EVIDENCIA DE APRENDIZAJE CUARTA UNIDAD TÍTULO: EVIDENCIA DE APRENDIZAJE SISTEMA DE COMUNICACIÓN DEL SALTELITEFACILITADOR(A): MARIA TERESA IBARRA CANTÚ ALUMNO: @IRAN ELI GALMEROS MARTÍNEZMATRÍCULA; AL12541753 ALUMNO: HUGO IVAN ORTEGA JUÁREZMATRÍCULA ; AL10523448

Comunicaciones vía satélite1 INTRODUCCIÓN

Comunicaciones vía satélite, cualquier tipo de comunicación cuyo soporte es una nave espacial en órbita terrestre, capaz de cubrir grandes distancias mediante la reflexión o repetición de señales de radiofrecuencia.

2 HISTORIA Y DESARROLLO

Los primeros satélites de comunicación estaban diseñados para funcionar en modo pasivo. En

vez de transmitir las señales de radio de una forma activa, se limitaban a reflejar las emitidas

desde las estaciones terrestres. Las señales se enviaban en todas las direcciones para que

pudieran captarse en cualquier punto del mundo. El Echo 1, lanzado por los Estados Unidos en

1960, era un globo de plástico aluminizado de 30 m de diámetro. El Echo 2, que se lanzó en

1964, tenía 41 m de diámetro. La capacidad de estos sistemas se veía seriamente limitada por la

necesidad de utilizar emisoras muy potentes y enormes antenas.

Modulación de radioLas ondas de frecuencia audio hay que mezclarlas con ondas portadoras para poder ser emitidas por la radio. Es necesario modificar la frecuencia (ritmo de oscilación) o la amplitud (altura) mediante un proceso denominado modulación. Estos dos procesos explican la existencia de los dos tipos de estaciones AM o FM en la radio. Las señales son totalmente diferentes, por lo que no pueden recibirse simultáneamente.

Las comunicaciones actuales vía satélite únicamente utilizan sistemas activos, en los que cada

satélite artificial lleva su propio equipo de recepción y emisión. Score, lanzado por Estados

Unidos en 1958, fue el primer satélite activo de comunicaciones y uno de los primeros adelantos

significativos en la exploración del espacio (véase Astronáutica). Iba equipado con una

grabadora de cinta que almacenaba los mensajes recibidos al pasar sobre una estación emisora

terrestre, para volverlos a retransmitir al sobrevolar una estación receptora. El Telstar 1, lanzado

por la American Telephone and Telegraph Company en 1962, hizo posible la transmisión directa

de televisión entre Estados Unidos, Europa y Japón y era capaz de repetir varios cientos de

canales de voz. Lanzado con una órbita elíptica de 45° respecto del plano ecuatorial, Telstar sólo

podía repetir señales entre dos estaciones terrestres durante el breve espacio de tiempo durante

cada revolución en el que ambas estaciones estuvieran visibles.

Actualmente hay cientos de satélites activos de comunicaciones en órbita. Reciben las señales

de una estación terrestre, las amplifican y las retransmiten con una frecuencia distinta a otra

estación. Cada banda de frecuencias utilizada, de un ancho de 500 MHz, se divide en canales

repetidores de diferentes anchos de banda (ubicados en 6 GHz para las transmisiones

ascendentes y en 4 GHz para las descendentes). También se utiliza mucho la banda de 14 GHz

(ascendente) y 11 o 12 GHz (descendente), sobre todo en el caso de las estaciones fijas (no

móviles). En el caso de las estaciones pequeñas móviles (barcos, vehículos y aviones) se utiliza

una banda de 80 MHz de anchura en los 1,5 GHz (ascendente y descendente). Las baterías

solares montadas en los grandes paneles de los satélites proporcionan la energía necesaria para

la recepción y la transmisión.

Satélite de comunicaciones

El satélite de comunicaciones Syncom 4 se puso en órbita desde la lanzadera espacial Discovery. Los modernos satélites de comunicaciones reciben, amplifican y retransmiten la información a la Tierra, y proporcionan enlaces de televisión, telefax, teléfono, radio y datos digitales alrededor del mundo. El Syncom 4 está en órbita geoestacionaria, es decir, gira en órbita a la misma velocidad que

la Tierra, de modo que se mantiene en una posición fija respecto a ésta. Este tipo de órbita permite la comunicación ininterrumpida entre las estaciones terrestres

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Un satélite en órbita geoestacionaria describe una trayectoria circular por encima del ecuador a

una altitud de 35.800 km, completando la órbita en 24 horas, el tiempo necesario para que la

3 ÓRBITAS GEOESTACIONARIAS Y GEOSÍNCRONAS

Tierra describa un giro completo. Al moverse en la misma dirección que la Tierra, el satélite

permanece en una posición fija sobre un punto del ecuador, proporcionando un contacto

ininterrumpido entre las estaciones de tierra visibles. El primer satélite de comunicaciones que

se puso en este tipo de órbita fue el Syncom 3, lanzado por la National Aeronautics and Space

Administration (NASA) en 1964. La mayoría de los satélites posteriores también se hallan en

órbita geoestacionaria.

La diferencia entre los satélites geoestacionarios y los geosíncronos es que el plano de la órbita

de estos últimos no coincide con el del ecuador, sino que adopta una determinada inclinación

respecto a él. El primer satélite en órbita geosíncrona, lanzado por la NASA en 1963, fue el

Syncom 2.

4 SATÉLITES COMERCIALES DE COMUNICACIONES

El despliegue y la explotación comercial de los satélites de comunicaciones se inició con la

creación de la Communications Satellite Corporation (COMSAT) en 1963. Al formarse la

International Telecommunications Satellite Organization (INTELSAT) en 1964, la COMSAT se

convirtió en su miembro norteamericano. Con sede en Washington, D.C., INTELSAT es propiedad

de más de 120 países. El Intelsat 1, también conocido como Early Bird, lanzado en 1965,

proporcionaba 2.400 circuitos de voz o un canal bidireccional de televisión entre Estados Unidos

y Europa. Durante las décadas de 1960 y 1970, la capacidad de mensajes y la potencia de

transmisión de las sucesivas generaciones del Intelsat 2, 3 y 4 fueron aumentando

progresivamente al limitar la emisión sólo hacia tierra y segmentar el espectro de emisión en

unidades del respondedor de una determinada anchura de banda. El primero de los Intelsat 4,

puesto en órbita en 1971, proporcionaba 4.000 circuitos de voz.

Con la serie Intelsat 5 (1980), se introdujo la tecnología de haces múltiples que aportó un

incremento adicional de la capacidad. Esto permitió concentrar la potencia del satélite en

pequeñas zonas de la Tierra, favoreciendo las estaciones de menor apertura y coste económico.

Un satélite Intelsat 5 puede soportar unos 12.000 circuitos de voz. Los satélites Intelsat 6, que

entraron en servicio 1989, pueden llevar 24.000 circuitos y permiten la conmutación dinámica a

bordo de la capacidad telefónica entre seis haces, utilizando la técnica denominada SS-TDMA

(Satellite-Switched Time Division Multiple Access).

A principios de la década de 1990, INTELSAT tenía 15 satélites en órbita y constituía el sistema

de telecomunicaciones más extenso en el mundo. Hay otros sistemas que ofrecen servicios

internacionales en competencia con INTELSAT. El crecimiento de los sistemas internacionales ha

ido paralelo al de los sistemas nacionales y regionales, como los programas Eutalsat y Telecom

en Europa y Telstar, Galaxy y Spacenet en Estados Unidos.

España se incorporó, al iniciarse la década de 1990, al club de los países con sistemas propios, al

lanzar al espacio los satélites Hispasat, que cuentan con 5 canales de TV y las señales de sonido

asociadas, y una cobertura perfectamente adaptada al territorio español. Ofrece el más amplio

número de canales en español vía satélite y contiene las últimas innovaciones tecnológicas,

como la televisión digital y la televisión de alta definición. Permite tanto la recepción individual

como la colectiva y la recepción mediante redes de cable (CATV).

En la actualidad, gracias a la posición de 30º Oeste en que está situado, cuenta con la cobertura

de dos grandes espacios, el servicio fijo Europa y el servicio América, que cubre la totalidad del

continente americano. Hispasat ofrece un cuadro de servicios muy amplio, que incluye el alquiler

de transponedores a largo plazo, servicios digitales mediante sistemas de redes abiertas y

cerradas, así como el alquiler de transponedores completos a tiempo parcial.

En América Latina, algunos grupos empresariales con presencia internacional se han asociado a compañías estadounidenses para la utilización de sistemas de satélites propios. Tal es el caso del grupo Televisa (mexicano) que es propietario del 50% del capital de Pan Am Sat, operadora de la serie PAS. El PAS 1 opera desde 1988 sobre el océano Atlántico y el PAS 2 lo hace sobre el Pacífico a partir de 1994. En 1995 se lanzaron otros dos satélites más sobre el Atlántico y el Índico, con lo que se ha logrado alcanzar el 98% de la cobertura mundial, transmitiendo programas en español a través del canal mexicano Galavisión.

5 SERVICIOS

Los satélites comerciales ofrecen una amplia gama de servicios de comunicaciones. Los

programas de televisión se retransmiten internacionalmente, dando lugar al fenómeno conocido

como aldea global. Los satélites también envían programas a sistemas de televisión por cable,

así como a los hogares equipados con antenas parabólicas. Además, los terminales de muy

pequeña apertura (VSAT) retransmiten señales digitales para un sinfín de servicios profesionales.

Los satélites Intelsat llevan ahora 100.000 circuitos de telefonía, y utilizan cada vez más la

transmisión digital. Los métodos de codificación digital han permitido reducir a una décima parte

la frecuencia de transmisión necesaria para soportar un canal de voz, aumentando en

consecuencia la capacidad de la tecnología existente y reduciendo el tamaño de las estaciones

terrestres que proporcionan los servicios de telefonía.

La International Maritime Satellite Organization (INMARSAT), fundada en 1979, es una red móvil de telecomunicaciones que ofrece servicios de enlaces digitales de datos, telefonía y transmisión de telecopia (fax) entre barcos, instalaciones en alta mar y estaciones costeras en todo el mundo. También está ampliando los enlaces por satélite para transmisión de voz y de fax en los aviones en rutas internacionales.

6 AVANCES TÉCNICOS RECIENTES

Las comunicaciones por satélite han entrado en una fase de transición desde las comunicaciones

por líneas masivas punto a punto entre enormes y costosos terminales terrestres hacia las

comunicaciones multipunto a multipunto entre estaciones pequeñas y económicas. El desarrollo

de los métodos de acceso múltiple ha servido para acelerar y facilitar esta transición. Con el

TDMA, a cada estación terrestre se le asigna un intervalo de tiempo en un mismo canal para

transmitir sus comunicaciones; todas las demás estaciones controlan estos intervalos y

seleccionan aquellas comunicaciones que van dirigidas a ellas. Mediante la amplificación de una

única frecuencia portadora en cada repetidor del satélite, TDMA garantiza la mejor utilización del

suministro de energía a bordo del satélite.

La técnica, denominada reutilización de energía, permite a los satélites comunicarse con varias

estaciones terrestres mediante una misma frecuencia, al transmitir en pequeños haces dirigidos

a cada una de ellas. La anchura de estos haces se puede ajustar para cubrir zonas tan extensas

como los Estados Unidos o tan reducidas como un país del tamaño de Bélgica. Dos estaciones lo

suficientemente distantes pueden recibir mensajes diferentes transmitidos con la misma

frecuencia. Las antenas de los satélites están diseñadas para transmitir varios haces en

diferentes direcciones utilizando el mismo reflector.

En 1993 se experimentó un nuevo método de interconexión de estaciones terrestres al lanzar la

NASA su ACTS (Advanced Communications Technology Satellite). Esta técnica combina las

ventajas de la reutilización de energía, los haces puntuales y la TDMA. Mediante la concentración

de la energía de la señal transmitida por el satélite, ACTS puede utilizar estaciones terrestres con

antenas más pequeñas y menores necesidades de potencia.

El concepto de las comunicaciones de haz puntual múltiple quedó probado satisfactoriamente en

1991 con el lanzamiento del Italsat, construido por el Consejo de Investigaciones de Italia. Con

seis haces puntuales a 30 GHz (ascendente) y 20 GHz (descendente), este satélite interconecta

transmisiones TDMA entre estaciones terrestres en todas las grandes áreas empresariales de

Italia. Para ello desmodula las señales ascendentes, las canaliza entre los haces ascendentes y

descendentes y las combina y remodula para su transmisión descendente.

La red europea de comunicaciones por satélite incluye la red European Communications Satellite

(ECS) de la European Space Agency (ESA). Cada satélite maneja 12.600 circuitos telefónicos y

múltiples transmisiones de telecopia. El satélite Olympus es el mayor satélite de comunicaciones

estabilizado tridimensionalmente en Europa y fue desarrollado principalmente por las compañías

aerospaciales británicas.

La utilización de la tecnología láser en las comunicaciones por satélite ha sido objeto de estudio

durante más de diez años. Los haces láser se pueden usar para transmitir señales entre un

satélite y la estación terrestre, pero el nivel de transmisión se ve limitado a causa de la

absorción y dispersión por la atmósfera. Se han utilizado láseres en la longitud de onda azul-

verde, capaz de traspasar el agua, para las comunicaciones entre satélites y submarinos.

Satélite artificial, cualquiera de los objetos puestos en órbita alrededor de la Tierra con gran

variedad de fines, científicos, tecnológicos y militares. El primer satélite artificial, el Sputnik 1,

fue lanzado por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. El primer satélite de Estados Unidos

fue el Explorer 1, lanzado el 31 de enero de 1958, y resultó útil para el descubrimiento de los

cinturones de radiación de la Tierra. En los años siguientes se lanzaron varios cientos de

satélites, la mayor parte desde Estados Unidos y desde la antigua URSS, hasta 1983, año en que

la Agencia Espacial Europea comenzó sus lanzamientos desde un centro espacial en la Guayana

Francesa. El 27 de agosto de 1989 se utilizó un cohete privado para lanzar un satélite por

primera vez. El cohete, construido y lanzado por una compañía de Estados Unidos, colocó un

satélite inglés de difusión televisiva en órbita geosíncrona.

En la actualidad hay satélites de comunicaciones, navegación, militares, meteorológicos, de

estudio de recursos terrestres y científicos. Estos últimos se utilizan para estudiar la alta

atmósfera, el firmamento, o para probar alguna ley física.

A finales de 1986, de los más de 3.500 satélites que se han lanzado desde el Sputnik, unos 300

estaban operativos. La mayor parte de ellos son satélites de comunicación, utilizados para la

comunicación telefónica y la transmisión de datos digitales e imágenes de televisión. Los

satélites meteorológicos fotografían la Tierra a intervalos regulares en la luz visible y en el

infrarrojo, y proporcionan datos a las estaciones meteorológicas de la Tierra, para la predicción

de las condiciones atmosféricas de todo el mundo. Los satélites de navegación permiten

determinar posiciones en el mar con un error límite de menos de 10 m, y también ayudan a la

navegación en la localización de hielos y trazado de corrientes oceánicas. El SARSAT (Sistema de

satélites de búsqueda y rescate) controla señales de socorro de barcos y aeronaves mediante

una red de tres satélites estadounidenses (NOAA-9, 10,11) y otros dos que fueron lanzados por la

antigua Unión Soviética.

Los instrumentos astronómicos colocados a bordo de los satélites se utilizan para llevar a cabo

observaciones imposibles de realizar desde la Tierra debido a la absorción de radiación de la

atmósfera. Con el empleo de detectores y telescopios de rayos X se han descubierto un gran

número de fuentes de rayos X. También es posible la observación de la radiación ultravioleta y la

detección de los rayos gamma emitidos por los objetos celestes. En 1983, con el satélite IRAS de

astronomía infrarroja, los astrónomos hicieron las primeras observaciones detalladas del núcleo

de nuestra galaxia.

DISPOSITIVO PARA LA TOMA DE ENERGÍA ELECTRICA

Los satélites artificiales se alimentan mediante células solares (véase Célula fotoeléctrica),

Célula fotoeléctrica, componente electrónico basado en el efecto fotoeléctrico. En su forma más simple, se compone de un ánodo

y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de

carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación. Las células fotoeléctricas pueden estar vacías

o llenas de un gas inerte a baja presión para obtener una mayor sensibilidad. Una variante de la célula fotoeléctrica, el fototubo

multiplicador o fotomultiplicador, consiste en una serie de placas metálicas dispuestas de forma que la emisión fotoeléctrica se amplifica

mediante una emisión eléctrica secundaria. El fototubo multiplicador es capaz de detectar radiaciones extremadamente débiles, por lo que

es una herramienta esencial en el área de la investigación nuclear.

Las células fotoeléctricas se emplean en alarmas antirrobo, semáforos de tráfico y puertas automáticas. Una célula fotoeléctrica y un rayo

de luz (que puede ser infrarrojo o invisible al ojo humano) forman una parte esencial de este tipo de circuito eléctrico. La luz producida

por una bombilla en un extremo del circuito cae sobre la célula, situada a cierta distancia. El circuito salta al cortarse el rayo de luz, lo

que provoca el cierre de un relé y activa el sistema antirrobo u otros circuitos. Se utilizan varios tipos de células fotoeléctricas en la

grabación de sonido, en la televisión y en los contadores de centelleo (véase Detectores de partículas). También se usan en exposímetros

(véase Fotografía).

.

mediante baterías que se cargan con la células solares y, en algunos casos, mediante

generadores nucleares, en los que el calor producido por la desintegración de los radioisótopos

se convierte en energía eléctrica. Los satélites están equipados con transmisores de radio para

enviar datos (véase Telemetría), con radiorreceptores y circuitos electrónicos de

almacenamiento de datos, y con equipos de control como sistemas de radar y de guía para el

seguimiento de estrellas.

Telemetría, en ingeniería, el uso de equipos eléctricos o electrónicos para detectar, acumular y procesar datos físicos en un lugar, para después transmitirlos a una estación remota donde puedan analizarse y almacenarse. Un ejemplo de la utilidad de la telemetría es la medida, transmisión y grabación de magnitudes físicas que realizan aviones, cohetes y naves espaciales. Esos datos pueden ser, por ejemplo, la temperatura del aire, la velocidad del viento o la intensidad de la radiación en el espacio exterior.

La medición a distancia es, sin embargo, relativa, ya que la telemetría también se utiliza para obtener información en lugares cercanos pero de acceso difícil, peligroso e incluso imposible. Por ejemplo, se introducen en el cuerpo humano muchos tipos de sensores biológicos que transmiten información médica a detectores externos. Otras aplicaciones son: probar motores, detectar errores o cambios de comportamiento de sistemas industriales y para obtener datos de instalaciones nucleares. Los meteorólogos utilizan diferentes dispositivos telemétricos para recabar información sobre las capas más altas de la atmósfera que después interpretan para realizar sus pronósticos. Las aplicaciones para la meteorología fueron, de hecho, las primeras para las que se desarrollaron las técnicas de radiotelemetría.

El equipo utilizado en cualquier sistema de telemetría debe ser capaz de medir una magnitud física, producir una señal que pueda modificarse de alguna manera para transportar los datos medidos y transmitir esa señal codificada por algún tipo de canal de transmisión. El equipo receptor debe ser capaz de decodificar la señal y de mostrarla en algún formato adecuado para su análisis y almacenamiento. Por lo general se envía más de una señal al mismo tiempo por el canal de transmisión. Las técnicas de codificación que se utilizan suelen ser digitales. La codificación por modulación de impulsos, por la cual las ondas se transforman en una señal en código binario, se ha desarrollado en las últimas décadas gracias a los avances acaecidos en el campo de la computación digital y en la microelectrónica.

Los satélites se colocan en órbita mediante cohetes de etapas múltiples, también denominados

lanzadores. Para ello, la NASA desarrolló el proyecto Lanzadera Espacial y la Agencia Espacial

Europea el programa Ariane. En los últimos tiempos la República Popular de China ha

desarrollado el lanzador Larga Marcha, mucho más barato que cualquiera de los anteriores; el

tiempo dará cuenta de su fiabilidad.

Véase también Teledetección; Astronáutica.

Teledetección, técnica empleada para obtener información a distancia sobre objetos y zonas de la superficie de la Tierra, basada

fundamentalmente en el análisis de las imágenes obtenidas desde aeronaves y satélites preparados para ello. Las cámaras y otros

instrumentos que registran esta información se denominan sensores, que son transportados en aviones y satélites artificiales. Estos

sistemas de teledetección se emplean de forma habitual para el reconocimiento, la confección de mapas y la observación de los recursos y

el medio ambiente de la Tierra. También se han empleado para explorar otros planetas (véase Astronáutica).La mayoría de los sensores

remotos registran la energía electromagnética radiada o reflejada por los objetos (véase Radiación electromagnética). La forma

más familiar de energía electromagnética es la luz. Cuando la película de una cámara se expone a la luz, está registrando la energía

electromagnética. Muchos sistemas de teledetección se basan en la toma de fotografías; otros en el registro de energía electromagnética

invisible como rayos infrarrojos o microondas. Las cámaras fotográficas son uno de los sensores remotos más frecuentes. Desde finales

de la década de 1930 los científicos han fotografiado regularmente la superficie terrestre desde aviones. Esas fotografías se han empleado

para levantar mapas, registrar los cambios en el uso del suelo y en la vegetación, planificar ciudades y observar operaciones militares

(véase Reconocimiento aéreo; Fotogrametría; Fotografía).

Fotografía aérea de una ciudadLas fotografías aéreas sirven para estudiar el terreno y permiten a los ingenieros y arquitectos planificar sus proyectos de construcción futura. También los cartógrafos las utilizan para elaborar precisos callejeros.

La principal técnica desarrollada por la teledetección espacial es la fotografía multiespectral,

realizada con sensores denominados exploradores multiespectrales. Esta técnica permite

fotografiar la Tierra desde diferentes longitudes de onda, generalmente en el campo de las

radiaciones visibles, cercanas al infrarrojo. Las cámaras multiespectrales son cámaras de barrido

que no utilizan películas, sino detectores electrónicos que registran radiaciones

electromagnéticas. Los científicos que trabajan en teledetección utilizan frecuentemente

ordenadores o computadoras para mejorar la calidad de las imágenes y contribuir a la

automatización de la recogida de información, tratamiento de datos y confección de mapas. Los

sensores infrarrojos y de microondas registran energía electromagnética invisible. El calor de los

objetos puede medirse por la energía infrarroja que irradian. Los sensores infrarrojos crean

imágenes que muestran las variaciones de temperatura en una zona. Los científicos emplean

imágenes infrarrojas para determinar las condiciones de vegetación, estudiar los cambios de

temperatura en la superficie del agua, localizar daños en canalizaciones subterráneas y registrar

determinados accidentes geográficos superficiales y subterráneos. Los sensores de microondas,

como el radar, transmiten ondas electromagnéticas hacia un objeto y registran las ondas que

éste refleja. A diferencia de otros sensores, los de microondas pueden recoger información sobre

una zona a través de las nubes. Explorando una zona con radar y procesando los datos con una

computadora, los científicos pueden crear mapas de radar. Con esta técnica se han

confeccionado mapas de la superficie de Venus, que está totalmente oculta por nubes muy

densas. El radar también se ha empleado para la navegación oceánica, la detección de

características geológicas e incluso el cálculo del contenido de humedad del suelo. Los satélites

han resultado ser muy útiles para el desarrollo de sistemas de teledetección. La Agencia Europea

del Espacio (ESA), Estados Unidos, la India, Japón y Rusia han lanzado satélites de observación

terrestre. Los satélites estadounidenses Landsat han proporcionado una enorme cantidad de

información sobre la Tierra. El primero, el Landsat-1, se lanzó en 1972. El Landsat-5 produce

imágenes de casi toda la superficie terrestre una vez cada 16 días. Cada imagen del Landsat

cubre más de 31.000 km2 y muestra objetos de 900 m2 de extensión. Los satélites franceses

SPOT (Système Probatoire d’Observation de la Terre) facilitan imágenes que muestran objetos de

tan sólo 100 m2 de superficie. Los satélites meteorológicos, como la serie europea Meteosat,

emplean sistemas de teledetección para producir imágenes que se utilizan en la predicción

Meteorológica (véase Meteorología). Los sensores remotos de estos satélites pueden seguir el

movimiento de las nubes y registrar los cambios de temperatura en la atmósfera.

Radiación electromagnética, ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda),

el espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos X blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50 nm. La región ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400 hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o ‘radiación de calor’ (véase Transferencia de calor) se solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm. Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 m, el espectro está ocupado por las diferentes ondas de radio; más allá de la zona de radio, el espectro entra en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas de miles de kilómetros.

Radar

1

Radar, sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y

determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. La palabra

‘radar’ corresponde a las iniciales de “radio detection and ranging”. El radar, que designaba

diversos equipos de detección, fue utilizado por las fuerzas aliadas durante la II Guerra Mundial.

No sólo indicaba la presencia y distancia de un objeto remoto, denominado objetivo, sino que

fijaba su posición en el espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de

desplazamiento. Aunque en sus orígenes fue un instrumento bélico, hoy se utiliza ampliamente

para fines pacíficos, como la navegación, el control del tráfico aéreo, la detección de fenómenos

meteorológicos y el seguimiento de aeronaves.

2 DESARROLLO

Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz

de radiación electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre

algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan en la trayectoria del haz reflejan

las ondas de nuevo hacia el transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las

ondas de radio, implícitas en las ecuaciones que controlan el comportamiento de las ondas

electromagnéticas, planteadas por el físico británico James Clerk Maxwell en 1864. Estas leyes

quedaron demostradas por primera vez en 1886 a la vista de los experimentos del físico alemán

Heinrich Hertz. El ingeniero alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el

aprovechamiento de este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo de detección

diseñado para evitar colisiones en la navegación marítima. En 1922, el inventor italiano

Guglielmo Marconi desarrolló un aparato similar.

El primer experimento satisfactorio de detección a distancia tuvo lugar en 1924, cuando el físico

británico Edward Victor Appleton utilizó el eco de las ondas de radio para averiguar la altura de

la ionosfera —una capa ionizada de la atmósfera más alta capaz de reflejar las ondas de radio

más largas. Al año siguiente, los físicos estadounidenses Gregory Breit y Merle Antony Tuve

llegaron de forma independiente a los mismos valores para la ionosfera al usar la técnica de

radioimpulsos, que más tarde se incorporó a todos los sistemas de radar. Su desarrollo no fue

posible hasta la década de 1930, cuando se perfeccionaron las técnicas y equipos electrónicos.

El primer sistema útil de radar lo construyó en 1935 el físico británico Robert Watson-Watt. Sus

investigaciones proporcionaron a Inglaterra una ventaja de partida en la aplicación de esta

tecnología estratégica; en 1939 ya disponía de una cadena de estaciones de radar en las costas

meridionales y orientales capaces de detectar agresiones tanto por aire como por mar. Ese

mismo año, dos científicos británicos lograron el avance más importante para la tecnología del

radar durante la II Guerra Mundial. El físico Henry Boot y el biofísico John T. Randall inventaron

un tubo de electrones denominado magnetrón de cavidad resonante. Este tipo de tubo es capaz

de generar impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía, lo que permitió el desarrollo

del radar de microondas, que trabaja en la banda de longitudes de onda muy pequeñas,

inferiores a 1 cm, usando el láser. El radar de microondas, conocido también como LIDAR (light

detection and ranging), se utiliza hoy en el sector de las comunicaciones y para medir la

contaminación atmosférica.

Los sistemas de radar más evolucionados que se construyeron en la década de 1930 desempeñaron un papel decisivo en la batalla de Inglaterra, que se libró en 1940, y en la que la Luftwaffe de Adolf Hitler fracasó en su intento de adueñarse del espacio aéreo inglés. Aunque los alemanes disponían de sistemas propios de radar, los ejércitos británico y estadounidense supieron preservar su superioridad técnica hasta el final del conflicto.

3 FUNCIONAMIENTO

Las ondas de radio se desplazan aproximadamente a 300.000 km/s, la velocidad de la luz. Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena, que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización, por lo general una pantalla de ordenador o computadora.

3.1 Transmisores

El funcionamiento del radar implica que el transmisor emita una gran cantidad de energía para

recibir, detectar y cuantificar una mínima fracción (una millonésima de una billonésima) de toda

la energía de radio devuelta en forma de eco. Una forma de solucionar el problema de detectar

este eco ínfimo en presencia de la enorme señal emitida es el sistema de impulsos. Durante un

lapso de 0,1 a 5 microsegundos se emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor

permanece en silencio durante un espacio de centésimas o milésimas de microsegundo. Durante

la fase de impulso, o emisión, el receptor queda aislado de la antena por medio de un

conmutador TR (transmisor-receptor); durante el periodo entre impulsos, esta desconexión se

efectúa con un conmutador ATR (anti-TR).

El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar Doppler, que se

utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con

una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena

presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. La diferencia de frecuencias

guarda la misma relación con la emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y la

de la luz. Un objetivo que se desplaza hacia el radar con una velocidad de 179 km/h altera la

frecuencia de un radar de 10-cm (3.000 megahercios, MHz) exactamente en 1 kilohercio.

Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace aquellos ecos que poseen la misma

frecuencia que el transmisor y sólo amplifica los de frecuencia distinta, únicamente visualizará

los objetivos móviles. Estos receptores pueden seleccionar vehículos en movimiento en total

oscuridad, como hace la policía para medir la velocidad de los automóviles.

El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme. La diferencia entre las frecuencia del eco y la del transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y objetivo. Estos sistemas son más exactos que los de impulsos, aunque tienen un alcance menor.

.2 Antenas

Las antenas de radar tienen que ser muy directivas, es decir, tienen que generar un haz

bastante estrecho. Como la anchura del haz es directamente proporcional a la longitud de onda

de la radiación e inversamente proporcional a la anchura de la antena, y dado que no resulta

viable utilizar antenas grandes en las unidades móviles de radar, surgió la necesidad de construir

el radar de microondas.

Otras ventajas de los radares de microondas son su menor vulnerabilidad a las medidas preventivas del enemigo, como las perturbaciones, y la mayor resolución de los objetivos. El movimiento necesario del haz del radar se consigue imprimiendo un movimiento denominado barrido. La forma más sencilla de barrido consiste en hacer girar lenta y continuamente la antena.

Los radares de tierra que se emplean para la detección de aviones, a menudo llevan dos equipos de radar: uno efectúa el barrido en sentido horizontal para visualizar el avión y calcular el acimut, la distancia angular horizontal, y el otro lo realiza en sentido vertical para fijar su elevación. Muchas de las actuales antenas de radar llevan una batería con direccionamiento electrónico.

3 Receptores

El receptor ideal debe ser capaz de amplificar y medir una señal muy débil con una frecuencia muy elevada. Como hasta ahora no se ha conseguido construir un amplificador móvil que cumpla esta función de forma satisfactoria, la señal se convierte a una frecuencia intermedia de 30 MHz mediante un circuito superheterodino y se amplifica a dicha frecuencia. La altísima frecuencia de la señal del radar exige un oscilador y un mezclador con una precisión muy superior a la que se utiliza en los receptores normales de radio; no obstante, ya se han construido circuitos apropiados que utilizan como osciladores tubos de microondas de alta potencia denominados klistrones. La conversión de la frecuencia intermedia se efectúa de forma habitual y la señal se envía a continuación a una computadora.

4 Tratamiento informático

La mayoría de los radares modernos convierten la señal analógica recibida a una secuencia de

números por medio de un convertidor analógico digital. Un ordenador de alta velocidad se

encarga de procesar esta secuencia y extraer la información relativa al objetivo. En primer lugar,

la señal retorna de tierra, donde se eliminan los objetos irrelevantes mediante un filtro indicador

de objetivo móvil (MTI). A continuación se fracciona la señal en componentes discretos de

frecuencia por medio de un transformador rápido de frecuencias (FFT). Por último, una vez

combinadas las señales de muchos pulsos, se determina el objetivo mediante el procesador de

frecuencia constante de falsa alarma (CFAR).

Los sistemas de radar cuya función principal consiste en detectar objetivos tienen que indicar la presencia o ausencia de éstos. Si el objetivo se halla realmente presente, el radar tendrá que detectarlo correctamente o ignorarlo por error. Si el objetivo no está presente de verdad, el radar puede indicar que no hay presencia del objetivo o puede producir una falsa alarma. La computadora CFAR tiene que ponderar de forma óptima las detecciones frente a las falsas alarmas.

5 Pantallas de radar

Las pantallas modernas de radar recuerdan a los complejos visores de los videojuegos. La detección de objetivos, la velocidad y la posición se pueden sobreponer a un mapa con la representación de carreteras u otras características importantes. Ciertos radares aéreos o en

órbita espacial procesan las señales que retornan de tierra y proyectan un mapa de alta resolución del terreno. A menudo se pueden reconocer objetos tan pequeños como un camión a varios kilómetros de distancia, de noche y en condiciones meteorológicas adversas. La mayoría de los últimos avances en cuanto a pantallas y procesos de radar son consecuencia de los adelantos en el mundo de las computadoras y la electrónica de alta velocidad.

6 Modulador de impulsos

Todo equipo de radar normal posee otro componente importante: el modulador de impulsos. Este dispositivo se encarga de extraer continuamente corriente de una fuente de energía, como un generador, para alimentar el magnetrón del transmisor con impulsos del voltaje, potencia, duración e intervalo precisos. El impulso debe comenzar y finalizar de manera abrupta, pero la potencia y el voltaje no deben variar de forma apreciable durante el impulso.

SISTEMA SECUNDARIO DE RADAR

Los sistemas de radar descritos reciben el nombre de sistemas primarios y funcionan sobre el principio de un eco pasivo procedente del objetivo. Hay otro grupo de equipos de radar, conocidos globalmente como sistemas secundarios, que se basan en una respuesta del objetivo; la mayoría de estos equipos se utilizan en la navegación y en la comunicación.

.1 Radiofaro de respuesta

Un faro de radar, también denominado racon, es un equipo secundario de radar que emite un

impulso cada vez que recibe otro. Estos faros amplían en gran medida el alcance de los radares,

ya que un impulso emitido, aunque proceda de un transmisor de baja potencia, siempre es

mucho más potente que el eco. El transmisor de radar que emite el impulso inicial se denomina

el interrogador y la acción de este impulso sobre el faro recibe el nombre de disparo. El radiofaro

en su versión más sencilla emite, casi instantáneamente, un único impulso de la misma

frecuencia recibida, que actúa como un potente eco.

Sin embargo, los radiofaros pueden presentar muchas variantes; por ejemplo, el faro puede responder con una frecuencia distinta o puede incorporar un retardo, de manera que parezca hallarse a mayor distancia del interrogador. Estos retardos se utilizan en los sistemas de aterrizaje asistido para medir la distancia desde la pista de aterrizaje en vez de desde el radiofaro. El radiofaro puede estar diseñado para que sólo se dispare por impulsos dentro de una estrecha gama de frecuencias, con una longitud determinada o cualquier otra característica; los radiofaros también pueden devolver una respuesta codificada, garantizando que el navegante no pueda confundir el punto que aparece en su pantalla. En tiempos de paz, los radiofaros más sencillos resultan de gran utilidad como ayudas a la navegación, sobre todo si se emplean junto con equipos de radar de baja potencia.

2 Identificación de radar (IFF)

Se trata de un radiofaro codificado, instalado en aviones con fines de identificación en tiempo de

guerra; IFF es la abreviatura de Identification, Friend or Foe. Durante la II Guerra Mundial, todos los aviones y barcos aliados llevaban equipos IFF y, aunque muchos de ellos cayeron en manos del enemigo, nunca pudieron ser utilizados de forma eficaz para confundir a las fuerzas aliadas, ya que la codificación de la interrogación y la respuesta se modificaba habitualmente. El mayor problema planteado por el IFF radicaba en la confusión de señales en situaciones de gran densidad de tráfico aéreo. Los equipos IFF poseían un interruptor de emergencia, que al ser accionado por un miembro de la tripulación de un avión en apuros alertaba de inmediato al radar interrogador fijando la posición de aquél.

CONTRAMEDIDAS

Durante la I Guerra Mundial apenas se practicó la perturbación de las comunicaciones de radio

enemigas. Sin embargo, durante la II Guerra Mundial la interferencia de las comunicaciones de

radar tuvo una importancia estratégica, ya que ambos bandos se apoyaron en el radar para

desarrollar diferentes actividades bélicas. Hay dos métodos básicos para perturbar el radar del

enemigo: la perturbación electrónica, transmitiendo con frecuencias capaces de interferir los

receptores del enemigo, y la mecánica, lanzando objetos como pequeñas láminas de aluminio,

que producen ecos e interfieren la detección de los objetivos reales. En la actualidad, dada la

proliferación de emisiones de televisión, teléfonos móviles y otros radares, gran parte de las

interferencias son involuntarias.

3. Radar en órbita espacial

Los radares instalados en satélites que se hallan en órbita espacial sirven para controlar los recursos terrestres y marítimos, una actividad de creciente importancia en una época de recalentamiento global y escasez de recursos naturales cada vez mayor. Otras aplicaciones importantes son el control de las cosechas y la predicción meteorológica. Los radares en órbita constituyen un componente esencial en la SDI, la Iniciativa de Defensa Estratégica.

APLICACIONES PACÍFICAS

Aparte de en la navegación marítima y aérea, el radar ha encontrado una aplicación casi

universal en la meteorología y la predicción del tiempo, no sólo para localizar perturbaciones

importantes como los huracanes o los tornados, sino para efectuar seguimientos de las

condiciones climatológicas locales. Los equipos de radar también proporcionan información

acerca del volumen de las precipitaciones, y permiten alertar con antelación sobre posibles

inundaciones.

Un importante desarrollo reciente es el uso del LIDAR para controlar la contaminación

atmosférica y otras partículas en suspensión, pues a menudo se pueden identificar otros tipos de

sustancias químicas y medir su concentración.

La policía utiliza otro tipo de radar en el control del tráfico, para determinar la velocidad de los

vehículos y cuantificar la densidad del tráfico en las principales calles, así como para controlar

automáticamente los semáforos.

Una de las aplicaciones principales del radar es el control del tráfico aéreo a fin de guiar los

aviones hasta las pistas de aterrizaje y tener controlados a los que se encuentran en vuelo

(véase Control aéreo). El sistema de aproximación controlado desde tierra se compone de dos

haces de radar diferentes, uno que efectúa el barrido en vertical y el otro en horizontal. El piloto

dispone de un receptor de radio, y de hecho es conducido totalmente por los técnicos de tierra. A

este fin también se utilizan los faros de radar. Se diferencian de los primeros por cuanto precisan

de un radar a bordo del avión. La mayoría de los radares van equipados con un conmutador para

pasar de la función de búsqueda a la de faro. Los impulsos de éste son relativamente

prolongados; cuando son emitidos por el avión, los capta el faro de radar que comunica al avión

su posición, apareciendo en la pantalla.

Los últimos avances, entre los que se incluyen la mejora de las técnicas para aumentar el

contraste entre las señales buenas en el radar y las de ruido aleatorio, han aumentado de

manera notable el alcance operativo del radar, ampliando su aplicación a la observación de los

misiles de gran altitud y los satélites artificiales. Estas técnicas también encuentran aplicación en

la astronomía radar. El radar es, además, un elemento esencial de los sistemas de defensa a la

hora de detectar los misiles balísticos intercontinentales.

INFORMACION COMPLEMENTARIA

Swarm misión magnética de la ESA

El objetivo principal de la misión Swarm es proporcionar la mejor encuesta jamás del campo geomagnético y la primera representación mundial de sus variaciones en escalas de tiempo de una hora hasta varios años. La misión Swarm tiene como objetivo ayudar a comprender los procesos externos e internos que contribuyen a los campos magnéticos de la Tierra, así como teniendo en cuenta los estudios de nuevas y emocionantes del campo de la litosfera.

Modelos corpuscular y ondulatorio de la luz

Teoría corpuscular También denominada “de emisión” fue desarrollada en el siglo XVIII por Isaac Newton (quien formuló las leyes básicas de la mecánica). Explica su forma de propagación y el fenómeno de reflexión de la luz.

La teoría corpuscular indica que la luz está formada por corpúsculos (partículas) emitidos por cuerpos luminosos como una flama o el sol. Cuando estos corpúsculos de masa insignificante que viajan en línea recta chocan con la retina, se produce una sensación luminosa que se interpreta como visión.

Teoría ondulatoria de Huygens Propuesta por Christiaan Huygens (1629-1695). Pensaba que la luz presentaba analogías con el sonido, por lo que postuló que tenía un comportamiento de tipo ondulatorio y que se propagaba en forma de ondas longitudinales.

Para esto, la luz requería un medio, y a esta sustancia desconocida se le llamo éter, que se creía que formaba el espacio. En esa época surgieron problemas con la teoría ondulatoria de Huygens, ya que no podía explicar cómo viajaba la luz en el vacío, como lo hace la luz del sol y las estrellas.

Teoría electromagnética Fue propuesta en 1873 por James Clerk Maxwell (1831-1879), físico ingles autor del electromagnetismo y cuyas contribuciones son equiparables a las de Newton en la mecánica. Demostró matemáticamente la existencia de campos eléctricos y magnéticos, los cuales vibran uno respecto al otro de manera perpendicular conforme se propaga la onda luminosa transversal, por lo que no tendría que depender de un medio material para viajar.

Teoría cuántica Propuesta por Max Planck en 1901. Indicaba que en la emisión de luz por átomos intervienen “saltos” de electrones, de un nivel de menor energía (más interno) a un nivel de mayor energía (más externo).

Y solo es de manera momentánea, ya que pronto regresan al lugar de donde partieron; a esta acción se le llama “estado excitado” y es precisamente en el regreso cuando se emite un fotón; un impulso palpitante de radiación electromagnética cuya frecuencia está asociada al salto que efectuó.

Puede considerarse como un “corpúsculo” de energía pura, una “partícula” de luz expulsada del átomo. Por ejemplo, un fotón de luz roja lleva una cantidad de energía que corresponde a su frecuencia, otro fotón con el doble de frecuencia tendrá el doble de energía y corresponderá a luz ultravioleta.

Si se excitan muchos átomos en un material, se emitirán muchos fotones con frecuencias que corresponden a los distintos niveles que se excitaron y que se asocian a los colores característicos que identifican a cada elemento químico.

Comportamiento dual de la luz actualmente se acepta que la luz tiene una doble naturaleza: se comporta como onda electromagnética al momento de propagarse y de forma corpuscular al interactuar sobre la materia.

Propiedades de la luz se propaga en el vacío, así que no requiere medio para transmitirse. Lo anterior explica, por ejemplo, por qué la luz del Sol llega a la Tierra.

Se propaga en línea recta, a través de un mismo medio y en todas direcciones a partir del cuerpo luminoso que la origina. Se propaga a través de ondas transversales.

Su velocidad en el vacío es de 300 000 km/s o 3x108 m/s. Es constante, independientemente del movimiento de la Tierra. La magnitud de esta cifra significa que, en un segundo, un rayo luminoso le da siete vueltas y media a la Tierra. Presenta los fenómenos de reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización.

Conclusiones la luz se propaga por medio de ondas transversales o en el vacío a 300 000 km/s o 3x108 m/s. Existen varias teorías sobre la luz. Citando las más importantes, se encuentran: la teoría corpuscular, teoría ondulatoria de Huygens, teoría electromagnética y teoría cuántica.

http://www.slideshare.net/

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/unidad3/enlaces3.htm

https://earth.esa.int/web/guest/missions

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