Para colocar un satélite en órbita, inicialmente se conecta a un vehículo de lanzamiento, que es un cohete. El cohete acelera el satélite y eventualmente se separa de él, regresando a la Tierra. El satélite luego continúa por sí mismo, siguiendo un camino curvo para lograr una órbita. Una vez en órbita, el satélite permanece allí durante muchos años, incluso décadas. Esto se debe a que el satélite tiene una alta velocidad horizontal, lo que hace que orbita el planeta a lo largo de una trayectoria circular fija.
Hay más de mil satélites artificiales que orbitan el planeta a diario. Estos satélites desempeñan un papel crucial en numerosos campos, incluyendo la comunicación digital global, la predicción del tiempo, la transmisión de señales de radio y televisión, las operaciones militares y otras áreas que tienen un gran impacto en nuestra forma de vida y en la civilización en su conjunto.
GOES-8, un satélite meteorológico de los Estados Unidos dado de baja (Crédito de la foto: NOAA In Space Collection / Wikipedia)
Sin embargo, mientras ves un juego de los Yankees en vivo o haces una videollamada a un amigo que está a miles de millas de distancia, ¿alguna vez te has preguntado cómo se logra todo esto? ¿Cómo se coloca un satélite artificial en órbita alrededor del planeta para permanecer allí durante años, incluso décadas?
¿Cómo se lanza un satélite artificial?
Cada satélite artificial tiene un propósito específico. Algunos satélites se lanzan para observar diversos eventos geográficos en una región específica, otros se utilizan como satélites espías, y algunos son lanzados por organizaciones privadas para transmitir señales de comunicación en todo el mundo. Independientemente del tipo y propósito del satélite, debe lograr una órbita específica, es decir, debe ingresar a una órbita alrededor de la Tierra.
Tipos de órbitas alrededor de la Tierra (según la altitud)
Dependiendo de su altitud respecto a la superficie de la Tierra, hay cuatro tipos principales de órbitas alrededor de la Tierra: Órbita Baja de la Tierra o LEO (donde se encuentra la Estación Espacial Internacional), Órbita Media de la Tierra o MEO (hogar de los satélites GPS), órbita geoestacionaria y Órbita Alta de la Tierra o HEO (que solo contiene unos pocos satélites, como el Explorador de los Límites Interestelares de la NASA).
Altitudes de diferentes órbitas terrestres (Crédito de la foto: Por Rrakanishu / wikimedia)
Actualmente, la mayoría de los satélites artificiales operativos están en LEO, mientras que algunos están en órbita geoestacionaria y MEO.
Un satélite requiere una alta velocidad horizontal para ingresar en órbita
Un satélite artificial no posee la suficiente potencia de aceleración para ascender a través de las capas densas de la atmósfera y llegar al espacio por sí solo. Para ayudar en este proceso, se conecta a un vehículo de lanzamiento, que es un cohete que acelera rápidamente el satélite antes de separarse y regresar a la Tierra.
En lugar de viajar en línea recta hacia arriba, el cohete sigue un camino curvo para lograr una órbita debido a un fascinante fenómeno físico teorizado inicialmente por Sir Isaac Newton.
Bala de Cañón de Newton
Imagina que tienes un cañón y quieres disparar una bala de cañón. Para que la bala de cañón vaya lo más lejos posible, necesitas estar en un terreno elevado para que no haya obstáculos en su camino. Cuanta más potencia uses para disparar el cañón, es decir, cuanto mayor sea la velocidad horizontal de la bola, más lejos llegará antes de tocar el suelo.
Si sigues aumentando la velocidad horizontal de la bola, llegará un punto (alrededor de 7.300 m/s) en el que irá tan rápido que no aterrizará en el suelo en absoluto. En su lugar, continuará orbitando el planeta en un camino circular fijo. La siguiente animación te ayudará a entender mejor este concepto:
El mismo principio se aplica al lanzamiento de satélites artificiales. Se lanzan verticalmente para atravesar rápidamente la parte más densa de la atmósfera. Una vez que alcanzan la altitud deseada, la mayor parte de la potencia del cohete se utiliza para acelerar el satélite horizontalmente, de modo que entre en una órbita estable alrededor del planeta.
Por eso un satélite sigue una trayectoria parabólica en lugar de ir recto hacia arriba.
Observe cómo la trayectoria de un cohete se vuelve progresivamente curva (Fuente de la imagen: pixabay.com)
Los satélites en órbita baja de la Tierra (LEO) experimentan la mayor atracción gravitacional de la Tierra, lo que significa que son tirados con más fuerza en comparación con los satélites en órbita media de la Tierra (MEO) o en órbita geoestacionaria. Debido a esto, los satélites en LEO viajan a una velocidad mucho mayor (tienen una velocidad orbital más alta) que aquellos en órbitas más altas.
La Estación Espacial Internacional (ISS), que opera en LEO, viaja alrededor del planeta a una velocidad increíblemente rápida de alrededor de 8 kilómetros por segundo. Para poner esto en perspectiva, si dispararas una bala desde un extremo de un campo de fútbol, ¡la ISS cruzaría toda la longitud del campo antes de que la bala recorriera 10 yardas! (Crédito de la foto: Wikipedia.org)
Ahora que entendemos cómo se lanza un satélite al espacio, pasemos a cómo se mantiene en órbita durante años o décadas.
¿Cómo Mantiene un Satélite su Órbita Durante Años?
Esto también se puede explicar utilizando el experimento mental de la bala de cañón de Newton. Para que un satélite se mantenga en su órbita, necesita moverse increíblemente rápido alrededor de la Tierra para que no caiga de nuevo al suelo. Los satélites logran estas altas velocidades con la ayuda de sus propios motores después de que los cohetes son desechados.
Es importante tener en cuenta que estos satélites están constantemente cayendo hacia el suelo, pero su alta velocidad horizontal hace que la Tierra se curve debajo de ellos mientras continúan dirigiéndose hacia abajo. Sin embargo, los satélites en órbitas bajas pierden su altitud (o experimentan una decaída orbital) más rápido debido a la resistencia aerodinámica en comparación con los satélites en órbitas más altas.
La ISS experimenta una decaída orbital de alrededor de 100 metros cada día. En otras palabras, pierde 100 metros de altitud cada 24 horas. (Crédito de la foto: Wikimedia Commons)
Estos satélites, incluida la ISS, necesitan ser impulsados regularmente para mantener su órbita y evitar que se estrellen de nuevo contra la Tierra.
Simplificando, el satélite descenderá más rápido hacia la Tierra cuanto más cerca esté del planeta. Para evitar esto, necesita mantener una alta velocidad horizontal. Esto requiere una cantidad significativa de fondos para equipar adecuadamente el satélite con equipos esenciales y combustible. ¡Por eso dicen que entrar en el negocio de los satélites es costoso!