Malyavej defiende en Perú la utilidad de usar satélites pequeños emparejados

El profesor de la Universidad Tecnológica Mahankorn de Tailandia, Veerachai Malyavej, ha tomado parte del 8º Simposio Internacional sobre tecnología espacial y sus aplicaciones, celebrado este mes en la ciudad de Lima, con una interesante ponencia sobre el control de la moción de satélites pequeños volando en formación mediante empuje óptimo. Para efectos de la exposición, el especialista en tecnología espacial se ha centrado en una formación de dos satélites, uno principal y otro secundario, con la trayectoria del segundo sujeta a la del primero.

Varios satélites volando u orbitando en formación permiten la ejecución de múltiples tipos de misiones (observación terrestre, comunicaciones, astronomía, entre otros) que no son factibles con el uso de un satélite individual, de hecho, según Malyavej, se está poniendo de moda "el uso de satélites más pequeños en lugar de uno sólo para determinado tipo de misiones, en particular de corta duración, por los menores costos pero también las menores capacidades de los chasis de menores dimensiones". Así, se pueden formar radio telescopios o arreglos de radar orbitales para mapeo de la superficie terrestre.

Para minimizar el consumo de combustible de cada satélite, Malyavej resalta que los satélites deben ser colocados en sus respectivas órbitas con gran precisión. Una vez lograda la precisión orbital inicial, sin embargo, la formación de satélites se verá afectada por una serie de perturbaciones astrodinámicas que pueden llegar a alterar sus planos orbitales. De allí que es fundamental que los sistemas de control a bordo se ejecuten de tal manera que los satélites mantengan formación con un mínimo uso de combustible.

Uno de los principales factores que afectan las orbitas es la fuerza de gravedad del planeta, pero también es afectada por las gravedades del Sol y la Luna, así como la forma imperfecta del planeta.

El objetivo: consumir poco combustible

Bajo el modelo presentado por el expositor, el satélite de referencia (chief satellite) y el satélite adjunto (deputy satellite) tienen que ser insertados en la órbita invariable deseada (invariant desired orbit) con precisión. Paulatinamente, las perturbaciones astrodinámicas imprimirán cierta deriva en las respectivas órbitas, por lo que se harán necesarias correcciones para preservar la moción relativa de la formación inicial. Se tiene que encontrar la ley de control que utilice el menor combustible posible.

Los elementos que definen una órbita son el eje semi-mayor, la distancia promedio entre el satélite y el centro de la Tierra; la excentricidad, la forma de la órbita y su desviación de un círculo perfecto, una órbita excéntrica es elíptica; y la inclinación, el ángulo del plano orbital en relación al Ecuador. Asimismo, el nodo ascendente es el punto de la órbita que intercepta en plan ecuatorial en su rumbo del hemisferio sur al norte, lo inverso para el nodo descendente; el argumento del perigeo, el ángulo entre el nodo ascendente y el perigeo; la longitud del nodo ascendente, ángulo del origen de longitud del plano de referencia, por ejemplo el plano ecuatorial, con el nodo ascendente; y la anomalía promedio, el ángulo de una teórica órbita circular del satélite desde que transitó por el perigeo, el punto más cercano al planeta.

Una pareja muy sincronizada

Ambos satélites, principal y adjunto, deben tener el mismo período orbital, es decir, el número de veces que le dan vuelta al planeta en un día, lo que en términos de elementos orbitales significa que ambos deben tener el mismo eje semi-mayor promedio.

La deriva secular en la órbita de los satélites puede ser calculada, aproximadamente, mediante el potencial gravitacional de la Tierra, el principal factor que la afecta y del cual se tienen fórmulas matemáticas conocidas.

Las simulaciones para predecir las órbitas en formación de pequeños satélites, tomando en consideración los factores que las afectan (tierra, sol y luna), así como la moción dinámica entre los mismos satélites permiten predecir con cierto grado de precisión las anomalías que se pueden presentar e integrar dichas estimaciones en los sistemas de control de los satélites.

Fotografía: Peter Watson