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Agencia Espacial Europea: los programas de telecomunicaciones de la ESA
MONOGRÁFICO AGENCIA ESPACIAL EUROPEA Los 20 años de historia de las conwniaciones por satélite en Europa han contemplado una clara evolución tanto de la arquitectura y concepción de los sistemas como de los servicios que J éstos ofrecen El desarrollo de la tecnología ha permitido incorporar progresivamente mayores demandas al segmento espacial lo cual ha traído consigo una espectacular diversifícación de los servicios de telecomunicaciones y la aparición de aplicaciones cada vez más orientadas a los usuarios Este artículo pasa revista a los pogromos de Telecomunicaciones de la Agenda Espacial Europea haciendo especial hincapié en dicha evolución al tiempo que destaca el papel de la Agencia en el fomento de nuevas tecnologías y en el desarrollo de sistemas experimentales que potencien la competividad del sector espacial europeo en el mercado mundial Los programas de Telecomunicaciones de la Agencia Espacial Europea Samuel C Muñoz García lace ya más de dos décadas5 en julio de 19701 la Cuarta Conferencia Interministerial Europea del Espacio decidió que la Organiza ción Europea para la investigación Espacial ÍESRO que después pasaría a convertirse en la Agencia Espacial Europea SA no debía restringir sus actividades a la exploración cic tífica del espaciot sino que había de emprender asimismo programas de aplicación tales como telecomunicaciones y observación de la TierraI OTSy ECS El programa ECS uropean Communication SatelliteJ es el punto de partida de las nicaciones por Satélite en EuropaI Dicho pro grama nació con un objetivo muy claror dotar a las administraciones nacionales de Telecom nicaciones ÍPTTsJ de enlaces por satélite para llamadas telefónicas internacionales5 así como permitir a la Unión Europea de Radiodifusiónla expansión de la red de SION para el intercambio de programas de televisión El programa comenzó a tomar forma en 1972 con la decisión de construir un satélite llamado Orbital Test Satellite ÍOTSJ cuyo objetivo sería comprobar el diseño propuesto para el futuro satélite operacional ECS Su carga útil de conn nicaciones en la banda de 1114 GHz ha pc mitido experimentar técnicas de transmisión y tecnología de abordo5 tales como transmisión digital con acceso múltiple por división tempev ral o reutilización de frecuencias por discrimin ción de polarización que han sido posterio mente utilizadas de forma generalizada en otros programasI El satélite OTS5 lanzado en mayo de 1978 con un tiempo de vida esperado de tres años5 ha mantenido su capacidad operativa tras más de 12 años en órbitaI En 1977 varias administraciones nacionales de Telecomunicaciones establecieron una nueva organización llamada EUTELSAT ques coru bida como una réplica europea de INTELSAT5 se haría cargo de la gestión del futuro sistema de comunicaciones por satélite que habría de entrar en funcionamiento a principio de los 8ÍX Tras un tiempo de experimentación a cargo de la Agencia5 el satélite OTS fue utilizado conjuiv tamente por ESA y EUTELSAT para varias misiones expcrimentales5 de demostración y prcoparacionales EUTELSAT dejó de utilizar OTS en diciembre de 1983 cuando empezó a operar el primer satélite de la serie ECSI La Agencia5 no obstaiv te5 ha continuado utilizando OTS como un abanco de pruebas11 en órbita5 para expcrimeiv tar nuevas técnicas de operación y control de satélites antes de que éstas fueran empleadas en otros satélites de comunicaciones opcracionalesI El programa ECS5 culminado en julio de 1988 con el lanzamiento del ECS5 proporcionó a EUTELSAT su primera generación de satélites 1 A partir de entonces5 EUTELSAT ha comcii7 do a desarrollara ya independientemente de ESA1 una segunda generación cuyo segundo satélite ÍEUTELSAT IIF2 ha sido lanzado en enero de este añex Si bien la misión inicial de EUTELSAT fue pro porcionar enlaces de alta capacidad entre cenmv les telefónicas intcrnacionales5 la presión del mercado pronto hizo patente la necesidad de incorporar en el sistema aplicaciones más atract vas5 tales como distribución de programas de televisión a redes de cable y comunicaciones orientadas a los negocios que utilizarán peqi ños terminales ubicados en las instalaciones de los usuariosI Actualmente gran parte de la capa cidad disponible en los cinco satélites operacio nales se dedica a la distribución de TV 4 prcv gramas regulares y sólo una parte relativamente modesta a servicios orientados a los negocios MARECS Wa desde comienzos de la década de los 705 la Agencia comenzó a tomar conciencia de la necesidad de desarrollar un sistema de comun caciones marítimas por satélite En 1973 varios estados miembros decidieron financiar el desa rrollo del satélite MAROTS posteriormente denominado MARECS que5 reutilizando la configuración básica de ECS7 prestase servicios de comunicaciones generales ftelefonía1 telex y datos radiodetcrminación5 alerta5 búsqueda y rescate El subsistema de comunicaciones de MARECS utiliza la banda C Í476 GHzj para el enlace entre el satélite y las estaciones costeras y la banda L para el enlace con los móvilesI Dcb do a la escasez de espectro asignado a este serv cio en banda L5 la utilización eficiente de la fix cuencia es una consideración primordial de MARECSI Paralelamente al desarrollo de MARECS y como resultado de estudios realizados años atrás en el foro de la Organización Consultiva MarítN ma Internacional en julio de 1979 fue const tuida formalmente la Organización Internacio nal de Satélites Marítimos5 IXMARSA cuya finalidad sería la prestación de servicios con fines comerciales Durante su primer año de existencia5 INMAl SAT tuvo como tarea prioritaria la rápida adqu sición del segmento espaciad del cual depende ría la futura rentabilidad de la Organización Tras el estudio de varias propuestas5 el primer contrato de alquiler fue firmado con la Agencia Espacial Europea en noviembre de 198ÍL Dicho contrato proporcionó a INMARSAT la capac dad de los satélites MARECS y B durante un período conjunto de diez años1 Adcmás5 el Ceiv tro Europeo de Control de Operaciones de la Agencia ÍESO sería el responsable de la coo dinación de la red de estaciones de control y de la operación de los satélites í INMARSAT cueiv ta también con satélites del consorcio america no MARISAT y con cargas útiles abordo de satélites de INTELSAT Bajo los auspicios de INMARSAT5 los barcos lian disfrutado desde entonces de comunicacio nes fiables y de buena calidad en las tres rcgkv nes oceánicasI En la actualidad MARECS presta servicio ininterrumpido como principal satélite de INMARSAT en el océano Atlántico5 mientras que MARECS ha servido de satélite de reserva en la zona del Pacíficos Con unos 12 000 terminales en servicio en el sector mari timOj INMARSAT está en proceso de ofrecer servicios a otras dos comunidades de usuariosi aviación y móviles terrestres1 La Agencia Espacial Europea está también ü bajando activamente en este último scctor5 en el que existen unas interesantes posibilidades de mcrcadoI Un drástico esfuerzo tecnológico deberá llevarse a cabo con objeto de reducir el tamaño de los terminales5 haciendo así atractivo el servicio a un gran número de usuark OLYMPUSí El mayor satélite civil de comunicaciones Macia el final de la década de los 707 una vez que los programas ECS y MARECS hubieron alcanzado una fase avanzada5 la Agencia inició estudios encaminados a determinar qué nuevas tecnologías y qué tipo de plataformas serían necesarias para la siguiente generación de satél tes1 Por aquel entonces se anticipaba un rápido crecimiento de la difusión directa de televisión vía satélite fDBS La Agencia planteó entonces la necesidad de desarrollar satélites de comun caciones de gran volumen que ocupasen la capacidad completa del lanzador Ariane dedicados principalmente a DBS5 e inició un programa acelerado de investigación y desamv llo tecnológica Sin embargo5 estos trabajos ter minaron prematuramente en 1979 debido a la decisión franavalcmana de disociarse del pro yecto y desarrollar su propia serie de satélites CTVÁTTTDP de forma bilateral La Agencia emprendió entonces un estudio más amplio y un sondeo de mercado para satélites de comun caciones de gran volumen del que se concluyó que tal clase de satélites sería necesaria por un buen número de razonesI En primer lugar5 al poder imponer mayores demandas al segmento espaciad se hace posible la introducción de vos servicios de comunicaciones utilizando ter minales de muy pequeña apertura CVSAT Ad máSj la posibilidad de instalar varias cargas útiles dedicadas a distintos servicios abordo del mismo satélite revierte en una considerable c minución de los costes relativos de la plataforma por carga útiL Tras estudios de diseño realizados en la indus tria5 el programa OLYMPUS ípor entonces l mado Large Satellite o LSat fue aprobado por ocho países miembros de la Agencia en enero de 1982I Sus objetivos serían el desarrollo de una gran plataforma multpropósito diseñada para embarcar varias cargas útiles y proporcionar un amplio rango de nuevas aplicaciones de tek comunicaciones9 al tiempo que incrementar la capacidad tecnológica y la competitividad en el mercado mundial de las empresas participantes en el programa OLYMPUSj el mayor satélite civil de comuniew ciones lanzado hasta la fecha5 consta de las siguientes cargas útilesi Una carga útil a 12 55 20 y 30 GHz dedicada a completar y verificar los datos estadísticos de atenuación depolarización y otras degradaciones producidas por la pnxv gación de las ondas a través de la atmósfera terrestre a altas frecuencias 1 Los resultados obtenidos serán fundamentales en el diseño de enlaces en estas bandasI Una carga útil de Servicios Especializados en la banda de 1214 GHz para experimentos de comunicaciones avanzadas entre termimv lcs de pequeño tamaño 1 Dotada de una ant na multihaZj esta carga útil permite llevar a cabo acceso múltiple por división en el tienv po con conmutación a bordo SFDMA así como reutilizar frecuencias por discrim nación espacial y de polarización Una carga útil de difusión de televisión fDBSJ con dos canales de transmisión uno de uso prooperacional para Italia ÍRAIJ y otro de uso europeo1 En la actualidad5 la RAÍ proporciona 24 horas diarias de progiw mación a través del canal italiano1 mientras que el canal europeo es compartido por la BBC la organización Eurostep para la difusión de programas educativos y la prc pia Agencia Espacial EuropeaI Una carga útil de comunicaciones en la banda 20730 GHz dirigida a aplicaciones experimentales tales como videconferencia1 tcleducación y transmisión de vídeo y datos1 Desde el comienzo de las operaciones de OLYMPUS1 esta carga útil ha recibido una considerable atención5 principalmente por funcionar en una banda de frecuencias nueva que ofrece un gran potencial para comunicaciones por satélite y en la que nuc vas técnicas que hagan frente a los prob mas de propagación están aún por desarro llar Cabe destacar dos experimentos llevados a cabo por la Agencia y soportados por esta carga útiL El primerOj denominado DICE f Direct Interestablishments Communica tions KxperimentJ ofrece un servicio de videoconferencia y comunicaciones de negoa ciosI El segundo recibe el nombre de CODE fCooperarivc Olympus Data Experimenté y proporcionacomunicaciones entre terminales de apertura muy pequeña ÍVSATÍ a 64 kbits a través de una estación central ubic da en ESTEC fNoordwijk5 Países Bajos Suministra servicios tales como correo elec trónico y transferencia de datos entre oixk nadoresI Tras casi dos años de buen funcionamiento5 OLYMPUS ha sufrido recientemente ciertas anomalías que han obligado a interrumpir su operación y están siendo actualmente invesuga Los programas actualesi ARTEMIS y DRS En los últimos años5 las actividades de la Ageiv cia en el campo de las Telecomunicaciones se han centrado en la preparación de sus futuras misiones dentro de los programas PSDK tPayk ad and Spacecraft Development and Experimeiv tationj y DRPP fData Relay Preparatory Pro La principal actividad dentro del programa PSDK ha sido la definición de un satélite de demostración tecnológica llamado ARTEMISj mientras que el objetivo del programa DRPP ha sido el diseño del sistema de retransmisión de datos DRS ÍData Relay SystemJ necesario para dar servicio de comunicaciones a la futura infnv estructura espacial europea 1 Puesto que algunas de las cargas útiles desarrolladas para ARTKMIS tienen por objeto la experimentación de las tce nologías avanzadas de retransmisión de datos que serán empleadas en DRS5 ambos programas han sido combinados para dar lugar a un pn grama coherente de telecomunicaciones llama do DRTM ÍData Relay andTechnology Mis ARTEMIS ARTHMIS ÍAdvanced Relay and Tecnology Missioní es el último satélite de demostración tecnológica de comunicaciones de la Agenciaa El programa consiste en el desarrollen lanza miento y operación de un satélite geoestacior rio cuyo objetivo es probar la tecnología neces ria para sistemas avanzados de retransmisión de datos y comunicaciones móviles y abrir el cam 110 a futuros servicios operacionales en estos campea Si bien el sector de las comunicaciones cspaciiv les está experimentando una rápida expansión comerciad los riesgos asociados a la utilización de nuevas tecnologías son considerables y tanto la industria como los operadores son reticentes a embarcar nuevos sistemas dentro de sus activ dades comerciáis Varios estudios de mercado lian demostrado que es el momento oportuno para llevar a cabo una misión tecnológica que proporcione a la industria europea la posibilidad de mejorar y renovar su tecnología y de pixxv rarse así para los mercados comerciales de la próxima décadaI A partir de un amplio número de estudios llevv dos a cabo dentro del programa PSDK en los últimos años5 cuatro cargas útiles han sido finaU mente scleccionadasí para ARTKMLS por su potencial para promover nuevos servicios y mejorar la competitividad de las empresas europeasa Dos de ellas1 un sistema de comuniew ciones ópticas y una carga útil en banda S1 están dirigidas a probar tecnologías que han de ser utilizadas en DRS1 La tercera es una carga de comunicaciones móvils terrestres en banda L5 mientras que la última reúne varios propósitos experimentales en los campos de la propulsión y el almacenamiento de energíai La carga útil Silcz Semiconductor Láser Intersatellite Link KxperimentJ llevará a cabo un experimento de comunicaciones ópticas utilizando haces láser que proporción nará un enlace de datos con satélites en órb ta baja o en órbita geoestacionariaI Los avances experimentados en los últimos años en la tecnología de comunicaciones ópticas I aumento de la potencia de los diodos láser y de la sensibilidad de los receptoresj hace que éstos tengan un futuro prometedor para aplicaciones en espacio libre puesto que pei miten obtener enlaces de datos a alta velocv dad Í6S MbirsJ con menores demandas en los recursos de abordo Ímasa5 potencia y espectro deLa carga útil de rentransmisión de datos en banda S utiliza tecnología de phasedirray que permite generar simultáneamente varios haces dirigibles de alta ganancia y proporek na así acceso múltiple para canales de datos a velocidades medias de transmisión La carga útil de comunicaciones móviles terrestres en banda L incorporará un refleo tor de gran tamaño con objeto de propoi cionar cobertura europea a través de varios haces y permitir la reutilización de frecueiv cias1 Por últimOj una serie de experimentos tecnológicos9 tales como un paquete de pro pulsión iónica baterías de níqueLhidrógeno1 etct serán también incluidos en ARTEMIS1 Los nuevos planes para proyectos espaciales europeos incluyen un gran número de acthiv des en campos tan variados como vuelos tripuhv dos1 recuperación de satclitcs1 experimentos de microgravedadj observación de la Tierra o tek ciencia Todas ellas requieren un considerable aumento de la capacidad de comunicación entre el espacio y la Tierras En particular la expansión de la red terrena necesaria para dar cobertura a Hermes y a Columbus supondría la instalación de docenas de estaciones alderedor del Globo5 así como una complicada red de interconexión entre Una alternativa especialmente atractiva desde el punto de vista de su coste es la instalación del sistema DRS Mediante tan sólo dos satélites en órbita geoestacionaria5 dicho sistema permite la retransmisión de datos entre cualquier satélite usuario situado en una órbita baja y una esta ción terrena localizada en una amplia área de Europat Dada la escasez de ancho de banda dis ponible a bajas frecuencias5 la banda de 2030 Ghz ha sido seleccionada para el enlace entre los satélites DRS y las estaciones terrenasI Para el enlace Ínterorbitral se han elegido tres bandas de frecuenciai banda S5 banda Ka y frecuencias ópticasI La primera será utilizada para transm siones a velocidad inferior a 3 Mbitys5 mientras que las otras dos darán servicio a los usuarios que requieran mayores velocidades de transm síóil Si bien la banda óptica presenta un pron tedor ruturOj hoy por hoy todavía ofrece prest ciones algo inferiores a las de la banda KaI No obstante5 se trata de un área tecnológica de rápido desarrollo5 y la situación podría cambiar radicalmente en los próximos añosI Por el momentOj la carga útil Silez abordo de AlU MIS verificará las características de las comun caciones ópticas interorbitalcs que se planean para DRS Futuras Tendencias Durante los últimos años5 tal como hemos visto5 Europa ha entrado decididamente en el campo de las comunicaciones por satélite y el sector espacial europeo ha adquirido una not ble experienciaI No obstante todavía queda un largo camino por recorrer en lo que se refiere a la explotación eficiente de todos los recursos que estos sistemas ofrccen5 así como en el dcsa rrollo de nuevas aplicaciones1 El sistema EUTELSAT5 desarrollado durante la década de los 705 fue concebido como un sistc ma puramente orientado a la red telefónica que proporcionase capacidad adicional en las coi xiones internacionalesI Con el ticmpo1 la p sión del mercado lo ha redirigido hacia aplica ciones orientadas al usuaric en particular distr bución de televisión y servicios de ncgociosI Esta misma tendencia se mantendrá con toda seguridad en el curso de esta década5 y es de esperar el desarrollo de un gran número de nuc vos servicios en áreas en las que lo satélites oft cen atractivas posibilidades5 tales como redes privadas de negocios5 servicios de distribución abierta5 difusión directa5 tcleducación5 disem nación de información y recopilación de noticias a través de redes VSAT conectadas a la Red Digital de Servicios Digital de Servicios Intcg dos SDN Por otra parte5 las comunicaciones con móviles tenderán a extenderse a los sectores terrestre5 aeronáutico y de comunicaciones pc sonalcs Utilizando terminales portátilcs En este campo5 es de destacar el creciente interés que actualmente está recibiendo el estudio de nuevos tipos de órbitas quc5 al presentar un ángulo de elevación muy superior al de la óbita geoestacionaria vista desde las latitudes europc aSjdisminuyen los problemas asociados a la prc pagació Se puede predecid por tanto5 que los próximos 10 ó 15 años se caracterizarán en Europa por un florecimiento de nuevas aplicaciones orienta das al usuario sobre satélites de diseño conve cional más que por la implcmcntación de siste mas conceptualmcntc nucvos A más largo plazo5 las perspectivas más interesantes se ce tran en la utilización de satélites con procesa miento digital a bordo ÍOivboard processing Mediante la utilización de antenas multihaz5 este nuevo concepto de satélite pemitirá cxpk tar la flexibilidad inherente a los sistemas pos satélite para asignar su capacidad de forma dii mica a los diferentes cnlaccs5 adecuándose así a las fluctuaciones del tráfico El satélite dejará de ser un mero repetidor de señales en el que la capacidad se asigna de forma rígida5 y pasará a realizar las funciones de demodulación regei ración y conmutación de señales a bordo5 actuando así como un activo nodo de comun caciones integrado en la Tcd La materialización de estas sofisticadas arquitecturas en sistemas opcracionales no se puede esperar hasta dentro de al menos una décadaI Samuel C Muñoz García es Ingeniero Superior de Telecomunicaciones por la Universidad Politécnica de Madrid fDiciembrc 1989 Desde marzo de 1990y trabaja en el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial iESTECj en Noordwijkf Países Bajost dentro del Departamento de Comunicaciones por Satélite
30 oct 2015