Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

mayo 29, 2010

Satélites de comunicaciones y GPS

Satélite GPS-IIRM
(D.P. vía Wikimedia Commons)
Ciertos avances tecnológicos pueden a veces implantarse de modo tan silencioso que no apreciamos el alcance del cambio que producen en nuestras vidas, como los satélites de comunicaciones.

La primera vez que se propuso la posibilidad de utilizar satélites para retransmitir señales de comunicación entre dos puntos de la Tierra ni siquiera había comenzado la era espacial.

Era octubre de 1945, y el especialista e instructor de radar de la Real Fuerza Aérea británica, Arthur Charles Clarke, aficionado a la astronomía y a la lectura de relatos de ciencia ficción desde su niñez, publicaba el artículo “Retransmisores extraterrestres: ¿pueden las estaciones cohete darnos cobertura mundial de radio?” en la revista Wireless World, dedicada a la radio y la naciente rama de la electrónica.

La idea del joven soldado que no había podido pagarse una educación universitaria por los recursos limitados de sus padres era ubicar un satélite artificial en una órbita geoestacionaria, es decir, que se mantuviera siempre sobre el mismo punto de nuestro planeta. Para conseguir esa posición el satélite debe tener una órbita geosincrónica, es decir, dar una vuelta a la Tierra en exactamente el mismo tiempo que tarda la Tierra en girar una vez alrededor de su eje y que esa órbita esté directamente sobre el ecuador terrestre, además de mantener la misma altura todo el tiempo.

Con esas características, el satélite funciona como un punto fijo visto desde nuestro planeta, y puede por tanto recibir comunicaciones con una antena y reenviarlas con otra, consiguiendo unir puntos sumamente distantes de modo muy sencillo. Cualquier otra órbita que no sea una “órbita de Clarke” como se le llama actualmente, exige que el satélite tenga antenas móviles para hacer el rastreo de las señales entrantes con una antena y mantenerse “apuntando” al punto de recepción de la señal.

Unir esos mismos puntos sin los satélites requeriría de una red de estaciones repetidoras o retransmisoras en línea de visión la una de la otra, pues ondas como las de televisión o las microondas viajan en línea recta.

El soldado pasó a convertirse en el autor de ciencia ficción Arthur C. Clarke, creador, entre otras muchas historias, de 2001: una odisea del espacio, mientras que otras personas se acercaban a la idea del satélite de telecomunicaciones para hacerla realidad. Primero, los satélites se utilizaron para almacenar y reenviar mensajes grabados, como el SCORE de 1958, o eran globos aluminizados que reflejaban pasivamente ondas de radio o de radar.

Pero el 10 de julio de 1962 se lanzaba el primer satélite de telecomunicaciones que activamente recibía y retransmitía señales, el Telstar 1, que en su breve vida (dejó de funcionar el 21 de febrero de 1963) retransmitió imágenes de televisión, llamadas telefónicas e imágenes de fax, realizando el primer enlace directo transatlántico entre Estados Unidos y Europa.

Los satélites de comunicaciones de hoy en día no sólo utilizan órbitas Clarke, sino otras varias órbitas en función de las necesidades que sirven. La telefonía, por ejemplo, fue una de las principales aplicaciones hasta que el uso de cables submarinos de fibra óptica empezó a desplazarlos por ser más eficientes y económicos, salvo por los teléfonos que se comunican directamente con los satélites, usados en sitios inaccesibles y sin servicio ordinario.

Uno de los principales usos de los satélites de telecomunicaciones es la televisión, tanto la que se transmite directamente a los hogares “via satélite” hasta los enlaces de grandes emisoras con sus subsidiarias, o de reporteros y unidades remotas hacia las centrales de producción. Así, por ejemplo, las imágenes de un partido de fútbol se envían usando enlaces de satélite desde la central de realización en la unidad remota hasta la central, de donde la señal se reenvía a las televisoras nacionales, o a las emisoras de televisión digital usando otros varios enlaces de satélite en todo el mundo.

Salvo por pequeños retrasos debidos a la gran distancia a la que están los satélites de comunicaciones, la señal de cada jugada del Mundial estará en todos los televisores del mundo prácticamente en el mismo momento en que ocurra.

Otras utilizaciones son la radio por satélite, el servicio de Internet por satélite, las comunicaciones militares de distintos ejércitos o grupos multinacionales como la OTAN y, de manera muy especial, la navegación, y no sólo la que ocurre en embarcaciones, sino todo tipo de navegación u orientación en cualquier vehículo terrestre, aéreo, marítimo o, incluso, a pie.

La navegación con ayuda de satélites se realiza gracias al llamado Sistema de Posicionamiento Global, GPS por sus siglas en inglés. Este sistema proporciona información precisa sobre la ubicación y la hora de cualquier receptor de GPS que pueda “ver” (es decir, que esté en la línea de visión directa) al menos cuatro satélites de los entre 24 y 32 satélites que actualmente forman la red. El primero de ellos se lanzó en 1989, la constelación de 24 satélites se completó en 1994 y se han seguido lanzando satélites más avanzados para reemplazar a los que van saliendo de servicio.

Nuestro receptor GPS, instalado en el automóvil o como parte de nuestro teléfono móvil, ordenador portátil o agenda electrónica, recibe las señales enviadas por los satélites mediante microondas. Estas señales incluyen entre sus datos el momento preciso del envío de la señal, la información orbital precisa del satélite y las condiciones generales del sistema junto con una ubicación general de sus órbitas.

El receptor, verdadero portento informático, realiza a velocidad vertiginosa el cálculo del tiempo de transmisión de cada uno de los cuatro o más mensajes que recibe y computa la distancia a cada uno de los satélites. Mediante un algoritmo matemático, calcula su posición respecto de los satélites, y ésa es la posición que se nos muestra, ya sea simplemente como un conjunto de coordenadas o situándonos en un mapa que nos pone en el contexto de nuestro entorno.

Los mapas de papel, los extravíos tremendos, el tiempo perdido y los problemas para localizar, por ejemplo, a víctimas de deslaves o avalanchas, poco a poco se van sustituyendo por este sistema, originalmente creado para la guerra y que sin embargo hoy ahorra tiempo, facilita la vida y, en muchos casos, salva vidas en tierra, mar y aire.

Del ejército a la vida civil

El sistema GPS nació como un proyecto de la década de 1970 para el ejército de Estados Unidos. El sistema se puso a disposición de los civiles después de que, en 1983, un caza soviético derribara a un avión civil de pasajeros coreano. Debido a un error de navegación, el vuelo KAL 007 entró en espacio aéreo prohibido por la Unión Soviética, y en el ataque resultante murieron sus 269 ocupantes.