Los satélites artificiales permanecen en órbita alrededor de la Tierra debido a la combinación de su velocidad horizontal que contrarresta la fuerza de gravedad, manteniéndolos en equilibrio dinámico.
Es gracias a la gravedad de la Tierra que los satélites giran a su alrededor en lugar de ir en línea recta hacia el espacio. Esta fuerza actúa como una especie de cuerda invisible, atrayendo constantemente el objeto hacia nuestro planeta. El satélite cae constantemente hacia la Tierra, pero como avanza muy rápido lateralmente, siempre falla la superficie. Resultado: se queda atrapado en una trayectoria curva que llamamos órbita. Cuanto mayor es la altitud, menor es la influencia de esta fuerza, lo que cambia la velocidad necesaria para mantener una órbita estable. Sin esta atracción terrestre, los satélites simplemente continuarían su curso en línea recta en lugar de girar a nuestro alrededor.
Para que un satélite orbite alrededor de la Tierra sin chocar ni escapar al espacio, debe alcanzar una cierta velocidad orbital. En resumen, debe ir lo suficientemente rápido para que su trayectoria siga la curvatura del planeta. Más simplemente: la Tierra atrae al satélite hacia ella gracias a la gravedad, pero como avanza a la velocidad adecuada lateralmente, está constantemente fallando el planeta mientras cae hacia él. A una altitud cercana a la de la Estación Espacial Internacional (aproximadamente 400 kilómetros), esta velocidad necesaria es cercana a 28 000 km/h. Si el satélite desacelera demasiado, la gravedad predomina y desciende hacia la Tierra; si acelera en exceso, corre el riesgo de escapar. Por lo tanto, se trata de encontrar la velocidad justa para realizar una especie de caída perpetua alrededor de nuestro planeta.
Los satélites permanecen en órbita gracias a la astuta combinación de dos leyes esenciales enunciadas por Isaac Newton, en particular la famosa ley de la gravitación universal: todo cuerpo atrae a otro cuerpo, y cuanto más pesado o cercano es, más fuerte es la atracción. A esto se suman las claras reglas del movimiento descritas por sus tres leyes del movimiento. La más interesante de las tres aquí es seguramente la llamada ley de la inercia, que dice que un objeto en movimiento continuará tranquilamente en línea recta a menos que una fuerza intervenga para cambiar eso. Estos dos conjuntos de leyes explican por qué el satélite, lanzado a buena velocidad, sigue "cayendo" continuamente alrededor de la Tierra sin nunca chocar con ella.
La altitud de un satélite cambia muchas cosas en su órbita. Cuanto más alto esté, más lenta se vuelve su órbita, porque la gravedad es más débil allá arriba. En cambio, los satélites a baja altitud, como los de órbita baja (LEO), giran rápidamente alrededor de la Tierra. Un satélite geoestacionario, situado muy lejos a unos 36 000 km, gira exactamente a la misma velocidad que la Tierra sobre sí misma: siempre apunta al mismo lugar del planeta. Es muy práctico para las comunicaciones o la meteorología. A baja altitud (solo unos cientos de kilómetros), el satélite recorre todo el globo varias veces al día, y es útil, por ejemplo, para la observación terrestre detallada o las fotografías precisas. Pero si está demasiado bajo, encontrará la atmósfera residual, se desacelerará gradualmente, perderá energía y terminará suavemente cayendo de nuevo a la Tierra: de ahí la necesidad de estar a la altitud adecuada según las misiones.
Aunque los satélites giran suavemente alrededor de la Tierra, muchas pequeñas cosas interfieren en su órbita. Por ejemplo, la resistencia de la atmósfera hace que algunos satélites, especialmente los que orbitan bajo, disminuyan suavemente su velocidad, lo que los empuja progresivamente hacia abajo hasta que un día o otro entren a arder en la atmósfera. Otras cosas, como la atracción del Sol y de la Luna, tiran ligeramente de su trayectoria. Incluso la Tierra plantea problemas: no es completamente esférica, y su masa no está distribuida de manera uniforme, lo que hace que su gravedad sea un poco irregular. Como resultado, las órbitas se mueven lentamente y es necesario ajustar regularmente la trayectoria para mantener un satélite en el camino correcto.
Una órbita geoestacionaria corresponde a una órbita circular a aproximadamente 35,786 km sobre el ecuador terrestre. Los satélites que se encuentran en ella tienen un período orbital igual al de la rotación de la Tierra (alrededor de 24 horas), lo que los hace parecer inmóviles en el cielo para un observador terrestre.
Los satélites pueden perder progresivamente altitud debido a factores perturbadores, incluyendo la fricción con las partículas residuales de la atmósfera. Si la velocidad y la altitud disminuyen lo suficiente, la gravedad terrestre termina por atraerlos completamente hacia la Tierra, y el satélite acaba desintegrándose al reingresar en la atmósfera.
La duración en órbita de un satélite depende principalmente de su altitud y de su estructura. Algunos satélites en órbita baja permanecen unos años antes de caer progresivamente a la Tierra. En cambio, los satélites en órbita alta o geoestacionaria pueden permanecer varias décadas o incluso mucho más tiempo.
Aunque en teoría un satélite puede permanecer mucho tiempo en órbita alta donde la fricción atmosférica es prácticamente inexistente, diversos factores perturbadores (efecto de la Luna y del Sol, presión solar, colisiones con desechos espaciales) impedirán que cualquier satélite permanezca perfectamente estable para siempre sin correcciones periódicas o maniobras espaciales.
La elección de la órbita depende de la misión específica del satélite. Los ingenieros tienen en cuenta la cobertura geográfica deseada, el tipo de datos que se recopilan o se transmiten, las restricciones de comunicación, la vida útil esperada del satélite y los costos de los lanzamientos espaciales necesarios para alcanzar la órbita elegida.
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