Guía para elegir una estación terrena de seguimiento de pequeños satélites
1 de septiembre de 2023
El miedo intrínseco a perder la conexión con los objetos lanzados al exterior es algo que acompaña a agencias y empresas desde que se dio el pistoletazo de salida a la carrera espacial en el año 1957. Gracias a los avances que se han ido sucediendo en la tecnología espacial, sobre todo con la revolución del New Space, las comunicaciones para una misión satelital han dado pasos de gigante hacia su completo desarrollo.
Lo que conocemos como segmento terreno, es decir los elementos que permiten a día de hoy la gestión y control de los satélites desde tierra y la recepción de la información recogida en el espacio, se ha ido perfeccionando y adaptándose a las exigencias de las nuevas tecnologías.
Entre los elementos primarios que forman parte del esquema básico del segmento terreno, se encuentran las estaciones terrenas. A través de estas plataformas de telecomunicación, la humanidad ha podido avanzar en la retransmisión de radio, televisión, telefonía, internet y otros datos vía satélite. Y, por supuesto, tienen un papel relevante en el despliegue de los satélites de órbita baja (LEO), en los que se ubican una gran variedad de pequeños satélites.
En este artículo, veremos los requisitos mínimos que deben tener las estaciones terrenas para que puedan cumplir eficazmente su cometido y qué opciones existen para instalar una solución accesible y asequible para cualquier tipo de misión.
¿Qué capacidades son necesarias para una estación terrena de satélites?
Como ya hemos mencionado, una estación terrena es entendida como una instalación capaz de recibir, transmitir y controlar distintas señales de comunicación, principalmente de satélites de diversa envergadura y destinados a distintas aplicaciones: telecomunicaciones, observación de la Tierra o rastreo de activos, por nombrar algunas.
Estas estaciones varían según los satélites con los que se vaya a entablar la conexión, ya que lógicamente no necesitan las mismas capacidades para rastrear satélites geoestacionarios (GEO) que para los de órbita LEO. Sin embargo, todas deben partir de una misma base que les permita cumplir con sus objetivos.
Estación terrena gubernamental, destinada a Red de Espacio Profundo (DSN) y a exploración del Sistema Solar. Fuente: NASA
En primer lugar, cualquier estación terrena será capaz de comunicarse con los satélites en órbita, ya sea de forma unidireccional o bidireccional. Además, existen determinados factores que se deberían tener en cuenta para la instalación de una estación terrena:
- Diseño y especificaciones técnicas. Existen ciertos requisitos técnicos y de diseño o parámetros, tales como la potencia de transmisión, la ganancia de antena, la calidad del enlace de comunicación, la capacidad de seguimiento de satélites, etc.
- Dirección y apuntamiento de antenas. Es imprescindible que exista un sistema configurado de apuntamiento que permita que el enlace sea lo más directo posible con el satélite para minimizar las pérdidas en la conexión.
- Procesamiento de señales. Es posible que las señales recibidas sean débiles o sufran algún tipo de distorsión, por lo que la estación siempre contará con sistemas de procesamiento digital de señales (DSP) que filtren, modulen, demodulen, codifiquen o decodifiquen la información. En caso de que se detecten errores o distorsiones, se deberán aplicar métodos de corrección extra.
- Selección de banda de frecuencia: Esta es una de las partes más críticas del sistema de comunicación, ya que deben coordinarse tanto las frecuencias de transmisión (TX) como las de recepción (RX). De hecho, las estaciones terrenas pueden albergar doble o triple banda. En general, las más empleadas para la comunicación con los satélites son UHF, VHF y banda S.
- Monitorización y telecomando: El software instalado en la estación terrena será capaz de comunicarse con los satélites mediante el envío de comandos y la recepción de la telemetría para la monitorización de su estado y rendimiento.
- Conexión a redes terrestres: La modalidad de la conexión a la red terrestre es determinante en la transmisión de la información desde los satélites a otros lugares y viceversa. Esto puede implicar la conexión a través de redes cableadas, enlaces de microondas u otras tecnologías de comunicación.
- Almacenamiento y procesamiento de datos: Las estaciones terrenas deben tener la capacidad de almacenamiento y sistemas de procesamiento de datos para realizar análisis y extracción de información útil.
- Seguridad y protección: Para garantizar la integridad de las operaciones y prevenir posibles interferencias o riesgos, normalmente se incluyen determinados aspectos como la protección contra rayos, sistemas de control de acceso, cifrado de datos, etc.
¿Cuál es la ubicación habitual para instalar una estación terrena?
En el momento de determinar la localización en la que se va a instalar una estación terrena para seguimiento de pequeños satélites, hay que tener en cuenta los diferentes factores que demanda la misión espacial en cuestión.
Al margen de las singularidades que pueda tener cada proyecto, las ubicaciones más comunes son las siguientes:
- Sitios remotos o rurales: Estas ubicaciones minimizan las posibles interferencias electromagnéticas y ofrecen una mejor visibilidad del cielo para la comunicación con los satélites. Además, esas áreas suelen tener menos obstáculos físicos que dificulten la transmisión de señales.
- Áreas elevadas: Los terrenos elevados, como colinas o montañas, son preferibles para las estaciones terrenas. Al estar en una posición más alta, se obtiene una mejor línea de visión con el satélite, lo que facilita la comunicación y reduce la posibilidad de bloqueos de señal.
- Zonas costeras: Estas ubicaciones son comunes en aplicaciones marítimas y satélites para comunicaciones marítimas. Además, ofrecen una buena visibilidad del horizonte y permiten una comunicación eficiente.
- Centros de comunicaciones: En algunas áreas urbanas o semiurbanas, las estaciones terrenas pueden estar ubicadas en centros de alta tecnología o parques tecnológicos. Lo esencial es tener una infraestructura de telecomunicaciones adecuada y servicios de energía fiables.
A todo esto, hay que sumar los requisitos técnicos, las regulaciones locales, la disponibilidad de infraestructuras y las necesidades operativas.
¿Qué requisitos regulatorios son imprescindibles para la operación del segmento terreno?
En general, las estaciones terrenas de rastreo de pequeños satélites son instalaciones consideradas estratégicas o críticas no solo por sus dueños sino por las autoridades pertinentes. Por eso, están sujetas a numerosas regulaciones y normativas aplicables en materia de seguridad, uso del espectro radioeléctrico, protección del medio ambiente, etc.
Los requisitos para obtener una licencia de explotación de segmento terreno pueden variar según la jurisdicción del país de instalación y el tipo de operación. La inmensa mayoría de países tienen un organismo supervisor o comisión regulatoria, y todos deben coordinarse con la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU).
Aun así, hay una serie de condiciones habituales en esta fase:
- Licencia de operación: Un permiso específico expedido por la autoridad regulatoria para el uso de las frecuencias de radio y el espectro radioeléctrico asignado a la estación terrena.
- Registros de operabilidad: Se requiere mantener una documentación adecuada y registros actualizados de las operaciones de la estación terrena, incluyendo detalles técnicos, procedimientos operativos, informes de mantenimiento y pruebas, así como otros documentos.
¿Cómo puede nuestro GS-Kit ayudarte a gestionar satélites en LEO en bandas comerciales?
A todos los condicionantes que hemos ido enumerando, hay que sumarle uno muy importante, la viabilidad. El desarrollo y operación de una misión espacial implica importantes desembolsos, y por eso, en el momento de instalar un sistema de segmento terreno, siempre es más sensato optar por lo más viable y asequible para el proyecto final.
Cuando se busca el suministro de una estación terrena para seguimiento de pequeños satélites es preciso seleccionar una opción que agrupe todos los elementos necesarios para el montaje y que asegure su correcto funcionamiento.
Además, existen múltiples opciones de código abierto y gratuitas para los softwares de gestión y control de telemetría, aunque también es posible adquirir programas de pago a empresas especializadas.
La democratización de la tecnología espacial ha permitido que el equipo de Alén Space haya adquirido una gran experiencia en la provisión de soluciones para segmento terreno y de esta manera desarrollar sus propias soluciones en este ámbito.
El GS-Kit de Alén Space permite una fácil y rápida instalación de una estación terrena. Actualmente, existen dos modelos: uno de ellos es capaz de funcionar simultáneamente en las bandas UHF, VHF y banda S (RX), mientras que el otro está adaptado para soportar la recepción y transmisión en banda S.
Bajo esta misma solución se agrupa toda la estructura de montaje (amplificadores, rotores de elevación y azimut, cables coaxiales de control y radiofrecuencia o protectores contra rayos, entre otros), además del software de gestión y control de la propia estación.
Además, la rama de servicios de segmento terreno de Alén Space, también incluye el transceptor de estaciones terrenas, SDR-Rack. Una solución válida para las bandas VHF y UHF o para banda S (TX, RX), compatible con GNURadio, una herramienta de desarrollo libre para implementar procesamiento de señales en sistemas con radio definida por software.
Estación terrena GS-Kit proporcionada por Alén Space a Deimos Engineering and Systems.
Aunque los esfuerzos de cualquier misión en el espacio deben ir repartidos entre todas sus fases, el segmento terreno es vital para operar el satélite y recibir la información que llega desde el espacio. Por eso, el suministro de una solución fiable y accesible para cualquier tipo de proyecto debería ser una prioridad en la planificación previa.
El equipo de Alén Space puede proporcionarte el apoyo necesario en la instalación y operación de soluciones de segmento terreno.