Comunicaciones por Satélites y Espacio
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Una de las grandes características de la radioafición es que es la combinación de varios pasatiempos en uno. Si te aburres con un aspecto de la afición, siempre hay algo nuevo o diferente que probar. Durante los últimos 60 años, aproximadamente, el uso de nuestra flota de satélites de radioaficionados para comunicarse siempre ha sido uno de los aspectos más interesantes de la radioafición.
Si usted es nuevo en los satélites de radioaficionados (o los "pájaros", como los llamamos a menudo los operadores de satélite) y recientemente se ha unido a AMSAT, es esencial establecer un entendimiento general sobre cómo encontrar y rastrear estas maravillas modernas antes de hacer sus primeros intentos de usarlos.
Para escuchar o comunicarse a través de un satélite de radioaficionado, primero hay que averiguar cuándo estará dentro del alcance de la estación. Afortunadamente, la mayoría de nosotros ahora tenemos una computadora en nuestras estaciones de radioaficionado con acceso a Internet, por lo que rastrear satélites se ha vuelto mucho más fácil de lo que solía ser.
En la actualidad, existen varios programas de seguimiento por satélite disponibles en formato shareware o para su compra, así como en una variedad de formatos informáticos diferentes. Además, numerosos sitios web relacionados con la operación de satélites para aficionados ahora tienen programas de seguimiento en línea que hacen que el seguimiento aproximado sea muy fácil. Pero, si se toma en serio el seguimiento por satélite, también debe familiarizarse con el uso de conjuntos de datos orbitales llamados elementos keplerianos (Keplerian Elements).
Elementos Keplerianos (Keplerian Elements)
En la actualidad, el NORAD (Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte) lleva un registro de casi todo lo que ocurre en la órbita terrestre. Periódicamente, envía información orbital sobre satélites no clasificados a la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) para que la divulgue al público en general. La información se enumera según el número de catálogo de cada satélite y contiene datos numéricos que describen, de forma matemática, cómo se mueve el satélite alrededor de la Tierra.
Sin entrar en los complejos detalles de la mecánica orbital (¡o de las leyes de Kepler!), basta con decir que estos datos son los que utiliza el software de su computadora para trazar las trayectorias previstas de los satélites. Es decir, una vez que ha cargado su ubicación (latitud y longitud), la hora actual (junto con su diferencia local con respecto al Tiempo Universal Coordinado (UTC)) junto con los archivos de elementos keplerianos en su software de seguimiento de satélites, la computadora resuelve las complicadas matemáticas orbitales para hacer una predicción de dónde debería estar un satélite seleccionado en el momento actual (o en un momento futuro).
Balizas (Beacons)
Probablemente una de las primeras cosas que aprenderá a hacer después de averiguar cuándo un satélite en particular estará dentro del alcance de su estación es escuchar la señal del satélite. La mayoría de las señales de los satélites consisten en una o más transmisiones provenientes del satélite que lo ayudarán en su búsqueda y le indicarán otras cosas sobre el estado del satélite y la naturaleza de sus transpondedores.
Las balizas satelitales funcionan en muchos modos, desde código Morse hasta una variedad de formatos digitales, y generalmente se las puede encontrar en frecuencias inmediatamente superiores o inferiores a las otras frecuencias de enlace descendente del satélite. Además, como la mayoría de las balizas satelitales transmiten
Con una cantidad fija de potencia de salida, también pueden servir como un excelente punto de referencia para configurar y calibrar las antenas de su estación y otros equipos. La mayoría de las señales de telemetría satelital, que consisten principalmente en transmisiones sobre el estado del satélite, también se envían a los controladores terrestres a través de la baliza. Es más, algunos satélites incluso proporcionan información sobre sus horarios de transpondedores, junto con otros elementos de interés para los operadores de satélites, utilizando sus balizas. Sin embargo, en el caso de AO-91 y la mayoría de nuestros otros satélites FM populares, el enlace descendente de un solo canal es en sí mismo la baliza.
Transpondador (Transponder)
Por lo tanto, una vez que tenga una forma fiable de saber cuándo el satélite está dentro del alcance de su estación y se haya familiarizado con su baliza, el siguiente paso es aprender a utilizar su transpondedor. Un transpondedor es un circuito que recibe su señal de enlace ascendente y luego retransmite lo que escucha a través de su transmisor de enlace descendente, de forma muy similar a como lo hace un repetidor FM terrestre. Sin embargo, a diferencia de un repetidor FM terrestre, que tiene una frecuencia de entrada y salida específica en la misma banda, la mayoría de los transpondedores de satélites de aficionados reciben y luego retransmiten lo que escuchan en otra frecuencia (o frecuencias) en otra banda de aficionados completamente diferente. En resumen, la mayoría de los satélites de aficionados actúan de forma muy similar a "repetidores en el cielo" de banda cruzada.
Además, como un satélite es un objetivo en movimiento, las señales que pasan a través de él exhibirán un pronunciado desplazamiento Doppler, como el tono cambiante del silbato de un tren cuando se acerca y luego pasa. Durante un contacto satelital, a medida que el satélite se acerca a usted, tanto las frecuencias de enlace ascendente como descendente parecerán más altas que las publicadas. A medida que el satélite pasa por encima, tanto las frecuencias de enlace ascendente como descendente parecerán caer lentamente en frecuencia con respecto a las publicadas. Y, como si eso no fuera lo suficientemente confuso, este aparente desplazamiento de frecuencia parecerá ser más pronunciado en las bandas de radioaficionados de frecuencia más alta (longitud de onda más corta) que en las más bajas.
Nuestro satélite de ejemplo (AO-91) utiliza lo que se denomina un transpondedor FM de "tubo curvo". Es decir, todas las señales FM que se envían al satélite por su enlace ascendente de un solo canal se "envían a través del tubo" de vuelta por su enlace descendente FM de un solo canal.
Modos de Operación
Uno de los términos que también encontrarás en el trabajo satelital será una referencia los modos de funcionamiento del transpondedor de un satélite. El modo de funcionamiento de un satélite no es más que una forma abreviada en la que los operadores de satélites veteranos identifican las distintas combinaciones de frecuencias de enlace ascendente y descendente disponibles para su uso. En los primeros tiempos de la explotación de satélites, se utilizaban una o más letras del alfabeto para designar los modos de transpondedor de los satélites. Por ejemplo, si la frecuencia de enlace ascendente de un satélite estaba en 2 m y su frecuencia de enlace descendente estaba en 70 cm, se decía que el satélite estaba funcionando en "Modo J". Un enlace ascendente en 70 cm con un enlace descendente en 2 m se denominaba "Modo B", y así sucesivamente.
En la actualidad, debido a que hay en órbita tantos satélites con distintas combinaciones de transpondedores de enlace ascendente y descendente, ha surgido un sistema más simplificado que incluye la primera letra de la banda en uso (VHF, UHF, SHF, etc.). Como resultado, el antiguo "Modo B" ha pasado a denominarse "Modo U/V", ya que el transpondedor de enlace ascendente del satélite está sintonizado en UHF y su transmisor de enlace descendente está configurado para las bandas VHF. Asimismo, el antiguo "Modo J" ha pasado a denominarse "Modo V/U", y así sucesivamente.
Antenas de Satélites
Si realmente desea escuchar o trabajar rutinariamente con satelites FM con un HT, necesitará una antena Yagi portátil de algún tipo para proporcionar a su transceptor suficiente potencia de enlace ascendente efectiva (y ganancia de receptor de enlace descendente) para hacerlo de manera confiable.
A lo largo de los años, muchos aficionados a los satélites han "fabricado sus propias" antenas Yagi portátiles exclusivamente para trabajar con estos satélites LEO. Por ejemplo, radioaficionados como Kent Britain (WA5VJB), un entusiasta de VHF/UHF desde hace mucho tiempo, han estado compartiendo libremente su aprendizaje mediante la publicación de numerosos planos en Internet para una serie de antenas Yagi portátiles caseras de 2 m y 70 cm hechas con materiales fáciles de conseguir. Estos materiales incluyen trozos de cable de tierra de aluminio o varillas de soldadura junto con trozos de madera de su sótano, garaje o cobertizo (o, cuando todo lo demás falla, de su ferretería local).
En un excelente artículo en línea titulado "Antenas baratas para los satélites LEO de AMSAT" en www.wa5vjb.com/references/Cheap%20Antennas-LEOs.pdf, Kent muestra cómo se puede construir fácilmente una antena Yagi portátil de "dual band" para trabajar con los satélites FM. Otra fuente confiable de planos para estas antenas caseras se puede encontrar en una excelente serie (o mejor aún, un auricular con un micrófono de pértiga conectado) mientras se trabaja con estos satélites.
Un auricular con brazo articulado le evitará la tarea de tener que sostener una antena con una mano y la radio cerca de la boca y los oídos con la otra. Aunque están hechos de materiales livianos, su brazo se cansará después de sostener una de estas antenas durante un pase satelital de 15 minutos, tanto que probablemente querrá cambiar de mano una o dos veces durante su contacto. Otro enfoque que funciona bien es solicitar la ayuda de un asistente que pueda sostener su radio (o un pequeño altavoz externo conectado a su HT) durante el pase.
Antenas Fijas
Una antena de estación base omnidireccional relativamente económica que resulta útil para el trabajo con satélites LEO se llama Eggbeater. La antena Eggbeater se parece mucho a su homónima, una batidora de huevos de cocina común y corriente.
Esta antena está compuesta por dos bucles de onda completa de alambre (o algún otro material metálico rígido) colocados 90 grados fuera de fase entre sí. Algunos diseños incluso tienen elementos reflectores parásitos debajo del conjunto para darle a la antena una mayor ganancia. En el horizonte, la antena presenta un patrón lineal polarizado horizontalmente, lo que también la hace útil para trabajos terrestres de VHF o UHF con señales débiles. Sin embargo, a mayores elevaciones, la antena presenta un patrón de radiación circular cada vez más dextrógiro, lo que la hace ideal para trabajos satelitales.
Gerald Brown, K5OE, ha publicado un excelente artículo en línea sobre cómo fabricar antenas Eggbeater optimizadas para satélites en wb5rmg.somenet.net/k5oe/Eggbeater_2.html. Las Eggbeaters también están disponibles en fabricantes de antenas comerciales como M2 Antennas de Fresno, California www.m2inc.com. Actualmente estoy usando un par de antenas Eggbeater M2 fabricadas comercialmente en mi QTH hogareño y encuentro que funcionan razonablemente bien para las aves LEO, especialmente si los elementos reflectores de la antena están instalados. Ahora bien, es cierto que los batidores de huevos no te darán señales S9 de horizonte a horizonte ni hacia dentro ni hacia fuera de las aves como lo hará una antena Yagi de brazo largo.
Modos de Operación de Satélites
Históricamente, las frecuencias de enlace ascendente (transmisión a) y enlace descendente (recepción desde) de OSCAR se designaban utilizando códigos de una sola letra.
- Mode A: 2 m uplink / 10 m downlink
- Mode B: 70 cm uplink / 2 m downlink
- Mode J: 2 m uplink / 70 cm downlink
Las nuevas designaciones de enlace ascendente y descendente utilizan conjuntos de letras emparejadas que siguen la estructura X/Y, donde X es la banda de enlace ascendente e Y es la banda de enlace descendente.
| Desig | H | A | V | U | L | S | S2 | C | X | K | R |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Banda | 15 m | 10 m | 2 m | 70 cm | 23 cm | 13 cm | 9 cm | 5 cm | 3 cm | 1.2 cm | 6 mm |
| Freq | 21 MHz | 29 MHz | 145 MHz | 435 MHz | 1.2 GHz | 2.4 GHz | 3.4 GHz | 5 GHz | 10 GHz | 24 GHz | 47 GHz |
| Modo | Uplink | Downlink |
|---|---|---|
| HA | 21 MHz | 29 MHz |
| HV | 21 MHz | 145 MHz |
| VA | 145 MHz | 29 MHz |
| VU | 145 MHz | 435 MHz |
| UV | 435 MHz | 145 MHz |
| US | 435 MHz | 2400 MHz |
| LU | 1268 MHz | 435 MHz |
| LS | 1268 MHz | 2400 MHz |
| LX | 1268 MHz | 10450 MHz |
| VS | 145 MHz | 2400 MHz |
| SX | 2400 MHz | 10 GHz |
Frecuencias de Satélites para Radioaficionados
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Satelites con Transponders
| Satelite | Modo | Uplink | Downlink | Beacon | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| AO-7 | VA | 145.850 - 145.950 MHz | 29.400 – 29.500 MHz | 29.502 MHz CW | SSB/CW No-Invertido |
| UV | 432.125 – 432.175 MHz | 145.975 – 145.925 MHz | 145.977 MHz CW | SSB/CW Invertido | |
| V | 145.977 MHz CW | ||||
| U | 435.100 MHz CW | ||||
| FO-29 | VU | 145.900 – 146.000 MHz | 435.800 – 435.900 MHz | 435.795 MHz CW | SSB/CW Invertido |
| AO-73 | UV | 435.150 – 435.130 MHz | 145.950 – 145.970 MHz | 145.935 MHz BPSK | SSB/CW Invertido |
Programas (Software) para Satelites
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Estación Espacial Internacional (ISS)
La Estación Espacial Internacional (EEI; en inglés: International Space Station (ISS); es una estación espacial modular ubicada en la órbita terrestre baja. Es un proyecto de colaboración multinacional entre cinco agencias espaciales participantes: NASA (Estados Unidos), Roscosmos (Rusia), JAXA (Japón), ESA (Europa), y la CSA/ASC (Canadá). La administración, gestión y desarrollo de la estación están establecidas mediante tratados y acuerdos intergubernamentales. La estación sirve como un laboratorio de investigación en microgravedad permanentemente habitado en el que se realizan estudios sobre astrobiología, astronomía, meteorología, física y otros muchos campos. La ISS también está capacitada para probar los sistemas y equipamiento necesarios para la realización de vuelos espaciales de larga duración como pueden ser las misiones a la Luna y Marte. Está considerada como uno de los logros más grandes de la humanidad.
La estación se divide en dos secciones: el segmento orbital ruso operado por Rusia; y el segmento orbital estadounidense compartido por varias naciones. Roscosmos ha apoyado la continuidad de operaciones hasta el 2024, habiendo propuesto previamente la reutilización de algunos módulos del segmento en la construcción de una nueva estación rusa llamada OPSEK. El primer componente de la EEI fue lanzado en 1998, y los primeros residentes de largo plazo llegaron el 2 de noviembre del 2000. Desde ese momento la estación ha estado ocupada continuamente durante 23 años, 10 meses y 16 días, la presencia continua de humanos en la órbita terrestre baja más longeva superando el récord anterior de 9 años, 11 meses y 23 días conseguido por la estación espacial Mir. El último módulo principal presurizado, Leonardo, fue acoplado en 2011 y un hábitat inflable experimental fue añadido en 2016. El desarrollo y ensamblaje de la estación aún continúa, con varios módulos rusos programados para ser lanzados a partir de 2020. A diciembre de 2018 se espera que la estación opere hasta 2030.
Operación de radio aficionados en la estación espacial internacional
El programa ARISS (Amateur Radio on the International Space Station) tiene como objetivo establecer una estacion y la comunicación con radio aficionados en todo el mundo con los astronautas. Los astronautas también son radio aficionados con licencia y transmiten en bandas de VHF y UHF. Esporádicamente los astronautas establecen con agenda contactos con diferentes escuelas en todo el mundo para que los estudiantes puedan tener la experiencia de realizar contacto directo con astronautas a través de radiofrecuencia.
Earth-Moon-Earth (EME) Tierra-Luna-Tierra
Rebote lunar o EME (Earth-Moon-Earth, Tierra-Luna-Tierra en español) es una forma de comunicación de radioafición que se utiliza para enviar y recibir mensajes a través de la Luna. EME se basa en el hecho de que la Luna es un cuerpo celeste que refleja la señal de radio. Al enviar una señal de radio hacia la Luna, ésta se refleja y regresa a la Tierra, permitiendo que se establezca una comunicación a través de grandes distancias.
Para utilizar EME, se necesita un transmisor y un receptor de radioafición de alta potencia y una antena direccional de alta ganancia. También es necesario utilizar software especializado para sincronizar el tiempo de transmisión y el ángulo de la antena para asegurar que la señal alcance la Luna y regrese a la Tierra.
Rebote lunar es una forma muy difícil y costosa de comunicación de radioafición y solo es utilizada por un pequeño número de radioaficionados muy experimentados y con equipos de alta calidad. Sin embargo, permite establecer comunicaciones a través de grandes distancias y es una forma única y emocionante de explorar la radioafición.
El uso de la Luna como satélite pasivo de comunicaciones fue propuesto por W.J. Bray, de la Oficina General de Correos británica, en 1940. Se calculó que con la potencia de transmisión de microondas disponible y los receptores de bajo ruido, sería posible enviar señales de microondas desde la Tierra y reflejarlas en la Luna. Se pensaba que sería posible contar con al menos un canal de voz.
Los radioaficionados utilizan la electromiografía para las comunicaciones bidireccionales. La electromiografía presenta desafíos importantes para los radioaficionados interesados en la comunicación con señales débiles. La electromiografía proporciona la ruta de comunicación más larga que pueden utilizar dos estaciones en la Tierra.
Las bandas de frecuencias de aficionados de 50 MHz a 47 GHz se han utilizado con éxito, pero la mayoría de las comunicaciones EME se realizan en las bandas de 2 metros, 70 centímetros o 23 centímetros. Los modos de modulación habituales son la onda continua con código Morse, la digital (JT65) y, cuando los presupuestos de enlace lo permiten, la voz.
Las ondas de radio se propagan en el vacío a la velocidad de la luz, exactamente 299.792.458 m/s. El tiempo de propagación hasta la Luna y de regreso varía entre 2,4 y 2,7 segundos, con un promedio de 2,56 segundos (la distancia promedio de la Tierra a la Luna es de 384.400 km).
La Luna es casi esférica y su radio corresponde a unos 5,8 milisegundos de tiempo de propagación de las ondas. Las partes posteriores de un eco, reflejadas desde las características irregulares de la superficie cerca del borde del disco lunar, tienen un retraso con respecto al borde anterior de hasta el doble de este valor.
La mayor parte de la superficie de la Luna parece relativamente lisa en las longitudes de onda de microondas que se utilizan habitualmente para la radioemisión electromagnética de Radioaficionados. La mayoría de los aficionados realizan contactos electromagnéticos por debajo de los 6 GHz, y las diferencias en la reflectividad de la Luna son algo difíciles de discernir por encima de 1 GHz.
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