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ESTACIONES TERRENAS
En general, un sistema satelital está compuesto por los siguientes elementos o segmentos: los satélites,
vectores o lanzadores, el o los cosmódromos y las estaciones terrestres de control.
En este capítulo estudiaremos el segmento Estación Terrestre, explicando sus propósito y
estructuración. El tamaño y complejidad de una Estación Terrestre depende del servicio que será
provisto y la potencia radiada por el satélite. Las estaciones más simples permiten sólo recepción y están
equipadas con una antena parabólica que puede tener un diámetro de menos de 1 metro. A título
ilustrado, las antenas más grandes y de la serie de las primeras construídas por Intelsat llegaron a tener
32 metros de diámetro.
A
Podemos tener una idea del tamaño de una Estación Terrestre si visitamos o vemos al
pasar la Estación de Rastreo de Satélites de Peldehue, que perteneció a la NASA y ahora
pertenece a la Universidad de Chile, o también si vemos al pasar la estación receptora de
comunicaciones de Longovilo, al Sur de Melipilla.
B
Desde el inicio de la era de las comunicaciones satelitales, las Estaciones Terrenas se han
desarrollado contínuamente, aunque la arquitectura general ha permanecido inalterada.
Este desarrollo ha sido evidenciado por una reducción del tamaño de las estaciones. Esta
reducción también es evidentemente en el tamaño del equipamiento usado en las
estaciones y ha sido posible por el uso de técnicas digitales y la miniaturización de
componentes electrónicos a gran escala.
Una Estación Terrena Satelital debe tener la capacidad de realizar todas las funciones que permitan al
usuario u operador conocer en todo momento la posición y el estado de funciona- miento de cada
sistema a bordo del satélite, entre los cuales se pueden mencionar: Sistema de Potencia, de
Radiofrecuencia, de Control de Actitud y de Computadores de a bordo. También es necesario que esta
Estación Terrena sea capaz de comandar los sistemas y cargas útiles.
Las funciones principales ejecutadas por una Estación Terrena, en apoyo a un satélite operacional,
involucran funciones de alta complejidad que usualmente abarcan las siguientes tareas:
* Seguimiento (tracking): para determinar la posición del satélite en su órbita.
* Operaciones de Telemetría: para adquirir y registrar datos y status del satélite.
* Operaciones de Telecomando: para interrogar y controlar las diversas funciones del satélite.
* Operaciones de Control: para determinar parámetros orbitales, para programar todas las pasadas del
satélite y para monitorear y cargar el computador de a bordo.
* Operaciones de Procesamiento de Datos: para presentar todos los datos científicos y de ingeniería en
los formatos requeridos para el progreso exitoso de la misión.
* Enlaces de Voz y de Datos a otras estaciones terrenas y centros de procesamiento.
De la lista anterior, es claro que hay tres componentes principales de una Estación Terrena:
1.- Equipos (HARDWARE)
2.- Programas Computacionales (SOFTWARE)
3.- Personal
EQUIPOS
Los principales componentes del equipo de una Estación Terrena son:
* Antenas
* Sistemas de Transmisión-Recepción
* Sistemas de seguimiento
ANTENA
Es el componente principal de una Estación Terrena, cuyas funciones de soporte pueden incluir:
Seguimiento, Telemetría, Telecomando y capacidades de voz y televisión.
¿SABIAS QUE?
Dentro de las redes de la NASA de seguimiento y data de vuelos espaciales, hay sistemas de antenas
operando en diversas bandas de frecuencia, pero lo más frecuentemente usado es el sistema de Banda
S, el que emplea principios de auto seguimiento por monopulso para mantener la antena apuntando
hacia la señal que transmite el satélite. Para lograr la adquisición inicial del satélite, también se dispone
usualmente de un programa controlado por computador, el que usa data de predicción de órbita para
generar los ángulos de apuntamiento requeridos.
El diámetro de la antena requerido para cualquier misión particular está determinado prima
riamente en función de la distancia de la estación terrena al satélite, de la frecuencia de la portadora, de
la potencia de transmisión del satélite en Watts. De esta manera, para un caso típico de un satélite en
órbita polar, transmitiendo data a 1 Mbps en banda S con una potencia de transmisión de 1 Watt,
requiere una antena de estación terrena con un diámetro aproximado de 9 metros.
La antena generalmente es común para Transmisión y Recepción, por razones de costo y tamaño. La
separación de la dirección de transmisión es obtenida por medio de dispositivos electrónicos llamados
Diplexores.
SISTEMA DE TRANSMISION Y RECEPCION DE RADIO FRECUENCIA
Las características que determinan la operación de Radio Frecuencia de una Estación Terrena
provienen de la expresión del Cálculo de Enlace para las transmisiones desde y hacia el satélite.
Este sistema tiene la función de transmitir vía RF desde tierra al satélite en la banda de frecuencia
asignada para todos los telecomandos que son necesarios para actuar sobre sistemas o partes
componentes del satélite, como por ejemplo: activar un transmisor y apagar el otro, encender un
computador de a bordo, actualizar un software específico, etc.
Por otra parte, el sistema RF debe tener también la capacidad de recepcionar toda comunicación
enviada por el satélite desde el punto de su órbita en que se encuentre. La información más común que
envía el satélite hacia la Estación Terrena es la que se conoce como Telemetría. Ello entrega la
condición actual de los parámetros previamente determinados, como por ejemplo: Voltaje de la batería,
temperatura de las antenas, voltajes y corrientes de diversos componentes del satélite, computador en
servicio, relays activos e inactivos, y muchos otros de esta misma especie.
El equipamiento de Radio Frecuencia para Recepción está, generalmente, en arreglos de gabinetes,
colocados en forma tal de minimizar las pérdidas en las líneas de transmisión a la antena. Este
equipamiento acepta la frecuencia portadora proveniente del satélite y que pasa por el sistema de
antena, la procesa a frecuencias más bajas (intermedia) y la desmodula.
Estos equipos están alojados en racks cercanos al sistema de antena. El equipamiento de Radio
Frecuencia de Transmisión acepta señales de seguimiento y comando provenientes de tierra de los
componentes de Telemetría, Seguimiento y Comando (TT&C), las procesa (modula) y las envía al enlace
de Radio Frecuencia hacia el satélite.
SISTEMA DE SEGUIMIENTO
El sistema de seguimiento mantiene la antena apuntando en la dirección correcta hacia donde se
encuentra el satélite y compensa el movimiento relativo entre la Estación Terrena y el Satélite. Aún en
los casos de satélites geoestacionarios, existen perturbaciones orbitales que originan aparentes
desplazamientos del satélite con respecto a la Estación. Las características del Sistema de Seguimiento
varían de acuerdo a las características del haz electromagnético de la antena y la órbita del satélite.
El seguimiento consiste en mantener el eje central del haz electromagnético producido por la antena en
la dirección del satélite, a pesar del
movimiento del satélite o de la Estación. Debe contener un Receptor, un sistema de control y un
servomecanismo de antena.
Este sistema es, principalmente, requerido por las estaciones terrenas que están asociadas a satélites
que no son geoestacionarios y que tienen un período orbital menor a 24 horas. En el caso de los
satélites de órbita baja, inferiores a 1300 km., los períodos orbitales son de alrededor 1,5 hrs.. No
obstante, los satélites fijos con respecto a la Tierra, es decir, los geoestacionarios también requieren un
sistema de seguimiento que permita detectar los pequeños cambios o desviaciones de la órbita definida
en la misión.
PROGRAMAS COMPUTACIONALES
Existen cuatro grandes áreas de programas que pueden utilizarse en una Estación Terrena o son
controlados desde ella. Estos son: antes de cada pasada, durante cada pasada, después de las pasadas
y software a bordo. Exceptuando los casos de sistemas satelitales básicos, la mayoría o algunos de
estos aspectos estarán presentes en la Estación Terrena. Los Programas Computacionales, previo a las
pasadas, son requeridos antes de que el satélite entre en rango con la Estación Terrena. Normalmente,
hay cuatro tipos de programas requeridos: Predicción de órbita, Planificación y Programación de
observación, Generación de Lista de Comandos y finalmente de Simulación.
En la determinación y predicción de la órbita de un satélite de baja altitud, usualmente hay tres factores
que determinan la precisión requerida. Estos son la capacidad de seguir al satélite correctamente
durante la pasada sobre la Estación, Reconstruir la órbita y desde aquí la posición del satélite en
cualquier instante durante la misión, y predecir con varias semanas de avance la posición del satélite
para propósitos de planificación de la misión.
En la planificación del programa de observación para un satélite científico típico, es necesario
saber dónde estará el satélite en el futuro. Los programas de control de la antena necesitan saber dónde
lo encontrará durante las pasadas y los programas de procesamiento de datos necesitan saber dónde
estaba el satélite cuando la data fue acumulada.
La programación de una pasada es elaborada con la mayor anticipación posible. Ella contiene un
conjunto de instrucciones o comandos que definen las acciones a ser tomadas durante la pasada. En
condiciones ideales, el programa controlará la pasada completa con una mínima intervención de
controlador del satélite.
El programa en tiempo real, es decir, durante la pasada del satélite, opera todo el período durante el cual
el satélite está visible desde la Estación Terrena. Incluye control computarizado del seguimiento de la
antena, subida y verificación del enlace de subida, recepción de data y comprobación de estatus de
todos los parámetros críticos de los sistemas del satélite.
Las tareas inmediatas posteriores a una pasada incluyen la extracción de información de administración
de los sistemas propios del satélite para efectos de control de calidad, procesamiento de datos,
determinación de órbita y análisis de datos.
PERSONAL
Una Estación Terrena debe ser dotada de personal muy especializado y entrenado para la operación y
explotación del sistema satelital. En general estos especialistas cubren las siguientes áreas y funciones:
* Administración de sitio y de proyecto requerido para la supervisión diaria de las operaciones, tanto en
tierra como en órbita;
* Personal para componer turnos que necesita la Estación para una operación contínua durante las 24
horas al día;
* Especialistas en mantenimiento del equipamiento de la Estación Terrena, como por ejemplo los
sistemas eléctricos y mecánicos de la antena, equipos de RF y computacional;
* Especialistas en computación para la mantención, modificación y posibles correcciones de los
programas computacionales de la Estación Terrena y también a bordo del satélite;
* Expertos de apoyo de ingeniería y de datos, para la planificación de operaciones, discusión de
resultados y actuar en momentos de crisis;
* Administrativos para labores de secretaría;
* Ingenieros especializados para monitoreo y análisis detallado de la data proveniente del satélite.
* Administrativos para labores de secretaría.
ESTACION DE CONTROL SATELITAL DEL PROYECTO CHILENO FASAT
La Fuerza Aérea de Chile cuenta con una Estación Terrena de Control Satelital, ubicada en Los
Cerrillos, cuya arquitectura responde en forma básica y global a la descrita en los párrafos anteriores.
En síntesis, se pueden agrupar las instalaciones y sistemas existentes en esta Estación Terrena como se
detalla a continuación:
* Sistema de Antenas y Cables
* Sistema de RF (Rack de Equipos)
* Puestos de: Archivo, Telemetría, Seguimiento, Telecomando y Comunicaciones (5 puestos PC
conectados en Red y conectado al rack con el equipamiento de RF)
* Modelo de Ingeniería del micro-satélite FASat-Bravo
* Equipamiento Electrónico de Soporte de Modelo de Ingeniería
A continuación, se muestra una fotografía con la dependencia llamada «Estación de Control», donde se
pueden observar los puestos (PC) conectados en red y el equipamiento de RF