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Satélites geoestacionarios y geosíncronos…

A menudo estos dos términos se utilizan indistintamente, pero vale la pena precisar que no son exactamente lo mismo, y por qué. Partiendo de que el planeta Tierra no es una esfera, si no que, al encontrarse achatado por los polos tiene forma de geoide, es posible diferenciar entre ambas órbitas: geosíncrona y geoestacionaria.

Satélites geoestacionarios

Un satélite describe una órbita geoestacionaria (GEO) al orbitar en el plano ecuatorial terrestre (su latitud siempre es igual a 0º, las localizaciones de los satélites sólo varían en su longitud), con una excentricidad nula (órbita circular) y un movimiento de Oeste a Este a una altitud de 35.786 km. Desde tierra, un objeto geoestacionario parece inmóvil en el cielo debido a que su periodo orbital es igual al periodo de rotación sidéreo de la Tierra (23 horas y 56 minutos) y, por tanto, resulta la órbita de mayor interés para los operadores de satélites artificiales de comunicación y de televisión, pues para comunicarse desde tierra es suficiente una antena fija, como es el caso de las antenas de televisión satélite digital, o los teléfonos vía satélite.

Cabe mencionar que la órbita ideal geoestacionaria es única, un delgado anillo imaginario a modo de collar de perlas conformado por más de 600 satélites separados apenas una décima de grado de longitud (aproximadamente 73km) que rodea a la tierra sobre el Ecuador a casi 36 mil kilómetros sobre la superficie. La puesta en órbita de cada satélite geoestacionario requiere una cuidadosa coordinación con los operadores de satélites existentes para evitar que estén demasiado cerca, buscando también coordinar el uso de frecuencias con el fin de evitar interferencias.

Satélites en órbita geoestacionaria a lo largo del Cinturón de Clarke

En la práctica es difícil alcanzar una órbita geoestacionaria perfecta y, además, la Tierra no es exactamente esférica. Adicionalmente a las imperfecciones de las órbitas y de la Tierra, el roce y los efectos gravitatorios del Sol, la Luna y la misma Tierra deforman progresivamente las órbitas de los satélites, por lo tanto su vida útil está limitada por la cantidad de combustible que pueden llevar para corregir su órbita y mantenerla “suficientemente” geoestacionaria.

Órbita de transferencia geoestacionaria del AsiaSat 9 (Protón-M)

Cuando un satélite se aproxima al final de su vida útil se utiliza el combustible restante para transferirlo a la órbita cementerio, una especie de cementerio satelital, con el fin de disminuir el riesgo de colisiones y despejar la órbita geoestacionaria a nuevos satélites.

Cobertura de un satélite geoestacionario

Un buen ejemplo de satélites geoestacionarios son los satélites I4 de la constelación Inmarsat: Con tan solo tres satélites (F1, F2 y F3) ofrecen cobertura telefónica a más del 90 % de la superficie terrestre, quedando únicamente excluidos los polos. Radicalmente opuesto es el caso de la constelación Iridium: 66 satélites en órbita baja (LEO) distribuidos en grupos de 11 por cada una de sus 6 órbitas circumpolares (siguiendo los meridianos) a 750 km de altura, si bien en este último caso ofrece cobertura al 100% del planeta.

Satélites geosíncronos

Una órbita geosíncrona o GSO es descrita por un satélite cuando presenta el mismo periodo orbital que el periodo de rotación sideral de la Tierra pero, a diferencia del caso anterior, su inclinación, variable respecto al plano del ecuador, difiere de 0 grados. Por tanto el semieje mayor de dicha órbita, que obligatoriamente habrá de ser una elipse (véase primera imagen del texto) es de 42.164 km en el plano ecuatorial, a diferencia de los 35.786 km en el caso de la órbita circular ecuatorial descrita por un satélite geoestacionario.

Es decir, la mayor parte de satélites “geoestacionarios” son en realidad geosíncronos. O dicho de otro modo: todo satélite en una órbita geoestacionaria (GEO) es geosíncrono, pero un satélite en una órbita geosíncrona (GSO) no es necesariamente geoestacionario.

Las órbitas síncronas existen alrededor de todas las lunas, planetas, estrellas y agujeros negros. La mayoría de las lunas interiores de los planetas, como la Luna, tienen rotación síncrona, razón por la cual observamos siempre la misma cara desde la Tierra.

A diferencia de un satélite geoestacionario el cual aparenta estar inmóvil en el cielo -realmente oscila de forma muy leve en el eje horizontal al no ser una órbita circular perfecta-, un satélite geosíncrono, al ser su inclinación diferente a 0º, parecerá “subir y bajar” en sentido vertical, dibujando una analema.

En la primera imagen se puede observar una órbita geoestacionaria (GEO – naranja) y una órbita geosíncrona con una inclinación de 20º sobre el plano ecuatorial (GSO – roja).

La segunda imagen es el resultado de sus movimientos aparentes: el GEO se situaría inmóvil en el ecuador, justo en el centro de la analema en forma de 8, mientras que dicha analema estaría generadada por el GSO. Si a este último le diésemos una excentricidad de 0.10 resultaría el trazo amarillo en forma de lágrima inclinada. Las analemas son debidas a que las órbitas con una excentricidad distinta de cero (orbitas elípticas en lugar de circulares) dan como resultado derivaciones hacia el Este y el Oeste en función de que el satélite vaya más rápido o más lento dependiendo del punto de su órbita.

 

 

Un ejemplo extremo de órbita geosíncrona es la Órbita de Mólniya (rayo en ruso, dado que el paso por el perigeo es muy rápido), un tipo de órbita muy elíptica con una inclinación de 63,4º (ángulo en el cual la perturbación del perigeo fruto de la anomalía geoidal es nula) y un periodo orbital de unas 12 horas.

La gran inclinación orbital permite que el apogeo se sitúe cerca del polo norte o sur (los rusos, canadienses o suecos procurarán que el apogeo caiga cerca del Polo Norte), lugar donde la cobertura de un satélite geoestacionario es pobre o inexistente. La órbita Molniya permite una cobertura completa de las regiones polares usando, por cada órbita, 3 satélites. Con los satélites equidistantes, en cualquier momento al menos un satélite se encontrará sobre cualquier región, con al menos un satélite cerca del apogeo y otro pasando por el perigeo.

 

Ampliación: Todos los tipos de órbitas.

Fuentes:

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