Principios Esenciales de Órbitas y Misiones Espaciales

Órbita y sus Características

Una órbita es la trayectoria requerida por un satélite sobre un plano y con forma elíptica. Se caracteriza por dos puntos clave:

• Apogeo: El punto de la órbita más lejano respecto a la Tierra.
• Perigeo: El punto de la órbita más cercano a la Tierra, donde la densidad de partículas puede ser mayor.

Tipos de Órbitas

Existen diversos tipos de órbitas, clasificadas principalmente por su altura e inclinación:

• LEO (Low Earth Orbit): Órbitas circulares con alturas que varían entre 400 y 1500 km. Su periodo orbital es de aproximadamente 1 hora y 30 minutos, y suelen tener una inclinación cercana a los 90 grados. Pueden proporcionar cobertura mundial a largo plazo gracias a la combinación de su movimiento y la rotación de la Tierra.
• MEO (Medium Earth Orbit): Órbitas circulares con alturas alrededor de los 10 000 km y una inclinación de aproximadamente 50 grados. Requieren entre 10 y 15 satélites para lograr cobertura mundial y son comúnmente utilizadas por sistemas de navegación para el posicionamiento geográfico.
• GEO (Geostationary Earth Orbit): Órbitas circulares con una inclinación de 0 grados, a una altura de casi 36 000 km. Desde la Tierra, los satélites en órbita GEO aparecen como un punto fijo en el cielo.
• GSO (Geosynchronous Orbit): Si la órbita no tiene una inclinación de 0 grados o no es completamente circular, se denomina GSO y el satélite no aparece como un punto fijo desde la Tierra.
• HEO (Highly Elliptical Orbit): Órbitas muy elípticas con el apogeo muy lejano. Están diseñadas para proporcionar cobertura la mayor parte del tiempo a regiones en el hemisferio norte o sur con gran inclinación.

Elementos Clave de una Misión Espacial

Una misión espacial se compone de varios elementos fundamentales que trabajan en conjunto:

• Spacecraft (Nave Espacial): Es el sistema que proporciona y transporta todos los servicios requeridos por la carga útil.
• Carga Útil (Payload): Es el conjunto de instrumentos o equipos que cumplen los objetivos específicos de la misión.
• Ground System (Sistema Terrestre): Es el centro de control que opera la nave espacial y su carga útil desde la Tierra.
• Lanzadera (Launcher): El vehículo encargado de transportar la nave espacial desde la Tierra hasta su órbita deseada.

Modelo V en el Desarrollo de Sistemas Espaciales

El Modelo V es un enfoque de desarrollo de sistemas que enfatiza la verificación y validación en cada etapa del ciclo de vida.

Fase de Diseño

• Requisitos de la Misión
• Requisitos del Sistema
• Requisitos del Subsistema
• Requisitos de las Unidades

Fase de Verificación

• Especificación de Pruebas de Unidades
• Especificación de Pruebas de Subsistema
• Especificación de Pruebas de Sistema

Fases del Ciclo de Vida de una Misión Espacial

El desarrollo y operación de una misión espacial sigue un ciclo de vida estructurado en varias fases:

• Fase 0 (Análisis de la Misión): Incluye el análisis de la misión y la identificación de necesidades.
• Fase A (Factibilidad): Estudio de factibilidad de la misión.
• Fase B (Definición Preliminar): Definición preliminar del sistema.
• Fase C (Definición Detallada): Definición detallada del sistema.
• Fase D (Cualificación y Producción): Cualificación y producción de los componentes.
• Fase E (Uso y Mantenimiento): Uso y mantenimiento de los segmentos espacial y terrestre.
• Fase F (Disposición Segura): Disposición segura de los productos lanzados al final de su vida útil.

Conceptos de Anomalía Orbital

Las anomalías son ángulos utilizados para describir la posición de un satélite en su órbita:

• Anomalía Verdadera: Es el ángulo positivo, medido en la dirección del movimiento, entre la posición del satélite y la del perigeo.
• Anomalía Excéntrica: Es el mismo ángulo, pero referido a la posición mapeada en el círculo principal (círculo auxiliar de la elipse).
• Anomalía Media: Es la anomalía verdadera de un satélite con una órbita circular de igual periodo T.

Excentricidad Orbital (e)

La excentricidad (e) es un parámetro que define la forma de la órbita:

• Si e = 0: La órbita es circular.
• Si 0 < e < 1: La órbita es elíptica.
• Si e = 1: La órbita es parabólica.
• Si e > 1: La órbita es hiperbólica.