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04 de agosto de 2020
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La constelación Starlink
Raúl Cruz Figuroa

La constelación Starlink

Daniel Martín Reina

La empresa SpaceX quiere llevar internet a todo el planeta por medio de un enjambre de miles de satélites. Esta y otras constelaciones de satélites podrían afectar a la astronomía. ¿Son más las ventajas que las desventajas?

El 24 de mayo de 2019 despegaba de Cabo Cañaveral, Florida, un cohete Falcon 9 con los primeros 60 satélites del sistema Starlink. Así se llama la constelación de satélites de la empresa SpaceX, cuyo objetivo es ofrecer servicios de telecomunicaciones de alta velocidad a todo el planeta. Los satélites fueron desplegados sin contratiempos en una órbita a 440 kilómetros de altura, para luego usar su sistema de propulsión eléctrico y alcanzar su órbita final a 550 kilómetros. Desde entonces se han realizado otros cinco lanzamientos —el último el 18 de marzo de 2020— para sumar un total de 360 satélites en órbita.

Y es apenas el principio. Si en la actualidad hay unos 2000 satélites activos, SpaceX quiere pulverizar esa marca... en apenas cinco años. Para 2024, Starlink estará formado por nada menos que 12000 satélites, casi el doble de todos los que se han lanzado desde el comienzo de la era espacial en 1957 (unos 7000). Un ambicioso proyecto que, sin embargo, también tiene sus detractores; entre ellos, la mayoría de los astrónomos, tanto profesionales como aficionados, debido al impacto que tendrá sobre el cielo nocturno la presencia de tantos satélites.

Una propuesta a gran escala

Fundada en 2002 por el empresario Elon Musk, SpaceX ha conseguido revolucionar en los últimos años la industria de los lanzamientos espaciales gracias al desarrollo de cohetes reutilizables (Falcon 1, Falcon 9 y Falcon Heavy). Esta idea, combinada con la producción propia de la mayoría de los materiales necesarios, ha permitido a SpaceX reducir costos drásticamente y firmar diversos con- tratos lucrativos con la NASA y el Departamento de Defensa de Estados Unidos.

Pero SpaceX sabe que el negocio en el sector aeroespacial no está en el mercado de lanzamientos, sino en la fabricación de satélites, y particularmente en la gestión y comercialización de sus servicios (comunicaciones, navegación, observación de la Tierra, etc.). Con esta idea en mente, SpaceX anunció en enero de 2015 la construcción de Starlink, una red de comunicaciones que aspira a satisfacer la demanda global de conexiones a internet. Hay que tener en cuenta que actualmente más de la mitad de la población mundial no tiene acceso a internet, una cuestión de difícil solución cuando se vive en regiones remotas o poco desarrolladas.

La idea no era nueva, aunque sí llamó la atención por la escala de la propuesta (algo que, por otro lado, tampoco debería sorprender a quien conozca a Musk, fundador también de PayPal y Tesla Motors). Según los ambiciosos planes de Musk, la constelación Starlink incluirá en una primera fase 1 584 satélites en una órbita de 550 kilómetros de altura. Luego se añadirán 2 825 satélites repartidos en di- versas órbitas comprendidas entre los 1 110 y 1 325 kilómetros de altura. La segunda fase comprenderá el Lanzamiento de los restantes 7 518 satélites en una órbita de 340 kilómetros. De esta manera, Starlink constará finalmente de 11 927 satélites situados en órbita baja, como se llama a cualquier órbita entre los 200 y los 2 000 kilómetros de altura.

Otras megaconstelaciones

SpaceX no está sola en el negocio de las megaconstelaciones de satélites de comunicaciones. La primera megaconstelación en ponerse en órbita fue OneWeb, que a finales de febrero de 2019 lanzó las primeras seis unidades de los 648 satélites previstos. Construidos por Airbus, todos estarán situados en una órbita final a 1 200 km de altura sobre la superficie terrestre.

A los satélites de Starlink y OneWeb habrá que sumar los 3 236 satélites de la futura constelación Kuiper de Amazon, los 4 600 de la constelación de Samsung, los casi 3 000 de Boeing, los 600 de la empresa india Astrome Technologies y los 800 de la empresa china Commsat Technology Development. Todo esto sin contar otros proyectos en vías de desarrollo, entre ellos varios chinos. En total, más de 22 000 nuevos satélites.

A toda velocidad

El plan de SpaceX no solo se limita a dar acceso a internet a todo el planeta. También aspira a hacerlo con baja latencia. En telecomunicaciones, la latencia es el tiempo que tarda en enviarse un paquete —una unidad de información— dentro de la red, y es un factor clave en la velocidad de las conexiones a internet. En resumen, baja latencia equivale a transmisión rápida.

Para usar el sistema Starlink el usuario necesitaría una antena relativamente pequeña (del tamaño de una caja de pizza) que le proporcionaría SpaceX y que todavía no está a la venta. La antena enviaría información mediante ondas de radio al satélite más cercano. Una vez recibida, dicha información iría pasando de satélite en satélite por medio de láseres hasta llegar al satélite más cercano al destino, momento en que se enviaría de nuevo a tierra en forma de ondas de radio a la antena receptora. Cada satélite dispone de cuatro antenas de comunicaciones para recibir y enviar información a la superficie terrestre.

¿Cómo logra Starlink su baja latencia? La clave está en que la velocidad de la luz no es la misma en todos los materiales. En concreto, la luz viaja un 47% más lentamente en la fibra óptica que en el vacío. Esta diferencia es lo que le permite a Starlink transmitir información en poco tiempo, pues la luz se mueve mucho más rápido en el vacío del espacio exterior que en los cables de fibra óptica. Por ejemplo, de Nueva York a Londres la latencia actual es de 76 microsegundos con fibra óptica. Con Starlink podría reducirse a 57 microsegundos. Y cuanto mayor sea la distancia a recorrer, más ventaja da Starlink con su comunicación láser entre satélites. En el caso de Nueva York y Londres, la distancia es relativamente corta, unos 5 600 km. Si la transmisión fuera entre Nueva York y Singapur, a más del doble de distancia, la latencia actual de 243 micro- segundos podría quedarse en la mitad con Starlink.

Internet desde el Espacio

Starlink
Una megaconstelación de satélites para ofrecer conexiones a internet de banda ancha.

Satélites
11 927* en la órbita baja *Con planes de aumentar a mínimo 30 000.
Dimensión:3mx1.5mx13cmaprox.
Peso: 227 kg
1 panel solar
4 antenas
5 láseres

Internet Banda: Ku/Ka, 10 - 30 GHz
Capacidad global de internet:10%

¿Cómo funciona? La antena del usuario envía información mediante ondas de radio al satélite más cercano; esta información pasa de satélite en satélite por medio de láseres hasta llegar al satélite más cercano al objetivo, de allí se envía a la antena destino en forma de ondas de radio.

Los primeros 1 584 satélites de Starlink se desplegarán en 24 planos orbitales de 66 satélites cada uno; estos planos forman una suerte de malla alrededor de la Tierra.

Basura espacial
Una cuestión delicada es lo que pasará con los satélites al final de su vida útil. SpaceX garantiza que el 95 % del satélite se destruirá durante el reingreso a la atmósfera (aunque de momento no se sabe cómo lo hará). Solo sobrevivirá la estructura interna del propulsor iónico y algunos componentes esenciales para la operación de los láseres, que tienen por ello un elevado punto de fusión de 2 750 oC. Con miles de satélites sobre nuestras cabezas, la probabilidad de que te caiga encima un fragmento sigue siendo muy baja, pero el riesgo ya no es totalmente despreciable.

¡Colisión!

El 2 de septiembre de 2019, el sistema de monitoreo de la Agencia Espacial Europea (ESA) advirtió de una posible colisión del satélite Aeolus con un satélite de Starlink. A pesar de ser informada de la situación, SpaceX no llegó a contestar, lo que fue interpretado por la ESA como una negativa a mover su satélite. En consecuencia, la ESA no tuvo más remedio que elevar unos 300 metros la órbita del Aeolus.

Según la empresa de Musk, un error informático impidió que los controladores de Starlink se comunicaran con la ESA de la forma habitual: mediante correo electrónico. SpaceX ha declarado que tomará medidas para que este asunto no se vuelva a repetir y recordó que los satélites de Starlink pueden efectuar maniobras automáticas si detectan un posible riesgo de colisión (a la fecha se han realizado 16 maniobras de este tipo).


El problema de fondo es la falta de legislación internacional sobre los satélites en órbita baja. Hasta ahora este tipo de situaciones se habían resuelto con buena voluntad, pero a medida que aumente el número de satélites, es probable que sean más frecuentes.

Tecnología de vanguardia

De acuerdo con los planes de Starlink, los primeros 1 584 satélites se desplegarán en 24 planos orbitales de 66 satélites cada uno. Estos planos formarán una suerte de malla alrededor de nuestro planeta parecida a los meridianos y paralelos terrestres, pero manteniendo un cierto ángulo con estos. Eso implica que, para cubrir el trayecto Nueva York-Londres, el recorrido de los láseres nunca será exactamente una línea recta. Hay que tener en cuenta que los satélites estarán moviéndose cada uno en sus respectivos planos orbitales. Cuando la información llegue a un satélite, este debe ser capaz de encontrar el satélite vecino que minimice la trayectoria hasta el destino, además de tener luego la precisión para acertar con el láser al objetivo en movimiento. Por eso cada satélite contará con cinco láseres para comunicarse con otros tantos satélites vecinos. Los satélites incorporarán también un sistema de navegación, llamado Startracker, que permitirá saber con precisión la posición de cada uno.

Cada elemento de Starlink pesa entre 230 y 260 kg, y cuenta con un único panel solar, lo que simplifica notablemente el diseño. Disponen también de un sistema de propulsión propio de motores iónicos para alcanzar su órbita final. Estos motores consumen muy poco combustible y producen un impulso muy suave, suficiente para una sonda ligera que se mueve sin fricción en el espacio exterior. La novedad es que el sistema Starlink usará kriptón como combustible en lugar de xenón, otro gas noble más pesado (y por lo tanto más eficiente como propulsor), pero también más caro. Además de alcanzar su órbita y realizar pequeñas maniobras, cada satélite utilizará su sistema de propulsión para reinsertarse en la atmósfera terrestre al final de su vida útil.

El ancho de banda es la cantidad de datos que puede transmitir un satélite por segundo. Si el objetivo de SpaceX es conectar a internet a todas las personas del planeta, se requiere de un mínimo ancho de banda. Cada satélite de Starlink tendrá un ancho de banda de 1 terabit por segundo (es decir, un millón de megabits por segundo, Mbs). Dado que la velocidad promedio global es de unos 10 Mbs, eso implica que cada satélite podría dar servicio al menos a 100 000 usuarios en buenas condiciones. Se habla de banda ancha cuando la red tiene una elevada capacidad de transmitir información en un instante dado, como sería el caso de Starlink.

No es oro todo lo que reluce

Con todas sus luces el proyecto Starlink también tiene algunas sombras, relacionadas con el impacto sobre la astronomía. La pregunta que preocupa a profesionales y aficionados es: ¿cuántos satélites serán visibles en el cielo y cuánto brillarán? Difícil de responder, pero las primeras estimaciones arrojan datos inquietantes.

Con respecto al brillo, observadores de todo el mundo han informado que la magnitud de los satélites de Starlink en órbita se sitúa entre 4 y 5 (la magnitud es una medida del brillo aparente de los objetos celestes, con la particularidad de que a menor magnitud corresponde más brillo). Esto significa que se pueden ver a simple vista en lugares de poca contaminación lumínica, pero que solo se ven con prismáticos en la mayoría de las ciudades. Sin embargo, algunas unidades han alcanzado magnitud 2, un brillo mucho más elevado del esperado, con algunos picos de magnitud cero. Esto los hace visibles a simple vista desde cualquier lugar, aunque solo durante un instante. El problema se agudizará con los satélites situados a más de 1 000 kilómetros, pues, aunque serán algo menos brillantes, permanecerán iluminados por el Sol más tiempo y serán visibles desde un área mayor de la superficie terrestre.

En cuanto a la cantidad de satélites visibles, la Unión Astronómica Internacional (UAI) ha realizado recientemente un estudio con la colaboración de diversos grupos de investigadores internacionales. Considerando 25 000 satélites en órbita, la UAI calcula que podremos ver en todo momento un mínimo de 1 500 satélites, aunque la mayoría estarán cerca del horizonte. De estos, nos interesan los satélites visibles de noche y que se encuentren por encima de los 30 o sobre el horizonte, que son los que podrían interferir directamente con las observaciones astronómicas. Según los cálculos de la UAI, de estos habría 160 unidades, un número que dependerá también de la estación y la latitud del lugar de observación. Teniendo en cuenta que el brillo de estos nuevos satélites es mucho mayor que el de la inmensa mayoría de los satélites actuales, el impacto de Starlink no es nada despreciable.

El precio del progreso

La primera víctima de las megaconstelaciones será la fotografía astronómica. Hoy en día, no hay muchas probabilidades de que un satélite atraviese el campo de visión de un telescopio, pero con miles y miles de satélites surcando el cielo, será más difícil obtener imágenes limpias. Se verán especial- mente afectadas las observaciones astronómicas de campo amplio —las que abarcan una amplia sección del cielo nocturno y que suelen tener un tiempo de exposición más largo—. En general, la UAI calcula que hasta el 30 % de las imágenes de al menos 30 segundos de exposición que se tomen durante el ocaso o el amanecer sufrirán los efectos del paso de algún satélite. Una posible solución a este problema sería interrumpir la observación de forma automática cuando pase un satélite por el campo visual, aunque para eso se requieren tablas confiables del movimiento de todos los satélites. La UAI promete también estudiar el efecto de los satélites Starlink sobre la radioastronomía, otro asunto que preocupa a la comunidad de astrónomos.

Uno de los últimos lanzamientos de SpaceX incluía un satélite con un recubrimiento modificado para reducir su brillo. Las observaciones terrestres son esperanzadoras, pues el brillo del DarkSat —como se le ha apodado— resulta ser un 55% más débil que el de sus hermanos.

Dejando de lado este problema, la propuesta de Starlink resulta atractiva. Su baja latencia será muy apreciada en el sector financiero. Las empresas estarían dispuestas a lo que fuera por ser las primeras en recibir la fluctuación de los valores de la bolsa al otro lado del Atlántico, por ejemplo. La baja latencia también es fundamental en los juegos online que congregan a millones de usuarios. Musk espera que la constelación empiece a operar en algunas zonas de Estados Unidos este mismo año.

Todavía estamos a tiempo de abrir un debate serio sobre esta cuestión, con miras a implantar leyes internacionales que normen las constelaciones de satélites. ¿Estamos dispuestos a perder el cielo nocturno para la astronomía? ¿O solo se trata de un paso más en la evolución tecnológica de una civilización como la nuestra? Si ese es el precio que hay que pagar, quizá sea demasiado caro.

Más información

Daniel Martín Reina es físico y colaborador habitual de ¿Cómo ves? Actualmente es miembro del grupo de Investigación de Instrumentación Electrónica y Aplicaciones de la Universidad de Sevilla, España. Escribe el blog de divulgación La aventura de la ciencia: http://laaventuradelaciencia.blogspot.mx

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