domingo, 2 de noviembre de 2014

ARSAT-1: Escalando órbitas

Sigue a continuación un breve artículo de divulgación científica publicado el pasado día 27 de octubre en el portal de noticias de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de Buenos Aires, que explica cómo fueron las 5 maniobras llevadas a cabo por la empresa ARSAT para trasladar el satélite ARSAT-1 desde la órbita de transferencia (donde lo depositó el cohete Ariane 5) hasta la órbita comercial geoestacionaria.

ESCALANDO ÓRBITAS

Por Ricardo Cabrera

El primer satélite de telecomunicaciones argentino completó la última de las cinco maniobras de apogeo que permitieron su llegada a la órbita geoestacionaria, ubicada a cerca de 36.000 km de la Tierra. Te explicamos qué tipo de operaciones tuvieron que llevarse a cabo para conseguir este objetivo y cuáles son los próximos pasos del Arsat-.


El Arsat-1 fue despedido por su lanzador Ariane-5 que lo colocó en una órbita de transferencia elíptica con un perigeo de 250 km de altura sobre la superficie terrestre y un apogeo de 36.000 kilómetros, la distancia a la cual orbitará en su posición geoestacionaria. A partir del momento en que el satélite debió arreglarse por su propia cuenta se iniciaron las operaciones de puesta en órbita definitiva. La usanza actual en estas operaciones consiste en prender el motor principal del satélite justo en el momento en que pasa por su apogeo y, al aumentar su velocidad, recolocarse en una nueva órbita más amplia que la anterior, con el mismo apogeo y un nuevo perigeo más distante que el anterior. En el caso del Arsat-1 se programaron cinco órbitas –cuatro saltos– hasta alcanzar la posición final.

Desde que el lanzador suelta al satélite podría viajar maniobrando en forma continua hasta su destino final, pero esa maniobra es muy riesgosa. El tiempo de encendido del motor principal del satélite no está programado para tiempos demasiado largos y, en el espacio, no hay señales de tránsito, de modo que todo cambio de trayectoria debe ser corroborado por una telemetría muy compleja. De modo que el posicionamiento definitivo se realiza con las maniobras más sencillas y seguras posibles que consisten en acelerar el satélite (simplemente aumentarle la velocidad) en el apogeo de las órbitas (AMF, por las siglas en inglés de Apogee Manouver Firing), lo que los ubica automáticamente en una nueva órbita con el mismo apogeo y un perigeo mayor al anterior (Isaac Newton dixit).

Cada una de las maniobras está programada con antelación al momento de efectuarla. Se realizan primero en un simulador de vuelo del satélite, probando varias alternativas y se estudian los resultados en el propio simulador. Una vez elegida la maniobra se aguarda que el satélite alcance su apogeo y la maniobra se pone en práctica. Luego de aplicar la maniobra se inician las observaciones de posicionamiento y velocidad resultantes para proyectar la intervención siguiente. Todo el proceso se realiza en (y desde) la estación terrena de Benavídez, de ARSAT.

Cada maniobra dura unos 30 minutos. Comienza con la reorientación del satélite -que mientras orbita debe estar orientado con sus paneles solares hacia el Sol- para alinear su motor en la dirección del movimiento. Luego se enciende el motor principal hasta alcanzar la velocidad deseada. Luego se apaga y finalmente se reorienta mirando nuevamente al Sol. El Arsat-1 cuenta con un motor principal, S400 LAE (Liquid Apogee Motor) de 400 N de empuje, varios propulsores de orientación (S10) de 10 N y cuatro ruedas de inercia.


Otra de las variables importantes a tener en cuenta cuando se programan las maniobras es la masa total del satélite. De los 3.000 kilos, aproximadamente, con que lo soltó el Ariane-5, unos 1.700 son el combustible para las maniobras, y el 80% de eso se consume en estos cuatro saltos. De modo que la masa final con la que se estaciona en la órbita definitiva se redujo a 1.640 kilos. Luego, esta reducción es una pieza fundamental a la hora de calcular las aceleraciones (que rondan un centésimo de gravedad) y los incrementos de velocidad.

En cada salto no sólo se cambia la amplitud de la órbita elíptica sino también su inclinación. La órbita inicial tenía una inclinación de 3,5 grados y debe terminar a cero grados sobre el plano ecuatorial.

Alcanzada la órbita estacionaria el Arsat-1 ocupará transitoriamente la posición 81°O (asignada a la Argentina y que será el destino final del Arsat-2). Llegado a ese lugar terminará de desplegar sus paneles solares (hasta ahora desplegados parcialmente), levantará su antena principal y, por aproximadamente 20 días, realizará el testeo final IOT (in orbit testing) de la carga útil, o sea, los equipos de retransmisión de datos y su comunicación con la estación terrena. Se trata de 24 transpondedores de banda Ku, que se comunican en un ancho de banda de 1.152 Mhz, con una potencia total de 3.400 W. Finalizada esta etapa el satélite viajará a su estacionamiento definitivo a 71,8°O desde donde nos iluminará por –al menos– 15 años.

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