Satélites artificiales, ¿control de orientación? | Querétaro

Satélites artificiales, ¿control de orientación?

Dr. Rafael Chávez Moreno

El uso de satélites artificiales se ha convertido en una parte vital para el desarrollo de la humanidad puesto que actualmente la mayoría de las telecomunicaciones se realizan mediante comunicación satelital; pero los satélites no solo nos permiten comunicarnos, también han permitido el desarrollo científico y tecnológico mediante mediciones remotas (fotografía, espectrometría, y otras mediciones) para la realización de experimentos científicos y obtener información en caso de desastres o eventos meteorológicos que puedan afectar las actividades humanas.

 

En la mayoría de estos casos es crucial la orientación exacta para tomar fotografías, establecer comunicación con las antenas receptoras en estaciones terrenas y comunicarse con otros satélites, por lo que es de vital importancia controlar su posición global y su orientación para lograr establecer su comunicación. Es decir, el satélite necesita recibir comandos de control provenientes de la Tierra para realizar su misión específica y, a su vez, el satélite envía información de su estado y la información de su misión para que pueda ser procesada en la Tierra.

 

Sin embargo, dichas misiones no sólo requieren apuntar hacia las estaciones terrenas, también requieren que se tenga un control de la posición y orientación del satélite para poder llevar a cabo su misión y adquirir datos. El  subsistema encargado de realizar esta actividad se le conoce como “sistema de control de orientación (ACS)”. Como ejemplo, la percepción remota, se encarga de adquirir imágenes y transmitirlas inalámbricamente a un punto remoto, teniendo una de las principales aplicaciones el monitoreo de la superficie terrestre con la finalidad de observar las condiciones climatológicas de la tierra.

 

Para lograr adquirir imágenes claras, se requiere mantener la estabilidad del satélite y controlar su posición y orientación con la precisión deseada, Lo mismo ocurre en el caso de telescopios espaciales, el adquirir imágenes de galaxias a distancias de miles de años luz, como el caso del telescopio Hubble el cual tiene una precisión de ±0.007 arcseg.

La orientación de un satélite en el espacio es crucial, sin importar si es un satélite para telecomunicación, observación terrestre o para misiones de astronomía.

 

Esta alta precisión de control en órbita es la responsabilidad del sistema de control de actitud, el cual estabiliza al satélite y lo orienta a un punto en específico durante la misión a pesar de las perturbaciones externas que actúan sobre él. Esta actividad no es simple puesto que si consideramos a un satélite viajando en una órbita LEO (Low Earth Orbit), este se encontrará viajando a velocidades mayores a 20,000 km/hr y sufrirá de perturbaciones externas originadas por el ambiente espacial, tal como la radiación solar, el gradiente de gravedad y los pares electromagnéticos.

 

El sistema ACS requiere que el vehículo determine su orientación mediante sensores y sea controlado mediante actuadores. El ACS está integrado por diversos sensores, tales como sistemas de posicionamiento global (GPS), sensores de estrellas, magnetómetros, sensores de sol, giroscopios, una computadora encargada de implementar el sistema de control y los actuadores que son los encargados de proporcionar al sistema la capacidad de maniobra. 

El par necesario para cambiar la orientación de un satélite puede ser realizado por un único tipo de actuador o por la combinación de ellos, siendo los más comunes las ruedas de inercia, gyros de control de momento (CMG) y magnétorcas.

 

Una de las principales ventajas de estos actuadores, es que son actuadores eléctricos, que no requieren de ningún propelente y son capaces de proveer el par requerido para modificar la  orientación, o lo que se conoce también como “actitud” del satélite. Esto permite que el satélite pueda tener un tiempo de vida mayor al no depender de propelente para hacer estos ajustes y tener una fuente de energía en el sol, a través de las celdas solares en su superficie y en paneles (cuando son necesarios).

 

En la actualidad con el desarrollo de nuevas tecnologías, con el incremento en los requerimientos de la carga útil y la tendencia mundial en el desarrollo de microsatélites (satélite de tamaño pequeño y con un peso de entre 10 - 200 kg), es necesario desarrollar sistemas de control de orientación cada vez más precisos y que permitan realizar las maniobras con un mínimo de consumo de energía y aun costo razonable, lo cual esta abriendo oportunidades en esta área. En la Unidad de Alta Tecnología de la Facultad de ingenería de la UNAM campus Juriquilla, se estan desarrollando investigaciones para desarrollar este tipo de sistemas para microsatélites y nanosatélites, con un grupo de investigadores y alumnos de posgrado liderados por el Dr, Tang Yu y el Dr.(c) Rafael Chávez Moreno.

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