Constelación de satélites

Una constelación de satélites es un grupo de satélites artificiales que trabajan juntos como un único sistema. A diferencia de un satélite individual, una constelación puede proporcionar cobertura global o cuasiglobal permanente, dado que en cualquier momento, en cualquier punto sobre la Tierra, al menos un satélite es visible. Típicamente, los satélites son colocados en conjuntos de planos orbitales complementarios, y conectados a estaciones en tierra distribuidas globalmente. Pueden también usar intercomunicación entre satélites de la misma constelación.

La constelación GPS requiere que se distribuyan 24 satélites por igual entre seis planos orbitales.

No deberían ser confundidas con grupos de satélites, los cuales son satélites que se mueven muy cercanos entre sí en órbitas casi idénticas, programas de satélites (como Landsat), los cuales son generaciones de satélites lanzados en sucesión, y flotas de satélites, los cuales son grupos de satélites del mismo fabricante u operador que funcionan independientemente (no como un sistema).

Visión de conjunto

 

Un destello de un satélite artificial brillante, visible sobre el VLT . Las constelaciones de satélites tienen un impacto en la astronomía terrestre. ^[1]​

Los satélites en órbita terrestre baja (OTB) a menudo se implementan en constelaciones, porque el área de cobertura proporcionada por un solo satélite en OTB solo cubre un área pequeña, que se mueve a medida que el satélite viaja a la alta velocidad angular necesaria para mantener su órbita. Se necesitan muchos satélites en OTB para mantener una cobertura continua sobre un área. Esto contrasta con los satélites geoestacionarios, donde un solo satélite, moviéndose a la misma velocidad angular que la rotación de la superficie de la Tierra, proporciona cobertura permanente sobre un área grande.

Ejemplos de constelaciones de satélites incluyen el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), las constelaciones de Galileo y GLONASS para navegación y geodesia, los servicios de telefonía satelital Iridium y Globalstar, la Constelación de Monitoreo de Desastres y RapidEye para detección remota, el servicio de mensajería Orbcomm, las constelaciones rusas Tundra y Molniya, los proyectos de banda ancha Teledesic, Skybridge y Celestri, de la década de 1990, y proyectos más recientes, como O3b, OneWeb o Starlink.

Las aplicaciones de banda ancha se benefician de las comunicaciones de baja latencia, por lo que las constelaciones de satélites en OTB ofrecen una ventaja sobre un satélite geoestacionario, donde la latencia teórica mínima de tierra a satélite es de aproximadamente 125 milisegundos, en comparación con 1–4 milisegundos para un satélite en OTB. Una constelación de satélites en OTB también puede proporcionar más capacidad del sistema mediante la reutilización de frecuencias en toda su cobertura, con un uso de frecuencia de haz puntual análogo al número mínimo de satélites necesarios para proporcionar un servicio, y sus órbitas son un campo en sí mismo.

Diseño

Constelación Walker

Hay una gran cantidad de constelaciones que pueden satisfacer una misión en particular. Por lo general, las constelaciones están diseñadas para que los satélites tengan órbitas, excentricidad e inclinaciones similares, de modo que cualquier perturbación afecte a cada satélite aproximadamente de la misma manera. De esta forma, la geometría se puede preservar sin un excesivo mantenimiento de posición orbital, lo que reduce el uso de combustible y, por lo tanto, aumenta la vida útil de los satélites. Otra consideración es que la fase de cada satélite en un plano orbital mantenga una separación suficiente para evitar colisiones o interferencias en las intersecciones con otros planos orbitales. Las órbitas circulares son preferidas, pues el satélite está a una altitud constante, requiriendo entonces una fuerza de señal constante para comunicarse.

Una clase de geometrías de órbita circular que se ha vuelto popular es el patrón Walker delta. Este tiene una notación asociada para describirlo, propuesta por John Walker. ^[2]​ Su notación es:

i: t / p / f

donde: i es la inclinación; t es el número total de satélites; p es el número de planos igualmente espaciados; y f es el espacio relativo entre satélites en planos adyacentes. El cambio en la anomalía verdadera (en grados) para satélites equivalentes en planos vecinos es igual a f * 360 / t .

Por ejemplo, el sistema de navegación Galileo es una constelación Walker delta 56°: 24/3/1. Esto significa que hay 24 satélites en 3 planos inclinados a 56 grados, que abarcan los 360 grados alrededor del ecuador . El "1" define la fase entre los planos y cómo están espaciados. El Walker delta también se conoce como la roseta Ballard, después del trabajo anterior similar de A. H. Ballard. ^[3]​ ^[4]​ La notación de Ballard es (t, p, m) donde m es un múltiplo del desplazamiento fraccional entre planos.

Otro tipo de constelación popular es el patrón Walker estrella casi polar, que es utilizada por Iridium. Aquí, los satélites están en órbitas circulares casi polares a través de aproximadamente 180 grados, viajando hacia el norte por un lado de la Tierra y hacia el sur por el otro. Los satélites activos en la constelación completa de Iridium forman un patrón Walker estrella de 86.4°:66/6/2, es decir, la fase se repite cada dos planos. Walker usa notación similar para estrellas y deltas, lo que puede ser confuso.

Estos conjuntos de órbitas circulares a altitud constante a veces se denominan capas orbitales.

Banda ancha

En 2015, Farooq Khan, entonces presidente de Samsung Research America, publicó un documento de investigación que proporciona detalles sobre cómo se puede diseñar una gran constelación de banda ancha satelital. ^[5]​

Lista de constelaciones de satélites

Constelaciones de satélites de navegación

Artículo principal: Sistema global de navegación por satélite

Constelaciones satelitales utilizadas para la navegación

Nombre	Operador	Satélites y órbitas (último diseño, excluyendo reemplazos)	Cobertura	Servicios	Estado	Años en servicio
Sistema de posicionamiento global (GPS)	AFSPC	24 en 6 planos a 20.180 km (55° MEO)	Global	Navegación	Operacional	1993-
GLONASS	Roscosmos	24 en 3 planos a 19.130 km (64° 8' MEO)	Global	Navegación	Operacional	1995-
Galileo	EUSPA, ESA	24 en 3 planos a 23.222 km (56° MEO)	Global	Navegación	Operacional	2019-
BeiDou	CNSA	3 geoestacionarios a 35.786 km (GEO) 3 en 3 planos a 35.786 km (55° GSO) 24 en 3 planos a 21,150 km (55° MEO)	Regional Global	Navegación	Operacional	2012- (Asia) 2018- (a nivel mundial)
NAVIC	ISRO	3 geoestacionarios a 35.786 km (GEO) 4 en 2 planos a 250-24.000 km (29 ° GSO)	Regional	Navegación	Operacional	2018-
QZSS	JAXA	1 geoestacionario a 35.786 km (GEO) 3 en 3 planos a 32.600-39.000 (43 ° GSO)	Regional	Navegación	Operacional	2018-

Constelaciones de satélites de comunicaciones

Radiodifusión

• Radio satelital Sirius
• Radio satelital XM
• Othernet
• Molniya (descontinuado)

Vigilancia

• Spire (AIS, ADS-B)
• Iridium (AIS, ADS-B)
• Hiber Global (IoT)
• TDRSS

Comunicación bidireccional

• Red de área global de banda ancha (BGAN)
• Globalstar
• Iridium NEXT
• O3b
• Orbcomm
• Sistema de comunicaciones satelitales de defensa (DSCS) (sistema militar)
• Wideband Global SATCOM (sistema militar)

En el pasado se propusieron varios sistemas, pero nunca se concretaron:

• Celestri
• Teledesic

Constelaciones de satélites de internet

Una serie de constelaciones de satélites de internet de próxima generación están en desarrollo: ^[6]​

Constelaciones de satélites de internet propuestas

Constelación	Fabricante	Número	Peso	Develado	Disponible	Altitud	Cobertura	Velocidad del usuario	Banda	Enlaces entre satélites	Estado
Iridium Next	Thales Alenia + ATK orbital	66	860   kg	2009	2018	780 km		1.4 Mbit/s	L (1 - 2   GHz) Ka (26,5 - 40   GHz)	K (23 GHz) ^[7]​	Completo
Boeing	Boeing Satellite	1.396 - 2.956	N / A	2016	N / A	1200 km		banda ancha	V (40-75   GHz)	ninguno ^[8]​ ^[9]​	transferir la aplicación a OneWeb ^[10]​
LeoSat	Thales Alenia	78 - 108	1250   kg	2015	2022	1400 km		en incrementos de 100 Mbit / s	Ka (26,5 - 40   GHz)	óptica ^[11]​	primeros lanzamientos en 2021
Constelación OneWeb	OneWeb Airbus JV	882 - 1980	145 kg	2015	2020	1200 km		hasta 595 Mbit/s	Ku (12 - 18 GHz) Ka (26,5 - 40   GHz)	ninguno ^[12]​ ^[13]​	6 satélites piloto en febrero de 2019
Starlink	SpaceX	4.425 - 11.943	227 kg	2015	2020 ^[14]​	550 - 1325 km		hasta 1 Gbit/s ^[15]​	Ku (12 - 18 GHz) Ka (26,5 - 40 GHz)	óptica ^[16]​	Dos lotes de 60 satélites lanzados en mayo y noviembre de 2019
O3b ( SES SA )	Thales Alenia (O3b) Boeing (O3b m)	20 (O3b) 7 (O3b m)	700   kg (O3b)	2008 (O3b) 2017 (O3b m)	2014 (O3b) 2021 (O3b m)	8000 km	45 ° S a 45 ° N	1 Gbit/s para un crucero	Ka (26,5 - 40   GHz)	ninguna	O3b completo O3bm en desarrollo
Telesat LEO	Airbus SSTL SS / Loral	117 - 512	N / A	2016	2021	1000 - 1248 km		similar a un cable de fibra óptica	Ka (26,5 - 40   GHz)	óptico ^[17]​ ^[18]​	dos prototipos: lanzamiento 2018
CASIC Hongyun ^[19]​		156		2017	2022	160 - 2000 km					prototipo lanzado en diciembre de 2018 ^[20]​
CASC Hongyan ^[21]​		320		2017	2023	1100 km					prototipo lanzado en diciembre de 2018 ^[22]​

Constelaciones de satélites de observación

• Planet Labs
• Pléiades 1A y 1B
• RapidEye
• Constelación de Monitoreo de Desastres
• A-train
• SPOT 6 y SPOT 7

Véase también

• Constelación de satélites de internet

Referencias

1. «On the increasing number of satellite constellations». www.eso.org (en inglés). Consultado el 10 de junio de 2019. 
2. J. G. Walker, Satellite constellations, Journal of the British Interplanetary Society, vol. 37, pp. 559-571, 1984
3. A. H. Ballard, Rosette Constellations of Earth Satellites, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol 16 No. 5, Sep. 1980.
4. J. G. Walker, Comments on "Rosette constellations of earth satellites", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 18 no. 4, pp. 723-724, November 1982.
5. Khan, Farooq (9 de agosto de 2015). «Mobile Internet from the Heavens». arXiv:1508.02383  [cs.NI]. 
6. Thierry Dubois (Dec 19, 2017). «Eight Satellite Constellations Promising Internet Service From Space». 
7. Muri, Paul; McNair, Janise (1 de abril de 2012). «A Survey of Communication Sub-systems for Intersatellite Linked Systems and CubeSat Missions». Journal of Communications 7 (4). doi:10.4304/jcm.7.4.290-308. 
8. The Boeing Company (22 de junio de 2016). «SAT-LOA-20160622-00058». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
9. The Boeing Company (22 de junio de 2016). «SAT-LOA-20161115-00109». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
10. «Boeing wants to help OneWeb satellite plans». Advanced Television. 17 de diciembre de 2017. Consultado el 21 de octubre de 2018. 
11. LeoSat Enterprises. «A NEW TYPE OF SATELLITE CONSTELLATION». Consultado el 23 de febrero de 2018. 
12. WorldVu Satellites Limited (28 de abril de 2016). «ONEWEB NON-GEOSTATIONARY SATELLITE SYSTEM - ATTACHMENT A». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
13. WorldVu Satellites Limited (28 de abril de 2016). «SAT-LOI-20160428-00041». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
14. «Musk shakes up SpaceX in race to make satellite launch window: sources». 30 de octubre de 2018. Consultado el 10 de enero de 2019. 
15. «SpaceX Set to Launch 2 Starlink Satellites to Test Gigabit Broadband». ISPreview. 14 de febrero de 2018. Consultado el 10 de enero de 2019. 
16. «This is how Elon Musk plans to use SpaceX to give internet to everyone». CNET (en inglés). 21 de febrero de 2018. 
17. Telesat Canada (24 de agosto de 2017). «Telesat Technical Narrative». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
18. Telesat Canada (24 de agosto de 2017). «SAT-PDR-20170301-00023». FCC Space Station Applications. Consultado el 23 de febrero de 2018. 
19. Zhao, Lei (5 de marzo de 2018). «Satellite will test plan for communications network». Consultado el 20 de diciembre de 2018. 
20. Barbosa, Rui C. (21 de diciembre de 2018). «Chinese Long March 11 launches with the first Hongyun satellite». Consultado el 24 de diciembre de 2018. 
21. Jones, Andrew (13 de noviembre de 2018). «China to launch first Hongyan LEO communications constellation satellite soon». Consultado el 20 de diciembre de 2018. 
22. Barbosa, Rui (29 de diciembre de 2018). «Long March 2D concludes 2018 campaign with Hongyan-1 launch». Consultado el 29 de diciembre de 2018. 

Enlaces externos

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre constelación de satélites.

Herramientas de simulación de constelaciones satelitales:

• AVM Dynamics Satellite Constellation Modeler
• Visualización de la constelación de satélites SaVi
• Transfinite Visualyse Professional

• Interconexión con constelaciones satelitales: una tesis doctoral (2001)
• Constelaciones satelitales de Lloyd's - última actualización 20 de julio de 2011
• Examen y análisis de la constelación polar de órbita terrestre baja-IEEE

•   Datos: Q967145
•   Multimedia: Satellite constellations