Industria espacial
Arsat-1, el geoestacionario argentino

Ya está iluminándonos desde el cielo el satélite de comunicaciones geoestacionario Arsat-1, el primero de fabricación argentina, que brindará servicio de televisión gratuita, telefonía e Internet, entre otros. De esta manera, Argentina se suma al selecto club de apenas ocho países en todo el mundo poseedor de la tecnología necesaria para semejante proeza.

El satélite ARSAT-1 comenzó a construirse en 2010 a cargo de la Empresa Argentina de Soluciones Satelitales ARSAT S.A. (formada ciento por ciento por capitales del Estado), dependiente del Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública y Servicios. INVAP, otra empresa estatal (en particular, de la provincia de Río Negro) lo desarrolló y armó bajo los requerimientos de ARSAT. En agosto de 2014, fue trasladado a Guyana Francesa, país muy cercano al plano ecuatorial, desde donde fue lanzado al espacio. La inversión total fue de 280 millones de dólares, que habrán de amortizarse en menos de tres años. A partir de ahí, será pura ganancia.

Entre otros servicios que el satélite brindará para la Argentina y todo el continente americano, se destaca la distribución gratuita de señal de la televisión digital abierta (TDA), de señales para cable operadores y de contenidos hacia afuera de la Argentina. Además, ofrecerá conexión a Internet y participará en la industria de la telefonía celular para cubrir zonas aisladas donde actualmente no hay señal o la cobertura es deficiente.

ARSAT-1 comenzará a operar en órbita geoestacionaria de 71,8° Oeste. Es D Industria espacial Arsat-1, el geoestacionario argentino lanzado por medio de uno de los lanzadores que opera desde la Guyana Francesa (el cohete Ariane-V), a cargo de la empresa europea Arianespace. La masa total de lanzamiento –contando el satélite y su propio combustible– es de alrrededor los 3000 kilogramos. El cohete lanzador lo deja en una órbita de unos 300 kilómetros de altura, proceso que lleva unos 30 minutos (y pega unas cuantas vueltas en esa órbita, calibrando los controles). A partir de ahí, el Arsat-1 se arregla por su cuenta: un primer impulso propio lo llevará a una órbita de transferencia muy elíptica. Manejado desde la Estación Terrena Benavídez, en el norte del conurbano bonaerense, el personal de control irá ampliando la órbita y acercándola al plano ecuatorial hasta los 36.000 kilómetros de la Tierra. Al llegar, pierde mucha velocidad. Pero eso no importa, porque justo en ese momento vuelve a prender los motores para ganar la velocidad necesaria para quedarse en una órbita definitiva, ecuatorial y geoestacionaria. Todavía debe reservar suficiente combustible para reestacionarse todas las veces que sea necesario durante los quince años que estará en servicio. Y aún debe reservar un poco de combustible para salir definitivamente de órbita y dejar vacante el lugar para su reemplazo. En las maniobras de puesta en órbita, consume el 80% de su combustible. El 20% restante debe durar quince años.

Los servicios que prestará Arsat-1 (y sus seguidores) abarcarán a varios países de la región: Paraguay, Chile, Uruguay, Brasil, entre otros, afianzando y reforzando las políticas de integración regional. Con la puesta en funciones de este satélite, Argentina se convirtió en uno de los apenas ocho países en el mundo entero que tienen la capacidad de desarrollar y producir sus propios satélites, junto a Estados Unidos, Rusia, China, Japón, Israel, India y la Eurozona.

Geoestacionarios

Pero ¿qué es un geoestacionario? Un satélite geoestacionario orbita dando una vuelta completa en exactamente 24 horas, el mismo tiempo en que la Tierra da una vuelta completa sobre sí misma. Si el satélite gira en el mismo sentido que la Tierra y está bien colocado, entonces se hallará siempre sobre la misma posición terrestre. Es como tener una estación de retransmisión de radio y televisión en la punta de una súper torre de 36.000 kilómetros de alto, pero sin la torre.

¿Hace falta que esté tan lejos? No cabe otra posibilidad. Las leyes de Newton anticipan que los satélites (ya sean artificiales como naturales) orbitan de forma tal que el cuadrado del período (tiempo que tardan en dar una vuelta completa) es proporcional al cubo de la distancia al centro del planeta. Esa relación la descubrió el astrónomo alemán Johannes Kepler en el siglo XIV y se simboliza resumidamente como T² = k d³.

No se sabe precisamente quién fue el que se dio cuenta de que colocando un satélite lo suficientemente lejos podía lograrse que orbitara con un período de 24 horas, pero suponemos que fue el ingeniero esloveno Herman Potonik, que además hizo el cálculo de la distancia y obtuvo unos 42.000 kilómetros (si le restamos el radio terrestre obtenemos los 36.000 antes mencionados). Inmediatamente, captó el salto crucial que tendrían las telecomunicaciones. Las ondas de radio viajan en línea recta, no pegan curvas. Y, como la superficie de la Tierra es redonda, para comunicarse por radio de un lugar a otro hay que poner las antenas en lo alto. Si las pusiésemos pegadas a la superficie, las transmisiones se perderían en el espacio y no podrían ser “escuchadas” por ningún receptor en la superficie. Si queremos propagar nuestra señal lo más lejos posible, necesitamos construir torres de transmisión cada vez más altas, y eso cuesta mucha plata. Pero si tenemos una torre virtual de 36.000 kilómetros de altura, y en la punta le colocamos nuestro transmisor, aquello que transmita se podría escuchar por casi la mitad del planeta, bastaría que apunten la antena de recepción hacia el transmisor. Eso es lo que hacen, exactamente, los satélites geoestacionarios de comunicaciones de radio, televisión y telefonía.

Esta sencillísima idea de la ingeniería tiene dos restricciones importantes. La primera es que los satélites geoestacionarios solo pueden habitar una órbita, una sola, y esa órbita es ecuatorial. No pueden existir los geoestacionarios en órbitas oblicuas. Solo pueden estar sobre el plano ecuatorial (ver gráfico).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   
   
 
   
   
   
   
   
   
   

 
El esquema de la izquierda muestra a la Tierra girando en torno a su eje Norte-Sur, y una órbita geoestacionaria (ecuatorial, T=24 hs). Un observador, A, siempre encuentra al satélite, S, arriba de su cabeza. A la derecha una órbita oblicua geosincrónica, pero no geoestacionaria: en un momento, un observador, A, tiene al satélite sobre su cabeza. Unas horas después, el observador se desplazó junto con la Tierra por un paralelo, y se localiza en A’. Sin embargo, el satélite se desplazó hacia el norte y ahora está arriba de la cabeza de otro observador, B (que no es el mismo que el primero). El observador A esperaría encontrarlo donde ya no está, S’. Ni lo sueñe que puede colocar una órbita paralela al plano ecuatorial pero desplazada hacia el Norte o hacia el Sur: las órbitas siempre están centradas con el centro de la Tierra.
   

La segunda restricción importante es que, por tratarse de una única órbita posible (estar a 36.000 kilómetros y sobre el plano ecuatorial), nos deja un espacio finito para llenarlo de satélites, ya que deben posicionarse en fila india, uno al lado del otro como cuentas de un collar. Aunque todos se mueven a la misma velocidad, unos 11.000 km/h, es necesario que exista una distancia prudencial entre ellos para que las conversaciones radiofónicas no se interfieran y también es necesario que tengan margen para acomodarse sin chocar entre sí. Por suerte, la órbita es grande, y luego de prudentes cálculos se determinó que la geoestacionaria tiene capacidad para 380 satélites, dejando unos 700 kilómetros entre uno y otro.

Como este espacio es un recurso limitado apareció la necesidad de regular su uso. Y como se solapaba con el tráfico de frecuencias de radio, la responsabilidad recayó en la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que depende de la ONU. Ello desembocó en la creación de unos planes de frecuencias/ posiciones orbitales, en los que una cierta cantidad del espectro de frecuencias se reserva para su utilización presente y futura por todos los países. Estos planes, en los que cada país cuenta con una posición orbital predeterminada, asociada a la utilización libre y en cualquier momento de una cierta cantidad del espectro, garantiza a cada país el acceso a los recursos orbitales y de espectro. A la Argentina le corresponden dos posiciones: 71,8° Oeste y 81° Oeste, pero para mantenerlas hay que ocuparlas en los plazos comprometidos pues, si no, hay que cederlas a otros países que las pueden aprovechar.

Por eso, tener lugares asignados no es nada más que un principio. Y para poder ocuparlo hay que contar con la tecnología para aprovecharlo. También se pueden alquilar los satélites, y hasta comercializar su uso. Pero contar con un satélite propio es una de las metas tecnológicas más importantes que un país puede plantearse, siendo uno de los recursos estratégicos más significativos.

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 reestacionamiento (orbital station-keeping). Estas maniobras implican frecuentemente reposicionamientos de hasta 100 kilómetros. La vida útil de los satélites depende de la cantidad de combustible que tienen y gastan en estas maniobras. Más aún, cuando se acaba su vida útil todavía deben haber reservado una cantidad de combustible necesaria para sacar al satélite de su órbita, estacionarlo en una órbita de depósito de chatarra y dejar el lugar vacante para que lo ocupe su reemplazo.

Lanzamiento

El lanzamiento de los satélites geoestacionarios debe realizarse desde posiciones cercanas al ecuador. El motivo es el ahorro de combustible, ya que cada gramo de más de combustible que se cargue implica más peso para elevar al espacio, y eso requiere más combustible, lo que significa más peso, más combustible, más peso… O sea, una espiral diabólica. Conclusión: todas las misiones se planean desde lugares lo más cercanos posible del ecuador. Hay varias compañías de cohetes que alquilan sus servicios desde esa región. De ellas, la que tiene mejor performance de lanzamientos exitosos es la empresa Arianespace, con más de 60 lanzamientos exitosos. El lanzamiento del ARSAT-1 estuvo previsto para las 17 horas del 16 de octubre pasado. Pero a las 8 de la mañana comenzó lo que se denomina “checking”, que realizaron en forma conjunta los representantes de las tres empresas implicadas: Arianspace, Arsat y la propietaria de un segundo satélite que fue puesto en órbita en el mismo lanzamiento. El proceso dura unas cuatro horas y si todo está dispuesto correctamente, 20 minutos antes de encender los motores comienza la cuenta regresiva. Dependiendo de diversos factores –entre ellos, climáticos– puede haber hasta dos postergaciones de veinte minutos. Pero no más de una hora (eso es lo que dura la ventana de tiempo) porque el proceso debe sincronizarse con la oscilación día-noche. Pasado ese lapso, el lanzamiento deberá reprogramarse.

Si el lanzamiento o la puesta en funcionamiento fallaran, la misión está asegurada financieramente. La empresa aseguradora estimó que la misión superaba los estándares internacionales por lo que la prima que debió pagar ARSAT fue más o menos la mitad de lo usual, y el plazo de la cobertura abarca los quince años programados para la misión, cuando usualmente solo se cubren cinco años.

Artefactos todo terreno

Los satélites geoestacionarios permanecen a la luz del Sol casi permanentemente y muy de vez en cuando se ganan una nochecita durante los equinoccios, cuando son eclipsados por la Tierra. Es importante recordar que el plano ecuatorial está inclinado respecto a los rayos solares (y la órbita de translación terrestre), lo que provoca las estaciones del año. Esto genera que los satélites de este tipo deben operar todo el tiempo a 200 grados sin achicharrarse y dos veces al año se enfrían por unas horas a menos 150 grados sin dejar de operar. También deben soportar permanentemente una diferencia de 50 grados entre las caras expuesta y opuesta al Sol, que cambian constantemente con el día. Asimismo, los circuitos integrados de todos los satélites, sean cuales sean sus órbitas, deben operar en condiciones de radiación extrema lejos de la protección de la atmósfera con que opera cualquier otro artefacto acá en la superficie: un teléfono celular, un reproductor de MP3, un equipo de música, una heladera, o lo que sea, que allá arriba se achicharraría en pocos minutos.

Los satélites también deben ser capaces de soportar enormes vibraciones a las que son sometidas durante el despegue en el lanzamiento. Todas estas particularidades y requerimientos que tienen los satélites deben ser resueltos por un enorme conocimiento que muy pocos países han desarrollado. Un ejemplo nace de pensar cuántas veces se ha “colgado” su computadora en su casa y si no estaba usted para resetearla dejaba de funcionar para siempre. En el satélite no solo deben resetearse solas sino que no pueden perder la información de navegación que venían almacenando, bajo riesgo de quedar fuera de servicio y convertirse en chatarra espacial automáticamente. Este conocimiento, sin el que la historia de los satélites argentinos no hubiese existido, frecuentemente es secreto y los estados que lo poseen no lo comparten con otros, sin importar si son o no aliados.

Una de las piezas más importantes de las plantas que fabrican satélites (en nuestro caso, la empresa INVAP) es la sala de pruebas –que en realidad son varias salas– en las que se recrean las condiciones extremas que van a tener que soportar los satélites y testear su buen funcionamiento en tales exigencias. No tiene ningún sentido enviar al espacio un artefacto que no haya pasado por estas pruebas que, en jerga, se llaman “pruebas ambientales”.

La conquista de las telecomunicaciones desde el espacio es una empresa colectiva. Desde un Estado que interpreta la soberanía en términos políticos, económicos y tecnológicos, hasta un ejército de ingenieros, físicos, computadores y muchas otras variadas profesiones, un sistema universitario que forma los recursos humanos y en lugar de repetir conocimientos ya probados se plantea el desafío de generar nuevo conocimiento, un pueblo que reconoce al conocimiento como una apuesta al futuro… Todos son fundamentales, y si algo tienen en común todos ellos es la convicción de que hoy más que nunca conocimiento es sinónimo de progreso y bienestar.

 

Puesta en órbita geoestacionaria. El lanzamiento debe realizarse desde una posición próxima al ecuador terrestre y la órbita debe girar en el mismo sentido que la Tierra, o sea, hacia el Este. El esquema está fuera de escala; la órbita baja es en realidad más pequeña y cercana a la Tierra, y la geoestacionaria es más grande y lejana de la Tierra.
 
    
  Artículo publicado en la revista EXACTAmente. Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Última actualización nov-14. Buenos Aires, Argentina.