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MÓDULO 1. CÁLCULO DE ÓRBITAS - Agi

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LABORATORIO <strong>DE</strong> ARQUITECTURAS Y<br />

TECNOLOGÍAS EMBARCABLES EN SATÉLITE<br />

<strong>MÓDULO</strong> <strong>1.</strong> <strong>CÁLCULO</strong> <strong>DE</strong> <strong>ÓRBITAS</strong><br />

Nombre: .........................................................................................<br />

<strong>1.</strong> INTRODUCCIÓN TEÓRICA<br />

<strong>1.</strong><strong>1.</strong> Leyes de Kepler<br />

Johannes Kepler (1571 - 1630) revolucionó nuestro entendimiento de las órbitas. En<br />

"Misterio Cósmico", escrito antes de que tuviera 25 años, calculó que la órbita de<br />

Marte no era circular, sino elíptica. De este trabajo, desarrolló tres leyes muy<br />

importantes del movimiento de las órbitas<br />

Primera ley de Kepler. Los planetas describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno<br />

de sus focos.<br />

Una elipse es un curva plana cerrada que tiene la propiedad de que la suma de las<br />

distancias desde dos puntos fijos, llamados focos, a cualquier punto de la curva<br />

permanece constante. En la figura <strong>1.</strong>1, la distancia A+B es una constante a lo largo de la<br />

curva.<br />

A<br />

B<br />

F F'<br />

Figura <strong>1.</strong>1 Primera Ley de Kepler<br />

Una elipse también resulta de la intersección de un plano con un cono. El<br />

diámetro mayor se conoce como eje mayor y determina el tamaño de la elipse. La mitad<br />

del eje mayor es el semieje mayor.<br />

La forma de la elipse depende de la proximidad entre los focos en relación con la<br />

longitud del semieje mayor. La excentricidad de una elipse es igual a la distancia entre<br />

los focos dividida por el semieje mayor. Si los focos coinciden, la elipse se convierte en<br />

un círculo, o dicho de otra forma, un círculo es una elipse con excentricidad cero.<br />

Segunda ley de Kepler. El vector posición de cualquier planeta con respecto al Sol<br />

barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales (figura <strong>1.</strong>2). Esta ley también se<br />

conoce como la Ley de las Áreas.


Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Figura <strong>1.</strong>2. Segunda Ley de Kepler<br />

La segunda ley de Kepler establece la velocidad de un objeto dentro de la órbita.<br />

Tercera ley de Kepler. Los cuadrados de los períodos de revolución son<br />

proporcionales a los cubos de las distancias medias de los planetas al Sol (figura <strong>1.</strong>3).<br />

2 3<br />

Esta ley puede expresarse por la ecuación P = kr , siendo k una constante de<br />

proporcionalidad.<br />

<strong>1.</strong>2. Parámetros orbitales<br />

Figura <strong>1.</strong>3. Tercera Ley de Kepler<br />

<strong>1.</strong>2.<strong>1.</strong> Sistema de coordenadas cartesiano<br />

Los sistemas de coordenadas cartesianos se forman a partir de tres vectores unidad<br />

ortogonales, formando entre ellos ángulos rectos. Para crear un sistema de coordenadas<br />

necesitamos especificar cuatro datos (figura <strong>1.</strong>4):<br />

• Un origen.<br />

• Un plano fundamental.<br />

• Un dirección principal<br />

• Un tercer eje<br />

(1) Escojer un origen<br />

origen<br />

(3) Seleccionar la dirección<br />

principal<br />

origen<br />

(2) Seleccionar el plano fundamental y<br />

trazar una línea perpendicular<br />

Departamento de Automática 2<br />

origen<br />

(4) Encontrar el tercer eje<br />

origen<br />

dirección principal dirección principal<br />

Figura <strong>1.</strong>4. Sistema de coordenadas<br />

tercer eje<br />

(regla de la<br />

mano derecha)


Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

El origen define un punto de partida para nuestro sistema de coordenadas. El<br />

plano fundamental contiene dos de los ejes del sistema. Una vez se conoce el plano, se<br />

puede definir una dirección perpendicular a dicho plano. El vector unidad en esa<br />

dirección partiendo del origen es uno de los ejes. A continuación necesitamos definir<br />

una dirección principal, que puede ser algo que es físicamente significativo, por ejemplo<br />

una estrella. Para encontrar el tercer eje, se aplica la regla de la mano derecha.<br />

<strong>1.</strong>2.2. Sistema de coordenadas geocéntrico-ecuatorial<br />

Para vehículos de órbita terrestre, un sistema de referencia que se emplea es el<br />

geocéntrico ecuatorial (figura <strong>1.</strong>5), definido por los siguientes parámetros:<br />

Figura <strong>1.</strong>5. Sistema geocéntrico ecuatorial<br />

• Origen: el centro de la Tierra (de ahí el nombre de geocéntrico)<br />

• Plano fundamental: el ecuador terrestre (de ahí el nombre de geocéntricoecuatorial),<br />

donde el eje perpendicular al plano fundamental es la dirección del<br />

Polo Norte<br />

• Dirección principal: dirección del equinocio Vernal, , o, lo que es lo mismo,<br />

el vector que apunta al primer punto de Aries. La dirección del equinocio vernal<br />

apunta a la constelación zodiacal de Aries y se obtiene dibujando una línea<br />

desde la Tierra hasta el Sol, en el primer día de la primavera.<br />

Desafortunadamente la dirección del equinocio vernal no es perfectamente<br />

constante, debido a que tanto el Sol como la Tierra se mueven a lo largo de la<br />

galaxia. Por lo tanto, es muy importante definir con precisión esta dirección. Se<br />

emplean dos métodos. Un método consiste en emplear direcciones medias en<br />

algún instante de tiempo. El otro método consiste en usar la posición verdadera<br />

en un instante muy concreto en el tiempo.<br />

• Tercer eje. Se obtiene empleando la regla de la mano derecha<br />

Se necesitan tres parámetros para fijar un punto en el espacio. En conjunto, estos<br />

parámetros se conocen como el vector posición de un objeto: R . Tres parámetros<br />

adicionales definen el vector velocidad, V . Un último parámetro, el tiempo, nos dice<br />

que la información suministrada es válida. Estos elementos, se conocen como elementos<br />

cartesianos. No obstante, para la descripción orbital, estos elementos no resultan muy<br />

convenientes, por lo que los astrónomos desarrollaron elementos orbitales que nos<br />

describen de forma sencilla el tamaño de la órbita, la forma y la orientación. A menudo,<br />

estos elementos orbitales se conocen como los elementos keplerianos (sistema clásico).<br />

<strong>1.</strong>2.2.1 Tamaño de la órbita<br />

Nos dice cómo de grande es una órbita (figura <strong>1.</strong>6). Este parámetro depende de la<br />

velocidad con la que lancemos nuestro satélite a la órbita. Cuanto más rápido realicemos<br />

la inyección, más energía tiene la órbita y mayor es. Se expresa el tamaño orbital en<br />

Departamento de Automática 3


Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

términos de su semieje mayor. El eje mayor de una órbita elíptica es la distancia desde<br />

del punto más cercano (perigeo) y el más alejado (apogeo).<br />

Figura <strong>1.</strong>6. Tamaño de la órbita<br />

Debido al principio de la conservación de la energía, en una órbita elíptica, la<br />

velocidad del satélite es mayor en el perigeo que en el apogeo.<br />

Semieje mayor<br />

Podemos expresar el semieje mayor en términos de la distancia desde el centro de<br />

la Tierra hasta el apogeo (Rapogeo) y el perigeo (Rperigeo). El semieje mayor (a) puede<br />

obtenerse aplicando:<br />

Rapogeo + Rperigeo<br />

a = (1)<br />

2<br />

Período<br />

El período orbital P (es decir, cuánto tiempo tarda el satélite en describir una<br />

órbita completa), es proporcional al tamaño de la órbita y viene dado por la siguiente<br />

expresión:<br />

3<br />

a<br />

P = 2π<br />

(2)<br />

G·<br />

M<br />

TIERRA<br />

donde:<br />

a: semieje mayor<br />

G = constante de gravitación universal = 6.67 10 -11 km 2 /sec 3<br />

MTIERRA = masa de la Tierra = 5.98 10 15 kg<br />

Por ejemplo, una órbita típica de la lanzadera espacial, que tiene una altitud de<br />

unos pocos cientos de kilómetros, tiene un período de unos 90 minutos, es decir, da<br />

unas 16 vueltas a la Tierra al día. Para un satélite de comunicaciones en una órbita<br />

geoestacionaria, con una altitud de 35780 km, el período es de 24 horas.<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

<strong>1.</strong>2.2.2 Forma de la órbita<br />

Excentricidad<br />

Cuanto menos circular es una órbita, más excéntrica o "imperfecta" es. La<br />

excentricidad, e, describe la forma de la órbita con respecto a una circunferencia (figura<br />

<strong>1.</strong>7)<br />

Figura <strong>1.</strong>7. Excentricidad<br />

• Una circunferencia perfecta tiene una excentricidad de 0<br />

• Una órbita elíptica tiene una excentricidad inferior a la unidad<br />

• Una órbita parabólica tiene una excentricidad igual a 1<br />

• Una órbita hiperbólica tiene una excentricidad superior a la unidad.<br />

En la práctica no es posible conseguir una órbita perfectamente circular o<br />

parabólica.<br />

<strong>1.</strong>2.2.3 Orientación de la órbita<br />

Inclinación<br />

La inclinación, i, nos indica cuánto está inclinada una órbita. Una órbita que está<br />

justo en el plano del Ecuador tiene una inclinación de 0 grados y se conoce como órbita<br />

ecuatorial. Una órbita que pasa justo por los polos Norte y Sur debe tener una<br />

inclinación de 90 grados y se llama órbita polar<br />

Figura <strong>1.</strong>8. Inclinación<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

En la figura <strong>1.</strong>8, se muestra el ángulo entre el vector unidad, Kˆ (que coincide con<br />

el eje de rotación de la Tierra), y otro vector unidad, hˆ , que es perpendicular al plano de<br />

la órbita.<br />

Inclinación Tipo de<br />

órbita<br />

i = 0 grados<br />

i = 180<br />

grados<br />

i = 90<br />

grados<br />

Ecuatorial<br />

Polar<br />

Nodo ascendente<br />

Tabla <strong>1.</strong> Tipos de órbitas atendiendo a la inclinación<br />

Diagrama Inclinación Tipo de<br />

órbita<br />

0 < i < 90 Directa<br />

90 < i < 180 Indirecta o<br />

retrógrada<br />

Diagrama<br />

Para medir lo "torcida" que está una órbita, se define el nodo ascendente como el<br />

punto en el que el satélite cruza el plano ecuatorial en dirección sur-norte. Este punto<br />

está referenciado a la dirección I, que apunta al equinocio vernal (figura <strong>1.</strong>9). El ángulo<br />

entre la dirección I y el nodo ascendente se conoce como la ascensión recta del nodo<br />

ascendente, Ω, (RAAN).<br />

Argumento del perigeo<br />

Figura <strong>1.</strong>9. Nodo ascendente<br />

La orientación de la órbita queda descrita localizando el perigeo con respecto al<br />

nodo ascendente. Esta ángulo, ϖ, se conoce como el argumento del perigeo (figura<br />

<strong>1.</strong>10) y se mide positivamente en el sentido de movimiento del satélite.<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Anomalía verdadera<br />

Figura <strong>1.</strong>10. Argumento del perigeo<br />

Finalmente, se describe la posición instantánea del satélite con respecto al perigeo<br />

usando otro ángulo conocido como anomalía verdadera, υ. Es un ángulo que se mide<br />

positivamente en la dirección del movimiento, entre el perigeo y la posición del satélite.<br />

De los seis elementos orbitales, la anomalía verdadera es el único que cambia<br />

continuamente (ignorando perturbaciones).<br />

Figura <strong>1.</strong>1<strong>1.</strong> Anomalía verdadera<br />

Tabla 2. Resumen de los parámetros orbitales<br />

Nombre Símbolo Descripción<br />

Semieje mayor a Tamaño (y energía)<br />

Excentricidad e Forma<br />

e = 0. Circular<br />

e < <strong>1.</strong> Elíptica<br />

e = <strong>1.</strong> Parabólica<br />

e > <strong>1.</strong> Hiperbólica<br />

Inclinación i Inclinación de la órbita con respecto al ecuador<br />

Longitud del nodo ascendente Ω Giro de la órbita con respecto al punto del nodo<br />

ascendente<br />

Argumento del perigeo ϖ Localización del perigeo con respecto al nodo<br />

ascendente<br />

Anomalía verdadera υ Localización del satélite con respecto al perigeo<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

<strong>1.</strong>3. Tipos de órbitas<br />

Las órbitas pueden ser de muy distintas maneras (más elevadas, inclinadas,<br />

elípticas...), siendo de distinta utilidad para las diferentes misiones.<br />

Las órbitas bajas (circulares, a unos 200 ó 300 km de altitud), se alcanzan más<br />

fácilmente y por tanto son utilizadas de forma frecuente para los vuelos tripulados<br />

(incluyendo estaciones espaciales), satélites científicos, satélites espías (necesitan estar<br />

cerca de la Tierra para conseguir una máxima resolución fotográfica), etc.<br />

La inclinación elegida dependerá de si se desea observar la Tierra de una forma<br />

más o menos sistemática (mayor inclinación implica mayor superficie cubierta) o de si<br />

su punto de mira se encuentra hacia fuera de nuestro planeta. La órbita polar posee una<br />

inclinación de unos 90 grados (pasa sobre los polos), es circular y está situada a unos<br />

800 km de altitud. Es perfecta para observar toda la superficie terrestre de una forma<br />

repetitiva. Sin embargo, dado que la Tierra gira sobre su eje, ocurrirá que sucesivos<br />

pasos sobre un mismo punto podrán efectuarse bajo diferentes grados de iluminación<br />

solar.<br />

Esto puede ser válido pero no lo es tanto para misiones meteorológicas o de<br />

teledetección. Es por eso que algunas misiones utilizan la llamada órbita polar<br />

heliosíncrona, es decir, sincronizada con el Sol. Su inclinación es superior a los 90<br />

grados ya que está alineada con la del eje terrestre. Esto permite pasar sobre un punto<br />

cada varios días y poder fotografiarlo siempre con la misma luz.<br />

El tercer tipo de órbita que llama poderosamente la atención es la<br />

geoestacionaria. También circular, es ecuatorial y se encuentra a unos 36.000 km de<br />

altitud. Desde ella, un satélite tarda 24 horas en dar una vuelta a la Tierra, de modo que<br />

queda sincronizado con un punto situado sobre el ecuador. Desde esa posición se tiene<br />

una cobertura completa y constante de todo un hemisferio terrestre. Los satélites de<br />

comunicaciones pueden enviar entonces señales de televisión a parabólicas fijas en<br />

tierra, y los meteorológicos pueden tomar fotografías rutinarias de una misma región.<br />

Es una órbita que también usan los satélites de alerta inmediata, ingenios militares<br />

que vigilan constantemente si se produce el lanzamiento de un misil. Las órbitas<br />

geoestacionarias son útiles sobre todo para los países cercanos al ecuador. La cobertura<br />

es más deficiente si nos acercamos a los polos, debido a la curvatura terrestre.<br />

Naciones como Rusia, que poseen amplios territorios muy al norte, no pueden<br />

usar este tipo de órbitas para las comunicaciones en dichas regiones. Por eso, utilizan<br />

otras más adecuadas a sus intereses. Es el caso de las órbitas de alta excentricidad o<br />

Molniya: situado en inclinaciones grandes, el satélite alcanza un apogeo más allá de los<br />

40.000 km, mientras que el perigeo queda tan sólo a unos 500 km.<br />

Esto quiere decir que el satélite, aunque no será estacionario, permanecerá mucho<br />

más tiempo cerca del apogeo (donde se mueve más lentamente) que en el perigeo, y será<br />

útil si se emplean antenas provistas de los sistemas de orientación adecuados. Un giro<br />

completo dura 12 horas, de modo que el ciclo se repite dos veces al día. Con varios<br />

satélites espaciados se puede mantener una cobertura constante.<br />

Últimamente se están empezando a usar mucho una serie de órbitas intermedias.<br />

Son órbitas circulares, de entre 800 y <strong>1.</strong>000 km, de inclinaciones variadas, que permiten<br />

situar a muchos satélites cubriendo toda la Tierra, en forma de constelaciones, tal y<br />

como si fueran enjambres de abejas. Es el caso de algunos sistemas de comunicaciones<br />

modernos, o los satélites de navegación GPS. Estando más cerca de la Tierra, sus<br />

usuarios no necesitan aparatos receptores muy grandes y potentes. La presencia de<br />

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múltiples vehículos posibilita que constantemente haya más de uno sobre el horizonte,<br />

con lo que el servicio no queda nunca interrumpido.<br />

La existencia de diversas órbitas<br />

características, ampliamente utilizadas, ha<br />

desencadenado una cierta saturación (figura<br />

<strong>1.</strong>12). Se lanzan decenas de satélites de<br />

comunicaciones geoestacionarios al año, de<br />

modo que el arco ecuatorial empieza a estar<br />

bastante superpoblado y a ser una propiedad<br />

codiciada por empresas y gobiernos.<br />

Figura <strong>1.</strong>12. Satélites terrestres<br />

<strong>1.</strong>4. Midiendo el tiempo<br />

Resulta evidente pensar que, al igual que en nuestra vida cotidiana, en misiones<br />

espaciales sea muy útil conocer "qué hora es", de modo que se pueda establecer la hora<br />

del lanzamiento, la hora en la que el vehículo entra en órbita, la hora a la que el satélite<br />

debe tomar una acción determinada, la hora a la que el satélite sobrevuela una zona<br />

geográfica, etc.<br />

En la Tierra, como de todos es sabido, dependiendo de la zona geográfica en la<br />

que nos encontremos, será una hora u otra, pero, qué ocurre en un vehículo cuando<br />

sobrevuela todas las zonas horarias a lo largo de su órbita terrestre, u en otro vehículo<br />

con trayectoria interplanetaria. Formulada la pregunta de otro modo, ¿cómo podemos<br />

medir el tiempo en el espacio?. Es necesario, pues, tener una referencia de tiempo que<br />

sea universal. A lo largo de la historia, los seres humanos hemos establecido diversas<br />

formas de medir el tiempo y hemos definido una serie de referencias o escalas de<br />

tiempo:<br />

• GMT (Greenwich Mean Time). Fue en el año 1842 cuando el Reino Unido<br />

estableció una hora de referencia para Inglaterra, Escocia y Gales. La referencia de<br />

tiempo la proporcionaba el Observatorio Real en el municipio de Greenwich, en las<br />

cercanías de Londres, mediante observaciones astronómicas de tal modo que cuando<br />

el Sol se encontraba justo en la vertical de Greenwich, se establecía que eran las 12<br />

del mediodía.<br />

En el año 1884, en la Conferencia Internacional del Meridiano, se dividió el globo<br />

terrestre en 24 meridianos espaciados 15º y centrados al este y al oeste por el<br />

meridiano 0, que se localizó en el Observatorio de Greenwich (figura <strong>1.</strong>13). De este<br />

modo, se dividía la Tierra en 24 zonas horarias, siendo la diferencia entre zonas<br />

adyacentes de una hora; hacia el este una hora más y hacia el oeste una hora menos.<br />

En las cercanías del meridiano 180º se encuentra una línea imaginaria que diferencia<br />

el "hoy" del "mañana".<br />

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Figura <strong>1.</strong>13. Zonas horarias<br />

Posteriormente, al margen de la división en meridianos, cada país se englobó dentro<br />

de una determinada zona horaria por cuestiones políticas. La Hora Media de<br />

Greenwich o GMT pasó a ser la referencia oficial de tiempo para el resto del<br />

planeta, hasta el año 1972, que fue reemplazada por el Tiempo Universal<br />

Coordinado o UTC.<br />

• UTC (Universal Time Coordinated). Tal y como se ha comentado previamente, el<br />

Observatorio Real de Greenwich basaba sus mediciones de tiempo en observaciones<br />

astronómicas. Sin embargo, con el desarrollo de relojes atómicos, se observó que las<br />

mediciones de tiempo basadas en las observaciones astronómicas eran de por sí<br />

inexactas debidas a las ligeras variaciones que sufre la rotación terrestre. Surgió la<br />

necesidad de obtener una referencia de tiempo que no estuviera sujeta a los<br />

fenómenos astronómicos y esta referencia la proporcionó las oscilaciones del átomo<br />

de Cesio bajo unas determinadas condiciones. La Oficina Internacional de Pesos y<br />

Medidas en París, es la encargada de proporcionar la UTC al resto del mundo, con<br />

una precisión de un nanosegundo/día. Por acuerdo internacional, para evitar que la<br />

diferencia entre la GMT, basada en la rotación terrestre, y la UTC sea muy grande,<br />

cuando la diferencia entre ambas alcanza el segundo, se hace un reajuste en la UTC<br />

sumándole ese segundo de diferencia. Esto suele tener lugar cada año o año y<br />

medio.<br />

La UTC se difunde a todos los rincones del mundo a través de las famosas señales<br />

horarias, emitidas a través de las emisoras de radio. También puede conocerse a<br />

través del sistema GPS:<br />

• MET (Mission Elapsed Time). Es un reloj que se pone a cero en el momento del<br />

lanzamiento y cuenta normalmente en días, horas, minutos y segundos. Este tiempo<br />

es especialmente interesante para minimizar los efectos de la ventana de<br />

lanzamiento, una ventana que puede ser incluso de horas. De este modo no es<br />

necesario recalcular todo el plan de misión, dependiendo de la hora en la que se<br />

produzca el lanzamiento.<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

2. SATELLITE TOOL KIT<br />

Satellite Tool Kit (STK) es un paquete de programas destinado al diseño de<br />

aplicaciones espaciales. Está compuesto por un módulo principal (STK) y módulos<br />

adicionales que permiten desde el diseño de satélites y misiles, al modelado de sistemas<br />

de comunicación, pasando por la evaluación del entorno espacial.<br />

Dentro de las capacidades de STK, se encuentra la descripción de órbitas.<br />

2.<strong>1.</strong> Creación de un escenario<br />

El escenario es el objeto de mayor nivel dentro de STK; incluye uno o más mapas<br />

y contiene el resto de objetos de STK (por ejemplo, satélites, instalaciones, barcos, etc).<br />

STK dispone de un módulo de visualización, llamado VO (Visualization Option). Este<br />

módulo permite mostrar órbitas, planetas, vehículos espaciales, misiles y zonas<br />

geográficas de manera tridimensional. Se carga mediante el programa STK/VO.<br />

• Abra el programa STK (o STK/VO). Nada más arrancar STK, le aparecerá el<br />

gestor de escenarios (figura 2.1). Desde el gestor de escenarios podrá crear un<br />

nuevo escenario así como abrir un escenario ya existente.<br />

Figura 2.<strong>1.</strong> Gestor de escenarios<br />

• Para crear un nuevo escenario, pulse el botón Create a New Scenario. Le<br />

aparecerá un mapa como el mostrado en la figura 2.2 y la ventana principal<br />

de STK (figura 2.3). La ventana principal muestra los diferentes elementos<br />

que componen el escenario clasificados en niveles. Está compuesta por un<br />

menú en la parte superior de la ventana (figura 2.3) y una barra de<br />

herramientas en la parte izquierda Un escenario puede tener uno o varios<br />

mapas como el de la figura 2.2 abiertos. Para crear un nuevo mapa, sólo debe<br />

seleccionar el escenario resaltándolo con el ratón e ir al menú de<br />

herramientas (Tools) y elegir la opción de New Map Window.<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Figura 2.2. Planisferio terrestre<br />

• En la ventana principal de STK se creará un nuevo escenario que se puede<br />

renombrar, haciendo un simple click sobre el nombre del escenario (figura<br />

2.3). Por ejemplo, llamémosle Ejemplo<strong>1.</strong><br />

Figura 2.3. Ventana principal<br />

2.2. Editando las propiedades<br />

Las propiedades de la aplicación y de cada uno de los elementos que la<br />

componen, pueden editarse mediante el menú Properties en la barra de herramientas.<br />

Por ejemplo, para establecer las propiedades del escenario, se coloca el cursor sobre el<br />

mismo resaltando el nombre y se selecciona Basic Properties (puede también hacerse<br />

pulsando el botón derecho).<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Figura 2.4. Propiedades básicas del escenario<br />

Para nuestro ejemplo, estableceremos un período de simulación de 24 horas.<br />

Seleccione, dentro de la pestaña Time Period, como tiempo de inicio (Start Time) el 1<br />

de mayo de 2002 a las 00 horas, 00 minutos, 00 segundos y 00 centésimas de segundo<br />

(1 May 2002 00.00:00.00) y como tiempo de parada (Stop Time) el 2 de mayo de 2002 a<br />

las 00 horas, 00 minutos, 00 segundos y 00 centésimas de segundo (2 May 2002<br />

00:00:00.00). Seleccione a continuación la pestaña Animation y asegúrese que el tiempo<br />

de inicio coincide con el seleccionado anteriormente.<br />

2.3. Creando un satélite<br />

Para crear un satélite dentro de un escenario, sólo tiene que seleccionar el<br />

escenario y pulsar el botón (satélite). Se abrirá el asistente de órbitas (Orbit<br />

Wizzard). Para este ejemplo, vamos a colocar un satélite en una órbita geoestacionaria a<br />

una longitud de -100 grados (oeste). En el asistente, seleccionaremos como tipo de<br />

órbita la geoestacionaria.<br />

Figura 2.5. Asistente de Órbitas<br />

Pulsamos el botón Siguiente, y en la siguiente ventana indicaremos la longitud<br />

(Subsatellite Longitude) sobre la cual el satélite permanecerá fijo. Volvemos a pulsar<br />

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Siguiente y en la tercera ventana, cambiaremos los tiempos de comienzo y fin al 1 de<br />

mayo de 2002 00:00:00.00 y 1 de mayo de 2002 04:00:00.00 respectivamente. Para<br />

finalizar, pulsaremos el botón de Finalizar. Cambiaremos el nombre satélite a DAMA<strong>1.</strong><br />

Si seleccionamos la ventana del mapa, habrá aparecido un satélite localizado a<br />

100 grados de longitud oeste sobre el Ecuador. Pulsando el botón de Play ,<br />

comenzará la animación. Puesto que hemos seleccionado una órbita estacionaria, el<br />

satélite permanecerá fijo en la misma posición durante toda la animación (figura 2.6).<br />

Figura 2.6. Posición de DAMA1<br />

Se pueden editar en cualquier momento los parámetros orbitales, resaltando el<br />

satélite DAMA1 y seleccionando la opción de Basic Properties.<br />

Figura 2.7. Propiedades básicas del satélite<br />

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3. PRÁCTICAS<br />

Práctica 1<br />

Se desea colocar un satélite en una órbita geoestacionaria. La longitud debe ser de 4<br />

grados oeste. Una vez descrita la órbita, contéstese a las siguientes preguntas:<br />

a. ¿Qué inclinación tiene la órbita?, ¿por qué?<br />

b. ¿Cuál es el período orbital?<br />

c. ¿Cuál es la altitud del perigeo y del apogeo?. Según los resultados anteriores,<br />

dedúzcase la excentricidad de la órbita.<br />

d. Sin recurrir al asistente de órbitas, modifique los parámetros orbitales para situar el<br />

satélite en una longitud de 125 grados. ¿Qué parámetro tiene que modificar?<br />

e. Pruebe a poner una ligera inclinación en la órbita y observe qué es lo que ocurre.<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Práctica 2<br />

Sitúe un satélite en una órbita cuyos parámetros son los siguientes:<br />

Parámetro Valor<br />

Inclinación 28,5 º<br />

Excentricidad 0<br />

Altitud 300 km<br />

a. ¿Cuál es el período de la órbita?. Confirme el resultado de forma analítica.<br />

b. Si se desea que el satélite pase por la Península Ibérica, que se encuentra a una<br />

latitud de 40º Norte, ¿qué parámetro modificaría?. Modifique ese parámetro para<br />

que el satélite pase por la latitud indicada.<br />

c. ¿En qué momento pasa por primera vez por la vertical de la Península Ibérica?, ¿a<br />

qué hora pasará por segunda vez?<br />

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Arquitecturas y Tecnologías Embarcables en Satélite Módulo <strong>1.</strong> Cálculo de órbitas<br />

Práctica 3<br />

Modifique la inclinación de la práctica 2 y ponga un valor de 90º<br />

a. ¿Cómo se llama a este tipo de órbita?<br />

b. Modifique la inclinación del satélite primero a 100º y luego a 80º. ¿Cómo es la<br />

órbita para cada uno de los casos, directa o retrógrada?<br />

Práctica 4<br />

Cree un nuevo satélite, y en el asistente de órbitas, seleccione el tipo Molniya. Deje los<br />

parámetros que le indica el asistente por defecto.<br />

a. Rellene la siguiente tabla<br />

Parámetro Valor<br />

Altitud del apogeo<br />

Altitud del perigeo<br />

Excentricidad<br />

Período<br />

Inclinación<br />

b. De todo el período, ¿cuánto tiempo permanece aproximadamente en las cercanías<br />

del apogeo?. Indique el tiempo dentro de un rango del ±10% respecto al apogeo.<br />

c. Si se desea cubrir todo el planeta en esas latitudes, cuántos satélites necesitaría como<br />

mínimo suponiendo que se encuentran a la suficiente altitud para que no haya<br />

problemas de comunicación entre ellos. Cree una constelación con los satélites que<br />

considere necesarios.<br />

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