Cómo se hará para que el Arsat -1 ingrese a la órbita geoestacionaria

El cohete Ariane lanzó al satélite ARSAT-1 a una órbita de transferencia y el personal de la estación Benavidez deberá cambiarlo a una órbita geoestacionaria mediante una sola maniobra. La órbita de transferencia es elíptica y la geoestacionaria es circular.

Descripción de la situación

En la Fig.1 está dibujada la situación en que se encuentra el satélite ARSAT-1 desde que fue lanzado por el cohete Ariane. La tierra se encuentra ubicada en uno de los focos de la órbita elíptica de transferencia. El satélite Arsat -1 se encuentra girando sobre dicha órbita de oeste a este (sentido contrario a las agujas del reloj), en el mismo sentido que la tierra. El punto de la órbita elíptica más cercano a la tierra se denomina perigeo, es el punto más bajo mirando desde la tierra. El punto más alejado de la tierra (el más alto para un observador terrestre) es el llamado apogeo y es el punto de tangencia entre la órbita elíptica de transferencia y la órbita geoestacionaria, que es a donde los operadores de Benavidez queren llevar al satélite. Toda la órbita geoestacionaria está separada de la tierra por 36.000Km. A esa altura no hay atmósfera y por eso cuando el satélite ingrese a dicha órbita se moverá con la velocidad inicial de ingreso que permanecerá constante. La órbita elíptica, en cambio, tiene una parte en el recorrido actual del satélite con rozamiento con la atmósfera reducida en su parte más baja. La parte más alta de la órbita, la cercana a los 36.000Km, no tiene rozamiento. Cuando el satélite, actualmente, girando sobre la órbita elíptica se va acercando al perigeo se va acelerando (aumenta su velocidad tangencial). Cuando se aleja hacia el apogeo su velocidad tangencial se reduce. (2da Ley de Kepler)

Fig.1 – El estado de cosas actual del satélite Arsat-1

La maniobra para pasar de la órbita elíptica de transferencia a la órbita circular geoestacionaria

La maniobra que harán los operadores de la estación Benavides para llevar el satélite Arsat – 1 desde la órbita de transferencia a la geoestacionaria consistirá en aumentar en un valor Δv la velocidad del satélite, cuando este se encuentre pasando por el apogeo, en el valor exacto para que comience a girar en la órbita geoestacionaria a partir del punto de tangencia. Para aumentar esa velocidad hace falta que exista una aceleración del satélite y para que exista dicha aceleración hace falta aplicarle una fuerza al aparato. Eso se consigue con el motor de apogeo del satélite.

Una vez que esto se haga con éxito, el satélite comenzará a moverse en todo su recorrido por la órbita geoestacionaria a la misma velocidad angular que la tierra y demorará para dar una vuelta completa exactamente 23 horas, 56 minutos y 4,09 segundos (día sideral).
Según INVAP, el combustible que se consumirá en la maniobra de cambio de órbita, más el que se consumirá durante todos los preparativos, que durarán 10 días, será igual al 80% del total del combustible que lleva el satélite. 

Actualización – 22/10/2014

Intentando decodificar la noticia de Telam del 21/10/2014

La noticia dice:

“Satélite Arsat 1 viaja "a la perfección" hacia su órbita definitiva

Gira alrededor de la Tierra tras tener resultados que "superaron lo planificado" en la segunda maniobra de aproximación a su órbita definitiva, a 36.000 kilómetros, y se apresta a un nuevo encendido para alcanzar los 29.000 kilómetros, informó la empresa satelital estatal.

Entre los datos verificados se menciona "un incremento de su velocidad de 510 metros por segundo, alcanzando una altura de perigeo de 14.000 kilómetros", desde los 4.600 kilómetros en que fue dejado tras la primera maniobra.
"Según lo previsto, se disminuyó su inclinación de 3,5 a 1,52 grados, que casi puede considerarse como ecuatorial", con todos los subsistemas de propulsión y autocontrol del satélite funcionando correctamente.
Arsat dijo que "el equipo de DLR -Agencia Espacial Alemana- resaltó el excelente funcionamiento del software de control del satélite".
Para seguir viaje hacia la nueva altura, la próxima maniobra consistirá en encender nuevamente el motor de apogeo (LAE) por unos 38 minutos.
El equipo de Arsat encargado de la puesta en órbita de satélite está conformado por unas 20 personas divididas en grupos, con turnos permanentes.”

Interpretación

La maniobra que mencionamos más arriba se estaría realizando en varias etapas. Hasta el 21 de octubre se habían realizado dos de estas etapas y la tercera estaría planificada para ser realizada un día subsiguiente no especificado.

La velocidad del satélite es un vector. Para cambiar la inclinación del plano de la órbita elíptica con respecto al plano del ecuador, el Δv necesario debe ser una componente perpendicular al plano de la órbita. Para “circularizar” (palabra que no está en el diccionario) la órbita elíptica, o sea transformarla en una circunferencia, es necesario aplicar un Δv que sea una componente radial. Si bien estas dos acciones pueden hacerse por separado, en distintos días, suele hacerse al mismo tiempo para ahorrar combustible, con un Δv que sea la suma vectorial de las dos componentes (radial y normal).

De ser este último el criterio seguido, me llama la atención que en el resultado comunicado por ARSAT a través de Telam, solo se mencione la mejora de inclinación y no se hable de la reducción de excentricidad (circulización).

Mi duda en este momento es ¿están ajustando inclinación y circularización juntas, o solo una de ellas actualmente?

Habrá que esperar el próximo informe, que sería deseable que fuera más completo y explícito.

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Actualización – 23/10/2014

Intentando decodificar la noticia de Telam del 22/10/2014 – 18:29

La noticia dice:

“Restan tres maniobras para que el Arsat-1 quede en la posición orbital definitiva

La colocación del satélite argentino en la posición orbital 71 grados 8 Oeste se definirá en tres maniobras que supervisarán desde la estación terrena en Benavídez, unas 70 personas, entre ingenieros, técnicos, expertos, trabajadores y grupo de decisión.

La colocación del satélite argentino Arsat 1 en la posición orbital 71 grados 8 Oeste se definirá en tres maniobras que supervisarán desde la estación terrena en Benavídez, unas 70 personas, entre ingenieros, técnicos, expertos, trabajadores y grupo de decisión.
Esta tarde, mientras el ministro de Planificación Federal, Julio de Vido, recorría con intendentes de la zona las instalaciones del centro de datos de Arsat, ya comenzaban las operaciones de preparación para que a las 20 se realice un "disparo" que eleve al Arsat 1 de los 14.000 kilómetros de distancia de la superficie de la tierra, hasta los 30.000 kilómetros.
El jefe del proyecto Arsat 1 Andrés Rodríguez precisó a Télam que el "disparo" consiste en abrir una válvula que genera combustión, se incendia y el satélite se mueve". ”

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Intentando decodificar la noticia de Telam del 23/10/2014 – 18:50

La noticia dice:

“Concluyó con éxito la tercera maniobra de puesta en órbita del Arsat-1

Se trata de la maniobra de apogeo para acercar al satélite a la órbita geoestacionaria, ubicada a cerca de 36.000 kilómetros de la Tierra, informó la empresa estatal desde su estación terrena de Benavídez.

Concluida la maniobra, el primer satélite geoestacionario argentino quedó configurado en modo seguro y orientado nuevamente hacia el Sol hasta el próximo procedimiento.
En esta tercera maniobra se contó con la valiosa información de las que se hicieron anteriormente, lo que permitió mejorar la precisión del control del satélite en su trayectoria.
En todo momento se fue controlando la temperatura del motor (su cámara de combustión), las presiones de los tanques y las perturbaciones.
La configuración de vuelo de esta maniobra (AMF3, Apogee Manouver Firing) fue la misma que se había adoptado para la AMF2, dado que demostró ser muy eficiente.
El procedimiento culminado en la noche de ayer para terminar de acercar el satélite a la órbita geoestacionaria fue el último "de larga duración".
A partir de ahora, se realizarán movimientos más pequeños que permita la ubicación del primer satélite argentino de telecomunicaciones su ubicación para iniciar las pruebas en órbitas previas al inicio del servicio (In Orbit Test).”

Interpretación

Las dos últimas informaciones son menos precisas que la primera. Incluso se habla de 30.000Km de altura de perigeo, cuando habían previsto 29.000. Concluída la operación no se dan valores de nada. Solo se dice que la configuración de vuelo de la 3ra etapa fue la misma que la de la segunda, sobre la cual tampoco se informó en su momento como corresponde. Con estas informaciones no se puede hacer interpretación alguna.

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 Actualización - 27/10/2014

Noticia de Telam - 26.10.2014, 21:34

El satélite Arsat 1 llegó a la órbita geoestacionaria

La Estación Terrena Benavídez dirigió con éxito la última de las cinco maniobras de apogeo (AMF, por las siglas en inglés de Apogee Manouver Firing) que llevaron al primer satélite de telecomunicaciones argentino a la órbita.

Mientras que al principio el Arsat-1 se desplazaba en una órbita de 250 kilómetros de perigeo (el punto más bajo) y casi 36.000 de apogeo (el punto más alto), actualmente lo hace en una órbita cuya altitud en todos los puntos ronda los 35.736 kilómetros sobre el nivel del mar, detallaron en un comunicado.
Las AMF fueron precedidas por procedimientos de preparación, incluido el posicionamiento del satélite (que regularmente se encuentra orientado al Sol) en la dirección en que debe ser acelerado. Lo central de estas maniobras, que fueron cinco y se realizaron los días 18, 20, 22, 24 y 25 de este mes, consistió en la activación del motor principal del satélite en momentos de hallarse en el punto más alto de la órbita, lo que le permitió adquirir otras más altas y más circulares.
Las tres primeras maniobras, explicaron, fueron más largas que las dos últimas, orientadas a hacer una adquisición fina y final de la órbita geoestacionaria.
Mientras que la primera maniobra de encendido del motor de apogeo del Arsat-1 (que se realizó a dos días del lanzamiento) duró casi una hora, las últimas finalizaron apenas unos minutos después de iniciadas: la cuarta comenzó este sábado a las 13.10 y concluyó las 13.13 y la quinta inició hoy a las 11.51 y culminó 11.56, cinco minutos después, precisaron.
La órbita, casi circular, está ubicada en el plano ecuatorial, a 35.736 kilómetros de distancia de la Tierra y desde ahora la estación de Benavídez será el único telepuerto controlante del Arsat-1

La estación de Benavídez, que contó desde el lanzamiento del satélite con la colaboración de estaciones terrenas de otras latitudes, tuvo a su cargo la dirección de las cinco maniobras de AMF. El Ministerio destacó "la calidad" de ese trabajo "en cuanto a precisión en las operaciones y el seguimiento" y "el excelente funcionamiento del software de control interno del satélite, que en el caso del integrado al Arsat-1 es un desarrollo argentino".
La etapa de AMF finalizó al alcanzar el satélite la órbita geoestacionaria, que es casi circular, se desplaza en el mismo sentido en que rota la Tierra y tiene un período orbital igual al período de rotación de nuestro planeta, lo que hace que el control actual que tiene la estación Benavídez "pueda ser permanente".
Los siguientes pasos del Arsat-1 en el espacio incluyen la apertura completa de los paneles solares y de la antena reflectora con la que se brindarán los servicios.
Matías Bianchi, presidente de Arsat, dijo que con las operaciones de este domingo culminó "una etapa más del gran desafío de tener un satélite argentino brindando servicios de telecomunicaciones al país".

Comentario:

Con algunos problemas en su almanaque y las imprecisiones de costumbre, Telam nos informa a su manera la realización de las ultimas etapas de la maniobra. Parecería que cada acción incluyó levantar el plano de la órbita para bajar el ángulo de incidencia y circularización simultanea. No informan cuanto combustible (propelente) les queda, que sería importante saberlo.