. Por ejemplo, el satélite Astra tiene una "huella" que cubre casi todo el continente europeo.

Un satélite de comunicaciones funciona como un gran repetidor de señales en el espacio. Tiene dispositivos que reciben una señal, la hacen más fuerte y la reenvían en otra frecuencia para evitar problemas.

Cada banda de frecuencia en un satélite se divide en canales. Para cada canal, hay un aparato llamado transpondedor que recibe la señal que sube desde la Tierra y la retransmite de vuelta en la frecuencia correcta.

Cada canal puede tener un ancho de banda de 27 a 72 MHz. Esto permite enviar diferentes tipos de señales, como video y audio (analógico o digital), televisión de alta definición, radio digital, llamadas telefónicas digitalizadas o datos. Por ejemplo, un canal de 50 MHz puede transmitir 50 Mbit de información por segundo.

Un satélite típico puede dividir su ancho de banda total en unos doce transpondedores, cada uno con su propio ancho de banda. Esto permite enviar mucha información al mismo tiempo, como miles de canales de voz o grandes cantidades de datos.

Para enviar datos por satélite, se usan estaciones pequeñas y económicas llamadas VSAT (Terminal de Apertura Muy Pequeña). Una estación VSAT suele tener una antena de un metro y poca potencia. Generalmente, las estaciones VSAT no pueden comunicarse directamente entre sí a través del satélite. Necesitan una estación central en tierra, llamada "hub", que actúa como un repetidor. Así, la comunicación va de una VSAT al satélite, luego al hub, de vuelta al satélite y finalmente a la otra VSAT. Un solo hub puede manejar muchas comunicaciones VSAT.

Los primeros satélites dividían sus canales de forma fija. Los satélites modernos pueden separar los canales en el tiempo, enviando información de una estación y luego de otra. Esto se llama multiplexión por división en el tiempo. Además, los satélites actuales tienen varias antenas y transpondedores, lo que les permite enviar múltiples "haces" de información a diferentes áreas pequeñas de la Tierra al mismo tiempo.

Las comunicaciones por satélite tienen algunas características especiales. Una es el retraso de la señal debido a la gran distancia que debe recorrer. A 36 000 km de altura, la señal viaja al menos 72 000 km, lo que causa un retraso de unos 240 milisegundos solo en el viaje. En la práctica, el retraso es de 250 a 300 milisegundos. En una comunicación VSAT a VSAT, el retraso se duplica. En comparación, una comunicación por fibra óptica en tierra a 10 000 km de distancia solo tiene un retraso de unos 50 milisegundos. Estos retrasos pueden ser un problema para algunos tipos de comunicación si los sistemas no están diseñados para ello.

Otros fenómenos que pueden afectar las comunicaciones por satélite incluyen el ligero movimiento de los satélites geoestacionarios (que parecen hacer un "ocho" en el cielo), los eclipses de Sol (cuando la Luna bloquea la luz solar y el satélite no puede cargar sus baterías) y los tránsitos solares (cuando el Sol se alinea con el satélite y la Tierra, causando interferencia).

Otra característica de los satélites es que sus transmisiones son "broadcast" por naturaleza. Esto significa que cuesta lo mismo enviar una señal a una estación que enviarla a todas las estaciones dentro del área de cobertura del satélite. Esto es útil para algunas aplicaciones, pero para otras donde la seguridad es importante, es un inconveniente, ya que todas las transmisiones deben ser cifradas (codificadas).

El costo de una transmisión por satélite no depende de la distancia, siempre que las dos estaciones estén dentro del área de cobertura del mismo satélite. Además, no se necesita construir mucha infraestructura en tierra, y el equipo es relativamente pequeño. Por eso, los satélites son ideales para conectar lugares temporales o zonas donde las comunicaciones terrestres no están muy desarrolladas.

Recientemente, han surgido servicios de transmisión de datos por satélite que usan la tecnología de la televisión digital, lo que permite usar equipos más económicos. Es posible tener una comunicación donde los datos solo se reciben del satélite a alta velocidad (por ejemplo, 400-500 kbit/s), y para enviar datos de vuelta, se usa una conexión telefónica (módem o RDSI). Esto se llama comunicación asimétrica. Así, el usuario no necesita el equipo costoso para transmitir al satélite. Este servicio está disponible en Europa desde 1997 a través de satélites como Astra y Eutelsat, y lo ofrecen algunos proveedores de servicios de Internet. La instalación para recibir es barata, incluso se pueden usar tarjetas para PC que se conectan directamente a la misma antena que se usa para ver televisión por satélite.

Satélites de órbita baja (LEO)

Los satélites que están a menos de 36 000 km de altura se mueven más rápido que la rotación de la Tierra, por lo que su posición en el cielo cambia constantemente. Cuanto más baja es su órbita, más rápido se mueven. En 1990, la empresa Motorola lanzó un proyecto para poner en órbita muchos satélites (66 en total). Estos satélites, conocidos como Iridium, se colocaron en grupos de once en seis órbitas circumpolares (que pasan por los polos) a 750 km de altura. Estaban distribuidos de manera uniforme para cubrir toda la Tierra. Cada satélite tardaba 90 minutos en dar una vuelta, por lo que en cualquier punto de la Tierra, el satélite más cercano cambiaba cada ocho minutos.

Cada satélite Iridium enviaba varias señales diferentes (hasta 48), cubriendo toda la Tierra con 1628 "haces" de señal. Cada haz era como una "celda" de teléfono, y el satélite se encargaba de comunicar a los usuarios dentro de esa celda. La comunicación entre el usuario y el satélite se hacía en frecuencias de 1.6 GHz, lo que permitía usar dispositivos portátiles. La comunicación entre los satélites en el espacio se realizaba en la banda Ka.

Este proyecto era como una red de telefonía móvil GSM gigante que cubría todo el planeta, pero "colgada" en el cielo.

¿Cómo se construyen los satélites de comunicaciones?

Los satélites de comunicaciones suelen tener varias partes importantes:

• Carga útil de comunicación: Es la parte que envía y recibe las señales, compuesta por transpondedores, antenas y sistemas para cambiar las señales.
• Motores: Se usan para llevar el satélite a su órbita correcta.
• Sistema de estabilización y seguimiento: Mantiene el satélite en la órbita adecuada, con sus antenas apuntando en la dirección correcta y sus paneles solares hacia el Sol.
• Sistema de energía: Alimenta todos los sistemas del satélite. Generalmente, usa células solares para generar electricidad y baterías para guardar energía, especialmente durante los eclipses cuando no hay luz del sol.
• Sistema de Mando y Control: Se comunica con las estaciones de control en tierra. Estas estaciones supervisan el funcionamiento del satélite y controlan sus tareas durante toda su vida útil.

La cantidad de información que un satélite puede manejar depende del número de transpondedores que tenga. Cada servicio (televisión, voz, internet) necesita una cantidad diferente de ancho de banda para funcionar. Esto se calcula con algo llamado "presupuesto de enlace".

¿Cómo se asignan las frecuencias para los satélites?

Asignar las frecuencias a los servicios de satélite es un proceso complejo que requiere mucha coordinación y planificación entre países. Esto lo organiza la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). Para facilitar esta planificación, el mundo se divide en tres grandes regiones:

• Región 1: Incluye Europa, África, Oriente Medio, lo que antes era la Unión Soviética y Mongolia.
• Región 2: Abarca América del Norte y del Sur, y Groenlandia.
• Región 3: Comprende Asia (excepto las áreas de la Región 1), Australia y el suroeste del Pacífico.

Dentro de estas regiones, se asignan bandas de frecuencia a diferentes servicios de satélite. Algunos de los servicios que ofrecen los satélites son:

• Servicio fijo por satélite (SFS)
• Servicio de transmisión por satélite (BSS)
• Servicio móvil por satélite
• Servicio de radionavegación por satélite
• Servicio de satélite meteorológico

Empresas y satélites importantes

Aquí tienes algunos de los operadores y satélites más conocidos:

• SES
• Thales Alenia Space
• Astra
• Arsat
• Embratel Star One
• Eutelsat
• Globalstar
• Hispasat
• Hylas
• Intelsat
• Inmarsat
• Iridium
• Satélite Simón Bolívar
• SatMex
• Telstar
• Flota de satélites de DirecTV.

Galería de imágenes

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  El punto verde y el marrón están siempre en línea en una órbita geoestacionaria.

Véase también

En inglés: Communications satellite Facts for Kids

• Satélite artificial
• Antena parabólica
• Internet por satélite
• DVB.
• VSAT