Segmento terrestre
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El segmento terrestre de una misión espacial incluye las antenas, centros de control y personal en la Tierra que se comunican con la nave espacial. Un elemento clave es la Deep Space Network (DSN), una red internacional de antenas propiedad de la NASA que apoya misiones interplanetarias y de radioastronomía. La DSN está formada por tres complejos separados 120 grados que permiten comunicación continua con la nave las 24 horas del día.
Segmento terrestre
- 1. El segmento terrestre está formado por todos los elementos que intervengan en el enlace de comunicaciones de la misión espacial y que estén localizados en el planeta Tierra. A este grupo pertenecen las antenas receptoras y transmisoras (situadas sobre la superficie del planeta o en satélites artificiales), la interconexión entre ellas y los centros de control de la misión, los mecanismos de distribución de los datos científicos y las personas encargadas de supervisar y controlar el correcto proceso de la misión. En este segmento, el elemento más importante es la DeepSpace Network -o DSN-, una red internacional de antenas propiedad de la NASA que da soporte a las misiones interplanetarias y a observaciones de radioastronomía para la exploración del Universo y el Sistema Solar. La red también da soporte a ciertas misiones en órbita alrededor de la Tierra. Las misiones de exploración del espacio profundo necesitan comunicación continua con la nave. Una cobertura continua de 24 horas requiere varias estaciones terrestres situadas en lugares tan alejados que compensen la rotación de la Tierra. Por ello, la DSN está formada por tres complejos (DeepSpaceCommunicationsComplexes -- DSCC) separados aproximadamente 120 grados en longitud, lo cual permite observación continua de las sondas pasando el enlace radio de un complejo al siguiente. Los tres complejos de DSN están situados en California, en España y en Australia: El complejo Australiano está situado a 40 kilómetros al sudoeste de Canberra, cerca de la reserva natural de Tidninbilla. El complejo Español está situado a 60 kilómetros al oeste de Madrid, en Robledo de Chavela. El complejo Goldstone está situado en la Reserva Militar 'Fort Irwin', aproximadamente a 72 kilómetros al noroeste de la ciudad de Barstow,
- 2. en California (EE.UU.). Cada complejo está situado en terreno semimontañoso y con forma de cuenco para protegerlo de las interferencias de radiofrecuencia. Cada complejo consta de al menos cuatro estaciones deep-space (DSS, DeepSpaceStations) equipadas con sistemas receptores ultrasensibles y antenas parabólicas de gran tamaño. Todas las estaciones están dirigidas remotamente por el SignalProcessing Center de cada centro. Estos centros albergan los subsistemas electrónicos que apuntan y controlan las antenas, reciben y procesan la telemetría, transmiten comandos y generan los datos de navegación de las naves. Una vez los datos han sido procesados en los complejos, son transmitidos al JPL para más procesado y distribuirlos a los equipos científicos por medio de una moderna red de comunicaciones en tierra. Funciones de la DSN Telemetría El objetivo del Sistema de Telemetría es permitir la capacidad de recibir, procesar, decodificar y distribuir los datos de telemetría de las misiones que la DSN supervisa. Estos datos de telemetría consisten en información sobre ciencia e ingeniería que se transmite modulada desde la nave. Este sistema realiza por tanto tres funciones principales: adquisición de datos, transmisión (previo acondicionamiento) de los datos y validación de los sistemas de telemetría. Control de las naves (SpacecraftCommand) El Sistema de Comandos debe proporcionar los medios para controlar las actividades de la nave. La información de control que necesita la nave es modulada en RF y transmitida desde una de las estaciones de la DSN. El Sistema de Comandos funciona como un medio de transferencia entre el Centro de Control del Proyecto y la nave. Seguimiento Radiométrico (Radiometric tracking) El propósito de este Sistema es proporcionar un enlace bidireccional entre el equipo situado en la Tierra y la nave, para hacer medidas que permitan determinar el vector de estado (posición y velocidad) de la nave. Radio Ciencia La radioastronomía mejora nuestro conocimiento del Sistema Solar y de la teoría general de la relatividad a través de los experimentos de radio llevados a cabo por las naves y el Sistema de Radio Ciencia de la DSN. En el pasado, la radioastronomía ha llevado a cabo experimentos que han permitido a los
- 3. científicos caracterizar atmósferas de planetas, estudiar la corona Solar, confirmar la teoría general de la relatividad, buscar ondas de gravedad, buscar la materia oscura y determinar la masa de los planetas, lunas y asteroides. Monitorización y Control Los objetivos de este sistema son básicamente dos: seguimiento en tiempo real de los procesos en la nave y proporcionar capacidades de monitorización y control a los operadores de la misión. Antena Para otros usos de este término, véase Antena (desambiguación). Antena de onda corta"Cortina", Moosbrunn, Austria Antena paraComunicaciones por satélite enbanda-C de 15 m de diámetro. Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una
- 4. estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). También es una antena la que está integrada en la computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi. Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de ondade la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son directivas. Amplificador Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boosters usados en los frenos de potencia de los automóviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos particulares, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. Se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, siempre metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero amplificada por un amplificador suena con el sonido característico de las guitarras eléctricas. En una interfaz se le puede agregar distintos efectos, como trémolo, distorsiones o reverb entre otros. Las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o telecomando del volumen y permite que varie la intensidad sonora. Convertidor Boost Fig. 1: Esquema básico de un convertidor Boost. El interruptor suele ser un MOSFET, IGBT o BJT.
- 5. El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores y al menos un elemento para almacenar energía. Frecuentemente se añaden filtros construidos con inductores y condensadores para mejorar el rendimiento. Un conector de suministro de energía habitual normalmente no se puede conectar directamente a dispositivos como ordenadores, relojes o teléfonos. La conexión de suministro genera una tensión alterna (AC) y los dispositivos requieren tensiones continuas (DC). La conversión de potencia permite que dispositivos de continua utilicen energía de fuentes de alterna, este es un proceso llamado conversión AC a DC y en él se usan convertidores AC a DC como rectificadores. La energía también puede provenir de fuentes DC como baterías, paneles solares, rectificadores y generadores DC, pero ser de niveles inadecuados. El proceso de cambiar una tensión de continua a otra diferente es llamado conversión DC a DC. Un convertidor Boost es uno de los tipos de convertidores DC a DC. Presenta una tensión de salida mayor que la tensión de la fuente, pero la corriente de salida es menor que la de entrada. Historia Para aumentar la eficiencia, las fuentes conmutadas deben activarse y desactivarse rápidamente y tener bajas pérdidas. La llegada de los dispositivos semiconductores de conmutación de la década de 1950 supuso el mayor hito y provocó que fuentes conmutadas como el convertidor Boost fuesen posibles. Los interruptores semiconductores pueden conmutar rápidamente y ser más duraderos que otros conmutadores como válvulas de vacío o relés electromecánicos. El mayor desarrollo de los convertidores DC a DC se produjo a principios de la década de 1960 cuando los interruptores semiconductores fueron dispositivos asequibles, además se aplicaron en la industria aeroespacial, que necesitaba pequeños, ligeros y eficientes convertidores. En 1977 R.D. Middlebrook (CalTech) publicó los modelos para convertidores DC a DC usados hoy en día usando el modelo del espacio de estados.