Cómo conectar al planeta a Internet con 4 satélites

A pesar de lo que SpaceX y otras compañías sugieren con proyectos como Starlink, las megaconstelaciones compuestas por miles de satélites, con todas las molestias que causan, no son necesarias para proporcionar cobertura global de internet a todo el mundo. Desde la década de 1980 sabemos que si podemos conformarnos con una conexión con una velocidad algo inferior a la que requieren los jugadores online (con un retraso de medio segundo), entonces sería posible tener una cobertura mundial continua con una constelación de solo cuatro satélites ubicados mucho más arriba.

Sin embargo, HughesNet y ViaSat, los proveedores de internet por satélite más grandes del mundo que operan en dichas órbitas altas no ofrecen esa cobertura global. Otras redes de satélites que brindan servicios de detección remota y navegación también están muy por debajo de ese estándar. ¿Cuál es el motivo?

Como era de esperar, el gran obstáculo es el coste. Hay varios factores que influyen en el nivel de la órbita de un satélite. Estos incluyen el arrastre natural, las perturbaciones en el campo de gravedad de la Tierra, la fuerza gravitacional interferente del Sol y de la Luna, e incluso la presión causada por la radiación solar. Para combatir estos problemas, hace falta una gran cantidad de carburante en el satélite para estabilizar su órbita constantemente, una cantidad que generalmente duplica la masa del satélite. Esto provoca que los costes de fabricación, lanzamiento y operativos sean demasiado altos para ejecutar la idea de los cuatro satélites.

Un nuevo estudio dirigido por los ingenieros de The Aerospace Corporation y publicado en Nature Communications propone un enfoque contrario que convierte estas fuerzas degradantes en elementos capaces de ayudar a mantener estos satélites en órbita. Si funciona, significaría que solo cuatro satélites serían capaces de proporcionar una cobertura global continua por una fracción de este coste total.

Actualmente, las órbitas de estos satélites son elípticas, y las fuerzas del Sol y de la Luna crean inestabilidades que rompen la constelación con el tiempo. El investigador de la Universidad de Cornell (EE. UU.) Patrick Reed y sus colegas querían hacer que las órbitas fueran más circulares, lo que permitiría que los satélites funcionaran con menos maniobras de propulsión y necesitaran menos combustible. Y lo querían lograr de tal manera que los satélites aún pudieran proporcionar una cobertura prácticamente global.

El equipo realizó simulaciones para analizar qué tipos de configuraciones orbitales podrían convertir mejor las fuerzas degradantes en impulsoras de una órbita circular estable. Los casos en los que, por ejemplo, la gravedad del Sol normalmente rompería la constelación ahora podrían unirla. Las simulaciones se llevaron a cabo para las constelaciones de cuatro satélites que pasarían al menos 6.000 días (16,4 años) en órbita.

Después de analizar las simulaciones con el superordenador Blue Waters en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE. UU.), el equipo encontró dos modelos que podrían funcionar. En uno, la constelación completaría una órbita en un período de 24 horas, a una altitud de 35.405 kilómetros, y lograría una cobertura continua para aproximadamente el 86 % del globo. En el otro, el período sería de 48 horas a una altitud de 67.592 kilómetros y cubriría el 95 % del planeta. Las áreas que sufrieran interrupciones solo tendrían un máximo de 80 minutos de desconexión al día.

Por supuesto, las velocidades de conexión serían más lentas debido al tiempo adicional que se tarda en enviar la señal desde una órbita mucho más alta. “Sin embargo, para la mayoría de las personas que utilizan los sistemas de datos, sería difícil detectar retrasos superiores a un cuarto de segundo, ya que hay muchos otros retrasos en los ordenadores y en las redes de datos”, destaca el presidente de la consultora de telecomunicaciones TelAstra, Roger Rusch.

En estos sistemas, los satélites (cada uno con un peso aproximado de 1,2 toneladas) necesitarían aproximadamente un 60 % menos de carburante durante todo el período de 6.000 días que si estuvieran orbitando en configuraciones más convencionales. Esto reduciría su masa en más de la mitad, lo que los haría mucho más fáciles de construir y lanzar. También sería posible instalar mejores instrumentos y sistemas de energía (los satélites de gran altitud necesitan más energía para transmitir señales a la Tierra).

Reed afirma que el objetivo del trabajo consiste en permitir que los países o compañías más pequeñas puedan operar constelaciones con una cobertura casi continua. El argumento se basa en que estos costes reducidos ayudarían a estos grupos a construir, lanzar, operar y controlar solo unos pocos satélites en una órbita más alta, en comparación con una constelación tan extensa de miles de satélites en órbita terrestre baja.

Los expertos como Rusch valoran con optimismo los hallazgos del nuevo estudio. Asegura que los costes de capital y operación de un sistema satelital LEO son de tres a cinco veces más altos que los de un sistema de gran altitud con la misma capacidad. Los astrónomos y expertos en basura espacial que están preocupados por los efectos negativos de los proyectos como Starlink también podrían estar a favor de este concepto.

Aunque otros son un poco más cautelosos. El principal analista de la empresa de análisis e ingeniería Bryce Space and Technology, Anton Dolgopolov, señala que los sistemas LEO aún tienen algunas potentes ventajas, como el hecho de que les resulta más fácil garantizar la cobertura en las comunidades cercanas a los polos. Además, en una red compuesta de cientos a miles de satélites, el servicio no se interrumpiría aunque algunos no arranquen o no funcionen correctamente. Y los satélites LEO se pueden sacar de la órbita y reemplazar bastante más rápido.

En otras palabras, los nuevos modelos son solo unas posibilidades teóricas, por muy interesantes que parezcan. En el mundo real, los obstáculos económicos y de ingeniería pueden bajar las esperanzas de una solución fácil.