Cuando estamos desarrollando prototipos de sistemas espaciales siempre tenemos que recordar la razón por la cual lo estamos haciendo, esto es, debemos recordar la misión espacial que surgirá una vez colocado el satélite en el espacio.

La mayoría de las misiones espaciales de satélites LEO (low earth orbit /satélites de órbita baja) que pasan sobre territorio nacional no están diseñadas para tener la cobertura de nuestro país, por lo cual los tiempos de enlace de comunicaciones con los satélites son mínimos, llegando a lo mucho entre 8-10 minutos.

En la Unidad de Alta Tecnología (UAT) de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, Campus Juriquilla, nos hemos dado a la tarea de diseñar misiones espaciales dirigidas a tener mayor cobertura de territorio nacional, para esto, junto a nuestros alumnos estudiamos una herramienta computacional que nos permite determinar los tiempos en los que podemos tener enlace de comunicaciones entre un satélite LEO y la estación terrena.

Lo primero que debemos conocer de la misión son sus parámetros orbitales o keplerianos, que describen matemáticamente la geometría de la órbita que tiene el satélite, estos parámetros son:

H – momento angular específico; I – inclinación del plano orbital; E – excentricidad de la órbita; ω – argumento del perigeo; V – anomalía verdadera; A -semieje mayor; P – periodo; Ω -  nodo ascendente. Cada uno de estos parámetros tiene una expresión matemática que surgen de la mecánica orbital estableciendo diferentes órbitas para los satélites.

Las órbitas que se utilizan en misiones de percepción remota como las que estamos desarrollando, son las conocidas como órbitas circulares polares síncronas solares, con excentricidad cero para que sea trayectoria circular y con un ángulo de inclinación del orden de los 95° para tener mayor cobertura sobre la superficie terrestre, además en estas órbitas se mantiene la orientación del satélite casi constante respecto al sol, con la finalidad de aprovechar la incidencia de energía solar sobre los paneles solares para la generación de energía eléctrica.

Se han realizado múltiples simulaciones para poder identificar las órbitas que tienen mayor número de pases sobre territorio nacional y que tengan mayor número de enlaces de comunicación con la estación terrena que se tiene en la UAT. Hemos encontrado casos en los que hay 6 pases en un día con duraciones de hasta 15-16 minutos por pase, lo cual se bastante beneficioso, pues en este caso la misión está diseñada para nuestro país.

Estos datos de tiempos de cobertura nos ayudan establecer los modos de operación de los diferentes subsistemas que se desarrollan en la UAT, lo cual a su vez nos establecen consumos energéticos que deben considerarse para la plataforma satelital. Más aún, se establece una lógica en los procesos que deberá ejecutar cada uno de los subsistemas una vez que el satélite se encuentre en órbita.

Por ejemplo, hemos visto que podemos realizar varios procesos durante un mismo pasaje sobre territorio nacional, como la transmisión de comandos de la estación terrena hacia el satélite o bien la transmisión de información científica desde el satélite hacia la estación terrena, pero también que se puedan activar los diferentes módulos de la instrumentación de carga útil (instrumento científico que garantiza la realización de la misión espacial) todo en un mismo pasaje, esto gracias al tiempo de sobrevuelo sobre territorio nacional.

Es bastante entretenido observar el tipo de imágenes que se pueden generar en las simulaciones, pues podemos observar las proyecciones de los pasajes sobre el territorio nacional en diferentes vistas. Todos estos datos son exportados a tablas de tiempos, coordenadas, fechas, horas, entre otros parámetros, los cuales analizamos para poder identificar los momentos críticos durante un periodo de tiempo, desde un día hasta varios años. Así podemos establecer de manera coherente y pertinente los modos de operación de los subsistemas de la plataforma satelital, lo cual se traduce en características técnicas para el diseño de los prototipos de los subsistemas espaciales.

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