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I. INTRODUCCIN: El sbado 20 de octubre del 2012, se reunieron los
miembros del grupo de estudio, debate e investigacin en Ingeniera de
Telecomunicaciones y Redes, para tratar el tema de Satlites, escogido
previamente mediante votacin en el grupo de Primera Promo de Teleco en
Facebook; en su primera fase de Investigacin. La segunda Fase fue realizada
3 das despus para la realizacin del informe y debate.
En el presente informe, desarrollaremos el tema de cmo se construye un
satlite artificial y cules son los elementos que intervienen en su construccin.
Todo desde la perspectiva de una de las empresas ms importantes de la
industria espacial, ASTRIUM.
Mostraremos las diferentes etapas por las que pasa un satlite, y sobre todo
cules son los procesos ms crticos de su construccin.
En fin, agradecemos su inters al leer este informe y estamos contentos de
compartir lo que hemos podido aprender hoy.
II. OBJETIVOS:
a. Lograr entender el funcionamiento general de un satlite artificial.
b. Investigar acerca de la estructura de un satlite artificial.
c. Investigar acerca de la construccin de un satlite artificial.
d. Identificar los procesos ms crticos del proceso de construir un satlite.
e. Compartir todo lo aprendido en esta sesin.
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III. DESARROLLO DE LA SESIN:
Los Satlites son parte fundamental en el proceso de comunicacin entre las
personas que se encuentran uno a cada lado del mundo. En el pasado era casi
imposible tener una comunicacin lo suficientemente decente (en trminos de
calidad y tiempo de respuesta) entre una persona de nuestro pas y al otro lado
del mundo, en Japn. Si hablamos en trminos de velocidad de transmisin,
podramos decir que la Fibra ptica es una gran opcin a elegir, sin embargo,
no podemos cablear todas las cosas en el mundo. Ms an con el enorme
boom de las comunicaciones mviles en el mundo; las personas empezaron a
entender la importancia de estar conectados en cualquier tiempo y en cualquier
lugar.
Fig. 1 Astrium.
Tener la facilidad de poder empezar una comunicacin entre dos puntos
geogrficos, o la posibilidad de acceder a los datos de noticias en el mundo
desde las ruinas de Machu Picchu, o tomarse una foto mientras te paseas en
una canoa en el Amazonas, o en caballito de totora en la costa peruana. En fin,
todo esto es posible gracias a la comunicacin satelital. Pero no muchas
personas conocen el proceso que demanda tener un satlite orbitando en el
espacio para brindar los servicios antes mencionados. ASTRIUM ah dedicado
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cada centavo de inversin a desarrollar los ms modernos satlites
comerciales del mundo.
ASTRIUM es la empresa nmero 1 europea, y tercera de la industria espacial
en todo el mundo, ASTRIUM rene 17.000 hombres y mujeres en cinco pases:
Alemania, Espaa, Francia, los Pases Bajos y el Reino Unido. Son 17.000
profesionales seleccionados de entre los mejores, movidos todos ellos por el
mismo entusiasmo por el espacio y unidos en la mayor aventura de nuestro
tiempo: extraer del infinito potencial espacial, ventajas y progreso para los
seres humanos. Garante del acceso europeo al espacio y lder indiscutible del
transporte espacial, e los sistemas de satlites y de los servicios espaciales,
desde hace mas de 40 anos ASTRIUM va en pos de su ms grande y bella
misin: aportarles todo el espacio que necesiten, hoy y maana. Una misin
que ya esta asociada a nombres tan prestigiosos como Ariane, la Estacin
Espacial Internacional, Envisat o Mars Express. Y siempre con el mismo
compromiso: ofrecer a nuestros clientes las mejores soluciones del mercado
en trminos de innovacin, calidad, costes y plazos.
En la plantilla de ASTRIUM, que est presente en 25 pases, se cuentan no
menos de 41 nacionalidades distintas. La diversidad es uno de los activos
indispensables de la empresa, que sta aprovecha para enriquecer y ampliar
sus actividades comerciales e industriales. La diversidad cultural hace posible
comprender mejor las necesidades de los clientes o proveedores all donde se
encuentren en cualquier lugar del mundo. Ayuda adems a entablar con ellos
relaciones ms slidas y hace posible desarrollar los resultados comerciales y
tcnicos de la empresa. Ver todas las entrevistas filmadas en ingls de
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empleados y empleadas de distintas nacionalidades que exponen su
experiencia profesional.
a. Estructura de un Satlite.
Fig. 2 Estructura de un Satlite.
Un satlite cuenta con dos partes bien definidas, tanto al momento de su
construccin como en la etapa de produccin u operacin.
Fig. 3 Modulos del Satlites.
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i. Mdulo de Servicio: El mdulo de servicio es responsable de
situar al satlite en rbita geostacionaria, posicionarlo con la
precisin adecuada para el apuntamiento de las antenas, de
suministrar la energa primaria para el funcionamiento de todos los
sistemas (incluso durante los periodos de eclipse), de controlar el
estado de funcionamiento de los equipos del mdulo de
comunicaciones, y de proporcionar el ambiente trmico adecuado
para que toda la circuitera opere dentro de su margen de
temperatura (bsicamente influenciado por la radiacin solar).
Los satlites de comunicaciones trabajan habitualmente con
potencias bajas (15-20W en la banda de 11Ghz) y la falta de
energa primaria provocada por los perodos de eclipse (cuando el
planeta se intercala entre el Sol y el satlite), se suple con la
generacin de la misma a cargo de un conjunto de bateras. Los
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satlites DBS, por su elevada potencia y por tanto por su elevado
peso, no permiten acarrear la masa suplementaria que representan
las bateras, requirindose incluso de naves mucho ms potentes.
Los componentes del mdulo de servicio son:
1. Sistema de propulsin. Es un motor cohete que coloca al
satlite en su rbita una vez ha finalizado la ltima fase de
su lanzamiento al espacio. Est generalmente propulsado
por hidracina, consistente en una mezcla de nitrgeno e
hidrgeno que tiene la propiedad de un bajo punto de fusin
(unos 2 C). Los sistemas de propulsin de los satlites
constituyen un campo de investigacin abierto. Se han
conseguido desarrollar varios tipos de propulsin, cada cual
con sus inconvenientes y ventajas. Un sistema moderno es
el propulsor elctrico, que puede adoptar diferentes
modalidades: termoelctrico, electrosttico o acelerador de
iones, electromagntico o acelerador de plasma, etc. En
todos ellos se utiliza como propulsante algn tipo de gas,
como argn, xenon y otros, que es manipulado
elctricamente para conseguir el empuje.
2. Sistema de estabilizacin. Es un conjunto de pequeos
cohetes que permiten realizar ajustes muy finos en la
orientacin del satlite, por ejemplo para asegurar que la
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antena transceptora (transmisora y receptora) enfoque
correctamente al rea de la tierra que se desea cubrir.
3. Depsito de combustible. Permite almacenar el combustible
suficiente (habitualmente hidracina) para el funcionamiento
durante toda la vida de servicio operativo del satlite. En los
satlites que se dotan de energa nuclear, suelen incorporar
una pequea central de fisin de uranio 235.
4. Paneles de clulas solares. Son un conjunto de clulas
fotovoltaicas que generan electricidad por medio de la
energa solar, permitiendo alimentar todos los equipos y
sistemas electrnicos, como los de comunicaciones,
motores elctricos, etc.
5. Los paneles solares, una vez desplegados en la fase de
puesta en servicio, permanecen as durante toda la vida til
del satlite. En los sistemas ms modernos se puede
controlar por telecomando la alimentacin que suministran
en caso de avera de alguna de sus clulas, activando o
desactivando diferentes combinaciones para que los equipos
de abordo se mantengan operativos sin interrupcin.
6. Sistema de orientacin de los paneles. Son un conjunto de
motores elctricos y servomecanismos que permiten la
orientacin de los paneles de clulas solares, con el objetivo
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de obtener la mayor superficie y nivel de insolacin, y
consecuentemente la mayor energa en todo momento.
ii. Mdulo de Telecomunicaciones: El mdulo de
Telecomunicaciones es en realidad la llamada carga til del satlite,
y consta de las siguientes partes:
1. Antena receptora. Al igual que la antena transmisora y los
paneles solares, la antena receptora es un elemento
perfectamente identificable en el exterior del satlite. Ambas
antenas suelen tener forma parablica; la receptora es la
encargada de captar las seales procedentes de la estacin
terrestre.
2. Receptor-conversor. Es un receptor de bajo nivel de ruido y
conversor de frecuencia, que toma las altas frecuencias
recibidas por la antena receptora, las amplifica y las
convierte en seales de frecuencia ms
3. Sistema multiplexor de entrada. Es un conjunto de
elementos pasivos dispuestos en forma de gua de ondas,
cuya misin es descomponer (discriminar) todo el grupo de
seales entrantes en canales individuales, para su posterior
aplicacin a la entrada respectiva de cada una de las etapas
amplificadoras.
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4. Amplificador de canal. Proporciona el nivel ptimo de seal
antes de ser aplicada a la etapa amplificadora de potencia.
Incorpora un atenuador variable ajustable desde tierra
mediante telecomando, para adecuarlo al punto de trabajo
del repetidor.
5. Multiplexor de salida. Su misin es justamente la inversa a la
del multiplexor de entrada, pues debe reunir todas las
seales procedentes de los diferentes canales y aplicarlas
en grupo a la antena de transmisin. Est formado por
elementos pasivos en forma de gua de ondas dispuestos en
una nica unidad compacta.
6. Etapa de potencia. Consiste en un amplificador de ondas
progresivas de alta potencia, y de los elementos encargados
de suministrar a sus electrodos la energa elctrica
necesaria. En el caso de una emisin de televisin, la
potencia total del satlite est condicionada por el diseo de
esta unidad, que determinar la calidad de la seal de
recepcin en los aparatos terrestres.
7. Antena transmisora. Consiste en una antena parablica u
offset, encargada de radiar a la tierra todas las seales de
los diferentes canales de comunicaciones. Su diseo es de
gran rendimiento y se orienta a uno o ms puntos de la tierra
en donde est situada la estacin terrestre para evitar la
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interferencia entre los haces ascendente y descendente. El
conjunto ya descrito de receptor-conversor-transmisor de un
satlite de comunicaciones recibe la denominacin inglesa
de "transponder", un trmino muy utilizado siempre que se
tratan las caractersticas de un satlite de comunicaciones.
8. Conjunto de bateras. Est formado por bateras
habitualmente de Niquel-Cadmio o litio de gran rendimiento
por unidad de peso, que suministran la energa almacenada
para el funcionamiento de los sistemas elctricos y
electrnicos cuando el satlite se encuentra en una zona de
eclipse. La duracin de estas bateras a un rgimen normal
de funcionamiento garantiza una vida til mnima de 10
aos.
9. Equipos redundantes Un satlite no puede ser reparado en
rbita, salvo capturndolo mediante una lanzadera espacial,
lo cual puede constituir una operacin extremadamente cara
y tcnicamente laboriosa. Por ello, los satlites son
construidos redundando todos aquellos sistemas ms
crticos, duplicndolos e incluso triplicndolos. stos pueden
ser alternados, activados y desactivados desde tierra
mediante rdenes de telecomando. Si una parte esencial del
sistema queda inoperativo por una avera, se enviara una
orden telecomandada que activara el sistema redundante y
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desactivara el averiado, permitiendo as mantener los
servicios en funcionamiento.
b. Construccin de un Satlite.
Funcionamiento de un satlite. Los satlites de comunicaciones,
dependiendo de su funcin, pueden ser bidireccionales, o limitarse a
retransmitir las seales recibidas. As, las seales de telefona o
telecomunicacin, precisan tener caminos de ida y vuelta para que los
interlocutores puedan comunicarse en ambos sentidos. Este sistema
necesita habitualmente de estaciones terrestres para procesar tanto el haz
ascendente como el descendente; son las encargadas de recoger y
reenviar las seales procedentes de los centros de telecomunicaciones que
enlazan con los usuarios.
Por su parte, los satlites que emiten seales de radiodifusin, Tv, u otras
de carcter unidireccional, utilizan estaciones transmisoras terrestres (que
son las que tienen la infraestructura de telecomunicaciones para acceder al
satlite) para recoger y reenviar las seales de las distintas productoras de
programas.
Estas seales, tras su multiplexacin por la estacin terrestre, son
canalizadas hacia el satlite por medio del haz ascendente, y transmitidas
de nuevo a determinada rea de la tierra a travs del haz descendente,
para se captadas por los receptores de los usuarios.
En cualquier caso, un mismo satlite puede estar tcnicamente dotado
para realizar ambas funciones, la bidireccional para telecomunicaciones, y
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unidireccional para emisiones en un solo sentido. Dado que el haz que
desciende no cae de forma perpendicular, la proyeccin del satlite se
realiza de forma elptica, al igual que sucede si proyectamos la luz de una
linterna sobre una superficie esfrica. Consecuentemente, en la zona
central del foco iluminada por el satlite se recibe la mayor intensidad de
seal, mientras que sta se va atenuando progresivamente conforme nos
alejamos hacia los extremos. Para evitar que los haces que agrupan los
diferentes canales ascendentes y descendentes se interfieran entre s por
proximidad, ambos haces se emiten con polaridad y bandas de frecuencia
diferentes.
EL LANZAMIENTO La elevada rbita de un satlite geoestacionario
requiere de un sistema escalonado para situarlo en ella. Los lanzadores
habituales para llevarlo a su rbita suelen ser transbordadores o cohetes
tipo Ariane. En dos primeras fases el lanzador lo lleva hasta una rbita
baja, y una tercera fase le sita en la rbita elptica ms alta antes de
separarse del satlite. Desde aqu, en el apogeo de la rbita, se enciende
el motor del satlite que le transportar hasta una rbita circular sincrnica.
Para que el satlite quede situado definitivamente en el lugar previsto, se
realizan ajustes mediante breves encendidos del motor de propulsin del
propio satlite, y de los motores de control de orientacin. En esta
situacin, el satlite ya puede desplegar los paneles de clulas solares y
comenzar su vida operativa, que ser controlada permanentemente por la
estacin de mando en tierra.
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La estacin terrestre utiliza sistemas de telemetra para conocer en todo
momento si el satlite se desva de su posicin correcta. Si ocurriera una
deriva, se realizan entonces correcciones mediante seales de control a los
motores de orientacin. A su vez, el satlite enva seales a la estacin
terrestre con informacin sobre el estado operativo de todos los sistemas
importantes, de tal manera que en caso de fallo o funcionamiento
defectuoso de alguno de ellos se puede ordenar a un sistema redundante
que lo sustituya.
El control es permanente durante todo el periodo de vida operativa del
satlite, el cual est limitado fundamentalmente ms por el combustible que
por el uso de las bateras elctricas y paneles solares, pero que no suele
ser inferior a 10 aos. Pasado el tiempo de vida til, un nuevo satlite es
puesto en rbita para ocupar su lugar y asegurar as que los servicios de
telecomunicaciones se mantienen ininterrumpidamente.
Durante el reemplazo existe una fase de transicin en la cual el viejo
satlite se le sita normalmente en una rbita llamada "inclinada", que
consiste en darle un ligero ngulo en direccin norte-sur. En ese momento
el viejo satlite an puede seguir operando en condiciones normales, pero
permite que el nuevo vaya ocupando su lugar y entrando en operatividad.
Cuando el nuevo satlite ha sustituido al viejo y tomado las riendas, se
apaga en ste definitivamente el mdulo de telecomunicaciones y se utiliza
el mdulo de servicio para llevarlo a una rbita alejada llamada "rbita
cementerio" o, en algunos casos, a una reentrada en la atmsfera para su
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cada a la tierra en un lugar donde no constituya un riesgo para personas o
cosas.
Parte importante del xito de un programa espacial se basa en el
conocimiento adecuado de materiales puesto que, por un lado, en aqul se
disea al lmite de las propiedades de los mismos debido a las
imposiciones dadas por la necesidad de disminuir el peso de las cargas
tiles (para darmayores prestaciones o hacer menos costosas las misiones
espaciales) y, por otro, la falla de una de las partes produce el fracaso de la
misin. Con el aumento de la actividad espacial, la necesidad de
desarrollar nuevos materiales capaces de responder a los requerimientos
de diseo ha concentrado considerables esfuerzos de investigacin y
desarrollo, a medida quese alcanzaban condiciones que llegaban a los
lmites de las propiedades de los materiales existentes.
Los requerimientos satelitales abarcan una innumerable gama de
materiales desde los estructurales, en los que es necesario utilizar aqullos
de avanzada como los compuestos (en razn de la importancia del peso de
las partes que se envan al espacio), hasta loselectrnicos y los pticos por
la necesidad de disminuir el peso, aumentar la eficiencia y el nmero de
funciones que cumplen los satlites. Para las actividades previstas en los
prximos aos se debe disponer de un grupo que tenga conocimiento en
tecnologa de diseo y fabricacin de partes que utilicen materiales
compuestos y aleaciones estructurales extralivianas (con propiedades
mecnicas de avanzada) y de materiales funcionales como los que
configuran la electrnica y optoelectrnica utilizada en los sistemas de
comunicacin, transmisin digital de datos y deteccin de imgenes.
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Slo consideramos algunos de los principales materiales que se utilizan en
aplicaciones satelitales, razn por la cual no se analizan aqullos que se
requieren para la fabricacin de vehculos espaciales, como son, por
ejemplo, los ablativos o los compuestos de carbn/carbn.
Aleaciones de Magnesio:
Las aleaciones de Mg se utilizan en los satlites debido a su baja densidad.
Es necesario conocer su comportamiento para optimizar sus usos y evitar
que durante el almacenamiento de las aleaciones o durante el
almacenamiento de las partes (luego de la fabricacin), se produzcan
efectos corrosivos.
Aleaciones de Aluminio y Aluminio-Litio:
En la industria aeroespacial las aleaciones estructurales de Aluminio de
mayor inters son las de las series 2000 y 7000 (las ms conocidas son la
2024 y la 7075).
Las aleaciones de Al-Li permiten en general disminuciones de peso
mayores al 10% y aumentos de 20% del mdulo elstico con respecto a las
aleaciones convencionales de Al. Es necesario conocer las tcnicas de
produccin de partes utilizando este tipo de aleaciones y los requisitos de
almacenamiento de las partes para evitar problemas de corrosin. Por
ejemplo, las aleaciones avanzadas de Al-Li-Cu-Zr y Al-Li-Cu-Mg-Zr pueden
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lograr disminuciones de peso superiores al 12% y poseer mdulo elstico
un 15% ms elevado. Poseen adems resistencias mecnica y a la
corrosin y la tenacidad necesaria para aplicaciones aeronuticas y
satelitales. Es necesario para ello estar familiarizado con las tcnicas de
solidificacin rpida y metalurgia de polvos.
Se ha avanzado mucho en el desarrollo de las nuevas aleaciones de Al-Li,
particularmente en lo que concierne a disminucin de peso y aumento de
mdulo elstico. Sin embargo, sus aplicaciones no han evolucionado tan
rpidamente como se esperaba debido principalmente a limitaciones en su
resistencia a la propagacin de grietas, tanto esttica como en fatiga, a lo
que es necesario agregar un costo de fabricacin ms elevado.
Los procesos de deformacin superplstica de aleaciones de Al permiten la
fabricacin de partes que de otra manera requeriran, por su forma
compleja, de varias partes unidas entre s. El uso de aleaciones que
permiten la aplicacin de la fabricacin superplstica da lugar a
considerables reducciones de peso de las partes y, por ende, son de gran
importancia en aplicaciones satelitales.
Aleaciones de Titanio:
Las densidades de las aleaciones basadas en titanio, se ubican entre 4.43
gm/cm3 a 4.85 gm/cm3. Las tensiones de fluencia se encuentran entre 172
MPa para el titanio comercial (Grado 1) hasta 1380 MPa para aleaciones
beta tratadas trmicamente. La combinacin de esas altas resistencias
mecnicas con la baja densidad, resultan en relaciones excepcionalmente
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elevadas para la familia de aleaciones base titanio. Dichas relaciones son
superiores a casi todo otro metal.
Desarrollo y utilizacin de compuestos avanzados:
Los materiales compuestos avanzados a matriz polimrica, metlica o
cermica con sus altas prestaciones en trminos de rigidez, tensin de
rotura, estabilidad dimensional, resistencia a elevadas temperaturas y baja
densidad, adems de una total flexibilidad para producir piezas de las ms
variadas caractersticas, han sustituido con xito a los materiales
tradicionales en muchas partes de la estructura primaria de los vehculos
espaciales.
Los compuestos de ms inters son los de Grafito/Epoxy (Gr/E), los de
matriz de Al de boro, fibras de xido de aluminio, cermicas, fibras de
tungsteno, carburo de silicio, fibras de carbono y de acero inoxidable, etc.
Mecnica de compuestos estructurales:
El anlisis y diseo de partes estructurales de satlites con materiales
compuestos, particularmente laminados, son todava una tarea formidable
an para el ms experimentado ingeniero o diseador. La dificultad est en
las complejidades inherentes a la anisotropa del material, la distinta
secuencia de apilado de las lminas, la dependencia del comportamiento
del material con matriz orgnica de la humedad y el tiempo a distintas
temperaturas, el comportamiento elasto-plstico, el "creep" y los distintos
modos de falla asociados a transformaciones de fases. Debe prestarse
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especial atencin a todos estos efectos debido a los requerimientos
adicionales de estabilidad dimensional que se presentan en aplicaciones
satelitales.
El anlisis de los modos de rotura de un material compuesto requiere
particular atencin ya que stos se encuentran influidos por una gran
cantidad de parmetros tales como: la adhesin matriz-refuerzo, la
configuracin estructural, el mtodo de fabricacin, la capacidad de la
matriz y de la interfasematriz-refuerzo de transferir cargas entre las fibras,
el tipo de cargas (cuasi-estticas, cicladas), etc. Otro tema de inters es el
estudio de la inestabilidad de los paneles ("buckling" y "post-buckling").
Existen numerosos estudios que han formulado nuevos modelos para
describir el estado de tensiones en un material compuesto. Si bien se
puede conocer el estado de tensiones en presencia de discontinuidades
tales como: bordes, agujeros, laminaciones, etc., no es todava posible, en
todos los casos, asociar estos estados de tensiones con los mecanismos
de rotura. Este es un tema que requiere investigacin en el rea de la
mecnica de los materiales compuestos.
Compuestos "Filament Wound" , se considera que en el precio final de
un componente de materiales compuestos, la fabricacin representa el
70% del total. El estudio de nuevos mtodos de fabricacin apunta
principalmente al desarrollo de procesos con altos volmenes de
produccin y bajo costo. Existen procedimientos que encuentran directa
aplicacin en la industria espacial, tales como: el estampado de
termoplsticos, el "resin transfer molding", as como el "filament winding" y
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la construccin de preformados de fibra seca. Todos estos procesos son
actualmente utilizados, pero no todos ellos han alcanzado un nivel de
desarrollo tal como para poder ser aplicados en partes de estructuras
primarias con altos volmenes de produccin. El mtodo de "filament
winding" es sin duda el proceso de fabricacin mecanizado que ms se ha
desarrollado y que ms se utiliza en la produccin de piezas de materiales
compuestos en la industria aeroespacial.
Es importante el manejo de este tipo de tecnologa para producir partes
tubulares estructurales de materiales compuestos de fibrascontnuas y
matrices orgnicas. El uso de esta tecnologa, conjuntamente con la de
construccin de partes estructurales con el sistema de tubos reforzados,
puede disminuir en forma importante el peso de las partes. Una desventaja
del mtodo es que slo es aplicable a la fabricacin de superficies de
revolucin sin curvaturas externas.
Tecnologa de uniones adhesivas, las uniones adhesivas de compuestos
con otros materiales y de materiales tradicionales disminuyen el peso en
forma significativa. Las uniones adhesivas son utilizadas en forma
generalizada en las industrias aeronutica y espacial. Ellas permiten
obtener estructuras de altas performances y resolver muchas situaciones
en las cuales las uniones abulonadas o las soldaduras no podran ser
utilizadas. Por ejemplo, en el caso de los materiales compuestos existen
configuraciones de laminados, con bajas caractersticas ante cargas de
aplastamiento, que pueden ser resueltas favorablemente utilizando
adhesivos.
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Proteccin y Disipacin Trmica
Materiales para proteccin trmica; cermica y uniones cermicas
Los satlites estn sometidos a grandes variaciones de temperatura en
funcin de su posicin con respecto al sol y a la tierra. Materiales
cermicos producidos con fibras de slica son excelentes aislantes trmicos
y por sus caractersticas dielctricas pueden ser usados en aplicaciones de
microondas en satlites, ventanas y domos para radiacin de antenas,
superficies polarizadas y selectivas en frecuencias, platos para antenas
milimtricas, lentes dielctricos artificiales y substratos para componentes
electrnicos.
Los temas de mayor inters encermicas son los de cermicas tenaces,
cermicas porosas, barreras trmicas, substratos de componentes
electrnicos, uniones cermica/cermica y metal/cermica y la familia
ferroica.
Otra rea de inters para aplicaciones satelitales es la de las barreras
trmicas que se pueden producir con distintas tcnicas de deposicin
superficial de cermicas sobre distintos substratos. Las ms difundidas
son: "flame spray", "plasma spray", deposicin fsica y qumica (PVD y
CVD), etc.
Asimismo, los satlites tienen una lmina metlica que los rodea y que se
recubre con depsitos de alta reflectividad para evitar el efecto trmico de
la radiacin solar.
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Caloductos y aletas para radiacin trmica, es necesario conocer la
tecnologa de caloductos o heat pipes usando tubos con fluidos, la de
grafito/epoxy con fibras de alta conductividad trmica basadas en brea de
petrleo y la de uniones adhesivas para los sistemas de extraccin de calor
que no desgasen en el espacio.
Efectos de la radiacin en los circuitos integrados, la performance de
los circuitos electrnicos de satlites es degradada por la radiacin
ambiental presente en el espacio. Estos circuitos son principalmente
hechos usando tecnologa CMOS ("complementary metal oxide
semiconductor"). Los circuitos CMOS son sensibles al total de la dosis de
radiacin gamma que causa cambios en sus parmetros operativos. Estos
circuitos dejan de operar luego de recibir una dosis superior a la permitida.
La radiacin tambin produce foto-corrientes que pueden disminuir o
paralizar su funcionamiento. Por ello, es imprescindible considerar la
utilizacin de circuitos integrados endurecidos para soportar la radiacin y
diseados especialmente para evitar que fallen en su funcionamiento al
recibir radiacin en el espacio.
Sistemas Energticos y Deteccin :
Celdas combustibles, los sistemas basados en hidrgeno/oxgeno
proveen lo ms avanzado en la capacidad elec-troqumica de conversin
directa de energa.
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Debido a la dificultad de almacenar H2 y O2 es importante formular
composiciones slidas que puedan liberar gas de H2 y O2 puros para
generar energa. Para oxgeno pueden utilizarse formula-ciones con
mezclas de sales cloradas de metales alcalinos con polvos de metales
seleccionados del grupo VIII de la tabla peridica y composiciones
generadoras de H2 pueden basarse en hidruros de metales alcalinos y B
parcialmente oxidados para liberar H2 mediante la adicin de xidos de los
elementos del grupo VIII de la tabla peridica.
Celdas solares, como el peso es una condicin importante en el diseo de
un satlite es necesario tener en cuenta varios aspectos en la seleccin del
tipo de celda de conversin directa de energa solar en electricidad como:
la eficiencia, la degradacin que se produce por efecto de la radiacin y la
temperatura de recocido para lograr la recuperacin de las propiedades
degradadas por la radiacin. Es necesario conocer la tecnologa de celdas
solares de GaAs, Si en pelculas delgadas, InP en varias configuraciones y
capas delgadas de estos materiales, incluyendo CdS y CdTe. Adems las
celdas solares deben ser colocadas en colectores solares livianos, flexibles
y posibles de almacenamiento compactado durante el lanzamiento de los
satlites para poder luego expandirlos en el espacio.
Bateras para almacenamiento de energa, los sistemas de bateras con
celdas de Ni-Cd operando a 28 V son inadecuados para aplicaciones
satelitales y se requiere desarrollar bateras de menor peso y mejor calidad
que permitan mayor densidad de energa. Un concepto de avanzada puede
ser el de las bateras con celdas de Ni-H2.
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Los futuros desarrollos en esta rea deberan focalizarse en: el aumento
del nmero de ciclos para aplicaciones GEO (40000 ciclos (6, 9 aos) a
descargas entre 40-80%); el aumento de la densidad de energa
gravimtrica del estado del arte de 50 Wh/kg a 100 Wh/kg y el desarrollo
de bateras bipolares de Ni-H2 para aplicaciones de pulsos de gases, de
presin o de temperatura los que pueden ser utilizados en dispositivos
robotizados con las ms variadas aplicaciones en los campos industrial y
aeroespacial.
La necesidad de disminuir el tamao de los sensores ha conducido a
emplear tcnicas de micro-electrnica en su obtencin y es en este sentido
en que deben intensificarse las investigaciones (sensores de lminas
delgadas e integrables a los circuitos asociados, microinica).
Detectores de infrarrojos, los detectores de semiconductores IV-VI son
producidos en todo el mundo desde hace casi cincuenta aos a un costo
no demasiado elevado y presentan importantes y variadas aplicaciones
para dispositivos inteligentes de uso aeroespacial.
Con respecto a los semiconductores de tipo II-VI (particularmente el Hg1-
xCdxTe o MCT) constituye todava el detector de infrarrojos ms til y ms
verstil. Su alto valor estratgico y econmico est estrechamente
relacionado no solamente con sus valiosas aplicaciones sino con el "know
how" asociado a su fabricacin. Las dificultades inherentes al crecimiento
del MCT han conducido a que pocos pases en el mundo posean la
tecnologa para su obtencin.
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Optoelectrnicos, utilizan una gran cantidad de componentes pticas
miniaturizadas (circuito integrado ptico- CIO), que cumplen funciones
similares a los circuitos integrados elctricos, pero con muchas ventajas.
Algunas de dichas componentes son: guas de ondas, lseres, detectores,
acopladores, moduladores, filtros de longitudes de onda, amplificadores,
lentes, polarizadores, reflectores, redes de difraccin y llaves pticas.
Todas estas componentes deben ser realizadas en miniatura.
Como en los CIO en general se requiere una fuente de luz (lseres en
general) el material debe ser activo. En efecto, los materiales se pueden
dividir en activos, que permiten generar luz lser, y pasivos, que no lo
permiten.
El proceso de Creacin de un Satlite de Comunicaciones consta de 4
fases segn los ingenieros de ASTRIUM, procederemos a desarrollar cada
una de las fases.
1. Fase 1: Nucleo Central ( Esqueleto del Satelite)
- Filamentos de fibra de carbono cubiertos de recina, se tejen
formando un complejo patrn para que el cilindro sea mas
resistentes y lo mas ligero posible.
- Su peso es de 20 kilogramos.
2. Fase 2: Creacion de Paneles (Tipo Colmena)
- Capa de aluminio (finas), una masa pequea es escencial
en el espacio.
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- Estos paneles de aluminio van unidos al cilindro central y
conforman gran parte de la estructura bsica.
- Culminado la integracin de sistemas se lleva a acabo una
limpieza extrema para asegurar que no quede ningn rastro
de partculas
3. Fase 3:Integracion de depsitos de combustibles,
conductores y motores del modulo de Servicio
- Tienen 4 depositos de combustibles para el sistema de
propulsin
- Soportan presin igualada hasta 200 metros de profundidad
bajo el agua
- Tienen 7 pares de propulsores mas pequeos, ubicado por
fuera, estos son usados para mantener en orbita durante el
ciclo del vida del satlite
- El combustible empleado para todos estos motores es
proporcionado por una combinacin explosiva conocida por
el hombre tetroxido de nitrgeno monometilidragina
N2O4MNH. Son lquidos extremadamente toxicos y
peligrosos, que al tocarlos pueden producir quemaduras
extremas, causando la muerte .
- Cuanto mas explosiva sea la mezcla, mas potentes sera la
propulsin y menos combustibles sern necesarios.
4. Fase 4: Instalacion de Motores, es un proceso ms mecnico.
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c. Clasificacin de los Satlites. Las rbitas que siguen los satlites
alrededor de la Tierra difieren considerablemente entre s dependiendo de
su funcin. As, a un satlite militar de reconocimiento se le pide que
sobrevuele aquellos territorios que conviene estratgicamente; los
dedicados a cartografa y prospecciones deben barrer toda la superficie;
los de comunicaciones cubren habitualmente una zona fija y determinada
de la tierra; los de navegacin martima tipo Transit (casi en desuso)
realizan rbitas polares; los modernos satlites GPS (Global Position
System), forman una red de 24 unidades orbitando a una altura que
permite cubrir toda la superficie de la Tierra dos veces por da, de tal forma
que un observador siempre tendra al menos tres satlites GPS a la vista
para realizar las triangulaciones de posicin.
La red de 24 satlites GPS ocupan una rbita que recorren dos veces cada
24 horas, permitindoles en conjunto cubrir toda la superficie terrestre
Pero, hay una rbita que interesa especialmente a los satlites de
comunicaciones (radio, televisin, telefona), es la geosncrona, o ms
concretamente geoestacionaria si est directamente situada sobre el
ecuador (con inclinacin 0). A esta rbita tambin se le denomina rbita de
Clark, en honor y referencia a Arthur Charles Clark, un escritor britnico
autor de obras cientficas y de ciencia ficcin, sin duda conocido por su
famosa obra llevada al cine 2001: Una odisea del espacio.
Clark, en un artculo cientfico publicado despus de la Segunda Guerra
Mundial, sugiri: dado que un satlite tarda ms tiempo en recorrer su
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rbita cuanto ms alta sea sta, consecuentemente habr una altura
determinada en la cual el satlite tarda exactamente el mismo tiempo en
recorrer su rbita que el que tarda la Tierra en completar una rotacin
sobre s misma. Esto sent las bases de los satlites artificiales en rbita
geoestacionaria, y le vali a su autor un gran reconocimiento por sus
contribuciones a la ciencia del siglo XX.
As, mientras que en una rbita baja un satlite puede recorrerla en menos
de una hora, a 35.786 kilmetros de altura tardara exactamente 24 horas.
Por tanto, si se sita un satlite sobre el ecuador a la altura de la citada
rbita, desplazndose de oeste a este, girar alrededor de la tierra
justamente a la misma velocidad que ella. El resultado para un observador
situado en el ecuador terrestre bajo la vertical del satlite, es que ste
permanece parado en el mismo punto sobre su cabeza.
Los modernos satlites de comunicaciones, adems de desplazarse
geosincrnicamente con la tierra, tambin realizan determinados giros
sobre s mismos. Uno de los motivos es estabilizar los tres ejes para
mantener las antenas en posicin estacionaria respecto a la tierra,
apuntando siempre al mismo lugar. Para ello, se hace girar el cuerpo
cilndrico del satlite mediante un motor elctrico, lo cual estabiliza la
posicin en base al principio del girscopo. La estabilizacin de los tres
ejes permite tambin desplegar grandes paneles solares para captar mayor
energa, y suministrar as ms potencia a los equipos electrnicos.
Adems, existe otro motivo fundamental para mantener girando el cuerpo
cilndrico, y es que, si el satlite tuviese todos sus ejes fijos en el espacio,
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la parte de l que da hacia el sol se abrasara, mientras que la parte que
permanece a la sombra se congelara. Esto traera consecuencias fatales
para los componentes electrnicos que alberga en su interior.
Fig. 4 Orbitas de satlites
i. SATLITES GEOESTACIONARIOS: Los satlites geoestacionarios
o geosncronos son satlites que giran en un patrn circular, con
una velocidad angular igual a la de la tierra.
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a la de la Tierra, la rbita se llama rbita retrograda.
Consecuentemente, los satlites no sncronos estn alejndose
continuamente o cayendo a Tierra, y no permanecen estacionarios
en relacin a ningn punto particular de la Tierra. Por lo tanto los
satlites no sncronos se tienen que usar cuando estn disponibles,
lo cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15 minutos por
rbita.
iii. OPERACIONALES: Los que estn operando y pueden ser usados
por todos
iv. SEMI-OPERACIONALES: Son algunos que funcionan pero pueden
haber suspendido su operacin por diversos motivos, por ejemplo
por estar cargando sus bateras o estar en perodo de pruebas.
IV. CONCLUSIONES: Los sistemas satelitales son de vital importancia en la vida
cotidiana de este siglo, no existe mejor oportunidad de desarrollo para una
sociedad que el estar conectado con otras, la denominada sociedad del
conocimiento o la sociedad de la informacin, esta cimentada sobre los pilares
de las telecomunicaciones. Entonces era necesario para un alumno de
ingeniera de Telecomunicaciones conocer ms acerca de esta herramienta
tan maravillosa que es un satlite.
A estas alturas creemos que estamos logrando cada uno de los objetivos
planteados en la reunin. Esperamos que puedan ser aprovechados por
cualquier persona que necesite saber un poco ms acerca de la tecnologa
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satelital, y quizs pueda ser el punto de partida para nuevos estudios. Si bien
es cierto an nos falta abordar varios temas como las bandas de frecuencia y
la electrnica de su funcionamiento. Nuestro mximo inters es motivar a todos
nuestros compaeros a investigar sobre la amplia gama de temas que existen
en la carrera profesional.
V. BIBLIOGRAFA:
a. Documental Satelites,http://www.youtube.com/watch?v=x49DP7heqEI
b. Comunicacion Por Satelite - Carlos Rosado, 2003.
c. ASTRIUM, http://www.astrium.eads.net/
d. AMSAT,http://www.amsat.org/amsat-new/satellites/history.php
VI. ANEXOS:
Dia de la Reunion: Estudio Fase 1.
http://www.youtube.com/watch?v=x49DP7heqEIhttp://www.youtube.com/watch?v=x49DP7heqEIhttp://www.youtube.com/watch?v=x49DP7heqEIhttp://www.astrium.eads.net/http://www.astrium.eads.net/http://www.amsat.org/amsat-new/satellites/history.phphttp://www.amsat.org/amsat-new/satellites/history.phphttp://www.amsat.org/amsat-new/satellites/history.phphttp://www.amsat.org/amsat-new/satellites/history.phphttp://www.astrium.eads.net/http://www.youtube.com/watch?v=x49DP7heqEI7/31/2019 Satelites (INforme) - GEDITER
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Estudio FASE 2.
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Estudio Fase 3: Drink Break.
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