La apasionante aventura de mantener “con vida” un satélite, 2da parte.

Fragmento de los restos de una manta térmica, fotografiado en 1998 durante la misión STS-88 de la nave Endeavour con destino a la ISS (Estación Espacial Internacional) (NASA)
 
Antes que nada, quiero volver agradecer el apoyo, la paciencia e incluso las críticas sin las cuales es imposible mejorar (hasta las más malévolas son de utilidad en esta vida a quien sabe escuchar), podría plantear las materias más resumidamente y no aburrir a quién posee un conocimiento más amplio del tema, pero ante todo deseo iniciar en la tecnología de los satélites a los más alejados para que puedan enfrentarse a esto con una base suficiente para comprender las dudas  que me asaltaron al inicio de todo. Al final de esta segunda parte he añadido un pequeño apéndice, para aclarar alguna duda o pequeña polémica desatada en la primera parte (La introducción acerca de Scapa Flow, si es o no un mito y todas las peripecias que han ocurrido en esta bahía merecen en sí un buen trabajo que ojalá pueda desarrollar algún día, pero desde luego demostró ser una buena manera de crear el interés necesario para adentrarse en materia de forma amena), y recordad que:
 
… Caminante, no hay camino se hace camino al andar
Y al volver la vista atrás
Se ve la senda que nunca
Se ha de volver a pisar…
 
A ver si me explico… ¡Que no soy escritor Coñeee!

Planta de fabricación del ARSAT-2 en San Carlos de Bariloche en Argentina, aquí ya estamos hablando de un satélite de dimensiones considerables y peso, tiene aproximadamente 1,8x2x2,9 metros,  pero con los paneles solares desplegados mide más de 16 metros entre sus extremos. Argentina se convirtió en el noveno país del mundo en la fabricación de satélites geoestacionarios en el año 2014. Cada satélite ARSAT cuenta con17 motores en total, el de mayor empuje es el “de apogeo”, que ejerce 400 Newton de fuerza.  (ARSAT)
 
Entonces... ¿De qué se compone básicamente un satélite?
 
Para poder hacer una división de los elementos que componen un satélite, por un lado tenemos los sistemas básicos de un satélite que se dividen en:

• Navegación que a su vez se compone de sistema eléctrico, propulsión, y sistema de guía y orientación, además de un sistema de control y coordinación del resto de sistemas y subsistemas.

 

• Comunicaciones que engloba todos los dispositivos con los que recibimos información desde el satélite o se la enviamos, por lo que en muchos casos también podremos considerar el sistema de comunicaciones como parte del sistema de navegación cuando la ayuda desde la tierra para la asistencia a la navegación resulte fundamental.

 
Partiendo ahora de esta premisa inicial vamos a ver y analizar los distintos elementos que lo componen a tener en cuenta en su construcción y desarrollo, estos elementos no solo son válidos para un satélite, sino que se amplían a casi cualquier ingenio espacial:
 
La estructura base:
 
Como su nombre indica es el chasis principal o armazón, que acoge o sustenta todos los demás sistemas, así que la misión determinará que hay que llevar dentro, fuera, el orden y disposición afectando de manera drástica al diseño de este chasis, esta estructura tendrá que responder de manera eficaz a los problemas que supone dicha colocación y el soporte efectivo de todos los elementos de funcionamiento y protección de la nave, teniendo que responder a los miles de inconvenientes específicos que se encontrarán  fuera de nuestra protectora atmósfera terrestre.
 
Para empezar, aunque nos dé la sensación de que cruza un espacio absolutamente vacío, atraviesa constantemente una infinita área de partículas atómicas, que constituyen un plasma rarificado en movimiento constante y que al ser cruzado a gran velocidad por el satélite es cargado eléctricamente, por ello las características de los materiales externos de un satélite, por ejemplo, no deben ser nunca diferentes entre sí, para evitar las diferencias de potencial y por tanto que se provoquen descargas.
 
Acabo de mencionar un término un poco extraño pero importante: plasma rarificado, me explico, la materia puede estar presente en cuatro estados, los tres comunes (sólido, líquido y gaseoso) o un cuarto estado que se forma bajo temperaturas y presiones extremadamente altas,  en estas condiciones el choque entre electrones es muy violento, separándose del núcleo y dejando únicamente átomos dispersos, a esto lo llamamos plasma, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres que posee la capacidad de conducir la electricidad. Digamos que sería como un gas pero formado por aniones y cationes (iones con carga negativa y positiva) que flota libre y muy separado por el espacio.
 
Por tanto, la hetereogeneidad de la estructura de un satélite, podría crear también diferencias de potencial entre las zonas iluminadas o no del mismo, la luz solar incidente también libera electrones por lo que podría quedar cargado positivamente en la zona expuesta, mientras que por lo contrario quedaría un potencial negativo en la zona no expuesta.
 
Para quién no esté habitualmente relacionado con temas como la física o la electricidad es un poco difícil de simplificar, pero salvando las distancias es algo así como que la atmósfera espacial transformaría estos objetos en una especie de imanes con dos polos o algo lejanamente similar a una especie de extraña pila con sus correspondientes polaridades, transformando su estructura en algo inestable y peligroso, digamos que sería como un conector eléctrico con sus polos y todos sabemos lo que ocurre cuando acercamos los dedos…

En esta imagen durante la construcción del satélite James Webb podemos apreciar las típicas mantas metalizadas de Kapton en su  variante dorada, (Este material es una poliamida desarrollada por la empresa Dupont al final de los años 60, se presenta habitualmente en forma de lámina, con unas propiedades aislantes excepcionales, y que además se mantiene estable en un rango de temperaturas muy amplio (-269ºC a 400ºC), actualmente su uso está muy extendido en muchos campos desde la electrónica a las modernas impresoras 3D.)  (Flickr)
 
La atmósfera terrestre actúa como una especie de gigantesco invernadero fundamental para la preservación de la vida en la tierra, protegiéndonos por un lado de un amplio espectro de emisiones dañinas y manteniendo un delicado equilibrio entre las temperaturas diurnas y nocturnas en la mayor parte de las regiones del planeta, sin ella entre otros inconvenientes para la vida estaría el constante ascenso y descenso de las temperaturas a niveles extremos, que lo devastarían todo.
 
En el espacio la ausencia de esta capa protectora obliga a que un buen diseño sea vital para proteger a los sistemas y aparatos de un satélite de las temperaturas extremas del espacio, terriblemente elevadas en las secciones iluminadas y gélidas en las oscurecidas, pudiendo en caso de maniobra provocar cambios de cientos de grados en los paneles y la estructura en segundos, que pondrán a prueba la resistencia de los mejores materiales.
 
Mantener el interior de un satélite a una temperatura correcta y estabilizada lo máximo posible es en muchos casos algo crítico, para ello son dotados de complejos sistemas de regulación térmica con múltiples sistemas de termostato, pinturas especiales, protectores mecánicos, diversos tipos de mantas térmicas y todo tipo de maniobras de rotación para adecuar en todo momento la recepción adecuada de energía solar que garantice el equilibrio térmico.
 
Las mantas térmicas suelen ser láminas construidas de materiales como el Kapton y otros materiales aislantes o reflectores, que le otorgan ese aspecto tan característico de las imágenes que vemos de los satélites, como recubiertos de papel de aluminio o dorado, como si se tratase de una película barata de ciencia ficción de los años 70.
 
La ausencia de una protección adecuada en el diseño de esta estructura provocará expansiones y contracciones excesivas que llevarán a vibraciones y distorsiones en los materiales que componen los dispositivos, elevación o descenso excesivo de la temperatura de los componentes que los hará inoperables sea cual fuere su naturaleza.
 
Aquí haré otro pequeño inciso respecto a la razón principal de este trabajo, los equipos de este satélite LES1, de ser cierta la noticia, han estado sometidos durante más de 40 años a brutales cambios de temperatura o bien, secciones de este satélite han sido expuestas de forma inmisericorde al calor y al frío extremos durante décadas, sin maniobra alguna o mecanismo de equilibrio ambiental posible, dada la conocida capacidad de los materiales utilizados en los años sesenta, su resistencia al deterioro por mucha calidad empleada y estando sometidos a las leyes físicas resultan casi mágicos, en la tercera parte de este trabajo, comentaré estudios realizados sobre materiales expuestos en largos periodos al clima espacial y el terrible castigo al que son sometidos, lo cual provoca en este caso mi absoluta perplejidad.
 
Sistema de propulsión:
 
Hace referencia a todos los motores cohete y dispositivos similares utilizados para la propulsión, cambio de posición u orientación, sin ellos un dispositivo puede navegar por el espacio pero de forma inercial sin posible capacidad de maniobra a la espera de caer bajo los efectos  del campo gravitacional de cualquier objeto con una masa considerable que se cruce en su camino,  haciendo casi imposible que pueda cumplir una función determinada pasado un corto periodo de tiempo.
 
El número de dispositivos para la propulsión en un satélite puede variar bastante, según del tipo que se trate y la tecnología usada. Con el paso de los años se han vuelto más complejos y sofisticados, permitiendo efectuar maniobras extremadamente precisas con costes energéticos muy bajos, factor este realmente muy relevante para la vida de un satélite.
 
Otro detalle, atraeré vuestra atención hacia algo tan sencillo como pueda ser en la tierra un sistema de propulsión básico, en el espacio se convierte en un verdadero problema, a causa por ejemplo en las cercanías de la tierra, de la microgravedad, que provoca, que un combustible líquido flote ingrávido y por tanto tengamos que desplazarlo para poder inyectarlo en la cámara de combustión, lo que nos obligará a tener que disponer de un sistema de presión o provocar sus rotación para generar una fuerza centrífuga u otro medio que obligue al líquido a ir por el conducto hacia tal cámara.
Esto suele solucionarse con los combustibles sólidos, aunque tienen el inconveniente de no ser tan fáciles de controlar y ser difíciles de apagar una vez encendidos, no obstante suelen ser ideales como motores principales de apogeo o de inserción en una trayectoria planetaria.
 
Para las pequeñas maniobras se usan los también llamados motores de posición, orientación y verniers.
Pueden llegar a ser simplemente sencillos dispositivos de liberación de gas a presión que pueden llegar a rondar unas 300 atmósferas, comúnmente se componen de nitrógeno, propano o freón o por vapores generados por sales de amoniaco y alcanfor entre otros.
 
También mencionaré los motores que usan como combustible la hidracina o los motores iónicos, si bien estos últimos son de un empuje relativamente pequeño pero adecuados para un funcionamiento prolongado.
 
No olvidemos nunca que aunque tengamos la sensación de un satélite como un objeto flotando ingrávido y  desplazándose en un movimiento perpetuo, este realmente sigue teniendo masa, por lo que será atraído por la tierra y frenado por la atmósfera que aunque débil seguirá existiendo, por lo que siempre será necesario corregir su órbita y orientación.
 
En muchos casos la cantidad de combustible a disposición de un satélite es determinante para establecer la vida útil de un satélite en órbita, en el caso por ejemplo de los satélites geoestacionarios viene a suponer al cabo de un año incrementos en su velocidad de unos 50 metros por segundo en correcciones acumuladas.
 
Sistema eléctrico:
 
Todo sistema espacial debe contar con una instalación eléctrica y un sistema de almacenamiento y abastecimiento, bien sean baterías, células de combustible, generador radioisotópico o paneles solares, hasta en los más pequeños satélites estos sistemas cuentan con una complejidad inimaginable para lo que estamos acostumbrados a ver por ejemplo en un vehículo o un aparato doméstico, cuentan con complejos sistemas de seguridad, cableados especiales diseñados para responder a contingencias y fallos en el suministro primario, secundario o incluso terciario, así como reguladores de todo tipo y estabilizadores que garanticen el funcionamiento de los aparatos y sensores conectados en unas tensiones adecuadas y regulares exentas de picos y caídas.

Placa LVPS correspondiente a una fuente de alimentación de bajo voltaje DC-DC de la misión RHESSI, primer satélite destinado a tomar imágenes de los rayos gamma producidos por las erupciones solares  (Esta es una placa “B”, es decir una copia exacta de la enviada en el satélite, tras la fase de diseño se construyen diversos modelos y variantes que son exhaustivamente probados, una vez se elige la versión o modelo más apropiado como mínimo se construyen dos copias, con el objeto de mantener una en tierra para la realización de pruebas y comprobación de fallos, este procedimiento es habitual en prácticamente todas las piezas y componentes, pudiendo decirse en muchos casos que existen, según los recursos, hermanos gemelos del ingenio enviado al exterior). Resulta fácil comprobar la diferente “escala” de integración a la que se trabaja en la electrónica espacial. Imagen: Steve Jurvetson.
 
Los sistemas eléctricos a su vez son monitorizados constantemente por el propio sistema en una compleja red que podríamos decir que se vigila a sí misma, con el objeto no solo de detectar fallos, sino también de poder prevenirlos a tiempo y tomar decisiones antes de que sea demasiado tarde en todos y cada uno de los sistemas y subsistemas que portan estos aparatos, no olvidemos que en el espacio no hay posible reparación y todo debe ser diseñado, por un lado buscando evitar o al menos prevenir un terrible fallo en cadena y por otro ofreciendo la capacidad, siempre a tiempo de una opción secundaria ante cualquier evento posible.
 
La gran paradoja que se produce en el espacio está relacionada con que cualquier sistema adicional incluso aunque esté destinado a la comprobación de fallos incrementará el riesgo global de un fallo sistémico al aumentar la complejidad intrínseca de toda la instalación eléctrica y de dispositivos conectados a ella por mucho que generemos subsistemas estancos, deberemos asegurarnos que cualquier subsistema nunca genere información errónea que pueda llevar a decisiones catastróficas en cadena o fallos que puedan afectar a otros sistemas por encadenamiento.
 
Sistema de navegación
 
Todo satélite o ingenio espacial debe contar con un sistema que analice su posición, le guíe y le oriente haciéndole consciente del lugar que sobrevuela y hacia dónde se dirige y no menos importante, tener un control sobre los medios que este dispone para cumplir su trayectoria y objetivos.
 
Para ello dispondrá de toda una serie de cámaras, antenas y otros aparatos con los que el sistema informático, preparado con el software adecuado para atender a estos dispositivos (sensores, giroscopios, fotocélulas, antenas, etcétera…) podrá procesar correctamente la información recibida.
Para corregir los posibles errores se tendrá que enfrentar a los mismos problemas que los sistemas eléctricos y tangencialmente a los problemas de propulsión.

Momento de la explosión del cohete Ariane 5 en su Vuelo 501 el 4 de junio de 1996, por suerte era un vuelo inaugural de prueba. (ESA)
 
En la historia de la carrera espacial existen buenos ejemplos que explican esta complejidad en los sistemas y las consecuencias de un fallo en cadena catastrófico a causa de algo aparentemente insignificante, en nuestro caso vamos a recordar el ocurrido al cohete Ariane 5 el 4 de junio de 1996.
 
El  Ariane 5 fabricado por la Agencia Espacial Europea realizaba su vuelo inaugural, tras realizar la cuenta atrás, se encendieron los propulsores y el cohete comenzó a elevarse pero a los pocos segundos dio la impresión de estar escorándose de forma extraña, para un instante después hacer un giro descontrolado y explotar en millones de fragmentos.
 
Era el primer vuelo de pruebas, y aquello fue un duro golpe para un cohete diseñado para transportar cargas y ponerlas en órbita, era muy importante descubrir que había fallado y que sistemas debían ser revisados.
 
Tras seis semanas de intensas investigaciones ya estaba claro lo que había ocurrido, según el informe oficial, a los 40 segundos del lanzamiento y 3.700 metros de altitud "la lanzadera Ariane se desvió de su ruta, se partió y explotó" a causa de un “comportamiento inesperado” del software que guiaba el cohete.
Se describió como una "excepción de software", un mensaje que muchos hemos visto en las "pantallas azules" de Windows cuando el ordenador se cuelga inexorablemente.
 
Lo más curioso era que a pesar de que había dos equipos iguales (llamados SRI1 y SRI2) lo mismo que hizo fallar al primero causó el fallo del segundo ese mismo instante, así que esa teórica seguridad mediante redundancia no sirvió para nada.
 
El problema surgió al convertir un número almacenado en algo que en  informática se llama coma flotante de 64 bits en entero de 16 bits, estos números de coma flotante son lo que podríamos decir números decimales. Y lo que pasó fue como si al convertir el valor 32769,748 en un número entero en vez de 32769 el resultado fuera 0, -1 o algo parecido, pues en números enteros de 16 bits el valor máximo es 32767.
 
Lo gracioso del asunto consistía en que esa parte del código sólo se usaba durante la preparación para el despegue; una vez en marcha no servía para nada, pero ese código continuaba funcionando durante 40 segundos tras el despegue porque esa sección de programa provenía de los anteriores cohetes Ariane 4 donde sí se usaba, así que se mantuvo tal cual, sin que nadie pudiera imaginar que ese código alcanzara otros valores tan diferentes que provocaran un error de excepción de software.
 
Pero ocurrió… y eso en combinación con otros sistemas de la nave provocó que los datos de vuelo fueran incorrectos y se transformaron en órdenes capaces de alterar la trayectoria del cohete hasta causar su explosión.
 
La lección no pudo ser más contundente.

Personal de la NASA manipulando un Giroscopio de Control de Momento para la Estación Espacial Internacional (wikimedia)
 
Sistema de protección ambiental
Como ya he comentado el espacio puede aparentar ser un lugar plácido y vacío, es sin duda uno de los lugares más infernales y espantosos a los que puede ser sometida una máquina diseñada por el hombre, cualquier ingenio espacial estará sometido a brutales cambios de temperatura con diferencias superiores a 200° en cortos espacios de tiempo, radiación y pequeños fragmentos o no tan pequeños a velocidades a las que incluso una bala nos parecería un objeto lento.
Además los propios dispositivos e instrumentación de un equipo espacial provocarán su propio calor o reducción de temperatura, al igual que podrán expulsar gases o líquidos corrosivos, explosivos, inflamables, que potencialmente podrían dañar una nave de forma irremisible.
En líneas generales los dividiremos en subsistemas de control térmico contra las radiaciones, micrometeoritos y la basura espacial.

Interior de una sala protegida contra cualquier tipo de suciedad e impurezas, donde varios técnicos están trabajando en la instalación del satélite IBEX dentro de un cohete Pegasus en la Base Vandenberg de las Fuerzas Aéreas en California durante el año 2008.
La misión de la nave Pegasus consistía en transportar al satélite IBEX a 130 millas aproximadamente sobre la tierra y ponerlo en órbita. NASA /Randy Beaudoin,VAFB
 
Protección contra la radiación
 
Como su nombre indica, tienen la obvia misión de proteger a los satélites cuando cruzan sectores de alta radiación, como pueda ser en la Tierra los cinturones de Van Allen y demás fenómenos de radiación.
Los dispositivos electrónicos utilizados en el espacio no son precisamente de última generación en lo que a chips y procesadores se refiere, la miniaturización muy importante para nuestra informática doméstica lleva a aumentar la probabilidad de que la radiación afecte a los circuitos y demás elementos electrónicos de los satélites, así que antes de mandar un chip al espacio y ponerlo a funcionar plenamente tiene que ser largamente probado en condiciones extremas tras ser debidamente adaptado y blindado de una manera adecuada para resistir la inclemencia espacial.
Esta radiación es una importante causa del fallo y reinicio de los componentes informáticos espaciales y muchas veces ocasiona fallos y averías importantes hasta el punto de dejar fuera de servicio muchos equipos.
Para evitar esto se investiga en profundidad el uso de materiales especiales, tratamientos y blindajes que puedan minimizar el problema, por ejemplo se ha estudiado el uso de aleaciones de silicio y germanio que además pueden soportar rangos de extrema variabilidad térmica entre -180ºC y 125ºC, para emplearse en esta electrónica miniaturizada y poder soportar esta fuerte radiación.
Incluso con toda esta prevención a la hora de construir los componentes que son enviados al espacio todo este problema se afronta con el sistema llamado de Redundancia Modular Triple, basado en circuitos triples sincronizados donde el aporte de las señales es analizado y comparado de manera que la corrupción o degeneración  de uno de los componentes de dichas señales se suple a través de la concordancia de los otros.
Esta solución implica un problema terrible desde muchos aspectos, por un lado aumenta el peso, por otro la complejidad y dispara los costes, así que tomar las decisiones correctas a la hora de diseñar un sistema redundante es de vital importancia para el éxito de una misión (recordemos el ejemplo arriba mencionado del Ariane 5).
 
Protección contra meteoritos y basura espacial
 
Recuerdo hace ya muchos años, decir a un astrónomo en una charla, una frase que no olvidaré: “la atmósfera espacial es como el desembarco de Normandía, un lugar plagado de todo tipo de proyectiles dispuestos a acabar contigo a la mínima ocasión”.
Y desde luego que no le faltaba razón, el índice de impacto de polvo cósmico en el espacio interplanetario por lo común para una sonda se cifra en una partícula cada tres días, si bien pueden encontrarse con distintas nubes de polvo dependiendo de la zona hasta alcanzar más de 20000 impactos por día, en las cercanías de la Tierra, el polvo y los micrometeoritos se miden por décimas de milímetro con una masa no superior a una diez milésima parte de gramo, puede parecer poco, pero con una velocidad de entre 10 a 70 Km/s son auténticos proyectiles.

En la imagen se muestra un modelo de la distribución de la basura espacial en órbita alrededor de la tierra, según el seguimiento realizado por el Programa de seguimiento de basura orbital de la NASA, partiendo de los fragmentos mayores de 10 cm que orbitan alrededor de la Tierra, calculados en aproximadamente 19.000 objetos en Julio de 2009, sobre las orbitas más cercanas a la tierra. (NASA)
 
Lo normal es que al impactar se desintegren, fundiéndose o evaporándose, pero elevando incluso por encima de varios centenares de grados el artefacto contra el que choquen además de electrificarlo.Un ejemplo de impacto masivo podría ser por ejemplo las conocidas como lluvias de Leónidas o Perseidas en lo que se refiere a las proximidades de la Tierra.
 
En la tercera y última parte trataremos el tema con profundidad, pero voy a dejar un pequeño ejemplo realmente aclaratorio de la brutalidad de estos proyectiles espaciales: se puede generar una energía equivalente a 1 kilo de TNT haciendo colisionar un fragmento de 80 gramos a 36000 km/h, pudiendo mandar a freír espárragos un satélite de una tonelada.
 
Visto desde nuestra comodidad planetaria el espacio es un lugar tranquilo donde todo se mueve muy lentamente, pero aquí nuestra intuición falla, en el espacio casi todo se mueve a velocidades brutales en relación a nuestros lentos referentes terrestres, transformando cualquier objeto por minúsculo que sea en una auténtica bala asesina.

Distribución de la basura espacial según su tamaño y densidad en las distintas órbitas (altura) alrededor de la Tierra en Noviembre de 2004 (Mikeo, wikimedia)
 
Resulta una gran proeza de la probabilidad que un satélite como el  SLES 1 fabricado con una tecnología, la cual sin duda no disponía de la capacidad para protegerse con la misma eficacia con la que cuentan los actuales, haya podido resistir toda esta clase de envites durante décadas y mantener una estructura interior lo suficientemente funcional como para poder emitir señales de manera autónoma durante unos cuantos segundos  pese al seguro daño infligido.
 
Sistema de comunicaciones
 
Aquí englobamos todos los sistemas de transmisión y recepción de las distintas señales de radio, tanto analógicas como digitales, abiertas o codificadas, incluidas las comunicaciones por láser.
Podemos empezar diciendo que estas transmisiones tienen que  ser realizadas en frecuencias transparentes en la atmósfera y no ser absorbidas por esta, ya que todas no son válidas y escoger las correctas para el objeto de la misión no es tema baladí.

(MUOS) Mobile UserObjectiveSystem, base terrestre en el centro de Computación Naval y Telecomunicaciones para el Área del Pacífico en Wahiawa, Hawai. (Wikimedia)
 
Para empezar debe llevar un obvio sistema de comunicaciones con el centro de control terrestre a través de las distintas redes de seguimiento que hay por todo el planeta en manos de complejos sistemas de radio.
Dependiendo de la misión estos datos se transmitirán a través de canales codificados o no, en unas frecuencias u otras para facilitar o entorpecer su detección, llegando en el caso de los satélites militares a auténticos galimatías de complejidad increíble que puedan prevenir su interceptación. El avance en las últimas décadas en la informática ha traído un exponencial aumento en la seguridad de las comunicaciones o en su complejidad, el actual avance en dichas comunicaciones y en el desarrollo en muchos campos de la tecnología de consumo como puedan ser los sistemas de posicionamiento global, la telefonía o Internet, directamente hubieran sido imposibles sin el apoyo de estas redes globales de satélites de cuya dependencia raramente somos conscientes y que ha provocado cambios en nuestras conductas globales y la percepción de inmediatez en la que vivimos.
Todos estos sistemas como ya hemos comentado acostumbran a ir por duplicado o triplicado como mínimo, con toda una serie de antenas y aparatos destinados a la emisión y recepción de todo tipo de señales dependiendo del objeto y misión del satélite, con todo un ejército de moduladores y demoduladores, codificadores y decodificadores, estabilizadores y filtros de todo tipo que permitan la correcta emisión y recepción de los datos.
Las antenas por supuesto variarán según el objeto de la misión, podrán ser tanto de alta, media o baja ganancia según la velocidad de transmisión proporcionada, así las omnidireccionales como su nombre indica son antenas que emiten en todas direcciones, es decir que no precisan orientación por lo que son de baja ganancia, mientras que una de tipo parabólico si necesitará orientación y un ajuste preciso.
El tamaño de estas antenas estará en función inversa de la potencia de la señal que transmitan , así disponer de una fuente más potente de energía en el satélite permitirá llevar antenas más pequeñas e igualmente  podrá permitir la reducción del tamaño de la antena receptora, aunque no es el único factor del cual depende, también tendremos que tener en cuenta las frecuencias, concentraciones del haz de emisión o la potencia, estos factores son muy importantes, pensemos por ejemplo en el pequeño tamaño de las antenas de los móviles a través de los cuales recibimos las señales de GPS.

El Cubesat desarrollado por crowdfunding “SkyCube”, donde se pueden apreciar los paneles solares plegados. (Wikimedia)
 
La investigación de nuevas técnicas y procedimientos para dotar de antenas más efectivas a los satélites es una batalla constante, como ejemplo pondré las antenas inflables diseñadas para los satélites Cubesat, mencionados anteriormente y de un tamaño tan pequeño que ha obligado a los ingenieros a exprimir al máximo su creatividad para poder dotar de antenas más efectivas a unas máquinas espaciales tan pequeñas.
 
Por otro lado diremos que en estas comunicaciones hay dos variantes o tipos de enlace, los ascendentes y los descendentes, los citados primeros son las comunicaciones enviadas desde los centros de control y demás puntos de comunicación satelital desde la tierra hacia el satélite, mientras que los llamados haces descendentes corresponderán obviamente al satélite en dirección hacia su objetivo terrestre, con la ayuda de ser necesaria, de su correspondiente repetidor o transpondedor, que se encargará de amplificar la frecuencia, cambiarla si es necesario y emitir hacia la Tierra.
Dependiendo del tipo de señal, puede verse alterada por múltiples circunstancias como puede ser la radiación solar, lluvia o el mismo ruido generado por la actividad tecnológica e industrial terrestre.
 
Para evitar las interferencias entre las señales ascendientes y descendientes obviamente se utilizarán frecuencias distintas, llamándose ancho de banda a el número de canales con el que podrá contar un satélite, es preciso resaltar que este término también se utiliza para la capacidad que tiene un canal a su vez para trasmitir un mayor o menor número de datos o información de cualquier tipo.
A veces la cercanía entre varios canales de emisión nos puede llevar a generar interferencias entre ellos, para evitarlo se utiliza la llamada polarización vertical y horizontal.
 
Frecuencias, Canales y la UIT (ITU para los amigos)

A continuación podemos ver un pequeño esquema con las distintas bandas generalmente empleadas y sus frecuencias, además dentro de una misma banda encontraremos rangos menores llamados canales. (ESA)
 
El organismo que regula dichas frecuencias es la UIT (Unión Internacional de Comunicaciones), depende de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) y su misión es regular las telecomunicaciones a nivel internacional entre los distintos países y empresas, encargándose entre otras funciones de  la asignación de frecuencias, así por ejemplo establece canales distintos según los enlaces sean ascendentes o descendentes, restringiendo ciertos espectros para el sector aéreo, marítimo u otros, al igual que ha establecido ciertas divisiones en su asignación por zonas geográficas.
 
Como curiosidad diré que la mayoría de los satélites de uso convencional en telecomunicaciones públicas usan la banda Ku, siendo también usada la banda C y debido a la saturación de frecuencias en los últimos años, por el auge en las telecomunicaciones la banda V.
 
En teoría cualquier señal emitida por un satélite podría ser captada por cualquier dispositivo que se halle dentro del área de recepción de dicha emisión y dispone de las antenas y el equipo necesario para captar y descifrar dicha emisión, además de conocer o saber buscar la frecuencia en la que emite, esto dependiendo del satélite en cuestión a captar puede llegar a ser una tarea imposible o sumamente fácil, como ocurre por ejemplo con los satélites asociados a los sistemas de posicionamiento global, ya que una de sus principales misiones es precisamente la facilidad para ser captados ya sea poder descifrar las coordenadas necesarias para nuestra orientación, mientras que un satélite de origen militar estará dotado de todos los medios necesarios para impedir su recepción o dificultar el descifrado de los datos que pueda suministrar o un posible “hackeo” de dicho satélite.
 
He de reconocer que resulta muy sorprendente, ya para terminar esta segunda parte introductoria, sobre todo a los más alejados del apasionante mundo de la ciencia espacial, la increíble habilidad de este radioaficionado no solo para captar dicha emisión, sino para poder intuir el origen y posterior cotejo, como parece ser que ocurrió según las informaciones vertidas en distintos medios de comunicación.

Imagen Solar tomada por la misión RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) la cual lleva ya más de quince años en su observación de nuestro astro Rey. (NASA)
 
He creído oportuno, realizar este amplio análisis previo acerca de la noticia sobre la vuelta a la vida de aquel satélite de principios de la carrera espacial, enumerando aunque sea someramente una pequeña introducción sobre la complejidad que abarca a estos fantásticos objetos procedentes del esfuerzo de la mente humana, claves para el desarrollo de cualquier sociedad o nación, en un momento clave como el actual donde las telecomunicaciones y el flujo de la información son vitales para el desarrollo.
En la tercera y última parte de este trabajo, que espero esté publicado  para finales de marzo, me centraré ya concretamente en el satélite SLES1, y basándome en los argumentos expuestos, explicar las razones que me llevaron a dudar del presunto resucitado y comentar algún caso más, pues por raro que sea no es el único y así se me recordó (el satélite de radioaficionados Oscar 7 lanzado al espacio en 1974 y resucitado en 2002).
 
Por último voy a intentar aclarar algunos temas de la primera parte, según distintas solicitudes, a modo de apéndice, de igual modo podéis diseccionar esta segunda como os plazca para preguntar vuestras dudas (que pueda responderlas ya será otro cantar...).
 
Empezaremos por los puntos de Lagrange:
 
Intentaré explicar un poco mejor que son estos puntos (órbitas) y su origen, para los que no tengan paciencia de leer todo el cartapacio les resumiré que son órbitas estables donde una nave espacial o un satélite pueden mantenerse ahí con un aporte energético en teoría casi nulo (muy poca si nos establecemos en L1, L2, L3 y nula en L4 y L5), ya he comentado la importancia vital que la energía de propulsión tiene para la vida de un ingenio espacial.
 
En realidad, si estudiamos en detalle un satélite, sonda o nave espacial, observamos que realmente no llevan un gran sistema de propulsión propia, los motores principales para llevar una nave al espacio se desprenden pasados un corto periodo de tiempo, normalmente por fases, que se destruyen en su reentrada en la atmósfera o quedan inservibles flotando en el espacio, contribuyendo a engrosar la mencionada basura espacial. Realmente los satélites o las sondas espaciales cuentan únicamente con pequeños motores y una muy limitada carga de combustible que les permite realizar cambios o correcciones de su trayectoria, (por ejemplo los motores de apogeo, al ser la mayoría de los satélites lanzados desde zonas del ecuador, tienen la función de transformar una órbita elíptica en una órbita circular alrededor de dicho ecuador terrestre) la mayor parte de los recorridos que realizan están basados en la descripción de órbitas y el aprovechamiento de las leyes físicas, jugando principalmente con la gravedad de los objetos estelares y la velocidad en una especie de juego con las trayectorias.
 
Así pues la ausencia de arrastre aerodinámico y el principio de conservación de la energía, otorgan a estos puntos estables una importancia destacable para los viajes estelares y la implantación de estaciones espaciales, incluso como ya se está proponiendo a modo de ascensores espaciales (algo así incluso como puntos de asistencia o reabastecimiento), de hecho los puntos L1 y L2 ya son empleados habitualmente por los dispositivos espaciales.
 
O sea que aprovechando la interacción gravitatoria y viajando a través de los puntos de  Lagrange se podría diseñar una red de transporte con un coste energético realmente bajo entre los distintos planetas y sus satélites, y esto no es ninguna tontería pues la energía para desplazarse es uno de los grandes problemas en los viajes espaciales.

Joseph-Louis de Lagrange (Turin, Piedmont-Sardinia 25 de enero 1736 - Paris, Francia 10 de abril 1813) (wikimedia)
 
Todo esto se lo debemos a un matemático ítalofrancés llamado Joseph-Louis de Lagrange, que trabajaba en el problema newtoniano de los tres cuerpos, que estudia cómo interactúan gravitacionalmente tres cuerpos o más.
La cosa no era sencilla, pues se necesitaba calcular todas las interacciones gravitatorias sobre cada objeto y en cada punto a lo largo de su trayectoria, pero Lagrange lo simplificó planteando una hipótesis:
 
“La trayectoria de un objeto se determina encontrando un camino que minimice
la acción con el tiempo a través de sustraer la energía potencial de la energía
cinética.”
 
A partir de aquí se planteó un tercer punto con un cuerpo de masa despreciable (un satélite en nuestro caso) en órbita alrededor de dos elementos con una masa muy superior que estuvieran girando en una órbita casi circular.
 
Al realizar sus estudios se encontró cinco puntos en los que un tercer objeto al seguir la órbita de los dos con mayor masa se hallaba sometido a una fuerza cero y por tanto se podían considerar puntos estables para orbitar sin aporte energético extra, así que tales puntos fueron nombrados con su nombre en un más que merecido honor.
 
Scapa Flow hasta en la sopa
 
Para continuar haré una mención a las críticas por haber usado la anécdota de Scapa Flow para iniciar este trabajo:
 
Los hechos históricos de la bahía de Scapa Flow, no sólo durante la primera guerra mundial,  también durante la segunda son realmente apasionantes, aconsejo sin duda para iniciarse un poco más a fondo el artículo de la BBC: “WW1: Theletterthatreveals a brutal day at Scapa Flow” de MarekPruszewicz, los relatos sobre la construcción de falsos barcos aliados al final de la II Guerra Mundial para confundir a los alemanes o la realmente acalorada controversia sobre el histórico ataque del submarino “U47”  al mando del teniente de navío GüntherPrien al “HMS Royal Oak” en la bahía, durante la segunda guerra mundial el 14 de Octubre de 1939, tras eludir las defensas de los aliados, auténtica proeza bélica y un relato realmente apasionante donde durante años se han cuestionado los méritos de sus atacantes y se han contado interesantes historias de espionaje (El relojero de Scapa).
 
Igualmente resulta increíble y atractiva la historia del empresario Ernest Cox que compró al almirantazgo los 26 destructores hundidos, el Seydlitz o el Hindenburg por 250 libras. El relato de la reflotación de los buques es sin duda más que apasionante para los amantes de los navíos hundidos y la exploración submarina.

En primer plano el submarino alemán “U47” junto al teniente de navío GüntherPrien
 
El uso de pequeñas piezas de metal usadas para la fabricación de dispositivos sensibles a la radiación, ya que no están contaminados por radioisótopos al haber sido fundidas antes de cualquier contaminación nuclear es un hecho documentado y constatable para la construcción por ejemplo de contadores Geiger. El número de referencias a este hecho sencillamente es innumerable en publicaciones de todo tipo y prestigio, variando únicamente la cuantía y número de aplicaciones a la que ha sido destinado o puntualizando sobre otros posibles orígenes sobre mineral o metal con un nivel bajo de radio isótopos.
Los libros y documentos donde se recogen estos hechos, efectivamente parten de obras como la del periodista e historiador Dan Var der Vat en The Grand Scuttle, pero no solo esa, también tenemos otros referentes muy conocidos en Scapa de James Miller (2002, Paperback) e incluso referencias en libros españoles actuales como: “Todo lo que debe saber sobre la Primera Guerra Mundial” de Jesús Hernández Tomás (Nowtilus, Madrid 2007), y que personalmente aconsejo su lectura como iniciación en lengua española al conflicto de la Gran Guerra, si esto último es publicidad que me la paguen, ¡exijo mis royalties!.
 
No voy a entrar a debatir más sobre este tema, para generar una polémica interesada y desagradable. Dejo en manos de historiadores, científicos y documentalistas discutir con más profundidad sobre la cuestión y que saquen sus conclusiones, aunque me ha servido como excusa excelente para hablar de un lugar repleto de historias apasionantes, de las cuales algún día me gustaría hablar en profundidad (aunque no sé todavía cuando, donde… ni con quién), un lugar  santuario de buques hundidos y amantes del submarinismo que aconsejo visitar sin ninguna duda…y por último lo más importante, a ver ¿Dónde se cobra esta promoción turística?
 
Me despido hasta la próxima y última parte, no sin antes agradecer el apoyo de Nacho (@Xtrem3), los impagables comentarios “técnicos” de @Pezzonova y de todos aquellos que habéis participado en el debate y contribuido a que siga dándole a la tecla (os pondría a todos pero me da, que igual se enfadan los que publican esto, aunque algo se me ocurrirá en la última pieza para colársela…)

Selección Laureada por los Redactores ¿Te gusta escribir?
Francisco S.M. (Serra Calderona) - Valencia

Temas relacionados: Astronomía, Divulgación científica, Historia de la Tecnología, ¿Te gusta escribir?

Reconocimientos y más información sobre la obra gráfica
ADVERTENCIA: En este foro, no se admitirán por ninguna razón el lenguaje soez y las descalificaciones de ningún tipo. Se valorará ante todo la buena educación y el rigor sobre el tema a tratar, así que nos enorgullece reconocer que rechazaremos cualquier comentario fuera de lugar.