Pasaron 72 Años
Habia terminado la Segunda Guerra Mundial cuando la revista Wireless World de Octubre de 1945, en su páginas 305-308 publica un articulo de Sir Arthur C. Clarke, proponiendo satelites geoestacionarios como repetidores extraterrestres de comunicaciones , una idea que no se tomo "seriamente" en el momento pero que llegó a ser una realidad 20 años mas tarde, el 6 de Abril de 1965, al lanzarse el primer satelite artificial de comunicaciones, el Intelsat I (o tambien "Early Bird" o pájaro madrugador). El titulo original del articulo era "El futuro de las comunicaciones munciales" pero el editor de la revista lo cambió. Este articulo fue una publicacion profética de Clarke quien ademas de escritor de ciencia ficcion era cientifico y aficionado astronomo.
En 1977, Clarke dijo de los satélites de comunicaciones: "Durante miles de años el hombre ha buscado su futuro en el cielo estrellado. Ahora, por fin, esta antigua superstición se ha concretizado, porque nuestro destino depende efectivamente de cuerpos celestiales que nosotros mismos hemos creado".
Traduccion:
RELES EXTRATERRESTRES
¿Pueden los satelites dar cobertura de radio mundial?
Por ARTHUR C. CLARKE
Aunque es posible, mediante una selección adecuada de frecuencias y rutas, proporcionar circuitos de telefonía entre dos puntos o regiones de la tierra durante gran parte del tiempo, la comunicación a larga distancia se ve obstaculizada por las peculiaridades de la ionosfera y hay incluso ocasiones en que puede ser imposible. Un verdadero servicio de radiodifusión, que ofrezca una fuerza de campo constante en todo momento en todo el mundo, sería inestimable, por no decir indispensable, en una sociedad mundial.
Insatisfactoriamente, aunque es la situacion de la telefonía y telégrafo, la de la televisión es mucho peor, ya que la transmisión ionosférica no puede ser empleada en absoluto. El área mayor de servicio de una estación de televisión, incluso en un sitio muy bueno, es sólo unos cien kilómetros de diámetro. Para cubrir un país pequeño como Gran Bretaña se requeriría una red de transmisores, conectados por líneas coaxiales, guías de ondas o enlaces de retransmisión VHF. Un reciente estudio teórico ha demostrado que tal sistema requeriría repetidores a intervalos de cincuenta millas o menos. Un sistema de este tipo podría proporcionar cobertura televisiva, a un coste muy considerable, en el conjunto de un país pequeño. Sería imposible proveer a un gran continente con tal servicio, y sólo los principales centros de población podrían ser incluidos en la red.
El problema es igualmente grave cuando se intenta vincular los servicios de televisión en diferentes partes del globo. Una cadena de relevos de varios miles de kilómetros. costaría millones, y los servicios transoceánicos seguirían siendo imposibles. Consideraciones similares se aplican a la prestación de la modulación de frecuencia de banda ancha y otros servicios, tales como facsímiles de alta velocidad que por su naturaleza se limitan a las ultra-altas frecuencias.
Muchos pueden considerar que la solución propuesta en esta discusión es demasiado exagerada para tomarse muy en serio. Tal actitud es irrazonable, ya que todo lo que aquí se propone es una extensión lógica de los acontecimientos de los últimos diez años, en particular la perfección del cohete de largo alcance del que V2 fue el prototipo. Mientras se escribía este artículo, se anunciaba que los alemanes estaban considerando un proyecto similar, que creían posible dentro de cincuenta a cien años.
Antes de seguir adelante, es necesario discutir brevemente ciertas leyes fundamentales de la propulsión de cohetes y la "astronáutica". Un cohete que alcanzó una velocidad suficientemente grande en vuelo fuera de la atmósfera terrestre nunca volvería. Esta velocidad "orbital" es de 8 km por segundo. (5 millas por segundo), y un cohete que lo alcanzó se convertiría en un satélite artificial, circundando el mundo para siempre sin ningún gasto de poder - una segunda luna, de hecho. El cohete transatlántico alemán A10 habría alcanzado más de la mitad de esta velocidad.
En unos cuantos años más será posible construir cohetes controlados por radio que puedan ser dirigidos hacia esas órbitas más allá de los límites de la atmósfera y dejados para transmitir información científica a la Tierra. Un poco más tarde, los cohetes tripulados podrán hacer vuelos similares con suficiente exceso de potencia para romper la órbita y regresar a la Tierra.
Hay un número infinito de órbitas estables posibles, circulares y elípticas, en las cuales un cohete permanecería si las condiciones iniciales eran correctas. La velocidad de 8 km / seg. se aplica sólo a la órbita más cercana posible, una fuera de la atmósfera, y el período de la revolución sería de unos 90 minutos. A medida que el radio de la órbita aumenta, la velocidad disminuye, ya que la gravedad está disminuyendo y se necesita menos fuerza centrífuga para equilibrarla. La Fig. 1 muestra esto gráficamente. La luna, por supuesto, es un caso particular y se situaría en las curvas de la figura 1 si se produjeran. Las estaciones espaciales alemanas propuestas tendrían un período de aproximadamente cuatro horas y media.
Se observará que una órbita, con un radio de 42.000 km, tiene un período de exactamente 24 horas. Un cuerpo en tal órbita, si su plano coincidió....
.
Traduccion:
...con el del ecuador de la tierra, giraría con la tierra y estaría así parado sobre el mismo punto del planeta. Permanecería fijo en el cielo de todo un hemisferio y, a diferencia de todos los otros cuerpos celestes, no se elevaría ni se pondría. Un cuerpo en una órbita más pequeña giraría más rápidamente que la tierra y así se elevaría en el oeste, como sucede de hecho con la luna interior de Marte.
Utilizando material transportado por cohetes, sería posible construir una `` estación espacial '' en tal órbita. La estación podría estar provista de viviendas, laboratorios y todo lo necesario para el confort de su tripulación, que sería relevado y provisto por un servicio regular de cohetes. Este proyecto podría ser emprendido por razones puramente científicas, ya que contribuiría enormemente a nuestro conocimiento de la astronomía, la física y la meteorología. Ya se ha escrito mucho sobre este tema.
Aunque tal empresa puede parecer fantástica, requiere para su cumplimiento cohetes sólo dos veces más rápido que los que ya están en la fase de diseño. Dado que las tensiones gravitacionales implicadas en la estructura son insignificantes, sólo los materiales más ligeros serían necesarios y la estación podría ser tan grande como se requiera.
Supongamos ahora que tal estación fue construida en esta órbita. Podría estar provisto de equipos receptores y transmisores (el problema de potencia se discutirá más adelante) y podría actuar como un repetidor para retransmitir. transmisiones entre cualesquiera dos puntos en el hemisferio debajo, usando cualquier frecuencia que penetre la ionosfera. Si se usaban matrices de directiva, los requerimientos de potencia serían muy pequeños, ya que se usaría la línea directa de transmisión de la vista. Hay otro punto importante que las matrices sobre la tierra, una vez establecidas, podrían permanecer fijas indefinidamente.
Además, una transmisión recibida desde cualquier punto del hemisferio podría ser transmitida a toda la superficie visible del globo, y así. se cumplirían los requisitos de todos los servicios posibles (figura 2).
Se puede argumentar que todavía no tenemos evidencia directa de las ondas de radio que pasan entre la superficie de la tierra y el espacio exterior; todo lo que podemos decir con certeza es que las longitudes de onda más cortas no se reflejan de nuevo a la tierra. Evidencia directa de la fuerza del campo sobre la atmósfera de la tierra podría ser obtenida por la técnica del cohete V2, y es de esperar que alguien va a hacer algo sobre esto pronto como debe haber un excedente de existencias en algún lugar! Alternativamente, "dado suficiente poder de transmisión, podríamos obtener la evidencia necesaria explorando los ecos de la luna. Mientras tanto, tenemos evidencia visual de que las frecuencias en el extremo óptico del espectro atraviesan con poca absorción excepto en ciertas frecuencias en las que se producen efectos de resonancia. Las frecuencias medias altas pasan por la capa E dos veces para reflejarse desde la capa F y se han recibido ecos de los meteoritos en o por encima de la capa F. Parece bastante cierto que las frecuencias de, por ejemplo, 50 Mhz a 100.000 Mhz podría ser utilizado sin absorción indebida en la atmósfera o la ionosfera.
Una sola estación sólo podría proporcionar cobertura a la mitad del globo, y para un servicio mundial se necesitarían tres, aunque se podrían utilizar más fácilmente. La Fig. 3 muestra la disposición más simple. Las estaciones estarían dispuestas aproximadamente equidistantemente alrededor de la tierra, y las longitudes siguientes parecerían convenientes:
Las estaciones de la cadena estarían conectadas por radio o haces ópticos y, por lo tanto, podría proporcionarse cualquier haz concebible o servicio de radiodifusión.
Los problemas técnicos que plantea el diseño de estas estaciones son sumamente interesantes, pero sólo unos pocos pueden entrar aquí. Se proporcionarán pilas de reflectores parabólicos, de aberturas dependiendo de las frecuencias empleadas. Asumiendo el uso de ondas de 3.000 Mhz, los espejos de cerca de un metro a través enviarian la energía recibida a la tierra. Los reflectores más grandes podrían ser utilizados para iluminar países o regiones individuales para los servicios más restringidos, con la consecuente economía de potencia.
Traduccion:
En las frecuencias más altas no es difícil producir haces de menos de un grado de anchura y, como se mencionó anteriormente, no habría limitaciones físicas en el tamaño de los espejos. (Desde la estación espacial, el disco de la tierra sería de un poco más de 17 grados de diámetro). Los mismos espejos se podrían utilizar para muchas transmisiones diferentes si se tomaron precauciones para evitar la modulación cruzada.
Es claro por la naturaleza del sistema que la potencia necesaria será mucho menor que la requerida para cualquier otro arreglo, ya que toda la energía radiada puede ser distribuida uniformemente sobre el área de servicio, y ninguna es desperdiciada. Una estimación aproximada de la potencia requerida para el servicio de radiodifusión desde una única estación puede hacerse de la siguiente manera: - La intensidad de campo en el plano ecuatorial de un dipolo en el espacio libre a una distancia de d metros es 4. Tomando d como 42.000 km (efectivamente sería menos), tenemos P = 37.6 e 2 vatios. (ahora en V / metro).
Si asumimos e para ser 50 microvoltios / metro, que es el F.C.C. estándar para la modulación de frecuencia, P será 94 kW. Esta es la potencia requerida para un único dipolo, y no una matriz que concentraría toda la potencia sobre la tierra. Una matriz de este tipo tendría una ganancia sobre un dipolo simple de aproximadamente 80. La potencia requerida para el servicio de radiodifusión sería entonces de aproximadamente 1,2 kW.
Ridiculamente pequeña aunque sea, esta cifra es probablemente demasiado generosa. Pequeñas parábolas de un pie de diámetro se utilizaría para recibir en el extremo de la tierra y daría una muy buena relación señal/ruido de la señal. Habría muy poca interferencia, en parte debido a la frecuencia utilizada y en parte porque los espejos parabolicos estarían apuntando hacia el cielo que no podría contener ninguna otra fuente de señal. Una intensidad de campo de. 10 microvoltios / metro podría ser suficiente, y esto requeriría una salida de transmisor de sólo 50 vatios.
Cuando se recuerda que estas cifras se refieren al servicio de radiodifusión, se realizará la eficiencia del sistema. Las transmisiones de haz punto a punto pueden necesitar potencias de sólo 10 vatios o menos. Estas cifras, por supuesto, tendrían que ser corregidas para absorción ionosférica y atmosférica, pero eso sería bastante pequeño en la mayor parte de la banda. El ligero descenso en la intensidad de campo debido a esta causa hacia el borde del área de servicio podría ser fácilmente corregido por un radiador no uniforme.
La eficiencia del sistema es sorprendentemente revelada cuando consideramos que el servicio de televisión de Londres requería una potencia media de 3 kW para un área de menos de cincuenta millas de radio.
Un segundo problema fundamental es la provisión de energía eléctrica para ejecutar el gran número de transmisores requeridos para los diferentes servicios. En el espacio más allá de la atmósfera, un metro cuadrado normal a la radiación solar intercepta 1,35 kW de energía. Los motores solares ya han sido diseñados para uso terrestre y son una propuesta económica en los países tropicales. Ellos emplean espejos para concentrar la luz del sol en la caldera de un motor de vapor de baja presión. Aunque esta disposición no es muy eficiente podría hacerse mucho más en el espacio donde los componentes operativos están en un vacío, la radiación es intensa y continua, y el extremo de baja temperatura del ciclo podría estar muy lejos del cero absoluto. Los desarrollos termoeléctricos y fotoeléctricos pueden hacer posible la utilización de la energía solar más directamente.
Aunque no hay límite para el tamaño de los espejos que podrían construirse, uno de cincuenta metros de radio interceptaría más de 10.000 kW y al menos una cuarta parte de esta energía debería estar disponible para su uso.
La estación estaría en la luz solar continua excepto por algunas semanas alrededor de los equinoccios, cuando entraría en la sombra de la tierra por algunos minutos cada día. La Fig. 4 muestra el estado de cosas durante el período de eclipse.
Traduccion:
Para este cálculo, es legítimo considerar la tierra como fija y el sol moviéndose alrededor de ella. La estación rozaría la sombra de la tierra en A, el último día de febrero. Todos los días, al hacer su revolución diurna, cortaría más profundamente en la sombra, pasando por su período de máximo eclipse el 21 de marzo. en ese día sólo estaría en la oscuridad durante 1 hora 9 minutos. A partir de entonces el período de eclipse se acortaría, y después del 11 de abril (B) la estación volvería a estar en continuo sol, hasta que ocurriera lo mismo seis meses después en el equinoccio de otoño, entre el 12 de septiembre y el 14 de octubre. El período total de oscuridad sería de aproximadamente dos días al año, y como el período más largo de eclipse sería poco más de una hora no debería haber ninguna dificultad en el almacenamiento de energía suficiente para un servicio ininterrumpido.
Conclusión
Brevemente resumido, las ventajas de la estación espacial son las siguientes:
(1) Es la única manera de lograr una verdadera cobertura mundial para todos los tipos posibles de servicio.
(2) Permite el uso sin restricciones de una banda de por lo menos 100.000 Mhz de ancho, y con el uso de haces estaría disponible un número casi ilimitado de canales.
(3) Los requerimientos de energía son extremadamente pequeños ya que la eficiencia de la "iluminación" será casi el 100%. Además, el costo de la energía sería muy bajo.
(4) Por muy grande que fuera el gasto inicial, sólo sería una fracción de lo requerido para las redes mundiales reemplazadas, y los costos de operación serían incomparablemente menores.
Apéndice - Diseño de Cohetes.
El desarrollo de cohetes suficientemente potentes para alcanzar la velocidad "orbital" e incluso "escapar" es ahora sólo una cuestión de años. Las siguientes cifras pueden ser de interés en este sentido.
El cohete tiene que adquirir una velocidad final de 8 km / seg. Permitiendo 2 km / seg. para correcciones de navegación y pérdida de resistencia al aire (esto es legítimo ya que todos los cohetes espaciales serán lanzados desde un país muy alto) da una velocidad total necesaria de 10 km / seg. La ecuación fundamental del movimiento del cohete es (ver formula) donde V es la velocidad final del cohete, la velocidad de escape y R la relación de la masa inicial a la masa final (carga útil más estructura). Hasta ahora ha sido de 2-2,5 km / s para cohetes de combustible líquido, pero los nuevos diseños y combustibles permitirán cifras considerablemente más altas. (El combustible de oxígeno tiene una velocidad de escape teórica de 5,2 km / seg y se conocen combinaciones más potentes). Si asumimos que es de 3,3 km / seg. R será de 20 a I. Sin embargo, debido a su aceleración finita, el cohete pierde velocidad como resultado del retraso gravitatorio. Si su aceleración (supone constante) es a metros / seg. 2. entonces la relación Rg necesaria se incrementa a R{g} = R{a} + g
Para un cohete controlado automáticamente a sería alrededor de 5 g y por lo tanto el R necesario sería de 37 a I. Estas relaciones no pueden realizarse con un solo cohete, pero pueden ser alcanzadas por "cohetes", mientras que las relaciones mucho más altas hasta 1.000 a i) puede lograrse por el principio de "construcción celular".
Epílogo - Poder atómico.
El advenimiento de la energía atómica ha llevado a un viaje espacial medio siglo más cercano. Parece poco probable que tengamos que esperar tanto como veinte años antes de que los cohetes atómicos se desarrollen, y tales cohetes podrían llegar incluso a los planetas más remotos con una proporción de combustible / masa fantásticamente pequeña - sólo un poco por ciento. Las ecuaciones desarrolladas en el apéndice todavía se mantienen, pero v se incrementará en un factor de alrededor de - mil.
En vista de estos hechos, no parece que valga la pena gastar mucho esfuerzo en la construcción de cadenas de relevo de larga distancia. Incluso las redes locales que pronto estarán en construcción pueden tener una vida laboral de sólo 20-30 años.
Referencias
1 "Sistemas de radio-relé", C. W. Hansell. Proc. I.R.E., Vol. 33, marzo, 1945.
2 "Rockets", Willy Ley. (Viking Press, N.Y.)
3 "El problema de la destrucción de los seres vivos", Hermann Noordung.
4 `` Modulación de Frecuencia, '' A. Hund. (McGraw Hill :)
5 `` Servicio de Televisión de Londres '', MacNamara y Birkinshaw. J.I.E.E., Dec., 1938.
6 "El Sol", C. G. Abbot. (Appleton-Century Co.)
7 Diario de la Sociedad Interplanetaria Británica. Jan. 1939.
Espero hayan disfrutado el articulo que si bien en alguna parte es un poco tecnico, se entiende bien, dado que todo lo que comenta teorizando el Sr Clarke, los ftaperos lo hemos visto en la practica. Recordemos que el articulo se escribio cuando no habia un solo satelite artificial en el espacio (el primero fue el Sputnik en 1957) y recien se hablaba de los A10, que asi se llamaba a la primer etapa de un misil balistico A9 aleman que consistia en 6 camaras de combustion de V2 alimentando una sola tobera (ooopppsss, eso rugia mas que una cupé torino V8 seguramente) y cubria unos 5000 km de distancia, siendo un misil piloteado debido a los deficientes sistemas de guiado, donde el piloto ya cerca del objetivo fijaba mejor el blanco y podia elegir entre morir o saltar rapido del mismo en paracaidas para ser tomado prisionero. El misil tenia 41 metros de largo y 4 metros de diametro y afortunadamente (para el piloto) nunca llego a ser construido en masa. Asi estaba el mundo en las epocas de Arthur Clarke y mucho no ha cambiado, no es cierto ?.
Saludos Cordiales
FTApinamar
