Cómo los satélites compensan la pérdida de altitud orbital

Los satélites que orbitan la Tierra juegan un papel fundamental en la vida moderna, facilitando las telecomunicaciones, la navegación, el monitoreo climático y una amplia gama de actividades científicas. Sin embargo, los satélites no permanecen en sus órbitas de manera indefinida; están sujetos a varias fuerzas, entre las que el rozamiento atmosférico es una de las más importantes. Este fenómeno provoca una pérdida gradual de altitud que, si no se corrige, puede llevar al satélite a reingresar en la atmósfera terrestre y quemarse. Entonces, ¿cómo compensan los satélites esta pérdida de altitud para prolongar su vida útil?

¿Qué causa la pérdida de altitud en los satélites?

Aunque el espacio exterior está casi vacío, en las órbitas bajas de la Tierra (hasta aproximadamente 2.000 kilómetros de altitud), todavía hay trazas de atmósfera. En estas altitudes, los satélites experimentan una ligera fricción o resistencia atmosférica, también conocida como rozamiento atmosférico. Este fenómeno es más notorio en las órbitas bajas (LEO), donde los satélites como la Estación Espacial Internacional (ISS) y muchos satélites de observación de la Tierra se encuentran operando.

A medida que el satélite se desplaza a gran velocidad a través de estas partículas atmosféricas, su energía cinética disminuye. Como resultado, pierde altitud gradualmente y su órbita se decae. Otros factores que influyen en la altitud de los satélites incluyen:

1. La gravedad de la Tierra, que no es uniforme en todas partes debido a variaciones en la masa terrestre.
2. Las fuerzas gravitacionales de la Luna y el Sol, que también pueden alterar ligeramente las órbitas de los satélites.
3. La presión de radiación solar, que es una fuerza muy pequeña pero constante, producida por los fotones emitidos por el Sol.

Métodos de compensación de la pérdida de altitud

Para mantener su posición en órbita y compensar la pérdida de altitud, los satélites utilizan diversos métodos de propulsión y técnicas de corrección orbital. Los principales mecanismos incluyen:

1. Propulsores a bordo

Uno de los métodos más comunes es el uso de propulsores de cohetes a bordo del satélite. Estos propulsores están diseñados para realizar pequeñas correcciones orbitales mediante maniobras llamadas «reboost» o reimpulsos. Los sistemas de propulsión pueden ser de diferentes tipos:

• Motores de combustión química: Usan reacciones químicas para generar empuje. Estos son eficientes y potentes, pero consumen combustible rápidamente, lo que limita la cantidad de correcciones que pueden realizar antes de que el satélite se quede sin propelente.
• Propulsión eléctrica: Utiliza la electricidad para ionizar gases (como xenón) y expulsarlos a gran velocidad, generando impulso. Los motores iónicos o de plasma son ejemplos de este tipo de propulsión. Aunque el empuje es mucho menor que el de los motores químicos, son extremadamente eficientes en el uso del combustible, lo que les permite prolongar la vida útil del satélite.

2. Aerofrenado y maniobras atmosféricas

En algunos casos, los satélites en órbitas bajas pueden realizar maniobras de aerofrenado para ajustar su trayectoria. Este proceso implica que el satélite realice un pequeño descenso controlado a capas más densas de la atmósfera, utilizando la resistencia atmosférica para disminuir su velocidad y, luego, volver a una altitud mayor. Aunque esta técnica generalmente se emplea para cambiar la órbita del satélite (por ejemplo, cuando se necesita reducir la velocidad para ingresar a la atmósfera de un planeta), también se puede aprovechar para estabilizar o modificar la órbita de los satélites.

3. Alas solares y estabilización por radiación

Algunos satélites emplean paneles solares u otros dispositivos de superficie para aprovechar la presión de radiación solar. Aunque esta fuerza es extremadamente pequeña, en algunos casos puede utilizarse para realizar ajustes muy sutiles en la altitud y orientación del satélite. Al cambiar la orientación de los paneles solares o agregar superficies reflectantes, es posible aprovechar la radiación solar para ajustar la trayectoria del satélite a lo largo del tiempo.

4. Maniobras asistidas por la gravedad

Si bien no es una técnica de compensación directa del rozamiento atmosférico, los satélites interplanetarios y aquellos que orbitan a gran altitud pueden aprovechar las llamadas asistencias gravitacionales para modificar su órbita sin gastar combustible. Al pasar cerca de un planeta o una luna, el satélite puede aprovechar su fuerza gravitacional para cambiar su velocidad o trayectoria.

Factores que influyen en la frecuencia de las correcciones orbitales

La frecuencia con la que un satélite necesita compensar su pérdida de altitud depende de varios factores:

1. Altitud de la órbita: Cuanto más bajo sea el satélite, mayor será la fricción atmosférica y, por lo tanto, más frecuentes serán las correcciones. Los satélites en órbitas geoestacionarias (aproximadamente a 36.000 km) no experimentan prácticamente rozamiento atmosférico, por lo que no requieren este tipo de maniobras.
2. Forma del satélite: Los satélites con estructuras más aerodinámicas experimentan menos rozamiento atmosférico. Sin embargo, los paneles solares y antenas suelen aumentar la resistencia.
3. Condiciones solares: La actividad solar influye en la densidad de la atmósfera. Durante los periodos de alta actividad solar (como las tormentas solares), la atmósfera se expande, aumentando el rozamiento y haciendo que los satélites pierdan altitud más rápidamente.

Ejemplo notable: Estación Espacial Internacional (ISS)

Un ejemplo claro de cómo los satélites compensan la pérdida de altitud es la Estación Espacial Internacional (ISS), que orbita a unos 400 kilómetros de la Tierra. Debido al constante rozamiento atmosférico, la ISS pierde alrededor de 90 metros de altitud por día. Para contrarrestar esto, se realizan maniobras regulares de «reboost» utilizando motores de las naves de reabastecimiento, como los Progress rusos. Estas maniobras son vitales para mantener la órbita a largo plazo.