Especializaci

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Especialización en Telecomunicaciones Digitales
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica
Sistemas Satelitales
Cohorte Nro 4 / Febrero 2011
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Bases Teóricas de Comunicaciones por Satélite
TEMA I
Facilitador Ing. Charlo González
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Sumario

1. Comunicaciones de grandes distancias.
2. Comunicación vía satélite.
3. Reseña de las comunicaciones por satélite.
4. Tipos de satélites.
5. Leyes de Kepler.
6. Clasificacion orbital de los satelites.
7. Ventajas de algunas orbitas.
8. Comparacion de parametros en tipos de orbitas.

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Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones
Tradicionales

• Qué limitaciones cree que tienen los sistemas de
  comunicaciones que usted conoce?

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Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones
Tradicionales
Las comunicaciones a grandes distancias vía
cables (cobre o fibra óptica), sistemas de
microondas, o Radio de HF, tienen fuertes
limitantes técnicas y económicas para su
implementación.
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Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones
Tradicionales

• Es innegable que existe la necesidad de
  comunicación a grandes distancias, entre países,
  continentes o áreas geográficas muy extensas.
• Surge una interrogante
• Que estrategia se puede emplear para resolver
  éste requerimiento?

?
7
Una alternativa Comunicación vía Satélite

• Analizaremos esta alternativa durante el
  desarrollo del curso..

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Una alternativa Comunicación vía Satélite

• Los conceptos en los que se fundamenta la
  transmisión por satélite se enunciaron en Octubre
  de 1945 por Arthur C. Clarke, en un artículo de
  avanzada en la revista Wireless World.

ESTRATEGIA Las señales emitidas al espacio por
una antena ascendente, son recibidas, procesadas
electrónicamente, reemitidas a tierra por una
antena descendente, y captadas por una estación
terrestre ubicada dentro de la "pisada" del
satélite.
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Una alternativa Comunicación vía Satélite

• Un satélite es un repetidor de radio en el cielo
  (transponder). Un sistema de satélite consiste de
  un transponder, una estación para su control en
  tierra y una red de usuarios de las estaciones
  terrestres, que proporciona las facilidades para
  transmisión y recepción de tráfico de
  comunicaciones a través del sistema de satélite.

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Una alternativa Comunicación vía Satélite
La señal es enviada desde la estación terrena
hasta el satélite. El Satélite procesa la señal
recibida (filtrado, traslado en frecuencia,
amplificación) y luego la envía hasta tierra
nuevamente, hacia un área que puede ser muy
distante del área geográfica origen o hasta zonas
geográficas dentro del mismo país.
Las comunicaciones vía satélite posibilitan la
comunicación entre dos lugares remotos del
planeta. Pueden o no tener línea de vista entre
sí.
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Una alternativa Comunicación vía Satélite
Las potencialidades de las comunicaciones por
satélite son muchas, y cada día se amplían más al
tener sistemas más rápidos y posibilidad de alta
capacidad de procesamiento digital.
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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. La primera idea de utilizar satélites
   artificiales ubicados en órbitas estacionarias
   se debe a Arthur Clarke, en el año 1945.
2. Clarke planteaba la posibilidad de retransmitir
   información por dichos satélites hacia otros
   sitios de la tierra, a donde por otros medios
   sería imposible llegar, en forma permanente,
   confiable y claro.
3. Posteriormente J. R. Pierce describió los
   satélites pasivos y activos para la transmisión
   de señales.
4. Las comunicaciones por satélite dieron un gran
   paso el 4 de Octubre de 1957 con el lanzamiento
   del satélite SPUTNIK I por la URSS. Más tarde,
   el 1 de Enero de 1958, EEUU lanza el satélite
   EXPLORER I.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. En 1959 se lanzó el PIONER I, que permitió
   recibir datos de la luna.
2. En ese mismo año, los norteamericanos colocaron
   en órbita el primer satélite de comunicaciones.
   Fue el SCORE. Se utilizó para la retransmisión
   de mensajes hasta 5.000 Km de distancia, y
   difundió al mundo un mensaje de navidad grabado
   en cinta magnética por el presidente Eisenhower
   de los Estados Unidos.
3. El primero de abril de 1960, los Estados Unidos
   lanzaron el TIROS I, satélite meteorológico que
   transmitió gran cantidad de fotografías.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. El 12 de Agosto de 1960, el proyecto ECHO dió
   por resultado el lanzamiento de un globo
   metalizado de 30 metros de diámetro, con un
   período orbital de aproximadamente dos horas.
   Este reflector pasivo podía retransmitir señales
   desde un punto a otro, solamente cuando se
   encontraba en línea vista común.
2. En 1961 el RANGER I hizo sondeos en el espacio
   lejano.
3. El 10 de julio 1962 el satélite TELSTAR I
   repetidor activo, es puesto en órbita para
   realizar la primera transmisión de televisión
   internacional en vivo y directo, telefonía y
   telefotografías por microondas.
4. El 18 de septiembre de 1962 fue lanzado el TIROS
   VI, satélite meteorológico que llevaba dos
   cámaras de televisión.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. El 1 de noviembre de 1962 la Unión Soviética
   lanzó la estación interplanetaria MARS I en
   dirección a Marte.
2. El 13 de diciembre de 1962 se lanzó el satélite
   RELAY I, semejante en los principios
   fundamentales del Telstar. Se utilizó para
   transmisiones de televisión entre Europa,
   Sudamérica, Japón y EE.UU.
3. El SYNCOM I fue lanzado a órbita el 14 de
   Febrero de 1963, pero por fallas técnicas no
   alcanzó la órbita. Sin embargo el 26 de Julio de
   1963, cinco meses más tarde, fue lanzado y puesto
   en órbita casi sincrónica, el satélite SYNCOM
   II.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. El 7 de mayo de 1963 se lanzó el satélite
   TELSTAR II. Funcionó satisfactoriamente hasta el
   16 de julio de 1963, en que una avería no
   identificada interrumpió su funcionamiento.
   Volvió a funcionar el 12 de agosto de ese mismo
   año. Realizó experimentos sobre radiaciones y
   daños producidos por partículas.
2. El 21 de diciembre de 1963 se lanzó al espacio
   el TIROS VIII, que realizó diversas
   observaciones meteorológicas.
3. El 25 de enero de 1964 se lanzó el ECHO II. Con
   él se realizaron experimentos científicos
   participando EE.UU., Gran Bretaña y la Unión
   Soviética.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. El 19 de Agosto de 1963 es lanzado el SYNCOM
   III, el cual ocupa una órbita geoestacionaria,
   lo cual permitió transmitir con éxito total las
   XVIII Olimpiadas de Tokio hacia Norteamérica.
   Ese mismo año se lanzó el RELAY II, que
   contribuyó a aumentar la capacidad de los
   canales de transmisión de datos.
2. En 1965 la Unión Soviética lanzó los satélites
   de la serie MOLNYA para transmisión de señales
   telegráficas, telefónica y de televisión en
   color. También permitieron tomar datos
   meteorológicos.
3. El INTELSAT I ( anteriormente EARLY BIRD),
   lanzado a órbita el 28 de junio de 1965,
   demostró la viabilidad de un sistema de
   satélites geo-estacionarios con fines
   comerciales.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. INTELSAT ( International Telecomunications
   Satellites).
2. En octubre de 1966 se iniciaron los
   lanzamientos de los INTELSAT II. El primero no
   entró en órbita por un fallo en el motor de
   apogeo. El segundo entro en órbita sobre el
   océano pacífico, el tercero lo hizo sobre el
   Atlántico y el cuarto también sobre el Pacífico.
   Se proyectaron con una capacidad de 240 canales.
3. En 1968 comenzaron los lanzamientos de los
   INTELSAT III. Tenían una capacidad cinco veces
   mayor que los anteriores. Se alimentan con
   energía solar y tenían una potencia de 130 Watt
   cada uno, pudiendo cursar a la vez 1.200
   conversaciones telefónicas bidireccionales o
   cuatro canales de televisión. Parte del ancho de
   banda de estos satélites fue asignado a
   televisión y el resto a telegrafía, telefonía,
   facsímil y datos.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. Para 1969 habían en órbita ocho satélites de la
   serie INTELSAT III.
2. Durante 1971 se puso en órbita el satélite
   INTELSAT IV. Posee baterías solares que
   proporcionan 500 Watt. Tiene doce transceptores
   para abarcar la tierra que puede conmutar en
   órbita a fin de abarcar la zona geográfica
   deseada.
3. En los años posteriores se han llevado a órbita
   un gran número de satélites con fines
   comerciales, con lo cual se abrió
   definitivamente las puertas a las comunicaciones
   de televisión por satélite para servicios
   domésticos, comunicación punto a punto,
   aplicaciones meteorológicas, internet, sistemas
   de telefonía celular satelital, sistemas de radio
   ayudas para la navegación marítima y aérea,
   sistemas de posicionamiento, entre otros.

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RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR
SATÉLITE

1. En los últimos veinticinco años los satélites
   estacionarios han sufrido una rápida evolución
   en cuanto al tiempo de vida, que se ha
   duplicado por diez. Además, se ha avanzado
   considerablemente en los equipos conversores de
   energía. Pero delante de todos estos avances se
   podría mencionar el creciente aumento de la
   potencia de los cohetes lanzadores, que permiten
   la puesta en órbita de masas muy grandes.
2. El 29 de Octubre de 2008 es puesto en orbita el
   primer satélite Venezolano con el apoyo de China.
   Se llamó Simón Bolívar en honor al libertador
   de 5 naciones americanas.

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TIPOS DE SATÉLITES

• SATÉLITES PASIVOS son satélites que no agregan
  potencia a la señal, ni la modifican
  sustancialmente en sus características y solo son
  utilizados para que la señal rebote en ellos.

SATÉLITES ACTIVOS son aquellos satélites que
pueden agregar potencia a las señales recibidas,
filtrarlas, amplificarlas, trasladarlas en
frecuencia y luego reenviarlas hasta un área
geográfica en la tierra que esté en su línea de
vista.
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LEYES DE KEPLER

• Las leyes de Kepler fueron enunciadas por
  Johannes Kepler para explicar el movimiento de
  los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.
• Primera Ley (1609) Todos los planetas se
  desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas
  elípticas, estando el Sol situado en uno de los
  focos.

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LEYES DE KEPLER

• Segunda Ley (1609) El radio vector que une el
  planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos
  iguales.
• La ley de las áreas es equivalente a la
  constancia del momento angular, es decir, cuando
  el planeta está más alejado del Sol (afelio) su
  velocidad es menor que cuando está más cercano al
  Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio,
  el momento angular L es el producto de la masa
  del planeta, su velocidad y su distancia al
  centro del Sol.

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LEYES DE KEPLER

• Segunda Ley (1609) El radio vector que une el
  planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos
  iguales.

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LEYES DE KEPLER

• Tercera Ley (1618) Para cualquier planeta, el
  cuadrado de su período orbital (tiempo que tarda
  en dar una vuelta alrededor del Sol) es
  directamente proporcional al cubo de la distancia
  media con el Sol.
• donde, P  es el período orbital, r  la distancia
  media del planeta con el Sol y K  la constante de
  proporcionalidad.

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CLASIFICACION ORBITAL DE LOS SATÉLITES

• Los satélites se pueden clasificar según
• Su Distancia de la Tierra (Geoestacionaria,
  Geosíncrona, de Baja Altura, de Media Altura y
  Excéntricas).
• Su Plano Orbital con respecto al Ecuador
  (Ecuatorial, Inclinada y Polar).
• La Trayectoria Orbital que describen (Circular y
  Elíptica).

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CLASIFICACION ORBITAL DE LOS SATÉLITES Y SUS USOS
28
CLASIFICACION ORBITAL DE LOS SATÉLITES Y SUS USOS
Los cinturones de radiación de Van Allen son
áreas de la alta atmósfera que rodean la Tierra
por encima de la ionosfera, a una altura de 3.000
y de 22.000 km. respectivamente. Se sitúan sobre
la zona ecuatorial, y el más externa, se
prolongan prácticamente hasta la magnetopausa,
límite entre el espacio terrestre y el espacio
interplanetario.
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Ventajas de las Orbitas Geosíncronas

1. El satélite permanece casi estacionario, con
   respecto a una estación terrestre específica.
   Consecuentemente, no se requiere equipo costoso
   de rastreo en las estaciones terrestres.
2. Las antenas se enfocan al satélite al instalarlas
   y se fijan para largos períodos de
   funcionamiento.
3. No hay necesidad de cambiar de un satélite a
   otro, cuando giran por encima. Consecuentemente,
   no hay rupturas en la transmisión por los tiempos
   de conmutación.

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Ventajas de las Orbitas Geosíncronas

1. Los satélites geosíncronos de alta altitud pueden
   cubrir un área de la Tierra mucho más grande, que
   sus contrapartes orbítales de baja altitud.
2. Los efectos del cambio de posición Doppler son
   insignificantes.
3. Con tres satélites se tiene un enlace de
   cobertura total del planeta (excepto los polos).

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Desventajas de las Orbitas Geosíncronas

1. Las altitudes superiores de los satélites
   geosíncronos introducen tiempos de propagación
   más largos. El retardo de propagación del viaje
   redondo entre dos estaciones terrenas, por medio
   de un satélite geosíncrono, es de 500 a 600 ms.

Estación A
Estación B
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Desventajas de las Orbitas Geosíncronas

1. Los satélites geosíncronos requieren de alta
   potencia de transmisión y receptores más
   sensibles debido a las distancias más grandes y
   mayores pérdidas de trayectoria.
2. Se requieren maniobras espaciales de alta
   precisión para colocar un satélite geosíncrono en
   órbita y mantenerlo en ella.
3. Se requieren los motores de propulsión, a bordo
   de los satélites, para mantenerlos en sus órbitas
   respectivas.

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COMPARACION ENTRE SATELITES DE VARIAS ORBITAS
Elemento a Comparar Orbita Geo Orbita Meo Orbita Leo
Altura (km) 36.000 6.000-12.000 200-3000
Período Orbital (Hr) 24 5-12 1.5
Velocidad (Km/hr) 11.000 19.000 27.000
Retraso (ida y vuelta) (ms) 250 80 10
Período de Visibilidad Siempre 2-4 Hr lt15 min
Satélites necesarios para cobertura global 3 10-12 50-70
34
La nueva estrella en el cielo venezolano. El
Satélite Simón Bolívar Venesat 1
Gracias
35
SATELITE SPUTNIK
36
SATELITE EXPLORER I
37
SATELITE SCORE I
38
SATELITE ECHO
39
SATELITE TELSTAR I
40
SATELITE INTELSAT I
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TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN SU DISTANCA A
LA TIERRA

• Órbita Geoestacionaria (GEO)
• Este tipo de órbita posee las mismas propiedades
  que la geosíncrona, pero debe tener una
  inclinación de cero grados respecto al ecuador y
  viajar en la misma dirección en la cual rota la
  tierra.
• Un satélite geoestacionario aparenta estar en la
  misma posición relativa a algún punto sobre la
  superficie de la Tierra, lo que lo hace muy
  atractivo para las comunicaciones a gran
  distancia.

Órbita de Baja Altura (LEO) Estas órbitas
se encuentran en el rango de 640 km a 1,600 km
entre las llamadas región de densidad atmosférica
constante y la región de los cinturones de Van
Allen. Los satélites de órbita baja circular
son muy usados en sistemas de comunicaciones
móviles.
Órbitas de Media Altura (MEO) Son las que van
desde 9,600 km hasta la altura de los satélites
geosíncronos. Los satélites de órbita media son
muy usados también en las comunicaciones móviles.
Órbita Geosíncrona Es una órbita circular con un
período de un día sideral. Para tener este
período la órbita debe tener un radio de 42,164.2
km. (desde el centro de la tierra).
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TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN EL PLANO CON
EL ECUADOR

• Órbita Ecuatorial En esta órbita la trayectoria
  del satélite sigue un plano paralelo al ecuador,
  es decir tiene una inclinación de 0º.
• Órbitas Inclinada La trayectoria del satélite
  sigue un plano con un cierto ángulo de
  inclinación respecto al ecuador.
• Órbitas Polar El satélite sigue un plano
  paralelo al eje de rotación de la tierra pasando
  sobre los polos y perpendicular al ecuador.

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PATRONES ORBITALES
Eje Polar
Eje Polar
Satélite
Orbita
Satélite
Satélite
Orbita
Eje Polar
Satélite
Orbita Inclinada
Orbita Ecuatorial
Orbita
Orbita Polar
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TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN LA
TRAYECTORIA ORBITAL QUE DESCRIBE

• Para mantener un satélite en orbita es necesario
  que la fuerza centrifuga, causada por su rotación
  alrededor de la tierra, sea contrabalanceada por
  la atracción gravitacional de la tierra.

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TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN LA
TRAYECTORIA ORBITAL QUE DESCRIBE

• Órbitas circulares
• Se dice que un satélite posee una órbita circular
  si su movimiento alrededor de la tierra es
  precisamente una trayectoria circular. Este tipo
  de órbita es la que usan los satélites
  geosíncronos.
• Órbitas elípticas (Monlniya)
• Se dice que un satélite posee una órbita elíptica
  si su movimiento alrededor de la tierra es
  precisamente una trayectoria elíptica. Este tipo
  de órbita poseen un perigeo y un apogeo.

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TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN LA
TRAYECTORIA ORBITAL QUE DESCRIBE

• Si el satélite está girando en la misma
  dirección que la rotación de la Tierra y a una
  velocidad angular superior que la de la Tierra,
  la órbita se llama órbita prógrado.
• Si el satélite está girando en la dirección
  opuesta a la rotación de la Tierra o en la misma
  dirección, pero a una velocidad angular menor a
  la de la Tierra, la órbita se llama órbita
  retrógrada.

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SATÉLITES ORBÍTALESCaracterísticas

1. Los satélites no síncronos están alejándose
   continuamente o cayendo a tierra y no permanecen
   estacionarios en relación a ningún punto en
   particular de la Tierra.
2. Se tienen que usar cuando están disponibles, lo
   cual puede ser un corto período de tiempo, como
   15 minutos por órbita.
3. Tienen la necesidad de equipo complicado y
   costoso para rastreo en las estaciones
   terrestres.

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SATÉLITES ORBÍTALESCaracterísticas

1. Cada estación terrestre debe localizar el
   satélite conforme está disponible en cada órbita
   y después unir su antena al satélite y
   localizarlo cuando pasa por arriba.
2. Una gran ventaja de los satélites orbítales es
   que los motores de propulsión no se requieren a
   bordo de los satélites para mantenerlos en sus
   órbitas respectivas.

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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE
Subsistema de potencia Éste genera y distribuye
potencia eléctrica de corriente directa para
soportar las operaciones del satélite durante
todas las fases de la misión. La potencia
primaria es proporcionada por radiación solar a
través de las celdas solares de alta densidad
hasta el fin de su vida la potencia secundaria
es proporcionada durante el lanzamiento y los
eclipses por un sistema de baterías de
níquel-hidrógeno.
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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE
Subsistema de propulsión Se trata de un sistema
integral bipropelante que permite la inserción en
órbita, el control de orientación y las funciones
de mantenimiento en su órbita geosíncrona.
BIPROPELANTE Combustible hecho a partir de
propano que sirve para alimentar al sistema de
propulsión del satélite, el cual es capaz de
mover a éste dentro de un cubo imaginario para
mantener las comunicaciones con la Tierra sin
interrupciones.
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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE
Subsistema de telemetría y comando Éste
proporciona la recepción y demodulación de
comandos en la banda C para su alineación en el
cubo imaginario de operación, y de comandos
durante todas las fases de la misión.
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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE
Subsistema de comunicaciones Este permite
ampliar y diversificar los servicios de
comunicación satelital que actualmente existen,
así como óptimizar el uso del segmento espacial
al permitir nuevas técnicas de explotación
también permite manejar las regiones de cobertura
para la comunicación en diferentes bandas, como
la banda C, Ku y L.
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RECURSOS ESTRATEGICOS