Por Maximiliano Gamboa
La llegada de una nueva gestión a nivel nacional abrió las puertas a la exploración de nuevas alternativas tecnológicas que, hasta entonces, habían estado excluidas del ambiente de la defensa por diferentes cuestiones. Entiéndase por esto último, y sin agregar juicios de valor, que la gestión anterior se caracterizaba por darle mucha mayor relevancia y participación en el desarrollo de tecnologías a las empresas vinculadas al Ministerio de Defensa, lo que limitó la participación en la esfera nacional de empresas como “Starlink” y tenía como único proveedor de servicios de comunicaciones satelitales a la empresa “ARSAT”.
Por otra parte, en una reciente publicación del día 29 de enero, del Ministro de Defensa Luis Petri, en ocasión de presentarse los medios de las Fuerzas Armadas a disposición para las operaciones de protección civil, se pudo apreciar en diferentes imágenes antenas planas de la empresa “Starlink”[1]. Esto no es una novedad, dado que anteriormente ha habido publicaciones de estas antenas en la Antártida Argentina[2], e incluso el Ejército Argentino compartió imágenes de una comunicación por videollamada, con montañistas que habían alcanzado la cima del Aconcagua[3].
Es de conocimiento general que el uso de comunicaciones satelitales es un desafío creciente para muchas fuerzas armadas, y Argentina, en este campo, está entre los pocos países que cuentan con satélites de fabricación nacional en el espacio exterior.
No obstante, las características de los satélites ARSAT I y ARSAT II presentan limitaciones a la hora de proporcionar una comunicación de baja latencia, una capacidad que ofrecen las comunicaciones por medio de satélites de órbita baja (o LEO por sus siglas en inglés).
El propósito de este artículo es esclarecer los principios tecnológicos de las comunicaciones satelitales de baja latencia, presentando los ejemplos de las antenas planas de “Starlink” y como esas facilidades favorecen a las operaciones subsidiarias del Instrumento Militar. No se pretende excluir ni desestimar los avances en materia satelital que nuestro país posee, ni mucho menos pretende desentramar las consecuencias de no desarrollar tecnologías propias en materia de comunicaciones, especialmente para el ámbito militar.
Definiciones
Para iniciar este camino debemos comenzar por definir ciertos conceptos que nos van a ayudar a comprender la raíz de la diferencia entre los servicios de alta latencia, como los que caracterizan a los servicios provistos por los satélites ARSAT I y ARSAT II, y los que pueden ser proporcionados por servicios de baja latencia mediante el uso de los LEOS, como los que ofrecen las antenas de la constelación de “Starlink”. Por ello, creo pertinente comenzar por una serie de definiciones que ayudarán a comprender las tecnologías involucradas en las comunicaciones satelitales:
Satélite: Un satélite es un objeto que ha sido puesto en órbita intencionadamente.
Satélite Geoestacionario: Un satélite geoestacionario es un satélite que, colocado a una altitud de aproximadamente 36.000 km directamente sobre el ecuador, gira en el sentido de la rotación de la tierra. El término “estacionario” proviene del hecho que, a la vista, se ve siempre en el mismo lugar y provee servicio dentro de la zona de iluminación del mismo.
Satélites No Geoestacionarios: Los satélites de esta clasificación son aquellos que no cumplen con la característica mencionada anteriormente. Mientras que un satélite geoestacionario puede proveer servicio a un área geográfica determinada por su zona de iluminación, o pisada satelital, los satélites no geoestacionarios requieren de estar agrupados en “constelaciones” para proveer servicios.
Satélites de Órbita Media (MEO): Los satélites de órbita media están situados a una altura de entre 5000 y 20000 km de la superficie terrestre. Su período orbital es de entre 2 y 12 horas. Dada la altura en la que se encuentran, proporcionan un término medio en cuanto a los servicios que se pueden brindar de comunicaciones de datos y su área de cobertura intermedia entre los satélites geoestacionarios y los de órbita baja.
Satélites de Órbita Baja (LEO): Los satélites de órbita baja orbitan a una altura de entre 160 y 1.500 kilómetros de la superficie terrestre. Se distinguen de los anteriores en que tienen un período orbital corto, lo que quiere decir que tardan menos tiempo en dar una vuelta completa al planeta (entre 90 y 120 minutos). Debido a la altura a la que se encuentran tienen un área de cobertura menor a los satélites geoestacionarios y satélites de MEO y proporcionan servicios de comunicación de datos de baja latencia.
Latencia: La latencia está dada por el tiempo que demora una estación terrena en transmitir y recibir una señal. Cuanto menor es la latencia en la comunicación entre estación terrestre y satélite, mejor va a ser la tasa de transmisión de datos, aumentando la calidad de la comunicación.
Metodología de trabajo
Según se pudo apreciar en algunas imágenes sobre el Ejercicio Aoinikenk, del año 2024, para el apoyo de Comunicaciones e Informática se utilizaron antenas parabólicas para las comunicaciones satelitales.
![Fotografía 1: Extraída de la página oficial del Ejército Argentino de Facebook[4]](https://static.wixstatic.com/media/faeb1f_83c008a831914e919ecdf869b17744ef~mv2.jpg/v1/fill/w_980,h_735,al_c,q_85,usm_0.66_1.00_0.01,enc_avif,quality_auto/faeb1f_83c008a831914e919ecdf869b17744ef~mv2.jpg)
Con este tipo de antenas como las de la imagen de arriba se realiza su entrada en posición por medio de la comunicación entre una estación remota (mediante el empleo de una antena parabólica) y el satélite geoestacionario ARSAT II, que orbita a una altitud de 35700 kilómetros sobre el nivel del mar.
Como se mencionó anteriormente, un satélite de estas características se encuentra, aparentemente, estacionado en un punto en el cielo, lo que facilita el apuntamiento de una antena parabólica. Esta entrada en posición varía en altura y azimut en función del posicionamiento elegido para la instalación de la antena. El concepto de funcionamiento general se ilustra en la imagen que se encuentra debajo. Para las comunicaciones del Instrumento Militar se emplea el Telepuerto Satelital de Campo de Mayo, en lugar del de Benavidez, pero la imagen muestra un esquema general.
Sin embargo, una desventaja que representa esto es, como se mencionó anteriormente, la latencia de la comunicación en datos. El haz de onda debe recorrer una distancia muy grande para ir desde un punto a otro en la comunicación, provocando que la velocidad de transferencia de datos sea lenta, que para el caso de los satélites de ARSAT nos referimos a hasta 30Mbps en descarga y 3Mbps en subida en servicios compartidos (según datos publicados en fuentes abiertas). Además, se deben tener en cuenta ciertas consideraciones para la entrada en posición de una estación remota, como las que se presentan a continuación.
Como alternativa a la metodología actual, y frente a los desafíos que representan las comunicaciones militares en el combate moderno es que desde hace un par de años que el Estado Nacional, por medio de la Universidad de la Defensa y CITEDEF, se encontraba interesado en un proyecto del Consejo Profesional de Ingeniería de Telecomunicaciones, Electrónica y Computación (COPITEC), que buscaba poner en órbita una constelación de satélites de órbita baja. El objetivo que pretende esta iniciativa es el de mejorar sustancialmente las comunicaciones de datos satelitales para el uso de dispositivos IoT y que pueda brindar servicio a todo el continente sudamericano[5].
Finalmente, para tener una referencia de lo que significa una constelación de satélites LEO, como los de la constelación de Starlink, éstos a una altura de 550 km, ofrecen para la señal electromagnética una demora 3 milisegundos en recorrer la distancia ida y vuelta (0.003 seg), ello significa un incremento sustancial en la transmisión de datos en comparación con el uso de satélites GEO.
Comunicaciones satelitales entre estaciones terrenas y constelaciones de satélites LEO
Como se mencionó anteriormente, los satélites de LEO tienen sus peculiaridades y, especialmente, a nivel tecnológico representan un desafío en la constitución electrónica de sus componentes, hecho dado por su tiempo orbital corto y por la necesidad de sincronizar una antena en el terreno con un nuevo satélite de la constelación cada un tiempo determinado.
Imaginemos el proceso de comunicación entre una antena en el terreno y un satélite, como el proceso de lectura que estamos efectuando en este momento: Para poder interpretar lo escrito en este artículo debemos comenzar a leer desde la izquierda hasta la derecha, y al llegar al final de la página, debemos reiniciar la lectura a la izquierda de la hoja. Una antena en el terreno debe realizar este proceso cada vez que “pierde de vista” al satélite que tiene apuntado en la comunicación. Esto nos lleva a preguntarnos, ¿cómo hace para apuntar a un nuevo satélite cuando “pierde de vista” al anterior? La respuesta no es moviendo la antena cada 5 minutos, ni haciendo un apuntamiento automático, sino que se lleva a cabo en la antena un procedimiento llamado “beam steering”.
El “beam sterring” o direccionamiento del haz, es una técnica que consiste en cambiar la dirección del lóbulo de radiación principal de la antena. En las antenas empleadas para la comunicación satelital de LEO’s se emplean antenas planas que consisten en una serie de arreglos de antenas, preparadas electrónicamente para llevar a cabo el proceso de “beam steering”.
La antena plana de “Starlink”, utiliza arreglos de antenas sincronizadas y desplazadas en fase, cuya variación se da por medio de variaciones en la fase de la señal que emiten las antenas. Otra empresa que emplea una metodología parecida a la de Starlink es la empresa de soluciones satelitales “MPT” (Microwave Products and Technology).
Estas metodologías elegidas para la comunicación satelital permiten que las antenas tengan mayor o menor ganancia, mayor o menor ángulo de desplazamiento, haces más o menos estrechos, antenas más o menos costosas y otras especificaciones de acuerdo a la complejidad en el desarrollo de cada competidor.
Sin ahondar en demasiados detalles sobre cada una de las tecnologías mencionadas, es necesario explicar el concepto de desplazamiento de fase en arreglos de antenas y su empleo para el direccionamiento de haces en las comunicaciones satelitales.
Arreglo de Antenas en Fase (Phased Array Antennas)
Un arreglo de antenas en fase es, en esencia, un agrupamiento de antenas de muy pequeñas dimensiones, ubicadas una de lado de otra, sobre una plataforma plana o lineal. Cada una de estas antenas envía la misma señal.
Cuando estas antenas agrupadas emiten una señal al espacio exterior, las mismas se interfieren entre sí, ocasionando un fenómeno constructivo y destructivo en diferentes puntos del frente de onda. Se puede apreciar en la imagen debajo, como se construye el lóbulo de radiación a partir de la incorporación de más antenas en el arreglo.
En la medida en la que se incorpora un mayor número de antenas, el lóbulo de radiación se hace cada vez más estrecho, como se puede apreciar en las imágenes debajo. Una antena plana está constituida por un número grande de antenas. Las imágenes corresponden al lóbulo de radiación de una antena “Dishy” de Starlink cuando no existe una diferencia de fase entre la señal emitida por las diferentes antenas. Vale mencionar que la antena de referencia está compuesta por 1800 antenas.
Figura N°6: Arreglo de Antenas.
Como se mencionó en el apartado anterior, frente al desafío que constituye la conectividad con una antena satelital orbitando a altas velocidades en la órbita baja del planeta, la solución es establecer una diferencia en las fases relativas de las señales con que se alimenta cada antena.
En física, la fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente, siendo la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia. La fase se representa a partir de valores angulares que van de 0 a 359°, por lo que es la diferencia en grados entre un punto sobre este círculo y un punto de referencia. Para tener como referencia, las imágenes anteriores corresponden al arreglo de antenas en fase 0°.
Si se altera la fase relativa de las señales se podrá "mover" el haz (en realidad lo que se está haciendo es cambiar la dirección en la cual las interferencias son constructivas). Esto se refleja en el gráfico que se encuentra debajo, en donde podemos ver como varía el direccionamiento del haz en función de la diferencia de la fase (vale mencionar que el símbolo “pi” equivale a un desplazamiento de fase de 180°).
Figura N°7: Desplazamiento de fase.
Si bien esto pareciera muy abstracto, el fenómeno es fácilmente visible si, por ejemplo, arrojamos dos gotas de agua sobre un espejo de agua quieto. Variando el tiempo entre que arrojamos una gota y otra, podremos ver lo mismo que se ve en el gráfico superior.
En resumen, la solución consiste en desfasar la señal enviada a una antena con respecto a las otras, obteniendo como resultado una variación en los momentos de los picos y valles emitidos por una antena. Esto va a generar que la ubicación de la interferencia constructiva esté inclinada hacia la izquierda o la derecha, con interferencia destructiva en todas las direcciones ajenas a esa dirección.
El procedimiento por el cual se lleva a cabo este cambio en las fases de las señales emitidas por las diferentes antenas es muchísimo más complejo y demanda de muchísima investigación y combinación de conocimientos, dada la cantidad de antenas y el sincronismo necesario para el desplazamiento del haz. Todo eso, luego se ve reflejado en la construcción de una placa compleja de microprocesadores de diferentes capacidades de cálculo para lograr que la antena cumpla el efecto deseado.
Impacto de las antenas planas “Starlink” en las Operaciones de Protección Civil
De más está decir que este artículo no pretende ahondar mucho más en los detalles tecnológicos de las antenas mencionadas, sino más bien presentar el desafío que representan hoy en día las comunicaciones militares en los escenarios modernos, donde es cada vez más necesario la interoperabilidad, un alto grado de conciencia situacional del ambiente de batalla, la disposición de información en tiempo real y la necesidad de conocimientos cada vez más avanzados en las tecnologías en uso.
En este contexto podemos concluir que la incorporación de estas tecnologías por parte de nuestras fuerzas armadas es un avance significativo en las tareas de Apoyo de Comunicaciones e Informática que brindan los elementos de comunicaciones en escenarios de catástrofe. Una mayor capacidad de procesamiento de datos y de transmisión de información, como los que permiten las antenas planas de “Starlink” y su constelación LEO, redunda en la reducción del ciclo de toma de decisiones que toman nuestras Fuerzas Armadas y organizaciones de protección civil en este tipo de operaciones.
Por otra parte, la conexión de estas antenas para acceder al servicio de internet es sumamente sencilla en comparación de la complejidad que significa entrar en posición las estaciones terrenas que aún poseen muchas unidades de las Fuerzas Armadas. Para tener una idea, estamos comparando la entrada en posición de un plato parabólico de, aproximadamente, 2 metros de diámetro (como el de la fotografía N°1) con el de una antena de las dimensiones de una de 30 cm x 50 cm, que se orienta automáticamente.
Finalmente, la portabilidad facilita la entrada en posición en lugares remotos y permite que sea transportada por una persona con conocimientos mínimos para situaciones de emergencias, o para brindar comunicaciones a elementos que se despliegan a lugares remotos, tal y como quedó ilustrado en la comunicación entre la patrulla que hizo cima en el Aconcagua. Estos hitos demuestran la importancia de conocer e incorporar las tecnologías más aptas para las tareas esenciales que desempeña nuestro Instrumento Militar.
Artículos y videos de referencia
Tipos De Satélites: Sus Órbita Y Funciones. https://eos.com/es/blog/tipos-de-satelites/
Focus: Kymeta’s Flat Panel Antenna Technology. The basics of the metamaterial-surface antenna technology (MSAT):
¿Cómo funciona Starlink? - Traducido al Español https://www.youtube.com/watch?v=ePT04w2rJr4&ab_channel=JeffersonMarquez
Phased Array Antennas
Avances en el primer satélite de la constelación LEO del COPITEC. Se inició la construcción del primer satélite – Marzo, 2022
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