guíadelmaestro

Los profesores pueden copiar esta guía parasu uso en clase. Para cualquier otro uso es ne-cesaria la autorización por escrito del editorde la revista.

Por Rosa María Catalá

Julio 2001

Esperamos sus comentarios y sugerencias, que pue-den hacer con atención a: Rosa María Catalá, alteléfono 56 22 72 97, fax 54 24 01 38, correo elec-trónico comoves@universum.unam.mx

Satélites artificiales:

Maestros:Esta guía se ha diseñado para que un artículo

de cada número de ¿Cómo ves? pueda trabajarse

en clase con los alumnos, de modo que se adap-

te a los programas de ciencias naturales y a los

objetivos generales de estas disciplinas a nivel

bachillerato. Esperamos que la información y

las actividades propuestas sean un atractivo

punto de partida o un novedoso “broche de oro”para dar un ingrediente de motivación adicio-

nal a sus cursos.

Verónica Bunge y Gloria Valek(No. 32, p. 30)

I. Ubicación de la temática enlos programas de bachillerato

de la UNAMSistemas ENP y CCH

El artículo y esta guía pueden abordarse encursos medios y superiores de historia, físicay geografía, donde temas tan diversos comoel desarrollo y fin de la guerra fría, la eraespacial, el mapeo y clima del planeta, lastelecomunicaciones, y otros relacionados pue-den conectarse para enriquecer la discusión.

II. Más información1. Definición y anatomía de un satélite. Eltérmino satélite se refiere esencialmente aun objeto pequeño, ya sea natural o artifi-cial, que da vueltas, es decir, orbita alrede-dor de un objeto astronómico de mayortamaño. El satélite natural que mejor cono-

ampliación de nuestras fronteras

cemos es la Luna. La Tierra, a su vez, es unsatélite del Sol y de igual forma lo son todoslos otros planetas del Sistema Solar. Los sa-télites artificiales son máquinas o, mejor di-cho, combinaciones de máquinas que orbitanalrededor de nuestro planeta con diversospropósitos. Son complejos, ya que deben in-cluir múltiples mecanismos para mantenerseen el espacio funcionando por largos perio-dos. En la figura se incluye el diagrama muysimplificado de un satélite sensor o demonitoreo. Éste, como la mayoría de los sa-télites, está formado a su vez por variossubsistemas que trabajan en conjunto comouno solo para lograr que el dispositivo reali-ce su misión. Los subsistemas involucrados eneste artefacto son:

•Comandos y Recolección de Datos•Fuente de poder•Control de movimiento y dirección•Misión del satélite•Comunicaciones•Control térmico (para evitar que los ra-

yos solares destruyan cualquiera de los otrossubsistemas)

El subsistema “maestro” y que le da per-sonalidad propia a cada satélite es el que serefiere a la misión (Payload en inglés), e in-cluye todos los programas (software) quepermiten al artefacto llevar a cabo las acti-vidades para las que fue diseñado. Éste pue-

c) Satélites de investigación científica. Mu-chos satélites se envían para llevar a cabo,en órbita, diferentes tipos de experimen-tos y observaciones. Por ejemplo, el SOHO(Solar and Heliospheric Observation) seencarga exclusivamente de estudiar laestructura y comportamiento del Sol, tan-to a nivel externo (medición de tempera-tura, atmósfera o corona solar, estudiosde superficie), como su actividad inter-na. Es un satélite muy especial porque noorbita a la Tierra, sino al Sol. Se enviópara poder estudiar nuestra estrella sinlas interferencias que representan la Lunay la propia Tierra.

d) Satélite de monitoreo de superficie te-

rrestre. Como su nombre lo indica, estetipo de satélite se encarga de obtener in-formación actualizada sobre la superficieterrestre. De órbita LEO, este artefactose ubica a unos 480 km de la superficieterrestre, y utiliza cámaras muy podero-sas para hacer un barrido fotográfico yotras pruebas que incluyen análisis dezonas forestales, composición química delos minerales, fuentes de agua dulce su-perficial, etc. Toda la información quearrojan es sumamente útil para la admi-nistración de recursos renovables y norenovables, incluyendo actividades eco-nómicas como la agricultura, la pesca y laminería, entre otras.

e) Satélites del Sistema de Posicionamien-

to Global (Global positioning). Estos sa-télites son muy apreciados por losgeógrafos y los navegantes. Pueden deter-minar la latitud, altitud y longitud exactade cualquier punto sobre la Tierra. Recien-temente, alcanzaron un grado de avancetal que pueden dar la posición exacta decualquier persona sobre el planeta.

III. Actividades1.- Pida a sus alumnos que investiguen los si-

guientes temas:• ¿De qué tipo de materiales deberá estar

fabricado un satélite?, ¿por qué?

• ¿Qué tipo de órbitas describirá un satélitedel sistema de posicionamiento global?,¿por qué?

• ¿Qué beneficios tiene el uso de los satéli-tes en nuestra vida diaria?, ¿qué amenaza(si la hay realmente) representan (tantosi funcionan como en el caso de posiblesfallas) para la seguridad y el bienestarmundial?

• ¿Qué se conoce como basura espacial?,¿Qué papel desempeñan los satélites enesta situación?

• ¿Qué podría pasar si un país decidiera des-truir los satélites de otro?

2. Pida a sus alumnos que investiguen el sig-nificado de las siguientes palabras y con-ceptos•radar •microondas•antena •órbita elíptica•máser •celda solar•electromágnetico •batería de litio

3. Búsqueda y análisis de informaciónsatelital

• Investigar vía Internet distintos sitios quepresenten información satelital como ladescrita en la guía. Interpretar algunasimágenes o datos a través de la orienta-ción de la Secretaría de Comunicacionesy Transportes, el INEGI u otras dependen-cias gubernamentales que presten servi-cios al público sobre información satelital.

IV. Bibliografía1. The Way Things Work. Simon and

Shuster, Nueva York, 19712. Encyclopaedia Britannica. Macropedia,

“Satellites”, 1987.3. Páginas de Internet: http://www.

thetech.org/hyper/satellite.html y http://www.smgaels.org/physics/97/home.htm

de incluir antenas, cámaras, radares y variaspartes electrónicas. Por ejemplo, para unsatélite de monitoreo climático se deben in-cluir cámaras que tomen fotografías de laformación de nubes, mientras que un satéli-te de comunicaciones incluye entre suequipamiento largas antenas para recibir ytransmitir señales de TV o telefónicas. El res-to de los subsistemas configuran el “carro”(bus en inglés), para que el satélite funcioneintegradamente. (Véase figura 1).

2. Lanzamiento y funcionamiento de un

satélite. Todos los satélites tienen algo encomún: no son tripulados ni se envíanastronautas para ponerlos en órbita. Paracolocarlos en su trayectoria espacial, son lan-zados por medio de cohetes y su equipo elec-trónico es operado por baterías solares quecargan otras baterías de energía química (porejemplo de litio). Todos incluyen múltiplessistemas de monitoreo interno, es decir, todoel tiempo envían información sobre cómo es-tán funcionando sus diferentes subsistemasya que, como resulta obvio, no hay personalde mantenimiento disponible en el espaciopara encargarse de estos importantes deta-lles. Además, el satélite cuenta con sensoresde temperatura, radiación y de campos mag-néticos, entre otros, con los cuales el perso-nal de Tierra puede determinar si lascondiciones son adecuadas para el perfectofuncionamiento del satélite. También se in-cluyen dispositivos para la recepción de se-ñales de autocorrección, lo cual sucedecuando, por ejemplo, se encienden los co-hetes de control automáticamente para co-rregir las pequeñas desviaciones que puedasufrir su órbita. Para lograr esta auto-corrección se incluyen sistemas de rastreoastronómico automático, de manera que lacomputadora del satélite tiene un sistema dereferencia infalible que puede ser el Sol o laestrella Canopus, en el hemisferio sur.

3. Las órbitas que pueden describir los sa-

télites. De acuerdo a su ubicación sobre lasuperficie terrestre y a las órbitas que descri-ben, los satélites se dividen en varios tipos:

a) Satélites de órbita baja (LEO, por sus si-glas en inglés). Son satélites que se envíana alturas que van de los 320 a los 800 kiló-metros sobre la superficie terrestre. Debi-do a que orbitan muy cerca de la Tierra,deben viajar muy rápidamente para quela gravedad no los empuje de regreso a laatmósfera. Los satélites LEO se mueven a27,360 km/hr, por lo que pueden circun-dar la Tierra en tan solo 90 minutos. Lossatélites climáticos y de monitoreo remo-to describen este tipo de órbitas y actual-mente hay más de 8000 de estos artefactosorbitando nuestro planeta. (Véase figura 2).

b) Satélites de órbita polar. Es un tipo espe-cial de los descritos anteriormente (LEO),la única diferencia es que un satélite enórbita polar viaja en una dirección norte-sur, en lugar de la dirección más común(este-oeste). Estos satélites, por su posi-ción, tienen la cualidad de hacer un barri-do gráfico de toda la superficie terrestre,(Véase figura 3) de forma equivalente a loque sucede cuando se pela una naranja conun solo corte. Con ellos se obtienen tomasterrestres únicas de alto valor geográfico.

c) Satélites geoestacionarios o de órbita

geosincronizada (GEO, por sus siglas eninglés). Éstos se localizan directamente porencima del Ecuador, a 35,700 kilómetrosde la superficie. A esa distancia, a un sa-télite le toma exactamente 24 horas dar

una vuelta completaal planeta, de mane-ra que como ese tiem-po también coincidecon la rotación de laTierra, la rotación deambos cuerpos es si-multánea. Como con-secuencia, un satéliteGEO siempre se en-cuentra sobre el mis-mo punto de la Tierray rastrea un área es-pecífica que se cono-ce como “huella”.(Véase figura 4).

d) Satélites de órbita elíptica. Describen unatrayectoria en forma de óvalo, por lo queuna parte de la órbita está más cerca delcentro de la Tierra (perigeo) y la otra estámuy alejada (apogeo). Un satélite que des-criba esta órbita tarda unas 12 horas endar la vuelta completa al planeta, y deigual forma que los satélites de órbita po-lar, se mueve en dirección norte-sur, porlo que puede barrer las zonas polares, locual no logran los satélites tipo GEO. (Véa-se figura 5).

4. Las estaciones de monitoreo en Tierra y

el uso del máser. Las estaciones de monitoreosatelital en Tierra tienen un diseño particu-lar. Su dispositivo más notorio es la antenaaltamente sensible, misma que recibe seña-les satelitales sumamente débiles que se am-plifican hasta un millón de veces. Esta antenacambia continuamente de dirección con unaprecisión direccional de cerca de un milésimo

Batería solar

Transmisor de posición

Receptor

Transmisor de señales

Antena

Codificador

Cabezas demedición

Computadora

Fig.1 Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

de grado, o dicho de otra manera, 3.6 segun-dos de arco. A esta antena se conecta un am-plificador máser, muy adecuado por su bajofactor de “ruido”. El “ruido” se refiere (eneste contexto) a cualquier señal eléctrica in-deseable generada en el satélite mismo, mis-ma que puede interferir o distorsionar lasseñales que el satélite recoge en su misión.El máser es un amplificador que convierte laenergía de los átomos a microondas (éstasson ondas electromagnéticas de muy peque-ña amplitud, con una frecuencia que va delos 1000-30,000 megaciclos/seg). Estas ondaselectromagnéticas estimulan la formación deelectrones de alta energía que, a su vez, laliberan en una especie de reacción en cade-na cuyo resultado global es la amplificaciónde la radiación original captada. Todo el pro-ceso es independiente del movimiento alea-torio de los electrones, de manera que losamplificadores máser generan menos “ruido”que los de tipo electrónico.

5. Satélites... ¿para qué se usan?

De acuerdo a sus usos, existen cinco tipos desatélites (no militares):

a) Satélites de telecomunicaciones. Comosu nombre lo indica, este tipo de saté-lites funcionan como estaciones retrans-misoras en el espacio. Se utilizan para“rebotar” mensajes de una parte a otradel mundo, mensajes que pueden ser se-ñales de televisión, telefónicas y deInternet, una de las aplicaciones más uti-lizadas actualmente. Existen más de 100satélites de este tipo orbitando actualmen-te nuestro planeta. Todos son del tipo GEO.

b) Satélites de monitoreo del clima terres-

tre. También del tipo geoestacionario,estos satélites forman parte de todo unsistema internacional administrado porel programa de Satélites GeoestacionariosOperacionales de Monitoreo Ambiental(GOES, por sus siglas en inglés). Losmeteorólogos de todo el mundo registranlos datos que envían para estudiar los pa-trones climáticos de todas las regiones ypaíses.

Batería buffer