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Fabricar un satélite artificial y ponerlo en orbita

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sábado, 29 de septiembre de 2012

Fabricar un satélite artificial y ponerlo en orbita

Importante:
El autor no se hace responsable del mal uso de la información aquí presentada, dicha información solo es para aprendizaje y construcción de un satélite.


Parte dos: Construcción de antena y lanzamiento


Como la mayoría sabe un satélite artificial se puede dedicar a cualquier cosa, los hay militares, espías  de telecomunicaciones, fotográficos, climatologicos, investigación científica y muchas clases mas.
Pero si visitaste esta entrada es por que lógicamente quieres saber como puedes hacer uno, para ello tendrás que tener en cuenta los siguientes aspectos:
-Para que se utilizara el satélite.
-Medios económicos disponibles.
-Medios de lanzamiento o para ponerlo en órbita.
-Cantidad de materia prima que posees a tu alcance, como PC de las cuales puedas extraer componentes, artefactos electrónicos, etc. (En este caso todo sirve)

El punto de "la utilidad que le darán" lo dejo a su criterio, a continuación empezaremos con lo básico:

Como colocarlo en órbita:
Existen muchas formas de poner un cuerpo de una masa determinada en órbita como lo son el cohete, cañón  acelerador electromagnético,  globo de Helio + cohete de segunda etapa. Cualquiera de estas formas funciona siempre que se tenga en cuenta el peso del satélite (cuanto menos pese, mas fácil sera colocarlo en órbita)
Una de las formas mas sencillas es usar un cañón  aun que parezca alocado, es la manera mas fiable debido a que la carga explosiva esta al alcance, con esto me refiero a la pólvora almacenada en fuegos artificiales. Para el cañón se puede utilizar una tubería (no importa si es plástica, ahora veras porque),la cual se debe enterrar por completo para utilizar la presión ejercida por el suelo terrestre sobre las paredes de la tubería para mantener la forma cilíndrica mientras se produce la aceleración del satélite. La cantidad de explosivo a usar es directamente proporcional a la masa del objeto que se desea disparar; la formula es la siguiente:
-Si la órbita es circular, la magnitud de la velocidad es constante en toda la órbita y está determinada por:

Esta formula esta referida a la velocidad orbital, es decir, la velocidad que necesitamos para mantener el satélite en órbita. Para saber la velocidad que debe tener para escapar de la atmósfera terrestre la explicación ya fue realizada en la siguiente entrada Velocidad de escape.
Con estos datos podrán determinar la velocidad que debe tener el satélite para mantenerse en órbita. Teniendo la velocidad que se debe adquirir se puede calcular la energía necesaria para lograrla y usaremos la siguiente formula:

Vf2= Vo2 - 2gh
Donde:
-Vf2 corresponde a la velocidad final (en este caso la velocidad orbital) al cuadrado.
-Vo2 corresponde a la velocidad inicial (en este caso la velocidad con la que saldrá disparado el satélite)
-g corresponde a la aceleración de la gravedad que es de 9.81m/s2 (metros por segundo al cuadrado)
-h corresponde a la altura alcanzada (que se puede calcular usando la formula h= Vo * t - 1/2 at2)

Con este resultado obtendremos la velocidad final del satélite a una altura determinada (esta formula también les permite saber la velocidad del satélite a diferentes alturas a medida que asciende )

Este vídeo de constructores amateur muestra que ellos con un pequeño cohete llegaron a la estratosfera y colocaron una cámara go pro para ver su recorrido, el mismo principio se puede utilizar en este tema del lanzamiento de satélites. En la tobera colocaron un cono de grafito, este cono puede llegar a costar mucho, en su reemplazo se puede utilizar una doble cámara refrigerada de metal en su preferencia de acero inoxidable para minimizar el desgaste por oxidación de la llama.



Si prefieren usar otro tipo de cañón existe una alternativa:
El cañon Gauss

Este es, básicamente  un electroiman que lo único que hace es acelerar una carga con propiedades magnéticas (como una masa de Hierro o Acero) hacia él mismo, es decir, atraerla. Una vez que la carga llega a las proximidades del electroiman, este es desconectado (apagado) y la carga continua por su carga inercial.
La única desventaja es encontrar los materiales nombrados siguentemente:

-Alambre de cobre.
-Capacitores (la cantidad la deciden ustedes ya que cuanto mas pese la carga mas voltaje y mas capacidad tendrán que tener, yo recomiendo que trabajen con capacitores de 400 Volt y 4700 uF como el que se muestra en la imagen )

-Un tubo (puede ser de PVC)
-Soportes de madera o plástico (siempre de materiales no conductores)
-Por ultimo un transformador con un puente rectificador de corriente incluido para la carga del Capacitor.

El modelo de prueba quedaría así:



Importante:
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Por ejemplo si se usa un cohete se debe tener en cuanta que el gasto de combustible sera de 50 litros para poder poner en órbita a un satélite de 50 gramos. Entonces la cantidad de pólvora a utilizar en el cañón se los dejo a su criterio divido a que todo dependerá de el peso exacto del satélite a mandar.

El largo de la tubería tendrá que ser al menos de 10 metros.

En el caso de utilizar un cohete se utilizaran las mismas formulas mostradas anteriormente, un giroscopio para mantener en posición lineal recta al mismo y la relación de cantidad de combustible mostrada anteriormente (50 litros para poder poner en órbita a un satélite de 50 gramos).
El motor de cohete mostrado en la imagen anterior corresponde a un motor de combustible solido, este tipo de motores solo es recomendable para llevar la carga a una altitud de hasta 45 kilómetros de altura (debido a el peso del combustible). La carga de eyeccion se utiliza para separar la otra etapa del cohete que corresponde a una etapa de combustible liquido con su motor correspondiente mostrado a continuación:
O también se puede utilizar un cohete híbrido  es decir un cohete de combustible solido en el que el oxidante lo proporciona un tanque y así reducir el peso del cohete:
El cohete híbrido es capaz de llevar el satélite hasta su órbita. El combustible solido puede ser parafina (componente de las velas), o una combinación de carbón y azufre en cantidades de 75% de carbón y 25% de azufre. El oxidante puede ser aire comprimido o en estado liquido (lo que permite un tanque de menor tamaño y como consecuencia menor peso)

Método con globo:
Este método consiste en elevar primeramente la carga con un globo de helio o hidrógeno ahorrando así grandes cantidades de combustible. Para ello se necesita un globo de gas que pueda llevar la carga hasta una altura de aproximadamente 30 kilómetros, desde ahí, se realiza el encendido de un cohete que llevara la carga (el satélite) hasta su posición final permitiendo, por ejemplo, enviar fotos de la curvatura de la tierra a 100 km de altitud, lo que no se puede lograr con globo si se pretende llegar tan alto ya que los globos solo muestran la curvatura de la tierra a altitudes entre 30 km y 45 km.
Una vez que se encuentra en órbita lo que mas interesa es recibir los datos que obtuvo el satélite en su recorrido orbital, esto lo lograremos colocando un reloj (si un reloj como el que tienes en tu casa) que dependiendo de la altura de órbita y la velocidad orbital mas el radio de la órbita podremos sacar el tiempo que tarda en pasar por nuestra ubicación. Con esto se activa el método de transmisión de datos elegido y se reciben los datos, es decir, el reloj marca el tiempo exacto en el que comienza la transmisión (con esto lograremos ahorro de energía, reduciendo transmisiones en lugares muy alejados del sistema receptor)
Para la transmisión de datos se puede utilizar la radiofrecuencia que se puede generar utilizando el método de chispa:

Este es un esquema simplificado (si así de simple es) en el que se muestra a la izquierda el emisor y a la derecha el receptor. Con esto se podrá recibir las ondas generadas por el satélite.
En el caso de utilizar una cámara conectada directamente a el transmisor, la misma se deberá encender cuando el reloj lo indique. (Recuerden que para transmisión de ondas de radio se necesita alto voltaje por lo que se deberá equipar el satélite con un banco de capacitores para el momento de la transmisión).


Otros tipos de emisores y receptores.


Para mas información sobre construcción de transmisores, click aqui

Si no se encuentra al alcance paneles solares, se pueden utilizar termopares debido a que en el espacio hay diferencias de temperaturas que pueden llegar a 150° C o mas. Un termopar consiste en dos conductores, como cobre y hierro enlazados de la siguiente manera:

Si se usa termopares como fuente de energía es elemental la utilización de un banco de capacitores para el momento de funcionamiento y transmisión.
Con respecto a la estructura que contendrá todos los componentes del satélite (capacitores, cámara  reloj y demás componentes a colocar) se debe tener en cuanta la aislación térmica pero no gaseosa (para permitir la descompresión y evitar que el satélite estalle por las diferencias de presión. El material a emplear puede ser un cilindro de PVC recubierto en su parte externa por los siguientes compuestos:
-Corcho
-Madera
-Lana de oveja (la que se utiliza para tejidos)
-Vidrio
-Lana de vidrio
-Espuma de Polietileno
Cualquiera de estos funciona, pero se deberá tener en cuenta que cuanto mas sea el grosor de la capa aislante mayor sera la resistencia térmica del satélite (tenga en cuenta no descuidar el peso del satélite al aplicar la capa aislante)

Imagen que muestra como debería quedar terminado el satélite (recuerden que el modelo mostrado en la imagen utiliza paneles solares, el nuestro en su lugar tendría un panel compuesto por hilos trenzados de cobre y hierro para formar el termopar)
La forma cilíndrica compuesta por PVC recubierta por una capa de aislante térmico.
En su interior todos los componentes (una cámara  un banco de capacitores y un reloj con uno de sus números conectados a un transistor que funciona como interruptor para poner en funcionamiento la cámara y el emisor de radio ondas)
Y por ultimo un generador de ondas de radio por chispa.

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El autor no se hace responsable del mal uso de la información aquí presentada, dicha información solo es para aprendizaje

Satélite de tamaño reducido:

Si no se dispone de materiales en gran cantidad lo que se debe hacer es reducir el tamaño del satélite, con esto no solo se logra una construcción económica, si no, que también su puesta en órbita por su reducido peso

Con estos datos es posible la creación de un satélite artificial y su puesta en órbita (ante cualquier duda comenten y sera respondida). Dos cosas no se devén descuidar en este caso, el sistema de radio para poder mantener contacto y la fuente de energía que permite hacer controlar el satélite en el caso de poner por ejemplo una cámara fotográfica o, si quieres ir por algo mas complicado, un radio telescopio.
satélite
Plano del Satélite.
Donde "C" representa un capacitador variable que se ajusta a la señal que se transmite desde Tierra antes de la puesta en órbita, y "D" es simplemente un diodo (No usar LED,)


30 comentarios:

  1. yò kisiera enviar uno para utilizarlo como repetidor wifi

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    1. Con que elementos cuentas a tu disposición y que señal quieres repetir?
      Gracias por tu comentario, un saludo!

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  2. Un post muy interesante aunque en la actualidad creo que la gente no quiere llegar tan alto y al igual que en la antiguedad se volaban las cometas y despues las maquetas de aeromodelismo hoy día se siguen desarrollando las capacidades de los drones. Su comienzo casi paralelo con usos militares, de espionaje, fotografico...y ahora quieren buscarles usos más domésticos y comerciales. Algo así como enviar pedidos personalizados a clientes de pueblos remotos (libros, cartas etc...).
    Sobre la creación de un satelite artificial ya no me parece tan complicado despues de leerte.
    Un saludo.

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    1. Gracias por tu comentario, todo lo que dices sirve para las próximas entradas de mi blog. Un saludo para ti.

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  3. Muchas gracias fue la única fuente que me dio bases para iniciar mi proyecto espacial, no me parece tan complicado como parece.. es mas bien algo simple lo que si se debería tener cuidado es con el lanzamiento del cohete.. buscar sitios apartados y seguros seria mi recomendación para los futuros científicos espaciales

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    1. Gracias por tu comentario, por supuesto, recuerda que hay otros medios para los lanzamientos que se brindan en el material aquí expuesto para el aprendizaje, un saludo!

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  4. Hay algo que no logro entender, dices que hacen falta 50litros de "combustible" para poner en órbita 50gramos. A qué te refieres con "combustible"? A la cantidad de polvora necesaria en el cañon?

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    1. Gracias por tu comentario, con la cantidad de combustible me refiero a combustible liquido, como alcohol (uno de los mas usados). Un saludo

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  5. Se necesita algun permiso de la administración para lanzar el cohete? y para ponerlo en órbita?

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    1. En general los permisos pertinentes se piden en el comité nacional de comunicaciones y por lo general es un tramite sin costos, pero eso depende de cada país y la órbita que el satélite describirá. Igualmente, te aconsejaría que te asesoraras con alguien capacitado en asuntos legales ya que ese es un tema que no pertenece a la temática del blog. Gracias por tu comentario!

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  6. hola disculpa, cres que se pueda mover un objeto en el espacio usando pulsos electromagneticos?
    porque pense en acer un satelite que aga eso para moverse y despues si funciona acer una nave, suena algo loco pero lo crees posible?

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    1. Los pulsos electromagnéticos son originados por fotones, que son los componentes de la luz, no tienen masa pero si pueden generar impulso como tu dices. El inconveniente es que casi imperceptible, antes de hacer algo así que consuma tanta excesiva cantidad de energía se puede hacer un motor de iones o también llamados motores de plasma. Actualmente están en desarrollo, lo mas parecido que eh visto a lo que mencionas es empujar otros satélites con luz generada en una estación espacial. Es posible pero requiere mucha energía que se desperdiciaría. Gracias por tu comentario!

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    2. lo que tu describes es una vela solar, que utiliza los fotones emitidos por el sol (viento solar) o larsers artificiales para moverse sin combustible, lo que pasa es que 1 aun esta en desarrollo 2 serian enormes y 3 no funcionarian a la orbita que alcanzarian estos cohetes caseros.

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    3. No Renato, la vela solar es otra cosa diferente a la pregunta de akira, velas solares hay de dos tipos, una con fotones como tu dices y otra con empuje de cargas que se esta desarrollando pero no es para el uso que le quiere dar akira. Gracias por tu comentario

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  7. Que se necesitaria para crear un pequeño satelite para un uso de radioaficionado?

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    1. La información para el satélite la tienes puesta aquí, en cuanto a emisiones radiales necesitas permisos y un sistema que funcione de repetidora, que también esta explicado en la información aquí expuesta. Gracias por tu comentario, saludos.

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  8. Se necesita algun permiso para ponerlo en orbita? Cuanto te costo hacer el pequeño? Lo podria hacer un chaval de 15 años? Esque soy profesor y lo quiero utilizar como proyecto de tecnologia

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    1. En general los permisos pertinentes se piden en el comité nacional de comunicaciones y por lo general es un tramite sin costos, pero eso depende de cada país y la órbita que el satélite describirá. Igualmente, te aconsejaría que te asesoraras con alguien capacitado en asuntos legales ya que ese es un tema que no pertenece a la temática del blog. Gracias por tu comentario!

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  9. E escuchado de varias empresas que ofrecen poner en orbita un satélite gratis siempre y cuando este sea funcional.
    Conoces alguno?

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    1. Hola gracias por comentar, no tengo conocimiento sobre esas empresas, si sé que la NASA pone cargas pequeñas por mil dolares pero solo para escuelas.

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  10. hola , me gustaria saber si usted conoce como mandar una onda a 36.000 km de la tierra ya que esta es la distancia aproximada que estaria el satelite de la superficie terrestre , he investigado y solo he logrado tramitir ondas a pocos metros , me gustaria que me ayudara a transmitir una onda directa o espacial si sabe como hacerlo , muchas gracias por su ayuda

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    1. Para transmitir a esa distancia, que es la que utilizan los satélites de comunicación, se necesita una licencia. Pronto estaré publicando una entrada sobre ese tema en especial, saludos y gracias por comentar

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  11. hola, a mi me quedo una duda: como conectar los transmisores a... por ejemplo una computadora con la cual se monitoree el satélite y ademas de conectar una cámara para poder tomar fotos. También me quedo la duda de que son los capacitores y si hago termopares que cable iría en el lado positivo y que cable en el positivo ademas de que tipo de baterías debo de usar si hago un satélite de tamaño reducido (podrían ser de tipo recargables).
    por favor SI SE PUEDE deme una explicación completa pero fácil de entender ya que tengo 14 años, y si no se puede pues deme una explicación como se debe. De antemano gracias

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    1. Hola gracias por tu comentario, un capacitor es un componente para almacenar energía electrica, solo lo necesitaras para los circuitos. Te recomiendo que busques en google sobre las cosas de electrónica de lo contrario te resultará dificil comprender cualquier información aquí expuesta.

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  12. megustaria que mostrara como hacer un disposisto que pueda decodificar señal satelitales de cable e interner

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    1. Hola gracias por tu comentario, te refieres a la señal del satélite casero?

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  13. Hola, te felicito, buen post resumido y completo a la vez =D, pero me gustaría hacerte un par de preguntas, 1. al momento de lanzar el satélite, que debo hacer para cubrirlo ? por que obviamente habrá resistencia del aire y hasta sobrecalentamiento al salir de la atmósfera o dar el giro gravitacional, que podría utilizar en este caso ? he visto que los cohetes comunes utilizan una nariz que se secciona en varias partes una vez en el espacio, como se podría hacer esto ?. 2. que pasa si quiero que el satélite me envie datos por sensores, se programar muy bien chips y microcontroladores, podría hacer que lleve todo un circuito ligero que me capte por ejemplo, temperatura, radiacion uv, presión, electromagnetismo y cosas asi, como podría comunicar el satélite desde la órbita hasta el centro de control, no entendi bien la comunicacion. 3. que pasa si quiero controlar el satelite en orbita, por ejemplo desplegar una antena o un sensor o cambiar su rotacion instalandole ruedas giroscopicas, como puedo hacer esa comunicación a esa enorme distancia ?. 4 he leido varios libros de mecanica y fisica orbital siendo honesto sin entender todo, pero me gustaria muchisimo que hicieras otro post dando detalles como calcular a que tiempo el cohete debe empezar a inclinarse, a que angulo, una vez arriba que es lo mas recomendable que lleve el cohete y cosas asi. Me gustaria seguir en contacto con usted, por eso le confiero mi correo electronico (renatox@hotmail.es). Gracias por su atencion.

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    1. Hola Renato, todo se puede hacer con su trabajo y estudio correspondiente, hacer un cohete de varias fases no es complicado solo se secciona el cohete en varios cohetes secundarios, terciarios, etc. Para un lanzamiento economico puedes utilizar el globo, muchas empresas planean usar el globo de helio para hacer mas rentable el lanzamiento y luego de los 30 km de altitud utilizar el cohete. El giro se debe realizar segun la orbita a la que se quiera llegar, recuerda que debes tener una velocidad orbital no importa si realizas el giro unos pocos kilometros antes de la orbita planeada si llevas la velocidad orbital. Las antenas parabolicas o Cassegrain son las que mas se usan, ten en cuenta que la intensidad de la señal disminiye con el cuadrado de la distancia, para comunicarte con un satelite es recomendable una antena de 1 metro de diametro o mas, y la estación receptora si se puede, tiene que tener una del mayor diametro posible, cuanto mas grande mejor sera la calidad de señal. Estare haciendo una entrada sobre estos temas como pediste, saludos!

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  14. y si para la comunicación desde el centro de control instalo un par o una gran antena parabólica, de las que utilizan para captar "tv satelital" ? funcionaria mejor ? tienes una idea de como hacerlo ?

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    1. http://immortalium.blogspot.com.ar/2016/04/construir-y-poner-en-orbita-un-satelite.html

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