COMUNICACIONES SATELITALES Tipos de redes satelitales DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN DE INGENIERÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

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1 COMUNICACIONES SATELITALES Tipos de redes satelitales

2 Redes satelitales: Introducción En esta categoría encontrará información técnica sobre las redes satelitales, características, su tecnología y servicios disponibles. Existen diferentes tipos de redes satelitales, y estas se van a clasificar por el tipo de servicio que proporcionan, por su tipo de órbita y por la masa de los satélites que las conforman.

3 Cómo ha sido la evolución tecnológica? SPUTNIK Incremento de: NSS-8 Octubre 4, 1957 capacidad Enero 30, 2007 LEO potencia GEO Ex URSS Peso Boeing Serie Kg. Tiempo de vida 6 toneladas Bip - Bip Inteligencia a bordo +3.3 GHz (92 Transponders) R7 de 30 m. Zenith -3SL de 60 m.

4 Evolución de los satélites Intelsat

5 Evolución de los satélites Intelsat

6 Cuántos satélites orbitan la tierra? Pais Operador/Propietario Cantidad de satélites Porcentaje USA % Rusia % China 50 5 % Japón 45 5 % Multinacionales 44 5 % India 22 2 % Reino Unido 21 2 % Canadá 16 2 % Alemania 16 2 % Resto del mundo % Total % Tipo de órbita Cantidad de satélites LEO 448 GEO 376 MEO 55 HEO 39 Total 918

7 Cuáles son los vehículos y lugares de lanzamientos? Vehículo Cantidad de lanzamientos Ariane 166 Delta 155 Protón 102 Atlas (Lookheed Martín) 78 Long March 59 Soyuz 49 Zenith 32 PSVL (ISR0) 30 Total 661

8 Cuáles son los vehículos y lugares de lanzamientos? Lugar Cantidad de lanzamientos Cosmódromo de Baikonur (Kazajistán) 192 Cabo Cañaveral 185 Guyana Francesa 166 Vandenberg AFB 111 Plesetsk 68

9 Cuáles son los constructores de satélites? Constructor Cantidad Lockheed Martin 109 Space Systems / Loral 101 Boeing Satellite Systems 82 Motorola Satellite Communications Group 72 NPO-PM 63 Orbital Sciences Corp. 57 EADS Astrium 26 Alcatel Space industries 18 Thales Alenia Space 12 Indian Space Research Organization (ISRO) 11 Rockwell International 11 Chinese Academy of Space Technology (CAST) 10

10 Cuáles son los principales operadores de satélites GEO? Operador Satélites GEO Cantidad Intelsat, Ltd. 40 Societe Eurpienne des Satellites (SES) 30 European Telecommunications Satellite Consortium (EUTELSAT) 22 US Air Force 14 INMARSAT, Ltd. 11 Russian Satellite Communications Cia. RSCC (Intersputnik) 10 DirecTV, Inc. 9 Echostar Technologies, LLC 9 US Navy 9 Indian Space Research Organization (ISRO) 8 Telesat Canada Ltd. (BCE, Inc.) 8 JSAT Corporation 7

11 Estado actual y perspectivas de las comunicaciones satelitales

12 Organizaciones: Exploración e Investigación espacial

13 Organizaciones: Exploración e Investigación espacial

14 Organizaciones: Organismos reguladores

15 Organizaciones internacionales

16 INTELSAT

17 INMARSAT (International Maritime Satellite Organization)

18 Integrantes de la industria satelital

19 Clasificación de los redes satelitales I. Por servicio II. Por órbita III. Por masa

20 I. Clasificación de redes satelitales por Servicios 1. Servicio fijo (FSS) 2. Servicio móvil (MSS): Marítimo, terrestre, aeronaútico 3. Servicio de radiodifusión (BSS): Sonido e imagen 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Meteorología, geodesia, exploración de recursos 5. Servicio de exploración del espacio (SRS) 6. Servicio de radiodeterminación (RNS) 7. Servicios de navegación (SNS) 8. GNSS (Global Navigation Satellite Systems) 9. Servicios de recepción de señales de alerta: COSPAS - SARSAT

21 1. Clasificación por tipo de servicio: Servicio fijo (FSS) Intelsat

22 1. Servicio fijo: Mercado de los GEO FSS - composición

23 2. Clasificación por tipo de servicio: MSS: Movil Satellite System LEO de voz p.e. Iridium GEO de voz p.e. Terrestar I USA

24 3. Servicio de Radiodifusión (BSS). Sonido e imagen

25 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Meteorología, geodesia, exploración de recursos - RS Viabilidad de la compartición de frecuencias entre el servicio de ayudas a la meteorología y el servicio móvil por satélite (Tierraespacio) en la banda 1 668, MHz ( ).

26 1. Servicios satelitales de exploración de recursos de la tierra

27 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Exploración de recursos Geológicos Los recursos geológicos son materiales que se extraen de la tierra para ser aprovechados con diversos fines. Se puede distinguir entre los recursos geológicos energéticos (carbón, petróleo y gas) y los recursos geológicos no energéticos, que a su vez se dividen en metálicos y no metálicos.

28 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Teledetección - Imagen Satelital y Cómo sabemos donde los Es el arte o la ciencia de obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno, encontramos? a través del análisis de información obtenida por un dispositivo que no se encuentra en contacto con el objeto, zona o fenómeno de investigación FUENTE: Lillesand/Kiefer, 1979.

29 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Aplicaciones: Agricultura - Minería Agricultura Minería Mina de Diamantes Argyle, Australia Vista tridimensional(aster) Hidrocarburos (Gas y Petróleo)

30 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Aplicaciones Minería

31 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Aplicaciones Minería Hidrocarburos (Gas y Petróleo)

32 4. Servicio de exploración de la tierra (EES): Agricultura de Precisión

33 Bibliografía LIBROS Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (Perú). Estudio geológico regional aplicando imágenes satelitales para la evaluación del potencial minero en un área en el norte de la República del Perú : informe, sobre el estudio conjunto de la aplicación de técnicas de sensores remotos en la evaluación geológica en el área norte del Perú, Fase I, 1998 TESIS Pujada Gamarra, Fernando. Diseño de un sistema de adquisición de imágenes multiespectrales para aplicaciones en agricultura de precisión.[tesis para optar el Título de Ingeniero Electrónico] Lima PUCP;2009. REVISTAS CIENTÍFICAS Sacristán Romero, Francisco. La Teledetección satelital y los sistemas de protección ambiental Revista AquaTIC nº 24, pp Año García, Emiliano; Flego, Fernando. Agricultura de Precisión Revista de Ciencia y Tecnología Nº 8. Vol. 2 Págs Abril DATA SHEETS SatelliteQuickBird, Datasheet.USA, Junio CenterLine 220 GPS Guidance System, Catalog 50, page 119

34 5. Servicio de exploración del espacio (Space Research Service - SRS) Definición: Un servicio de radionavegacion en la cual la nave espacila ó otros objetos en el espacio son usados para propósitos de investigación científica ó tecnológica. Committee on Radio Astronomy Frequencies: The Committee on Radio Astronomy Frequencies (CRAF) is a committee of the European Science Foundation (ESF). Voyager

35 5. Servicio de exploración del espacio:sonda Voyager - Disco de oro La Voyager 1 fue la primera nave que exploró la Heliopausa, en diciembre de La Voyager 2 entró en la Heliopausa el 30 de agosto de 2007, a unos millones de kilómetros de la Voyager 1, y a más de millones de kilómetros del Sol.

36 6. Servicio de radiodeterminación ó radiolocalización (RNS) Radiolocalización es el proceso de encontrar la ubicación de algo mediante el uso de ondas de radio. Se refiere generalmente a usos pasivos, particularmente radar, así como la detección de cables enterrados, redes de agua y otros servicios públicos. Es similar de radionavegación pero la radiolocalización generalmente se refiere a encontrar pasivamente en un objeto distante en hallar activamente nuestra posición. Ambos son tipos de radiodeterminación. La radiolocalización también se utiliza en sistemas de localización en tiempo Real (RTLS) para el seguimiento de activos valiosos.

37 7. Servicios de navegación (SNS) El sistema WAAS (Wide Area Augmentation System) en Estados Unidos es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por Estados Unidos. Es un complemento de la red GPS para brindar una mayor precisión y seguridad en las señales, con una precisión en la posición menor de dos metros. El sistema EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service): Sistema de navegación basado en Satélites desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA), la Comisión Europea y Eurocontrol. Complemento para las redes GPS y GLONASS para con precisión inferior a dos metros. El sistema MSAS, Japón ha desarrollado este sistema basado en un satélite geoestacionario de transporte multifuncional (MTSAT), el cual tiene también una función meteorológica (además de la aeronáutica).

38 8. GNSS (Global Navigation Satellite Systems)

39 8. GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Comparación de sistemas de navegación Comparison of GPS, GLONASS, Galileo and Compass (medium earth orbit) satellite navigation system orbits with the International Space Station, Hubble Space Telescope and Iridium constellation orbits, Geostationary Earth Orbit, and the nominal size of the Earth

40 9. Servicios de recepción de señales de alerta: COSPAS - SARSAT

41 9. Servicios de recepción de señales de alerta: COSPAS - SARSAT Cospas-Sarsat es un sistema internacional basado en satélites capaz de recibir señales alertas de socorro para búsqueda y rescate (SAR), creado en el año 1979 por Canadá, Francia, Estados Unidos y la URSS. COSPAS (КОСПАС) es un acrónimo de las palabras rusas "Cosmicheskaya Sistema Poiska Unvariynyh Sudov" (Космическая Система Поиска Аварийных Судов), que se traduce como "Sistema Espacial para la Búsqueda de buques en peligro". SARSAT es un acrónimo de de Search And Rescue Satellite-Aided Tracking.3 El sistema tiene 2 segmentos: Segmento de superficie Segmento espacial:

42 9. Servicios de recepción de señales de alerta: COSPAS - SARSAT Radiobalizas de socorro que se activan en una emergencia. Repetidores de señal SAR (SARR) y procesadores de señales SAR (SARP) a bordo de los satélites Satélite enlace de recepción y estaciones de procesamiento de señales denominada terminales de usuario locales (Local User Terminal - LUT) Centros de Control de Misión que distribuyen a los Centros de Coordinación de Rescate de datos las alertas de socorro generadas por las tablas de búsqueda Centros de Coordinación de Rescate que facilitan la coordinación de la agencia de búsqueda y salvamento y personal de respuesta a una situación de peligro.

43 9. Servicios de recepción de señales de alerta: COSPAS - SARSAT ELTs: (Emergency Locator Transmitters (Transmisores localizador de emergencia). Señal de socorro de aeronaves PLBs: Personal Locator Beacons. Señuelos para uso personal EPIRBs: Emergency Position - Indicating Radio Beacons: uso marino RCC: Rescue Coordination Centres SAR: Search And Rescue satellite LUT: Local User Terminal: estaciones receptoras de tierra. Reciben y procesan la señal de baja del satéltie y generan las alertas MCCs: Mission Control Centers (MCCs) los cuales reciben las alertas producidas por los LUTs y las envian a los RCC, a los SPOC (Search and Rescue Points Of Contacts) u otros MCCs.

44 III: Clasificación de redes satelitales por órbita Las redes satelitales se clasifican según su tipo de órbita en: 1. Orbita geoestacionaria (Geosynchronous Earth Orbit - GEO) 2. Orbita terrestre baja (Low Earth Orbit - LEO) 3. Orbita terrestre media (Medium Earth Orbit - LEO) 4. Orbita altamente elíptica (High Eliptic Orbit - HEO)

45 1. GEO (Geosynchronous Earth Orbit) Delay aproximado de 0.12 seg Tiempo de vida promedio de años Grandes, caros y difíciles de lanzar Geosíncrono: T tierra = T satélite = 23h 56m 4s Geostacionario: Geosíncrono fijo en el plano ecuatorial (pequeños valores de inclinación y excentricidad). Ubicados aproximadamente cada 2 en el plano ecuatorial si operan en bandas de frecuencia y polarización similares.

46 1. Límites nominales de una órbita geosíncrona

47 1. GEO (Geosynchronous Earth Orbit)

48 Principales operadores satelitales en Latinoamérica Doméstico En operación Banda Planeado Banda Star One 4 C 1 C & Ku Nahuelsat 1 Ku 1 C & Ku Satmex 2 C & Ku 1 C & Ku Loral Skynet do Brasil 1 Ku Hispamar 1 -- C & Ku Internacional Hispasat 2 -- C & Ku Loral Skynet 1 Ku 1 Ku SES - Americon 9 C & Ku 2 C & Ku Telesat 2 C & Ku 1 C & Ku INTELSAT 14 C & Ku NewSkies 2 C & Ku 1 C & Ku Eutelsat 3 Ku Total (12) 42 8

49 2. Tipos de Órbita: LEO (Low Earth Orbit): Es una órbita alrededor de la tierra entre la atmósfera y el cinturón de radiación de Van Allen, con un ángulo bajo de inclinación. Estos límites están típicamente entre km sobre la superficie de la Tierra. Esto es generalmente menos que la órbita circular intermedia y lejos de la órbita geoestacionaria. Las órbitas más altas están sujetas a averías electrónicas rápidamente debido a la radiación intensa y a la acumulación de carga eléctrica. Las órbitas de ángulo de inclinación más alto se llaman órbitas polares.

50 2. Tipos de Órbita: LEO (Low Earth Orbit): Retardo (delay) menor a seg (ideal para telefonía) Órbita circular o elíptica e inclinada (generalmente de órbita polar) Tiempo de vida promedio de 5-9 años Periodo de 90 min 2 horas (tiempo de vista alrededor de 20 min. sobre el horizonte) Satélites livianos, pequeños y fáciles de lanzar (capacidad de multilanzamiento) Para una cobertura global requiere una constelación de más de 40 satélites. footprint de alrededor de 3,000 a 4,000km2

51 Diagrama de Orbitas alrededor de la tierra a escala English Marker Earth Low Earth Orbit (LEO) Medium Earth Orbit (MEO) International Space Station (ISS) Global Positioning System (GPS) satellites Geostationary Orbit (GEO) Blue/brown image Cyan area Yellow area Red dotted line Green dashdot line Black dashed line

52 Tipos de Órbita: LEO (Low Earth Orbit): English Marker Distance above earth (km) Distance from center of earth (km) Earth Blue/brown image Low Earth Orbit (LEO) Cyan area 160 to 2,000 6,530 to 8,370 Medium Earth Orbit (MEO) Yellow area 2,000 to 34,780 8,370 to 41,150 International Space Station (ISS) Red dotted line 370 6,741 Global Positioning System (GPS) satellites Green dash-dot line 20,230 26,600 Geostationary Orbit (GEO) Black dashed line 35,794 42,164

53 2. Tipos de Órbita: LEO (Low Earth Orbit): Inclinación aproximada de 90 Cobertura donde no el GEO no la tiene y sobre el mismo sitio cada cierto tiempo LEO solar síncrono: órbita sincronizada con el sol Plano orbital mantiene un ángulo constante en dirección del Sol Pasa por cada sitio aproximadamente a la misma hora Un solo satélite puede cubrir toda la tierra en 14 dias (aprox.) Aplicaciones: Programas de rescate: Cospas: Rusia (2 sat) y Sarsat: USA (2 sat) Mediciones atmosféricas: Temperatura (IR) Humedad Rx de boyas/estaciones remotas

54 2. Tipos de Órbita: LEO (Low Earth Orbit): IRIDIUM 66 satélites con 6 satélites de repuesto (spares) 6 planos orbitales inclinados 86.4º, w = 689 Kg Periodo: 100 minutos, 28 segundos. h = 780km (óptimo delay & potencia) Spot Beams : 48 por satélite y 30 millas cuadradas de cobertura por cada uno El más costoso $4.51 mil millones frente a : ICO: $2.75 mm Globalstar: $2.2 mm Bancarrota en agosto de Fue adquirida a sólo $25 millones por nuevos inversionistas (Diciembre 2000) Iridium NEXT: nueva constelación de satélites

55 3. Tipos de Órbita: MEO (Medium Earth Orbit): Retardo 0.05 seg Órbita circular con inclinación variable Tiempo de vida de 10 a 15 años. Periodo 6 hrs. (aprox.) (tiempo de vista de más de 1 hora sobre el horizonte) Para una cobertura global requiere pocos satélites en 2 o 3 planos orbitales. Para cobertura global es necesario un mínimo de 10 a 15 satélites

56 3. Navistar MEO System Constelación nominal GPS 24 satélites den 6 planos de órbita 4 satélites en cada plano Altitudes: 20,200 Km - Inclinación: 55

57 4. Tipos de Órbita: HEO (Highly Elliptical Orbit): Norte de Ex-URSS no tiene cobertura con GEO. Debido a la alta excentricidad aproximadamente 2/3 órbita alrededor de zona de apogeo (prácticamente estacionario en ese periodo) Retardo y pérdidas de espacio libre aproximadas a las de un GEO

58 4. Tipos de Órbita: HEO (Highly Elliptical Orbit): Satélites Molniya: Perigeo 1,200 km Apogeo: 39,000 km Inclinación 63.4 Periodo: 12 horas Satélites Tundra: Perigeo 25,200 km Apogeo: 46,000 km Inclinación 63.4 Periodo: 24 horas

59 III. Clasificación de Los satélites por masa

60 Clasificación por masa: proyecto Chasqui I Nanosatélite Tecnología CubeSat; la masa del satélite menor a 1 kg y contará con un volumen de 1 Lt. Captura de imágenes de la tierra, usando una cámara CMOS. Frecuencia de radio aficionado: VHF ( MHz.) y UHF ( MHz.) Estación terrena que permita realizar el monitoreo. Prueba con señales de GPS.