FIS_EA_U4_JOCG

Física Unidad 4. La luzEvidencia de aprendizajeSistema de Comunicaciones del Satélite

Nombre del proyecto

“Sistema de comunicaciones del satélite”.

Objetivo

Desarrollar un modelo para la puesta en órbita de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso y describir su sistema de comunicaciones.

Introducción

La utilización de un satélite artificial para trasmitir una onda, se basa en la utilización de tecnología adecuada para poder trasmitir señales en un ancho de banda muy grande, así es como se entabla la comunicación entre dos estaciones en la tierra, ubicadas en distintos puntos del planeta separadas por una gran distancia, o en zonas de difícil acceso, dando de esta manera una cobertura muy extensa, de la misma manera se puede entablar comunicación con estaciones móviles, las cuales se pueden ubicar dentro de un barco, ferrocarril, avión, submarino, etc., se cuenta con un tipo de satélite artificial que tiene la característica de repetir una señal, lográndose la comunicación en diferentes partes del globo terráqueo, lográndose la comunicación global, con la utilización de 3 satélites artificiales, que se sitúan a 120 grados sobre una órbita geoestacionaria, y con esto se da la comunicación global.

Los sistemas satelitales de telecomunicaciones son en esencia, un conjunto de dispositivos que se suman para hacer posible una comunicación a través de microondas entre un conjunto de estaciones terrenas empleando un repetidor hospedado en el espacio. Desde este punto de vista, no es arriesgado pensar que un sistema de comunicaciones por satélite es conceptualmente equivalente a un mecanismo de transmisión como lo sería una fibra óptica, un cable coaxial o un par de cobre, considerando debidamente las proporciones y características de cada uno. Aún cuando se hable de procesamiento a bordo de los satélites, este debe entenderse como procesos realizados sobre la portadora o la señal de banda base orientados a garantizar la integridad de la información durante el proceso de transporte y no a cambiar el contenido o significado que esta representa para el usuario, dado que el objetivo es hacer que el sistema satelital sea transparente para la información que se cursa a través del mismo.

Por lo que el mejor tipo de propagación para una onda que se puede utilizar para enviar al satélite de comunicación de un punto a otro en la tierra, es “Onda de Reflexión”, pues este tipo de onda puede atravesar por diversas capas de la atmosfera terrestre; hay dos tipos de reflexividad, una es la propagación por reflexión en la superficie de la luna, siendo usado el satélite natural como un reflector, por lo que es necesario que la luna se pueda ver entre dos puntos (estaciones terrestres), una que trasmite y otra que recibe, y la utilización de frecuencias dentro del rango VHF de las siglas en ingles de Very High Frequency (Muy Alta Frecuencia) y UHF de las siglas del inglés Ultra High

Nombre: José Manuel Cisneros GuerreroMatricula: AL13501896


Frequency (frecuencia ultra alta) que pueden cruzar la atmosfera terrestre, así es como pueden entablar comunicación dos estaciones terrestres en cualquier parte del mundo.

Desarrollo

A la luz se le conoce como algún tipo de onda electromagnética, y es producida por objetos que emiten energía suficiente, para que percibamos un sonido, y que se relacione con la amplitud de onda, es el llamado timbre, teniendo las medidas de la velocidad del sonido, el cual se ha medido en distintos medios:

En el aire 340 m/sEn el agua 1,438 m/sEn el acero 5,200 m/sEn el aluminio 6,400 m/s

Así es como se ha determinado que la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en estos es mayor en los gases, así se puede decir que cuando una onda inicia sobre la superficie de un medio que es distinto a aquel en que se propaga, este fenómeno es conocido como reflexión.

La onda debe ser emitida en una frecuencia alta, por lo que la oscilación en la antena debe estar entre, por lo menos, 50 MHz a 40GHz, por lo que el emisor tiene que trabajar a esa frecuencia y debe polarizar la antena con frecuencias que permitan la trasmisión de la información en la banda que la transporta, entre las longitudes de 6 hasta 0.0075 metros, lo que nos remite a que la potencia debe ser considerada por lo enorme de la distancia y sin dejar de lado los obstáculos naturales y de la misma naturaleza que tiene la tierra.

La velocidad de transmisión de las ondas electromagnéticas, pueden llegar cerca de los 300,000 km/s., casi igual que la de la velocidad de la luz; teniendo en cuenta que la altura que registra una órbita geoestacionaria es en base al radio de la tierra más la distancia de dicha orbita, y se representa de la siguiente manera:

r=6 .378Km.+35 ,786Km.=42 ,164Km .=4 .2164∗107m .

En la actualidad la mayoría de los satélites tienen la capacitad de manejar frecuencias hasta más de 1 GHz., por lo que su longitud de onda se puede representar mediante la siguiente fórmula:

λ= cf=3∗10

8m /s1∗109Hz

=0.3m



Modelar la onda que se usará para la transmisión de datos y la comunicación con el satélite apoyándote en la descripción de la onda que hiciste en la práctica 1.

Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación.

Las ondas que da un satélite a alguna parte de la tierra son ondulatorias, esto se da por la distancia a la que viajan y por ser ondas.Un satélite puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponer), un sistema satelital consiste de un transponer, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del trafico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.

Describir la forma de evitar la interferencia y el ruido en las comunicaciones usando los resultados de la práctica 2.

El satélite contiene varios transponedores, cada uno de los cuales capta alguna porción del espectro, amplifica la señal de entrada y después la redifunde a otra frecuencia para evitar la interferencia con la señal de entrada.

Cada canal puede tener un ancho de banda de 27 a 72 MHz y puede utilizarse para enviar señales analógicas de vídeo y/o audio, o señales digitales que puedan corresponder a televisión (normal o en alta definición), radio digital (calidad CD), conversaciones telefónicas digitalizadas, datos, etc. La eficiencia que se obtiene suele ser de 1 bit/s por Hz; así, por ejemplo, un canal de 50 MHz permitiría transmitir un total de 50 Mbyte/s de información.Las bandas de frecuencia usadas son:C: subida 5,925-6.425 GHz, downlink 3,7-4.2 GHzKu: subida 14-14.5 GHz, downlink 11,7-12.2 GHzKa: subida 19.7 GHz, downlink 31Ghz

Interferencia.- Esto se entiende cuando dos señales se interrumpen entro ellas misma, o cuando estas llegan a ocupar el mismos espacio en el mismo tiempo.

Ruido.- En la comunicación es toda señal no deseada que se combina con la señal que transmitimos



Para esto diremos que el ruido es a cualquier cosa que no se desea y que llega a opacar a una señal normal, sin que se encuentre relacionada con esta cosa, se puede dar por hecho que casi siempre se origina en fuentes acústicas, fuentes eléctricas, o puede tener un origen óptico, térmico, magnético, etc., también se puede crear el ruido dentro del enlace de comunicaciones y es de naturaleza aleatoria; en la actualidad tenemos la existencia de una gran variedad de mecanismos que pueden originar un ruido, dentro de estos tenemos los más comunes como: el térmico, el de granalla, el de paralelo y el atmosférico.

Modelo del ruido.

En la mayoría de las comunicaciones de datos por medio de un satélite, los errores que son causados por ruidos se pueden interpretar como bits adicionales o faltantes, también están presentes en conversaciones por teléfono, radio y televisión.

Para poder evitar que este ruido esté presente en las comunicaciones, en las estaciones emisoras y receptoras de comunicación, habitualmente se introduce cierta parte de redundancia al codificarse el mensaje, esta redundancia forma parte del mensaje y se puede omitir sin que se pierda la información

Describir el sistema para la toma de imágenes.

Un sistema de toma de imágenes desde el espacio de un satélite se encuentra constituido por un sistema óptico con lentes diversas, por decirlo así de un gran angular y teleobjetivos, un control de disparo que decide la toma y el momento, un sistema conversor en señales eléctricas, cámaras de CCD, un sistema de almacenamiento de las imágenes generalmente magnético, y un sistema transmisor que puede ser el general telemétrico. El envío de fotografías se realiza punto a punto, en codificación digitalizada de la tonalidad, si bien existen varias formas, distintas en el tiempo. Las imágenes de TV son transmitidas punto a punto, línea a línea. Los puntos o elementos de la imagen son llamados píxeles.



La obtención de fotografías en color se realiza con 3 tomas por cada punto con un filtro, una en cada color azul, rojo y verde; luego se superponen para obtener la definitiva que es retocada con los sistemas correctores oportunos, ya en tierra.

En el paso una fotografía de la sonda Voyager constaba de 800 líneas cada una de 800 puntos, con lo que el total de píxeles básicos era de 640.000. Estos a su vez, cada píxel tenía 256 posibilidades de tonalidad o brillo entre el blanco y el negro y se expresaba con 8 bits más por lo que, sin contar las repeticiones de seguridad, el total de bits de una fotografía ascendía ya a 5.120.000. Pero el procedimiento de comprensión puede reducirlos luego.

A los sistemas de imágenes se les incorpora con el tiempo los CCD, dispositivos de carga acoplada, que permiten potenciar la toma, aumentando por ejemplo la luz más débil. Este tipo de dispositivo está constituido por células fotosensibles compuestas por unos electrodos sobre los que va un aislante y una capa de cristal de silicio. El tratamiento de imágenes en tierra no solo comprenden las recomposiciones digitales y de color, sino también la geometría distorsionada por los ángulos de la toma, de modo que se puede “verticalizar” la vista final con estiramientos, etc. Claro que se hacen fotocomposiciones y mosaicos, corrigiendo las tonalidades para encajar los bordes, retoques de luminosidad, nitidez, etc.

Describir el dispositivo para obtener energía eléctrica, usa los resultados de la práctica 3.

Un satélite tiene soporte eléctrico, cuando atraviesa una zona de sombra y para esto los sistemas diseñados para producir energía eléctrica en el espacio, les permiten seguir trabajando con este suministro de energía, los cuales pueden ser administrados por un sistema estabilizador del voltaje, para esto existen diferentes dispositivos, de los cuales iremos describiendo un poco:

Se llama batería a los sistemas que permiten la acumulación de la energía, como las baterías que utilizan los vehículos en la tierra, pero estas se han adaptado y mejorado con la utilización de nuevos materiales y técnicas mejoradas, con una gran protección para soportar los elementos del vuelo, están acondicionadas para almacenar energía que se capta o genera mediante sistemas diseñados para esto, las baterías se elaboran principalmente de cadmio-plata, zinc-plata y níquel-cadmio, de mayor durabilidad y fácil de regular

Uno de los medios para captar energía, es mediante el uso de paneles solares, los cuales se encuentran integrados por miles de células solares o fotovoltaicas interconectadas con una red cableada, al lanzarse el satélite los paneles van plegados, al llegar a su georbita se despliegan y comienzan su función de captar energía que llega del sol y convertirla en electricidad al liberar en las células, electrones, el fotón absorbido adquiere un átomo de energía, libera un electrón ionizado, esta energía es utilizada directamente o puede ser almacenada, para su uso cuando al satélite no se encuentra iluminado por el sol, resultando uno de los mejores abastecedores de energía para satélites.

Un satélite pueden usarse células o pilas de combustible, que es un sistema químico que produce electricidad; basado en el empleo de hidrogeno y oxigeno, los que al combinarse en una reacción,



producen agua, calor y aportan electricidad; es exactamente lo inverso a la electrólisis; en uno de los 2 electrodos entra hidrogeno y en el otro oxigeno, la reacción química hace que el hidrogeno libere su electrón que se pasa al cátodo (polo negativo) y genera la electricidad, y el protón atraviesa al electrolito (hidróxido de potasio), su aporte energético es de 12 Kw

algunos satélites, se utilizan los generadores radio isotópicos, los cuales llevan un reactor atómico, que obtiene la energía que aportan los isótopos de un elemento, que se encuentra en barras o tubos, al generarse calor, da lugar a una reacción que se convierte en electricidad con grupos termopares; pares de materiales como el plomo y el telurio o el silicio y el germanio, son calentados por un extremo y enfriados por el otro, dan a una producción de corriente eléctrica, habitualmente se utilizan en sondas interplanetarias.

Elaborar un mapa mental de la implementación del proyecto en lo que se refiere a los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz, elementos de óptica y mecánica cuántica.

La luz nos presenta una naturaleza muy compleja, que depende del punto de vista en que la observemos y se nos manifestará como una onda o como una partícula, estos estados no se excluyen, sino que se complementan, como en la cualidad onda-corpúsculo, pero para efectos de esta actividad, los podemos clasificar en los fenómenos en los que participa, según la interpretación teórica de:

Modelo corpuscular de la luz o teoría corpuscular, estudia la luz cuando las ondas electromagnéticas se presentan como un torrente de partículas, sin carga y sin masa, a la cuales se les llama fotones, que tienen la capacidad de transportar todas las formas de radiación electromagnética.

Tenemos por dado que la luz experimenta fenómenos característicos de las ondas, como lo es la reflexión, refracción y difracción, se piensa que la luz está considerada como una onda electromagnética, modelo que fue Huygens.

Actualmente el modelo más usado es corpuscular-ondulatorio; porque la luz también tiene propiedades de una partícula y eso fue evidenciado por los estudios de Max Planck y por su Teoría Cuántica.

La mecánica cuántica, también conocida como la mecánica ondulatoria, en alguna de sus definiciones, nos dice que es una de las ramas principales de la física, encargada de explicar el comportamiento de la materia y de la energía; trata con sistemas mecánicos de muy pequeña escala o con pequeña energía, ocasionalmente con sistemas macroscópicos que permiten la cuantización de alguna magnitud física. En el principio de determinación por medio del cual se explica porque la evolución de un sistema es determinista, pues las ecuaciones, para la función de onda de la mecánica cuántica, no admiten predecir el estado del sistema después de aplicar una medida concreta.




Luz

Modelo corpuscular de la luz

Modelo mecánica cuántica

Modelo ondulatorio de la luz

Reflexión

Modelo Newton

Fotones

Refracción

Difracción / interferencia

Átomos

Luz


Conclusiones

Al estar constituido físicamente, por uno o más medios de transmisión un canal de comunicación depende directamente de los parámetros y características de los medios para la comunicación que lo conforman, las bandas VLF, LF y MF (que se usa en Amplitud Modulada), pertenecen al grupo de bajas frecuencias y se propagan por la superficie del planeta, las bandas Hf y VHF, contienen las mejores cualidades para rebotar en la ionosfera, dándole un amplio uso en los diversos sistemas de comunicaciones entre grandes distancias, esto quiere decir que el uso de estas señales de alta frecuencia, operan en el rango arriba de 1 GHz. por lo que para enlazarse al satélite debe constar de tres elementos:

Señal de subida.- Es una estación en la tierra que emite la señal hacia el satélite.

Transponder.- Que es un dispositivo que permite captar la señal, amplificándola y la redifunde a otra frecuencia (así evita interferencias), en haces de transmisión que permiten una cobertura amplia o una fracción de la superficie en la tierra.

Señal de baja.- Que es un receptor, que interpreta las frecuencias de bajada.


Modelo EinsteinPolarización

Ondas electromagnéticas

Materia


Estas frecuencias se dividen en bandas denominadas C, X y Ku, de uso común en la comunicación vía satélite, a continuación se da la clasificación:

BandaEnlace ascendente

(ghz)

Enlace descendente

(GHz.)Problemas que presenta

C 5.925 – 6.425 3.7 – 4.2 interferencia terrestre

X 14.0 – 14.5 11.7 – 12.2 lluvia

Ku 13 – 14.5 10.95 – 12.5 lluvia y costo del equipo

Fuentes de información

http://://ruido.wikispaces.com/RUIDO+EN+COMUNICACIONES”

http://sistemasencomunicaciones.blogspot.mx/2011/ruido-e-interferencia.html

http://www.srgis.cl/pdf/guía_basica_imagenes_satelitales.pdf

http://www.sib.gov.ar/archivos/Protocolo_Landsat

http://www.morcom.com/span/satellite_imaging.html

http://www.stuffintheair.com/image-satellite-weather.html

http://www.cosmonautica.es/11.html#_fotografias

http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No7/Susana%20Calas%5Cimagenes_satelitales.html

http://www.cs.buap.mx/~iolmos/redes/6_Medios_Guiados_NoGuiados.pdf

http://cinematicamecanica.blogspot.mx/2011/05/la-mecanica-es-una-ciencia.html


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http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No7/Susana%20Calas%5Cimagenes_satelitales.html

http://www.cosmonautica.es/11.html#_fotografias

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http://www.srgis.cl/pdf/gu%C3%ADa_basica_imagenes_satelitales.pdf

http://sistemasencomunicaciones.blogspot.mx/2011/ruido-e-interferencia.html

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