ELECTIVA IV - TRABAJO II - JULIO RIVERO 30.145.402

 

Universidad Nacional Experimental de la Gran Caracas

Ministerio del Poder Popular para la Educación

PNF Informática

Electiva IV

Trabajo II

 

 

 

 

El uso pacífico del espacio ultraterrestre y de elevar el potencial tecnológico del país,

 

 

 

 

 

 

Alumno: Julio Rivero, 30.145.402

Profesor: Miguel Martínez

 

Diciembre, 2025

Introducción

Este campo de estudio es una disciplina crucial que combina la ingeniería aeroespacial con la ingeniería de telecomunicaciones, centrándose en el diseño, lanzamiento y la operación de sistemas complejos que utilizan satélites artificiales para retransmitir información a través de vastas distancias, tanto en la Tierra como hacia el espacio profundo. El ciclo comienza con el vehículo lanzador, que es responsable de vencer la gravedad terrestre para situar la carga útil en su órbita definida (ya sea LEO, MEO o GEO), estableciendo así la trayectoria que regirá toda la misión.

 

Una vez en órbita, el satélite se convierte en un nodo de retransmisión vital, cuya eficiencia depende de la optimización de los recursos de comunicación. La antena sirve como el componente crucial que transforma las señales eléctricas en ondas electromagnéticas para su viaje por el espacio libre. Para garantizar que múltiples usuarios puedan compartir simultáneamente los recursos limitados del espectro, se emplean rigurosas técnicas de acceso múltiple como FDMA, TDMA o CDMA, que se basan en la división estratégica de las bandas de frecuencia asignadas.

 

Finalmente, la característica definitoria de cualquier enlace satelital es la gestión del retardo. El retardo de propagación, particularmente alto en órbitas como la geoestacionaria, y su variación, también llamado como jitter, deben ser analizados y mitigados. Los sistemas satelitales son la columna vertebral de la conectividad moderna, facilitando desde la navegación global y el pronóstico meteorológico hasta la transmisión de televisión e Internet de banda ancha, y son estratégicos para consolidar la soberanía tecnológica de naciones, tal como se ejemplifica en la cooperación espacial entre Venezuela y China.

1.      ¿Cuál es el primer satélite en ser lanzado?

El primer satélite artificial de la historia fue el Sputnik 1, lanzado por la Unión Soviética. Este hito marcó el comienzo oficial de la era espacial y la carrera espacial entre las superpotencias de la época.

Fue lanzado el 4 de octubre de 1957 montado en el Cohete R-7 Semyorka. Era una esfera de metal pulido de unos 58 cm de diámetro con cuatro antenas de radio externas que transmitían pulsos de radio.

En su misión orbitó la Tierra durante tres semanas enviando señales hasta que se agotaron sus baterías. Finalmente, se desintegró al reingresar en la atmósfera en enero de 1958.

2.      ¿Qué es una Orbita?

Una órbita es la trayectoria curva que describe un objeto (como un planeta, un satélite natural, o un satélite artificial) alrededor de otro cuerpo en el espacio. Esta trayectoria se mantiene gracias a la fuerza central de la gravedad.

3.      Tipos de orbitas

Los tipos de órbitas terrestres se clasifican principalmente según su altitud y su inclinación (el ángulo respecto al plano ecuatorial de la Tierra). Cada tipo de órbita está optimizada para una función específica de la misión espacial.

Clasificación por Altitud

1. Órbita Terrestre Baja (LEO - Low Earth Orbit) Está en una altitud aproximadamente entre 160 km y 2.000 km. Tiene un período orbital corto (entre 90 minutos y 2 horas). La baja altitud minimiza la pérdida de señal y permite imágenes de alta resolución.

Se usa en la estación Espacial Internacional, satélites de observación terrestre, satélites de Internet de baja latencia.

2. Órbita Terrestre Media (MEO - Medium Earth Orbit) está en una altitud entre 2000 km y 35.786 km. Las órbitas en esta región tienen períodos de varias horas. Estas ofrecen un equilibrio entre el área de cobertura de una GEO y la baja latencia de una LEO.

Lo usan satélites de navegación y posicionamiento global, y algunos sistemas de comunicaciones.

3. Órbita Geoestacionaria (GEO - Geostationary Orbit) está a 35.786 km sobre el ecuador terrestre. El satélite orbita a la misma velocidad angular que la rotación de la Tierra. Esto hace que el satélite parezca fijo en el cielo desde un punto de la Tierra.

Lo usan los satélites de comunicaciones (televisión, telefonía fija) y meteorológicos, ya que su cobertura es constante sobre un área muy amplia.

Clasificación por Inclinación y Sincronismo

La inclinación orbital determina qué partes de la Tierra son cubiertas por el satélite:

Órbita Polar (PO): Tiene una inclinación cercana a los 90°, lo que significa que el satélite pasa por encima o muy cerca de los Polos Norte y Sur en cada órbita. Es ideal para la cobertura global y el mapeo de todo el planeta.

Órbita Helio-síncrona (SSO - Sun-Synchronous Orbit): Es un tipo especial de órbita polar cuya inclinación se ajusta de tal manera que siempre pasa sobre cualquier punto de la Tierra a la misma hora solar local cada día. Es fundamental para satélites de observación terrestre e inteligencia, ya que permite que las imágenes se tomen bajo ángulos de iluminación solar consistentes.

Órbita Ecuatorial: Tiene una inclinación de 0°, es decir, el satélite sigue la línea del ecuador.

Órbitas Muy Elípticas (HEO)

Estas órbitas tienen una forma muy ovalada, con un perigeo (punto más cercano a la Tierra) bajo y un apogeo (punto más lejano) muy alto.

Órbita Mólniya: Utilizada originalmente por Rusia para dar cobertura a sus latitudes altas (cerca del Polo Norte), donde una órbita GEO no es efectiva. El satélite pasa la mayor parte de su tiempo cerca del apogeo sobre una región específica.

4.      Satélites geoestacionarios

Los satélites geoestacionarios son un tipo de satélite artificial que orbitan la Tierra a una altitud y velocidad específicas, lo que les permite permanecer fijos sobre un punto exacto en la superficie terrestre. Son cruciales para las telecomunicaciones y la meteorología. La capacidad de permanecer fijo sobre un área geográfica específica convierte a los satélites GEO en la solución ideal para:

Comunicaciones (Televisión y Radio): Permiten la transmisión constante e ininterrumpida de señales de televisión y radio a grandes regiones de la Tierra. Las antenas en tierra pueden apuntar a una posición fija y no necesitan moverse para seguir al satélite.

Internet y Telefonía por Satélite: Proporcionan servicios de comunicación en áreas remotas o rurales donde la infraestructura terrestre es inviable.

Meteorología: Los satélites meteorológicos geoestacionarios proporcionan una vigilancia continua de una gran porción del planeta, lo que permite observar la formación y el movimiento de fenómenos climáticos como huracanes, tormentas y patrones de nubes en tiempo real.

5.      Satélites no geoestacionarios

Los satélites no geoestacionarios son aquellos que no permanecen fijos sobre el mismo punto de la Tierra. A diferencia de los satélites geoestacionarios (GEO), que tienen una órbita única y muy alta, los no geoestacionarios operan en órbitas más bajas, moviéndose constantemente respecto a la superficie terrestre.

Para proporcionar cobertura continua, estos satélites deben operar en constelaciones, es decir, grandes grupos coordinados.

Los satélites no geoestacionarios se utilizan en una amplia gama de aplicaciones que requieren baja latencia, alta resolución de observación o cobertura en zonas polares. Su principal ventaja es la proximidad a la Tierra, lo que permite una comunicación más rápida y una mejor resolución de imagen.

6.      Los proyectos emblemáticos vinculados al desarrollo espacial en el país en la cooperación Venezuela-China. ¿Que son programas tales como VENESAT-1, VRSS-1, VRSS-2 y CIDE?

Los proyectos emblemáticos de cooperación espacial entre Venezuela y China constituyen la base del desarrollo tecnológico espacial venezolano, enfocándose en la adquisición de satélites propios para la soberanía en telecomunicaciones y la gestión de recursos naturales.

El primer gran hito de esta cooperación fue el lanzamiento del satélite de comunicaciones VENESAT-1 conocido como "Simón Bolívar" en octubre de 2008. Este programa buscaba la independencia en el sector de las telecomunicaciones, utilizando la órbita geoestacionaria para proporcionar servicios de televisión, telefonía, Internet y telemedicina a todo el territorio, incluyendo zonas de difícil acceso. Aunque el satélite cesó sus operaciones en 2020, el proyecto fue fundamental para establecer la infraestructura terrestre de control y formar al personal venezolano en la gestión y operación de activos espaciales.

Posteriormente, la cooperación se centró en la observación terrestre con el desarrollo del satélite VRSS-1 o "Francisco de Miranda", lanzado en septiembre de 2012. Este satélite opera en una Órbita Terrestre Baja (LEO) de tipo helio-síncrona y está dedicado a la teledetección. Su función principal es tomar imágenes de alta resolución de la superficie terrestre para aplicaciones de cartografía, planificación urbana, monitoreo agrícola, gestión de recursos naturales, y seguimiento de desastres naturales.

El siguiente paso en la mejora de las capacidades de observación fue el lanzamiento del VRSS-2 denominado "Antonio José de Sucre" en octubre de 2017. Este segundo satélite de observación de la Tierra, también en una órbita LEO helio-síncrona, representa una evolución tecnológica respecto al VRSS-1. Ofrece una mayor resolución y un mejor rendimiento, permitiendo al país afinar sus herramientas de diagnóstico territorial y ambiental, además de consolidar la transferencia de tecnología y conocimiento a los técnicos venezolanos.

Finalmente, el CIDE es el Centro de Investigación y Desarrollo Espacial, una entidad de formación e investigación creada por la Agencia Bolivariana para Actividades Espaciales (ABAE) venezolana. El CIDE no es un satélite, sino un elemento clave de la infraestructura terrestre y educativa que sostiene el programa espacial. Su objetivo es impulsar la investigación, el desarrollo tecnológico y la capacitación de científicos e ingenieros en áreas relacionadas con la ciencia y la tecnología espacial, asegurando que Venezuela pueda sostener y expandir su programa espacial con talento humano propio.

Más allá de estos proyectos satelitales y de formación, la cooperación más reciente se ha extendido al ámbito de la exploración del espacio profundo, con Venezuela uniéndose al programa lunar chino ILRS (Estación Internacional de Investigación Lunar) y participando en la misión de retorno de muestras de Marte, Tianwen-3, demostrando un compromiso continuo con el desarrollo de capacidades científicas y tecnológicas.

7.      Bandas de frecuencia Multiplexación

Una banda de frecuencia es un rango específico o segmento del espectro electromagnético asignado para un uso particular de comunicación. La comunicación inalámbrica utiliza ondas de radio que se clasifican por su frecuencia, medida en Hertz (Hz). El espectro se divide y regula internacionalmente para evitar interferencias, asignando bandas específicas a servicios como radio AM/FM, televisión, telefonía móvil, Wi-Fi, satélites, etc.

La multiplexación es la técnica que permite combinar múltiples señales de información independientes (datos, voz, video) y transmitirlas simultáneamente a través de un único canal de comunicación compartido. El dispositivo que realiza esta combinación se llama multiplexor (MUX), y el que separa las señales en el destino es el demultiplexor (DEMUX). La multiplexación es crucial para la eficiencia, ya que reduce la necesidad de tener un circuito o canal separado para cada usuario o servicio.

Existen varios tipos de multiplexación, pero los más comunes en sistemas de comunicación son:

1. Multiplexación por División de Frecuencia (FDM - Frequency Division Multiplexing): El canal de comunicación completo (la banda de frecuencia total disponible) se divide en subcanales de menor ancho de banda, cada uno operando en una frecuencia portadora diferente. A cada señal de usuario se le asigna su propia subfrecuencia portadora. Estas subfrecuencias son separadas entre sí por una pequeña "banda de guarda" para evitar interferencias.

2. Multiplexación por División de Tiempo (TDM - Time Division Multiplexing): El tiempo total del canal se divide en intervalos (o ranuras) de tiempo muy cortos. A cada señal de usuario se le asigna un intervalo de tiempo recurrente. El multiplexor envía una porción de la Señal A, luego una porción de la Señal B, luego la Señal C, y así sucesivamente, de forma rotativa. Dado que esto sucede a una velocidad muy alta, los usuarios experimentan un flujo de datos continuo. Es fundamental en la telefonía digital y en algunos sistemas de telefonía móvil 2G (GSM), donde varios usuarios comparten el mismo canal de frecuencia, pero cada uno tiene su "turno" para transmitir.

3. Multiplexación por División de Código (CDM - Code Division Multiplexing): Múltiples usuarios comparten el mismo canal de frecuencia y el mismo tiempo simultáneamente. A cada señal se le asigna un código único (una secuencia de bits especial, o chip). La señal se "extiende" en la banda mediante este código. En el receptor, solo el demultiplexor que conoce el código puede "desextender" la señal y recuperar la información, tratando a todas las demás señales como ruido. Es el principio detrás de la tecnología de los sistemas de navegación GPS y de algunos estándares de telefonía móvil 3G (CDMA).

8.      Antenas

Una antena es un componente esencial de cualquier sistema de radiocomunicación. Es un dispositivo eléctrico diseñado para transformar señales eléctricas en ondas electromagnéticas u ondas electromagnéticas en señales eléctricas.

Su función principal es servir como interfaz entre el equipo de transmisión/recepción (como una radio, un teléfono o un satélite) y el medio por el cual viajan las ondas (el espacio libre o la atmósfera).

Tipos Comunes de Antenas

Las antenas se clasifican generalmente por su patrón de radiación y su diseño físico:

·         Antenas Omnidireccionales: Irradian energía de manera uniforme en un patrón de 360° alrededor de un plano (aunque no en todas las direcciones tridimensionales, por lo general no hacia arriba o abajo).

·         Antenas Direccionales: Concentran la mayor parte de su energía en una dirección específica, lo que resulta en una mayor ganancia y un mayor alcance en esa dirección.

·         Antenas de Apertura: Utilizan una superficie grande para capturar o dirigir las ondas. Como las antenas de bocina (usadas frecuentemente para medir microondas) y antenas parabólicas (que usan la superficie del plato para enfocar la energía).

9.      Acceso múltiple

El acceso múltiple es un conjunto de técnicas utilizadas en los sistemas de comunicación inalámbrica y por satélite para permitir que múltiples usuarios o estaciones compartan eficientemente un recurso de comunicación común, que suele ser un canal de radiofrecuencia. Sin las técnicas de acceso múltiple, solo un usuario podría transmitir a la vez, lo que haría inviables sistemas como la telefonía móvil, Wi-Fi o las redes satelitales.

Las técnicas de acceso múltiple logran esta compartición de recursos dividiendo el canal en dimensiones separadas, como la frecuencia, el tiempo o el código.

Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA): El ancho de banda total del canal se divide en múltiples subcanales de frecuencia estrechos y no solapados.

Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA): El tiempo total disponible se divide en intervalos de tiempo (o ranuras) muy cortos.

Acceso Múltiple por División de Código (CDMA): Todos los usuarios transmiten simultáneamente en la misma frecuencia y al mismo tiempo.

Acceso Múltiple por División de Ortogonalidad de Frecuencia (OFDMA): Es una evolución avanzada de FDMA y TDMA.

10. Características de los enlace retardo

Las características principales de estos enlaces giran en torno a las limitaciones impuestas por la gran distancia o las condiciones operacionales del medio.

Latencia Dominante y Fija (Retardo de Propagación): La característica más importante es el gran retardo introducido por la distancia física, que es la principal causa de la demora.

·         El retardo es directamente proporcional a la distancia recorrida por la señal, siendo el factor limitante la velocidad de la luz

·         El ejemplo más conocido es el enlace con un satélite geoestacionario a 35.786km. El tiempo mínimo de viaje de ida y vuelta es de aproximadamente 250 milisegundos

·         En misiones interplanetarias (como las sondas a Marte), el retardo puede ser de varios minutos o incluso horas, lo que impide la interacción en tiempo real y requiere autonomía de la nave.

Ancho de Banda Grande y Productos de Retardo (BD P): Aunque el retardo sea alto, el enlace puede tener un ancho de banda considerable

·         El BDP es la cantidad de datos que pueden estar "en vuelo" (o en tránsito) en el enlace en un momento dado. En un enlace de alto retardo (como el GEO), el BDP es muy grande.

·         Para lograr una alta tasa de transferencia efectiva, los sistemas deben ser capaces de enviar y gestionar una gran cantidad de datos sin recibir confirmación inmediata de su recepción, lo cual exige grandes buffers (memorias de cola).

Redes Tolerantes al Retardo (DTN)

·         La conexión puede establecerse solo durante breves períodos (por ejemplo, cuando un satélite LEO pasa por encima de una estación terrestre).

·         Los nodos intermedios están diseñados para almacenar los datos de forma persistente hasta que el enlace con el siguiente nodo se encuentre disponible, en lugar de intentar una transmisión inmediata que podría fallar.

·         Común en enlaces con vehículos o sensores remotos que operan fuera de la cobertura de la red fija.

11. Características de la variación del retardo

La variación del retardo, también conocida como fluctuación de retardo o jitter, es una característica crítica en los enlaces de comunicación. Se refiere a la diferencia en el tiempo de llegada entre los paquetes de datos que viajan por el mismo enlace o red.

·         El jitter no es el retardo en sí, sino la variación de ese retardo a lo largo del tiempo. Mientras que el retardo de propagación suele ser fijo, el jitter es inherentemente variable.

·         La principal fuente del jitter se origina en el retardo de cola dentro de los routers y conmutadores de la red.

·         Cuando el tráfico de datos en un router excede temporalmente su capacidad de procesamiento, los paquetes deben esperar en la cola de salida.

·         Los routers no siempre procesan los paquetes a una velocidad perfectamente constante, y el tiempo de procesamiento puede variar ligeramente según la longitud del paquete o la prioridad asignada.

·         En sistemas de acceso múltiple, como el TDMA o Wi-Fi, la forma en que los usuarios comparten el tiempo de transmisión puede introducir jitter si el acceso al medio no está perfectamente sincronizado o si se asignan diferentes prioridades.

Conclusión

La exploración y el desarrollo de la tecnología espacial, como se evidencia en la cooperación entre Venezuela y China, son el motor de la conectividad global y la soberanía tecnológica.

Los proyectos analizados demuestran que la capacidad de operar en el espacio depende de un equilibrio preciso entre ciencia e ingeniería. La funcionalidad de cada sistema, ya sea un satélite de comunicaciones GEO como el VENESAT-1 o un satélite de observación LEO como el VRSS-2, se define por el dominio de la mecánica orbital, que determina la órbita más adecuada.

La eficiencia de estos activos no es solo una cuestión de colocarlos en el espacio, sino de cómo se gestiona el flujo de información. Las complejas técnicas de multiplexación y acceso múltiple son esenciales para maximizar el uso del espectro de frecuencias, mientras que la gestión rigurosa del retardo de propagación y el jitter garantiza la calidad y la viabilidad de los servicios críticos, desde la navegación GPS hasta las telecomunicaciones en tiempo real.

En última instancia, el éxito de estos programas no solo se mide en la órbita, sino en la transferencia de tecnología y la formación de talento humano local. El desarrollo de centros como el CIDE, junto con la participación en misiones interplanetarias, subraya que la inversión espacial es, fundamentalmente, una inversión en el futuro científico y la independencia operativa de la nación.

Bibliografía

·         ABAE. (s.f.a). VENESAT-1 Satélite Simón Bolívar. https://abae.gob.ve/venesat-1-satelite-simon-bolivar/

·         ABAE. (s.f.b). Venezuela amplía cooperación espacial internacional en misiones a Marte. https://abae.gob.ve/venezuela-amplia-cooperacion-espacial-internacional-misiones-marte/

·         ABAE. (s.f.c). VRSS-1. Recuperado de https://abae.gob.ve/vrss-1/

·         Cvechina.org. (s.f.). China y Venezuela consolidan la cooperación espacial en el lanzamiento del satélite VRSS-2 Antonio José de Sucre. https://cvechina.org/china-venezuela/19297/

·         Drbtaneja-com. (s.f.). Frequency Division Multiplexing (FDM). https://drbtaneja-com.translate.goog/frequency-division-multiplexing-fdm/

·         ESA Kids. (s.f.). Diferentes tipos de órbitas. https://www.esa.int/kids/es/Aprende/Tecnologia/Control_de_mision/Diferentes_tipos_de_orbitas

·         FII. (s.f.). China destaca cooperación espacial con Venezuela: Satélites Sucre y CHEOS en el foco del I Congreso Internacional Espacial. https://www.fii.gob.ve/china-destaca-cooperacion-espacial-con-venezuela-satelites-sucre-y-cheos-en-el-foco-del-i-congreso-internacional-espacial/

·         Infoespacial.com. (2022, 11 de agosto). Acuerdo entre China y Venezuela para construir un nuevo satélite VRSS-2. https://www.infoespacial.com/texto-diario/mostrar/3569988/acuerdo-entre-china-venezuela-construir-satelite-vrss-2

·         Interseas.es. (s.f.). Satélites LEO y GEO: diferencias, ventajas y desafíos. https://interseas.es/satelites-leo-y-geo-diferencias-ventajas-y-desafios/

·         IEQFB. (s.f.). Órbita: La curva que describen planetas. https://ieqfb.com/orbita-curva-que-describen-planetas/

·         JumpCloud. (s.f.). What is Multiplexing?. https://jumpcloud.com/it-index/what-is-multiplexing

·         MINCYT. (s.f.). Cooperación entre China y Venezuela impulsa desarrollo tecnológico en el área espacial. https://mincyt.gob.ve/cooperacion-entre-china-y-venezuela-impulsa-desarrollo-tecnologico-en-el-area-espacial/

·         NASA. (s.f.a). Dawn of the Space Age https://www.nasa.gov/history/dawn-of-the-space-age/

·         NASA. (s.f.b). Orbits. https://spaceplace.nasa/orbits/

·         Nexciencia. (s.f.). Satélite geoestacionario ARSAT. https://nexciencia.exactas.uba.ar/satelite-geoestacionario-arsat

·         Plazacielotierra.org. (s.f.). Sputnik I: Inicia la era espacial. https://plazacielotierra.org/sputnik-i-inicia-la-era-espacial/

·         ScienceDirect. (s.f.a). Delay Variation. https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/delay-variation

·         ScienceDirect. (s.f.b). Multiple Access. https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/multiple-access

·         ScienceDirect. (s.f.c). Packet Delay. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/packet-delay

·         TechTarget. (s.f.a). Antenna. https://www.techtarget.com/searchmobilecomputing/definition/antenna

·         TechTarget. (s.f.b). Geostationary Satellite. https://www.techtarget.com/searchmobilecomputing/definition/geostationary-satellite

·         TE Connectivity. (s.f.). Antennas. https://www.te.com/en/products/antennas.html

·         UCAB. (s.f.). Proceso de normalización para las actividades espaciales y su contribución en la gestión de la calidad de proyectos espaciales. http://biblioteca2.ucab.edu.ve/anexos/biblioteca/marc/texto/AAU3557.pdf

·         Wray Castle. (s.f.). What is Frequency Division Multiplexing?. https://wraycastle.com/es/blogs/knowledge-base/what-is-frequency-division-multiplexing

·         Yépez, L. (s.f.). Multiplexación y Sistemas de Acceso Múltiple. https://gc.scalahed.com/recursos/files/r161r/w25982w/Tema7_Multiplexacion_y_sistemas_de_acceso_multiple.pdf