Rumbo al cosmos (21 page)

El seguimiento desde tierra es también importante para corregir los pequeños errores que el vehículo pueda sufrir en su trayectoria, ya sea debido a pequeños errores del lanzador, siempre inevitables, o a perturbaciones exteriores, como los efectos gravitatorios de otros planetas, por ejemplo. Por ello, aunque el propio vehículo suele incorporar sensores que detectan dichos errores de trayectoria, en muchos casos es conveniente contrastarlos con las determinaciones hechas desde tierra, basadas en datos suministrados por el propio vehículo y en observaciones directas del mismo. De esta forma, la estación de tierra puede dar con gran precisión las órdenes necesarias para efectuar las correcciones de trayectoria pertinentes.

Asimismo, el seguimiento desde tierra es fundamental para enviar nuevas órdenes o para recibir información. Esto es muy evidente en misiones científicas, en las que, por un lado, se están recibiendo continuamente datos suministrados por el vehículo (datos de sensores, fotografías, etc.), y por otro lado puede que también sea necesario enviar desde tierra órdenes para cambiar algunos parámetros de la misión en función de los datos recibidos. Por ejemplo, en el caso de telescopios espaciales montados sobre satélites, se pueden enviar órdenes para apuntar el telescopio hacia un objeto celeste determinado.

Las estaciones de seguimiento

Todo ello ha originado que existan un gran número de estaciones de seguimiento repartidas por diferentes puntos del globo terráqueo, y especialmente concentradas en las zonas más a menudo sobrevoladas por ciertas misiones. Cada una de estas estaciones está equipada con múltiples antenas de diferentes tipos, capaces de enviar y recibir información, disponiendo a su vez de los ordenadores y centros de control necesarios para procesar toda esa información. Una opción alternativa, muy utilizada en su día por Rusia, fue la de utilizar barcos diseminados por diferentes océanos como estaciones de seguimiento móviles. Hoy Rusia ha paralizado su flota de seguimiento no por cuestiones de operatividad, sino simplemente por falta de liquidez para su mantenimiento.

Imagen: Centro de control de misión en Rusia. (
Foto: Roskosmos
)

El campo de cobertura de una estación de seguimiento varía con la altura a la que se encuentre el vehículo a seguir. El área de cobertura tiene la forma de un cono con su vértice situado en la estación y su base hacia arriba. Por ello, a mayor altura del objeto, mayor porción de su trayectoria estará dentro del cono de cobertura. El ángulo de apertura del cono lo determinan los obstáculos naturales que puedan hacer “sombra” a las radiaciones electromagnéticas, como montañas o elevaciones del terreno. En el caso ideal de un entorno totalmente llano, el cono se convertiría en una semiesfera. Por ello, los lugares ideales para situar una estación de seguimiento estarían en principio en zonas llanas, sin obstáculos en sus inmediaciones. En la práctica, sin embargo, esos obstáculos pueden convertirse en beneficiosos para la estación de seguimiento, pues, aunque limitan el ángulo de observación de las antenas, también las protegen de fuentes electromagnéticas de origen terrestre: todos hemos comprobado lo mal que se escucha la radio cuando se está entre montañas. La ubicación ideal para una estación de seguimiento estaría, por tanto, en un lugar alejado de fuentes de radio (ciudades, por ejemplo), con horizonte despejado de montañas elevadas, sobre todo en las principales direcciones de observación, y, en caso necesario, situado en una pequeña hondonada como protección frente a radiaciones electromagnéticas de origen terrestre.

Dado que el campo de cobertura disminuye al disminuir la altura del vehículo al que se quiere efectuar el seguimiento, el número de estaciones de seguimiento necesarias para órbitas bajas es mucho mayor que para órbitas altas. En el caso de órbitas bajas, esto supone un problema, pues, incluso disponiendo de un gran número de estaciones repartidas a lo largo del mundo, pueden en algunos casos ser escasas para proporcionar la cobertura necesaria, como puede ser el mantenimiento de comunicaciones constantes con una estación espacial. En estos casos se suelen utilizar satélites de comunicaciones como complemento a las estaciones terrestres, actuando como intermediarios en las transmisiones entre la estación y el control de tierra.

Misiones de espacio profundo

El extremo opuesto lo representa el seguimiento de misiones interplanetarias: cuando el vehículo está lo suficientemente lejos de la Tierra, la posible observación del mismo aumenta considerablemente, pudiéndose realizar un seguimiento durante varias horas desde casi cualquier punto de la superficie terrestre. De esta forma, la
red de estaciones de seguimiento del espacio profundo
de la NASA, o DSN (
Deep Space Network
) cuenta con tan sólo tres estaciones distribuidas por tres continentes: Goldstone, en California (EE.UU.), Canberra, en Australia, y Robledo de Chavela, en Madrid, España. Estas estaciones están localizadas en puntos separados por aproximadamente 120º de longitud geográfica uno del otro, con lo cual, a pesar de la rotación de la Tierra, con estas tres estaciones se puede conseguir un seguimiento prácticamente constante de vehículos en misiones interplanetarias.

Pero en la práctica no suele ser necesario llevar a cabo un seguimiento constante, que, por otra parte, representaría un coste excesivamente alto, al tener que dedicar medios humanos e instalaciones a controlar incesantemente un determinado vehículo. En realidad, observaciones espaciadas cada determinado tiempo, por lo general son suficientes para corregir los posibles errores habidos en las últimas horas, recoger la información que se haya ido acumulando durante ese tiempo en los sistemas de almacenamiento de la nave previstos al efecto, y transmitir las órdenes oportunas. Esto es especialmente importante en el caso de misiones de espacio profundo, pues en estos casos se necesitan antenas de alta ganancia (grandes antenas parabólicas, de varias decenas de metros de diámetro) apuntadas en exclusiva al objeto en cuestión, dedicadas por completo al mismo. Es evidente que en estos casos, un seguimiento exhaustivo sería costosísimo.

Por ello, la red del espacio profundo de la NASA reparte su tiempo en el seguimiento de varias misiones. El tiempo dedicado a cada una de ellas dependerá de las particularidades e interés de la misión en cada momento determinado. Asimismo, cada antena utilizada en el seguimiento se seleccionará en función de la lejanía del vehículo, la cantidad de información a transmitir por unidad de tiempo, la frecuencia de transmisión, y otros parámetros. La DSN cuenta con antenas de hasta 70 metros de diámetro, auténticos gigantes de las telecomunicaciones, de más de 8000 toneladas de peso y la altura de un edificio de 26 pisos, gracias a las cuales se han podido recibir, por ejemplo, las imágenes de Neptuno que la sonda norteamericana Voyager 2 envió desde los confines de nuestro Sistema Solar. No hace falta decir que la precisión en el apuntado de la antena, tanto la de tierra como la de la sonda, debe ser exquisita en situaciones como ésta.

Imagen: Antena de 70 metros de diámetro de la red de espacio profundo de la NASA. (
Foto: NASA
)

Potencias de emisión

Pero no sólo el apuntado de la antena debe tener una enorme precisión. Existe otra importante limitación, y es la potencia de emisión por parte del vehículo espacial. Mientras que la estación de tierra no tiene demasiados problemas para poder emitir con una potencia importante, la potencia de emisión de la nave está severamente limitada por la disponibilidad de energía eléctrica a bordo, siempre muy reducida. Así, mientras la sonda o nave espacial puede utilizar una relativamente pequeña antena para recibir la potente señal enviada desde tierra, en tierra se necesitan antenas muchísimo mayores para recibir la débil señal enviada por la sonda desde distancias de a veces muchos cientos de millones de kilómetros. En estos casos, la señal recibida en la Tierra es tan débil que, aunque consiga captarse con grandes reflectores parabólicos, podría quedar perdida sobre el ruido de fondo generado por los propios equipos electrónicos de recepción. Evidentemente, no es sólo importante la magnitud de la señal recibida, sino sobre todo, la relación señal/ruido, de modo que sea fácilmente identificable y decodificable. Para ello, el ruido de los equipos receptores debe reducirse al mínimo posible, a través no sólo de equipos de la máxima calidad, sino además sumergiendo los elementos de recepción incluso en helio líquido para reducir al máximo el ruido electrónico propio del equipo. Algo que, evidentemente, convierte estos equipos en pequeñas joyas tecnológicas de elevadísimo coste.

Como una gota de agua en el mar

Pero en casos excepcionales, ni siquiera las antenas gigantes de 70 metros de diámetro de la red de espacio profundo de la NASA resultan adecuadas para comunicarse con un vehículo espacial. En algunos casos en los que ha sido necesario disponer de la máxima capacidad de recepción posible, se han llegado a conectar en serie varias antenas para así amplificar al máximo la débil señal recibida desde un vehículo averiado o demasiado lejano. Se ha tratado de los casos de la sonda Voyager 2, emitiendo desde Neptuno, o de la Galileo con sus problemas de apertura de antena, desde Júpiter.

La diferencia entre potencias de emisión y recepción cuando hablamos de vehículos interplanetarios resulta abrumadora: para una potencia típica de emisión de unos 20 vatios, realizada por una sonda desde la órbita de Saturno a través de su antena de alta ganancia, la potencia recibida en la Tierra sería de tan sólo 10
^-16
vatios (un 1 con 16 ceros delante). Pero si esta ínfima magnitud ya resulta difícil de imaginar, en el caso de la sonda Galileo, que sólo podía utilizar su antena de baja ganancia para la transmisión debido a un problema con la de alta, los 20 vatios emitidos desde Júpiter se convertían en tan sólo 10
^-20
vatios cuando la señal alcanzaba la Tierra. Hagamos un símil con volúmenes: si la potencia de emisión tuviera el volumen de un gigantesco lago cuadrado, de 60 km de lado y 55 metros de profundidad, la potencia recibida sería tan sólo una minúscula gota de agua de ese enorme lago. Si ahora tenemos en cuenta que el lago representa la potencia de una bombilla de bajo consumo, podemos imaginar lo que significa detectar la gota...

Dos importantes estaciones de seguimiento internacionales en nuestro país

A pesar de que nuestro país tiene una presencia limitada en el sector espacial en general, España goza del privilegio con contar en su territorio con dos de las más importantes estaciones de seguimiento espacial del mundo: la de la Red del Espacio Profundo de la NASA, en Robledo de Chavela (Madrid), y VILSPA, la Estación de Seguimiento-Observatorio de la ESA en Villafranca del Castillo, también provincia de Madrid.

La estación de Robledo de Chavela es una de las tres estaciones repartidas por la NASA a lo largo del mundo para seguimiento de misiones interplanetarias. Cuenta con seis enormes antenas parabólicas, una de 11 metros, otra de 26 metros, tres de 34 metros y la gigante de 70 metros de diámetro. Antenas que no sólo se utilizan para seguimiento de misiones, sino que en un momento dado pueden dedicarse también a trabajos de radioastronomía.

Estas antenas están equipadas con preamplificadores MASER (como un láser pero trabajando con ondas de radio en lugar de luz visible) enfriados a temperaturas de -269 ºC (sólo 4 ºC por encima del cero absoluto), para reducir el ruido propio al mínimo nivel posible. En cuanto a emisión, están equipadas con transmisores klystron de hasta 400 Kw de potencia para la antena de 70 metros.

La estación de la ESA en Villafranca del Castillo (VILSPA) no es tan espectacular por el tamaño de sus antenas, pero no por ello tiene menos importancia. Aunque equipada con antenas de 4, 12 y 15 metros dedicadas fundamentalmente al seguimiento de satélites científicos de la ESA, quizás lo más importante es que actúa también como un instituto de investigación en el que decenas de científicos europeos trabajan procesando los datos enviados por estos satélites, entre los que están algunos de los más importantes telescopios espaciales de la Agencia Espacial Europea. En septiembre de 2005 se añadió a las instalaciones una nueva antena de 35 metros para seguimiento de misiones del espacio profundo en Cebreros, Ávila, en dependencia directa de VILSPA. Se trata de una de las dos antenas que forman a día de hoy la red de espacio profundo de la Agencia Espacial Europea, ubicándose la otra antena en New Norcia, Australia.