Cómo funcionan los satélites: Mecánica orbital, tipos principales y usos cotidianos

Un satélite se mantiene arriba cayendo. Una vez que un cohete le da suficiente velocidad hacia los lados, la gravedad de la Tierra lo sigue atrayendo hacia el suelo, pero la superficie del planeta se curva al mismo ritmo en que el satélite cae, por lo que nunca toca realmente la superficie. El Observatorio Terrestre de la NASA describe este equilibrio como la física básica detrás de cada satélite artificial: las órbitas más bajas requieren velocidades más altas para evitar caer, mientras que las órbitas más altas permiten velocidades más lentas.

La física: altitud, excentricidad, inclinación

Según la División de Ciencias de la NASA, tres parámetros definen la trayectoria de cualquier satélite. La altitud establece la velocidad orbital y el tiempo necesario para completar una vuelta alrededor de la Tierra. La excentricidad describe si la trayectoria es un círculo o una elipse elongada. La inclinación es el ángulo del plano orbital en relación con el ecuador. Juntos, estos tres números determinan qué porción de la Tierra puede ver un satélite y con qué frecuencia pasa sobre la cabeza.

La NASA proporciona ejemplos concretos: su satélite Aqua, a 705 kilómetros de altitud, completa una órbita cada 99 minutos, mientras que un satélite estacionado en la franja geoestacionaria a aproximadamente 36.000 kilómetros tarda casi 24 horas en girar una vez, igualando la rotación propia de la Tierra.

Principales familias de órbitas

Las agencias espaciales agrupan la mayoría de los satélites en un puñado de tipos de órbita estándar, cada uno adecuado para una misión diferente. La Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA describen el mismo conjunto básico, con rangos de altitud más o menos coincidentes.

La ESA señala que los satélites geoestacionarios viajan de oeste a este directamente sobre el ecuador a aproximadamente 3 kilómetros por segundo, igualando exactamente la rotación de la Tierra, por lo que parecen permanecer sobre un punto fijo en el terreno. El catálogo de la NASA añade que los satélites tipo GPS se sientan en una órbita «semi-sincrónica» a aproximadamente 20.200 kilómetros, completando dos órbitas cada día, mientras que la órbita Molniya es una elipse altamente elongada (excentricidad 0,722) que pasa la mayor parte de su período de aproximadamente 12 horas sobre altas latitudes del norte, razón por la cual históricamente ha servido para comunicaciones árticas.

Más allá de las órbitas que rodean la Tierra, algunas naves espaciales se colocan en puntos de Lagrange — ubicaciones gravitacionalmente equilibradas aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, según la ESA — donde los observatorios del espacio profundo pueden operar con interferencia mínima de la Tierra y el Sol. Otros salen completamente de la órbita terrestre para una trayectoria heliocéntrica alrededor del Sol una vez que alcanzan la velocidad de escape.

Para qué se utilizan los satélites

La elección de órbita está directamente relacionada con el tipo de misión. El sitio oficial de información GPS del gobierno de EE.UU., GPS.gov, describe el Sistema de Posicionamiento Global como construido en tres partes: una constelación de 24 satélites operativos que transmiten continuamente señales de posición y tiempo (el segmento espacial); estaciones de seguimiento y comando mundiales que mantienen los satélites en sus órbitas apropiadas y corrigen sus relojes (el segmento de control); y los receptores que calculan ubicación y tiempo a partir de esas señales (el segmento de usuario).

• Los satélites de comunicaciones retransmiten señales de televisión, teléfono, radio e internet, principalmente desde órbitas media y geoestacionaria.
• Los satélites de navegación como GPS, Galileo, GLONASS y BeiDou transmiten señales precisas de tiempo y posición desde órbita terrestre media para que los receptores terrestres puedan calcular su propia ubicación.
• Los satélites de observación de la Tierra, a menudo en órbitas bajas polares o helio-sincrónicas, caminan la superficie para pronósticos meteorológicos, agricultura, cartografía y respuesta a desastres.
• Los satélites científicos estudian el Sol, la radiación cósmica y objetos astronómicos distantes, a veces desde órbita terrestre y a veces desde puntos de Lagrange.
• Las constelaciones de banda ancha de órbita terrestre baja, como los miles de satélites Starlink rastreados por catálogos independientes, proporcionan acceso a Internet retransmitiendo señales entre estaciones terrestres y receptores.

Mantenimiento de satélites en órbita

Las órbitas no son libres de mantenimiento. El Observatorio Terrestre de la NASA señala que los satélites de órbita terrestre baja experimentan arrastre atmosférico y deben aumentar periódicamente su altitud: los satélites tipo Aqua necesitan esto tan frecuentemente como cada dos o tres semanas cuando el Sol está muy activo, pero solo aproximadamente cuatro veces al año cuando la actividad solar es baja, ya que la actividad solar cambia la densidad de la atmósfera superior. Los satélites a todas las altitudes también necesitan correcciones ocasionales para perturbaciones gravitacionales y para evitar colisiones con escombros u otras naves espaciales.

El seguimiento de la población general de satélites es una tarea continua para observadores independientes. Jonathan's Space Report, un proyecto de seguimiento de larga duración, contó 16.988 cargas útiles activas en órbita terrestre a partir del 12 de octubre de 2026, de las cuales 11.114 eran satélites Starlink; la gran mayoría de satélites activos se clasificaban como estando en Órbita Terrestre Baja más baja.