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Barrilete cósmico

Damos por sentadas muchas cosas de la vida moderna, como que hay gente que no puede evitar sacarle fotos a la comida o que los grupos de WhatsApp, si bien no logran que nos juntemos, por lo menos logran que intercambiemos eficientemente fotos de gatitos, capturas de pantalla de nosabésloquemedijo y, cuando no, porno. Si paramos la pelota y miramos bien alrededor, podemos notar que vivimos en un presente que parece un futuro de ciencia ficción. Ésta es una historia de cómo es que algunas ideas descabelladas se volvieron ciencia y de cómo la ficción se volvió realidad.

Después de la Primera Guerra Mundial, con el avance de la tecnología en el uso de ondas electromagnéticas moduladas para comunicaciones (un nombre RE coqueto para la radio), hubo una explosión en la forma y velocidad con la cual la humanidad se comunicaba. Primero transmitiendo mensajes de voz y música y luego imágenes. Mensajes, dato no menor, que hoy viajan por el espacio, listos para ser vistos por una civilización extraterrestre, lo que me hace pensar que espero que, si E.T. ve algo nuestro, no sea el discurso de Hitler ni un monólogo de jurado del Bailando. En las regiones más pobladas del planeta se instalaron equipos que constantemente transmitían información mediante estas ondas, así que el siguiente paso era lograr una red global de comunicaciones inalámbricas.

Leamos despacito esto: Primer Guerra Mundial. Red Global de Comunicaciones Inalámbricas.

Digo, para esta gente ‘Franz Ferdinand’ era un tipo recién muerto, no una banda, y ya pensaban en conectar el planeta inalámbricamente. Aguante la ciencia.

El problema es que para esto quedaban otros dos problemas que esquivar. El primero: la transmisión de radio depende fuertemente de los rebotes de las ondas sobre la atmósfera. Este fenómeno se llama refracción y sucede en una capa de la atmósfera que llamada Ionósfera donde hay una gran cantidad de partículas cargadas (o iones, o sea que sería la particulacargadósfera). Las ondas de radio de cierta frecuencia excitan (rawrr) estas partículas y las hacen moverse de un lado al otro como si estuvieran bailando música electrónica; y este movimiento genera más ondas de radio que se emiten desde estas partículas excitadas. Esta capa no es lisa, tiene una forma ondulante similar a la del mar que en vez de picarse por el viento de aire, se agita con el viento solar (son las partículas y radiaciones que vienen del sol ya que es este mismo viento que genera los iones). Es por esto que la capa no es la misma de día y de noche y puede verse muy afectada por las tormentas solares. Todo en un exceso de nombres que bien podrían ser adjudicados a ataques perdidos de los Caballeros del Zodiaco.

Por esto, para poder transmitir de un punto del planeta a otro prescindiendo de los rebotes, habría que tener transmisores y receptores que se vieran directamente el uno al otro.

El segundo problema es que la Tierra no es plana, ni lisa, (ni es un disco, ni está sostenido por una tortuga cósmica cuyo sexo todavía queda por descubrir). ¿Qué hacemos, entonces? Construímos antenas bien altas. ¿Qué tan altas? Lo más altas que podamos, Pinky *relámpagos, música de suspenso*.

Para la época en la que se comenzó a plantear un esquema de comunicación para toda la Tierra (y junto con los últimos desarrollos de cohetería), el matemático, físico y CAMPEÓN de la ciencia ficción Arthur C. Clarke replanteó la idea imaginando que en vez de colocar antenas repetidoras en torres, se podría colocarlas en satélites en órbita fuera de la Tierra. Total, ¿para qué necesitamos antenas si podemos colgar cosas del cielo?

Acá hago un paréntesis ( para un experimento mental –no se preocupen, esta vez el gato zafa–.  Supongamos que un hábil tirador de piedras se para en la punta de una torre en un planeta sin atmósfera (y sin médicos cuánticos u homeópatas, porque bueh, es mi planeta hipotético y lo habito como quiero) y tira una piedra hacia adelante. Ésta (la piedra, no lo que tenés que llevar si vas para allá, tenemos 13 años y vamos a un colegio técnico) va a describir una parábola hasta que caiga al piso.

Inmediatamente después de darse cuenta de que la piedra, como Jebús, describió una parábola, nuestro barrabrava tira otra piedra en la misma dirección, pero con más velocidad. Otra vez, parábola y al piso, pero esta vez más lejos. Sigue así, tirando piedras cada vez más rápido hasta que, ocasionalmente, una le pega en la nuca. Esto, lejos de ser intervención divina o karma, se produce ya que esta vez la piedra, en vez de caer al piso piso, va cayendo al piso con suficiente velocidad como para dar una vuelta completa al planeta libre de homeópatas en lo que llamamos ‘meter el cascotazo en órbita’. Si no hubiese nada para frenarla, la piedra seguiría dando vueltas al planeta. Así es que la Luna (una piedra grande) da vueltas a la Tierra sin caerse, y los planetas (otras piedras más grandes) dan vueltas al Sol. Cualquier objeto que caiga con esta catarata de glamour alrededor de otro se denomina satélite.

Como la fuerza de la gravedad disminuye con la distancia, mientras más alta es la órbita más lento es el tiempo en el que se completa. Si naciste el 29 de febrero y creías que tenías pocos cumpleaños, imagínate naciendo en Plutón que le da una vuelta al Sol cada 247 años 5 meses y 5 días nuestros.

Un alemán (Hermann Oberth) se dio cuenta de que una órbita a 35786 km de altura daría la vuelta en 24hs, o sea a la misma velocidad que rota la Tierra (órbita geosíncrona). Un esloveno (Herman Potočnik) pensó que sería bastante fácil comunicarse con estos satélites si estuviesen a la altura del ecuador, ya que respecto de la Tierra se mantendrían en un punto fijo en el cielo. Finalmente, el pícaro de Arthur se lo comió, eh, digo, escribió un artículo en 1945 que se repartió inicialmente entre sus colegas de la ‘Asociación Interplanetaria Inglesa’ (posta que se llama así) y luego en la publicación ‘Wireless World’ quedando así plasmada la idea de satélites de comunicaciones en órbitas que hoy conocemos como ‘geoestacionarias’.

La primera realización de uno de estos satélites pudo ser completada en 1963 con el Syncom 2 (estrictamente geosíncrono y no geoestacionario1) de NASA y para la demostración se realizó una llamada telefónica entre John F. Kennedy y el primer ministro nigeriano Abubakar Tafawa Balewa. Seguro que hablaron de fútbol y chicas y de un email dudoso sobre la fortuna de un príncipe. Luego siguió con el Syncom 3 (este sí geoestacionario).

Los países que tenían capacidad fueron colocando más satélites en órbita, hasta llegar a alrededor de 400 satélites activos hoy en día. Para lograr que todos los satélites bailen en ronda a unos 10000 km/h alrededor de la Tierra sin chocarse o interferir entre ellos, la Unión internacional de Telecomunicaciones decidió dividir la órbita geoestacionaria en ‘cajitas’ de 2° o 1500 km de ancho, de manera que hay 180 posiciones alrededor de la Tierra que se van repartiendo entre los distintos países que deseen usarlos. Pero pará, ¿acabás de decir que hay 400 satélites y sólo 180 cajitas? Sí, pero cada operador puede poner varios satélites en el mismo casillero, en teoría hasta 8 y llegan a acercarse hasta unos pocos kilómetros de distancia.

Entonces, pongamos satélites en nuestros huequitos. En 1993 se asignaron las posiciones 71,8°O y 82°O a Argentina, y se ocuparon originalmente con satélites comprados administrados por empresas privadas (Nahuelsat 1A) y satélites alquilados. En 2006 se crea la empresa ARSAT, una empresa estatal, cuyo fin entre otros es proteger las posiciones orbitales y asegurar la soberanía de Argentina en comunicaciones geoestacionarias.

En este marco surgió el programa de satélites geoestacionarios ARSAT, cuyos primeros hijos fueron el ARSAT 1 y ARSAT 2 que hoy ocupan estas posiciones y prestan servicio al Estado y a privados. Lo primero que se hizo con ARSAT 1 colgadito en posición fue transferirle los servicios que usaba el Estado argentino de un satélite que se alquilaba a una empresa. Ya habían países latinoamericanos que tenían satélites geo, pero tenían porque los compraron. El nuestro lo hicimos nosotros. Algunas partes, como la electrónica de vuelo (una cajita negra con un par de fichas que debe rondar los 10 millones de dólares), fueron diseñadas, fabricadas y programadas íntegramente en Argentina. Para otras (por no dominar la tecnología o por cuestiones de tiempo) como el sistema de propulsión, necesitamos un poco de ayuda y lo compramos ‘hecho’ a otras empresas. Cuestionar si el satélite es argentino es como decir que una Ferrari no es Ferrari porque usa cubiertas Michelin, o que un iPhone no es Apple porque la pantalla la hace Samsung.

Estos satélites fueron construidos por la empresa INVAP, son operados por ARSAT y sirvieron para demostrar nuevamente que Argentina tiene la capacidad de encarar problemas tecnológicos que muy pocos países pueden, y además establecer una industria de alta complejidad que derrama trabajo, ciencia y tecnología hacia muchísimas áreas.

Este proyecto fue reforzado por la ley 27208 que establece el Plan Satelital Geoestacionario Argentino 2015-2035 que, en función del desarrollo y el aumento de las comunicaciones en Latinoamérica, plantea la construcción de más satélites geoestacionarios, algunos de los cuales incorporarán nuevas tecnologías como propulsión eléctrica. Lamentablemente en este momento, si bien se firmó el contrato con INVAP para su fabricación, el proyecto del ARSAT 3 se encuentra demorado por tiempo indefinido, junto con mis ilusiones de llamar al Presidente de Nigeria para hablar de chicas, de fútbol y de un mail re flojo de papeles que me llegó sobre la fortuna del príncipe.

 

Nota: En el artículo original (que se puede encontrar acá) Clarke no sólo propone el sistema de satélites geoestacionarios dando especificaciones bastante precisas en cuanto a su funcionamiento, sino también un laboratorio científico en órbita, lo que hoy es la ISS y el discute el uso de energía solar o nuclear en estas estaciones. Un genio.

 

1 Geosíncrono es que da una vuelta en 24hs, o sea, sincronizado con la Tierra. Geoestacionario es un caso particular, que es la órbita a la altura del ecuador. El geoestacionario esta quieto en el cielo respecto a un observador en la tierra, el geosincrono ‘sube y baja’ (norte, sur)




Hay 38 comentarios

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  1. Ewan Gatzea

    Por fin una nota sobre satélites, que vengan muchas más.
    Da para ampliar en otra nota cuál será la primera imagen que tengan de nosotros los E.T., no vaya a ser que la primera impresión sea un debate de gran hermano.

    Ahora ¿es cierto que el ARSAT 3 está demorado porque solo tiene un 20 % de sus servicios vendidos, o es chamuyo? lo encontré como un rumor y no consigo más información sobre el tema.

    • Juan Francisco Bertona

      Hola Ewan.
      El ARSAT 3 quedó en un punto medio gris. En el anexo de la ley 27208 que es el plan satelital geoestacionario Argentino (http://servicios.infoleg.gob.ar/infolegInternet/anexos/250000-254999/254823/ley27208.pdf) dice que los A1 y A2 iban a ser financiados por el estado y que tendrían “planes a largo plazo”y que de A3 en adelante se los financiaría con dinero generado por ARSAT y “planes de negocio aprobados en cada caso”. En el mismo documento se expresa la voluntad de mantener la sala limpia de INVAP y CEATSA (donde se los fabrica) llena, o sea no cortar la cadena productiva.
      Esto como muchas otras cosas se presta a distintas interpretaciones según el encare político que se le dé.

      La verdad es que no tengo información fehaciente de cuál es el porcentaje de uso del A2 ya que los datos de ARSAT no son de dominio público (aunque creo que deberían serlo).

      Por otro lado, que todavía no se haya vendido el otro 80% no significa que sea un fracaso. Esos sates son una máquina de hacer dinero. Con vender lo que queda en los próximos 6 años ya se tendría un margen de ganancia muy importante. Tienen una vida útil de al menos 15 años y la inversión se recupera en aproximadamente 7 u 8 años a capacidad máxima.

      La pregunta que hay que hacerse es qué conviene: ¿Hacer las cosas sólo por la renta que reportan a corto plazo o generar y mantener una industria tecnológica sólida?

      • Manuel

        Así diera un flujo financiero negativo… ¿cuál es? El Estado no tiene ninguna necesidad de generar un flujo positivo. No es un empresa que necesita sobrevivir buscando el dinero, recurso escaso para ella… el Estado es el único que puede crear cuanto dinero necesite. Nunca quebrará. ¿Genera esto inflación? Para nada… la idea de que la emisión genera inflación se sostiene sólo en el supuesto de pleno empleo y plena utilización fabril pero, si hay ociosidad (desempleo de factores), no se puede alegar que haya inflación. Entonces, ¿por qué preocuparse por la rentabilidad en vez de darle laburo a los científicos? Por dos razones: (a) el sentido común, de común no tiene un carajo… es totalmente neoliberal (b) los científicos no tienen ni idea de finanzas funcionales y, mucho menos, de economía.

  2. Joaquin

    Excelente nota!!! Si bien entendía que lo del AR-SAT era un logro en ciencia y tecnología, nunca terminé de verlo como algo taaaaaaaaaaaaaaaaan importante, habiendo taaaaaaaaaaaaaantas cosas más urgentes en Argentina, pero gracias a esta nota puedo entender que, sí, es súper importante y que está bien que lo hagamos. Y que es admirable. Y que es una (nueva) prueba de que podemos hacer cosas impresionantes laburando en equipo, algo que por lo general olvidamos.

    Me queda una sóla duda: con que fuerza tendría que tirar la piedra en la tierra para que me pegue en la cabeza, dando la vueltita al globo?

    • Juan Francisco Bertona

      Hola Joaco. La pregunta estrictamente correcta es ¿a qué velocidad debería poner la piedra para..? y después, ¿Qué impulso (fuerza multiplicada por tiempo de acción) debería darle a la piedra para que alcance esta velocidad?

      Vamos a empezar haciendo la suposición de que estamos en el vacío (no hay rozamiento del aire), que la tierra es lisa, perfectamente esférica y que la fuerza de la gravedad viene del punto exacto del centro de la tierra. (suposiciones bastante válidas cdo uno está en una órbita geoestacionaria)

      Primero calculemos la velocidad. La velocidad para una órbita circular está dada por vc=sqrt(mu/r) donde mu es el parámetro gravitatorio de la tierra (3,98E14 m^3/s^2) y r es la distancia al centro de la tierra. Vamos a usar un valor medio comunmente aceptado para la superficie de la tierra de 6370km.

      La velocidad requerida es entonces 7904 m/s o 28456km/h

      Ahora algo a preguntarse es, de dónde y en qué dirección querés tirar la piedra. Pasa que la tierra gira, y si estamos parados en el ecuador tanto nosotros como la piedra ya tenemos unos 1667km/h de yapa en dirección Este. Es por esta razón que los cohetes usualmente luego de despegar empiezan a virar en dirección E.

      Vamos a decidir tirarla en esta dirección por lo que el cambio de velocidad que hay que darle va a ser de 7441 m/s.

      Como no me dijiste de qué tamaño es la piedra, vamos a suponer que es una piedra de 100g y que el lanzamiento dura una décima de segundo. La ecuación para calcular fuerza sale de la segunda ley de newton y es F=m.dv/t. m= masa, dv=cambio de velocidad, t=tiempo.

      La fuerza que habría que hacerle es de 7441N o 759kgf. Como si se te parase un oso polar entero haciendo equilibrio sobre la piedra encima de tu mano.

      Suerte con tu intento de poner esa piedra en órbita

  3. Ceci

    – Pero el satélite tiene partes importadas
    – Piri il sitiliti tiini pirtis impirtidis

    AGUANTE ARSAT CARAJO!

    Una consulta, a ver si entendí bien, el geostacionario igual gira alrededor de la tierra, solo que siempre sobre el ecuador? Y gira con la misma velocidad y sentido que la tierra y por eso parece “quieto” o entendí cualquiera?

    PD: mi parte más obse dice que si existe el “Acá hago un paréntesis ( ” debería haber un “fin de parentesis )” porque me dan impares los paréntesis.
    Lo dice ella, no yo, eh. Y también lo dicen acá https://xkcd.com/859/

    • Juan Francisco Bertona

      Mis disculpas a quienes les dejé una tensión residual por el resto del día! Pasa que cuando lo escribí me tenté con el chiste fácil.

      Entendiste bien. Como la tierra está inclinada 23,5° (maso) respecto al plano de la eclíptica (plano sobre el que se encuentran las órbitas de los planetas) la órbita estable de los satélites tiende a alinearse con este plano debido más que nada a la influencia del sol y júpiter (astrólogos abstenerse).
      Esto hace que a lo largo del día un satélite sobre la eclíptica se mueva hacia norte y sur respecto a nuestro punto de vista en la tierra. Por eso hay que estar corrigiendo periódicamente la inclinación, para que no se vaya del ecuador

      • Ceci

        Y como se realiza esa realineación? Propulsión? (se agota el combustible o es eléctrico/solar?). Y la alineación es automática o es un sistema de control que “mide” las distancias (ponele) y va acomodando?
        Cuando rompa mucho las bolas con mis preguntas avisen :P

        • Juan Francisco Bertona

          Si, con propulsión. Actualmente la gran mayoría con sistemas químicos bipropelentes (un combustible y un oxidante). Sí, se acaba el propelente y es uno de los factores limitantes de la vida útil del satélite. A la hora del despegue casi la mitad del peso es propelente.

          Hay satélites nuevos que usan propulsión eléctrica que es mucho más eficiente, por lo que la cantidad de propelente que hay que subir es mucho menor. En el siguiente lanzamiento de Spacex (mañana, 14 de junio) se van a lanzar dos satélites con propulsión 100% eléctrica.

          Las maniobras de corrección se hacen a mano desde tierra en la mayoría de los casos.

        • Ceci

          El SpaceX se estaría lanzando en un rato..
          Y yo, gracias a ustedes, estoy como loca porque no me anda el live feed.

          Igual, lograron que me ponga a leer sobre eso (sistemas de propulsión de cohetes y cosas similares). Los quiero <3

        • German K

          @juan que tanto influye el combustible en la vida util del sate? Si me decis que onda 100%, ¿no estaria bueno aplicarle una inmigracion sin papeles y que los satelites se muevan libremente norte sur y se reconfiguren las comunicaciones segun la necesidad? (es decir, que los sats se comuniquen entre ellos y hagan de repetidoras para el hemisferio temporalmente desplazado, si es que hace falta tal cosa, no calcule a donde termina la tangente desde la orbita a la superficie de la tierra…)
          Claro que por ahi para algunas ideas deberiamos ejercer de homo sapiens, nombre que nos pusimos sin ninguna modestia…

  4. Nacho

    Hola, podrían escribir mas adelante una nota sobre los nanosatelites? Según lo que entiendo no estamos nada mal en esa área y todavía no tuvieron mucha difusión al publico.

    Saludos y muy buena la nota.

  5. windows98

    1996: “Se va a licitar un sistema de vuelos espacial, mediante el cual, desde una plataforma que quizás se instale en la provincia de Córdoba, estas naves espaciales van a salir de la atmósfera, se van a remontar a la estratósfera, y desde ahí elegir el lugar a donde quieran ir. De tal forma que en una hora y media podemos estar desde Argentina en Japón, en Corea, o en cualquier parte del mundo.”

    2014: “El Arsat-1 fue construido íntegramente en Argentina y se invirtieron 1.121 millones de pesos para su construcción. Asimismo se invirtieron 867 millones de pesos adicionales en protección de los orbitales, ingeniería de desarrollo, estaciones terrenas, software, seguros y la puesta en órbita. El área de cobertura del Arsat-1 será todo el territorio nacional, incluyendo las Bases Antárticas y las Islas Malvinas.”

    algo había cambiado.

    p.d.: lo de que “cuando mascherano mira al horizonte, ve su propia nuca” a lo mejor se da en ese planeta copado libre de homeópatas

  6. ariel dobry

    Buenisimo articulo y aguante el Arsat 3 a pesar de estas cuentitas que ahora hacen los ceos que quieren manejar el estado como si fueran sus empresas.
    Una cuestión histórica, creeria que el primero que uso el argumento de tirar la piedra desde la montaña a tal velocidad que quede girando alrededor debla tierra fue Newton quien incluyo un dibujo en sus Principia. Quiso convencer y lo logró que como cae una piedra gira un planeta.

  7. Diego Azuaga

    Buenísimo el artículo que me llena de dudas. Algunas de ellas:

    “Como la fuerza de la gravedad disminuye con la distancia, mientras más alta es la órbita más lento es el tiempo en el que se completa.”
    ¿Eso viene significando que si estando en una órbita de pronto acelero, paso a una órbita inferior (y viceversa)? De ser así… entonces la película Gravity está pa´lamerda.

    ¿Una órbita geosíncrona o geoestacionaria únicamente se logra a 35786 km de altura? ¿Por arriba o por debajo ya no es posible?

    Si en la ISS hay casi toda la gravedad que existe a nivel del mar (un 90% o así) y lo que se percibe es microgravedad debido a la caída libre en que se encuentran los cuerpos (orbitar no es más que el arte de caer esquivando constantemente el piso)… en un viaje espacial, pongámosle a la luna, en donde no se está en una órbita… ¿los astronautas sienten algo diferente a la microgravedad en la ISS?

    • Juan Francisco Bertona

      Hola Diego. Esa oración que citás contiene muchas suposiciones y ecuaciones que preferí obviar para no hacer complicado el artículo. Una de esas suposiciones es que hablamos de órbitas circulares.
      En el paper original Clarke lo explica bien y hasta pone un gráfico del que me voy a valer. Dicen que una imagen vale mil palabras, un gráfico vale varias ecuaciones con algunas variables acotadas.
      http://imgur.com/devdxBM

      La curva que sube es período orbital en horas y la curva que baja es velocidad orbital en km/s. Ambos en función de la distancia al centro de la tierra. Se ve que el período orbital es de 24hs a una distancia de 42000 kms del centro de la tierra (masomenos).

      En cuanto a qué pasa si estás en una órbita y acelerás (en la dirección del movimiento, o progrado como dicen los sofisticados) lo que va a suceder es que la forma de tu órbita se va a estirar en el punto opuesto a donde estás acelerando, quedando el objeto en una órbita elíptica. Recordemos que sigue siendo un objeto cayendo, y vos al acelerarlo le estas dando más energía y eso logra que “llegue más alto”.

      Para órbitas circulares si, la unica opción esa altura.

      En un viaje a la luna también se está en una órbita en todo momento, salvo si aterrizás. Sin embargo, en cuanto a qué sienten los astronautas es lo mismo, ya que es todo un tema de punto de referencia. El techo, el piso, las paredes y vos se mueven a la misma velocidad y van cayendo de la misma forma. Es por eso que se crea el efecto de ingravidez. Muy diferente a cuando abrís los ojos el domingo a la mañana después de una larga noche.
      Hay efectos de menor escala que podrían llegar a medirse que se deben a estar en un marco de referencia no inercial y uno un poco menos no inercial, pero en cuanto a sentir, debe ser lo mismo

  8. elcalumet

    No sé qué pensará Juan Francisco, pero teniendo en cuenta que la nota que citás, además de abusar del uso de condicional, dice cosas como “Clarín pidió precisiones en Arsat y en Casa de Gobierno, pero las fuentes oficiales prefirieron no responder.”… y casi que sin detenerme en anteriores pronunciamientos de este gobierno (segundo semestre, pobreza cero, etc, etc); yo sería especialmente conservadora a la hora de ilusionarme y esperaría más hechos que palabras… pero yo, capáz Juan Francisco es más optimista. Saludos!


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