Seguimiento terrestre del satélite

Una trayectoria terrestre de satélite o rastro terrestre de satélite es el camino en la superficie de un planeta directamente debajo de la trayectoria de un satélite . También se conoce como trayectoria suborbital o subsatélite , y es la proyección vertical de la órbita del satélite sobre la superficie de la Tierra (o cualquier cuerpo alrededor del cual orbite el satélite). ^{[ 1 ] [ 2 ]} Una trayectoria terrestre de satélite puede considerarse como un camino a lo largo de la superficie de la Tierra que traza el movimiento de una línea imaginaria entre el satélite y el centro de la Tierra. En otras palabras, la trayectoria terrestre es el conjunto de puntos en los que el satélite pasará directamente por encima, o cruzará el cenit , en el sistema de referencia de un observador terrestre. ^{[ 3 ]}

La trayectoria terrestre de un satélite puede adoptar diversas formas, dependiendo de los valores de los elementos orbitales , parámetros que definen el tamaño, la forma y la orientación de la órbita del satélite. ^{[ nota 1 ]}

Por lo general, los satélites tienen una trayectoria terrestre aproximadamente sinusoidal . Se dice que un satélite con una inclinación orbital entre cero y noventa grados se encuentra en una órbita directa o prograda , lo que significa que orbita en la misma dirección que la rotación del planeta. Se dice que un satélite con una inclinación orbital entre 90° y 180° (o, equivalentemente, entre 0° y -90°) se encuentra en una órbita retrógrada . ^{[ nota 2 ]}

Un satélite en órbita directa con un período orbital menor a un día tenderá a moverse de oeste a este a lo largo de su trayectoria terrestre. Esto se denomina movimiento "directo aparente". Un satélite en órbita directa con un período orbital mayor a un día tenderá a moverse de este a oeste a lo largo de su trayectoria terrestre, en lo que se denomina movimiento "retrógrado aparente". Este efecto se produce porque el satélite orbita más lentamente que la velocidad a la que la Tierra rota debajo de él. Cualquier satélite en una órbita retrógrada verdadera siempre se moverá de este a oeste a lo largo de su trayectoria terrestre, independientemente de la duración de su período orbital. ^{[ 4 ]}

Debido a que un satélite en órbita excéntrica se mueve más rápido cerca del perigeo y más lento cerca del apogeo, es posible que se desplace hacia el este durante parte de su órbita y hacia el oeste durante otra. Este fenómeno permite que las trayectorias terrestres se crucen dentro de una misma órbita, como en las órbitas geosíncrona y Molniya que se describen más adelante.

Un satélite cuyo período orbital es una fracción entera de un día (por ejemplo, 24 horas, 12 horas, 8 horas, etc.) seguirá aproximadamente la misma trayectoria terrestre cada día. Esta trayectoria se desplaza hacia el este o el oeste dependiendo de la longitud del nodo ascendente , que puede variar con el tiempo debido a perturbaciones de la órbita. Si el período del satélite es ligeramente mayor que una fracción entera de un día, la trayectoria terrestre se desplazará hacia el oeste con el tiempo; si es ligeramente menor, se desplazará hacia el este. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

A medida que aumenta el período orbital de un satélite, acercándose al período de rotación de la Tierra (es decir, a medida que su velocidad orbital promedio disminuye hasta aproximarse a la de la Tierra), su trayectoria terrestre sinusoidal se comprime longitudinalmente, lo que significa que los "nodos" (los puntos donde cruza el ecuador ) se acercan entre sí hasta que, en órbita geosíncrona, se superponen directamente. Para períodos orbitales mayores que el período de rotación de la Tierra, un aumento en el período orbital corresponde a un estiramiento longitudinal de la trayectoria terrestre (aparentemente retrógrada).

A satellite whose orbital period is equal to the rotational period of the Earth is said to be in a geosynchronous orbit. Its ground track will have a "figure eight" shape over a fixed location on the Earth, crossing the equator twice each day. It will track eastward when it is on the part of its orbit closest to perigee, and westward when it is closest to apogee.

A special case of the geosynchronous orbit, the geostationary orbit, has an eccentricity of zero (meaning the orbit is circular), and an inclination of zero in the Earth-Centered, Earth-Fixedcoordinate system (meaning the orbital plane is not tilted relative to the Earth's equator). The "ground track" in this case consists of a single point on the Earth's equator, above which the satellite sits at all times. Note that the satellite is still orbiting the Earth — its apparent lack of motion is due to the fact that the Earth is rotating about its own center of mass at the same rate as the satellite is orbiting.

Orbital inclination is the angle formed between the plane of an orbit and the equatorial plane of the Earth. The geographic latitudes covered by the ground track will range from –i to i, where i is the orbital inclination.^[5] In other words, the greater the inclination of a satellite's orbit, the further north and south its ground track will pass. A satellite with an inclination of exactly 90° is said to be in a polar orbit, meaning it passes over the Earth's north and south poles.

Los sitios de lanzamiento en latitudes bajas suelen preferirse, en parte, por la flexibilidad que ofrecen en la inclinación orbital; la inclinación inicial de una órbita debe ser mayor o igual a la latitud de lanzamiento. Los vehículos lanzados desde Cabo Cañaveral , por ejemplo, tendrán una inclinación orbital inicial de al menos 28°27′, la latitud del sitio de lanzamiento, y para alcanzar este mínimo se requiere un acimut hacia el este , lo cual no siempre es factible dadas otras limitaciones de lanzamiento. En los extremos, un sitio de lanzamiento ubicado en el ecuador puede lanzar directamente a cualquier inclinación deseada, mientras que un hipotético sitio de lanzamiento en el polo norte o sur solo podría lanzar a órbitas polares. (Si bien es posible realizar una maniobra de cambio de inclinación orbital una vez en órbita, estas maniobras suelen ser de las más costosas en términos de combustible y, por lo general, se evitan o minimizan en la medida de lo posible).

Además de permitir una gama más amplia de inclinaciones orbitales iniciales, los sitios de lanzamiento de baja latitud ofrecen la ventaja de requerir menos energía para alcanzar la órbita (al menos para las órbitas progradas, que constituyen la gran mayoría de los lanzamientos), debido a la velocidad inicial proporcionada por la rotación de la Tierra. El deseo de contar con sitios de lanzamiento ecuatoriales, junto con realidades geopolíticas y logísticas, ha impulsado el desarrollo de plataformas de lanzamiento flotantes, entre las que destaca Sea Launch .

Si el argumento del perigeo es cero, lo que significa que el perigeo y el apogeo se encuentran en el plano ecuatorial, la trayectoria terrestre del satélite será la misma por encima y por debajo del ecuador (es decir, presentará una simetría rotacional de 180° alrededor de los nodos orbitales ). Sin embargo, si el argumento del perigeo es distinto de cero, el satélite se comportará de manera diferente en los hemisferios norte y sur. La órbita de Molniya , con un argumento del perigeo cercano a -90°, es un ejemplo de este caso. En una órbita de Molniya, el apogeo se produce a una latitud elevada (63°), y la órbita es altamente excéntrica ( e = 0,72). Esto provoca que el satélite permanezca sobre una región del hemisferio norte durante mucho tiempo, mientras que pasa muy poco tiempo sobre el hemisferio sur. Este fenómeno se conoce como "permanencia en el apogeo" y es deseable para las comunicaciones en regiones de alta latitud. ^{[ 5 ]}

Dado que las operaciones orbitales suelen requerir la monitorización de una ubicación específica en la Tierra, se utilizan con frecuencia órbitas que recorren periódicamente la misma trayectoria terrestre. En la Tierra, estas órbitas se conocen comúnmente como órbitas terrestres repetitivas y suelen diseñarse con parámetros de "órbita congelada" para lograr una órbita que recorra la misma trayectoria terrestre con elementos orbitales estables (con mínima variación temporal). ^{[ 6 ]} Estas órbitas utilizan el efecto de precesión nodal para desplazar la órbita de modo que la trayectoria terrestre coincida con la de una órbita anterior, compensando así la desviación en la revolución del cuerpo orbitado. La rotación longitudinal de un planeta tras un cierto período de tiempo viene dada por:

${\displaystyle \Delta L_{1}=-2\pi {\frac {T}{T_{E}}}}$

dónde

• ${\displaystyle T}$es el tiempo transcurrido
• ${\displaystyle T_{E}}$es el tiempo para una revolución completa del cuerpo en órbita, en el caso de la Tierra un día sideral

El efecto de la precesión nodal se puede cuantificar como:

${\displaystyle \Delta L_{2}=-{\frac {3\pi J_{2}R_{e}^{2}cos(i)}{a^{2}(1-e^{2})^{2}}}}$

dónde

• ${\displaystyle J_{2}}$es el segundo factor de forma dinámico del cuerpo
• ${\displaystyle R_{e}}$es el radio del cuerpo
• ${\displaystyle i}$es la inclinación orbital
• ${\displaystyle a}$es el semieje mayor de la órbita
• ${\displaystyle e}$es la excentricidad orbital

Estos dos efectos deben anularse después de un número determinado de revoluciones orbitales y días (sideales). Por lo tanto, al igualar el tiempo transcurrido al período orbital del satélite y combinar las dos ecuaciones anteriores, se obtiene una ecuación válida para cualquier órbita repetitiva: ${\displaystyle j}$${\displaystyle k}$

${\displaystyle j\left|\Delta L_{1}+\Delta L_{2}\right|=j\left|-2\pi {\frac {2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{\mu }}}}{T_{E}}}-{\frac {3\pi J_{2}R_{e}^{2}cos(i)}{a^{2}(1-e^{2})^{2}}}\right|=k2\pi }$

dónde

• ${\displaystyle \mu }$es el parámetro gravitacional estándar para el cuerpo que está siendo orbitado
• ${\displaystyle j}$es el número de revoluciones orbitales después de las cuales se cubre la misma pista terrestre
• ${\displaystyle k}$es el número de días siderales después de los cuales se cubre la misma trayectoria terrestre

• Rumbo (navegación)
• Estación de seguimiento terrestre
• Paso (vuelo espacial) , el período en el que una nave espacial es visible sobre el horizonte local.
• Período de revisita de un satélite : el tiempo transcurrido entre las observaciones del mismo punto de la Tierra realizadas por un satélite.
• Observación de satélites como pasatiempo.
• Huella satelital
• Punto subsolar
• Terminador (solar) , la línea móvil que separa el lado iluminado del día del lado oscuro de la noche de un cuerpo planetario.

• Lyle, S. y Capderou, Michel (2006) Satélites: Órbitas y misiones Springer ISBN 9782287274695págs. 175–264

• Rastreador de satélites en eoPortal.org
• vista satelital.org
• cielos-arriba.com
• https://isstracker.pl Rastreador de la ISS
• Seguimiento terrestre del satélite GPS BII-10 en Wayback Machine (archivado el 30/09/2020) Satélites pequeños (código de software)
• infosatellites.com
• n2yo.com