Los orígenes de la telemetría

La historia temprana de la telemetría aeroespacial está profundamente vinculada con el desarrollo de la comunicación por radio y la industria de la aviación, con raíces que se remontan a principios del siglo XX. La necesidad de monitorear de forma remota los sistemas de aeronaves y, posteriormente, de naves espaciales llevó a la invención y evolución de las tecnologías de telemetría, que se han vuelto fundamentales para las operaciones aeroespaciales modernas.

Pioneros en la comunicación inalámbrica

El concepto de telemetría, que consiste en medir y transmitir datos de forma remota, se originó con el desarrollo de la comunicación por radio a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Figuras clave en la invención de la comunicación por radio, como Guglielmo Marconi y Nikola Tesla, sentaron las bases de la telemetría al demostrar la capacidad de enviar señales de forma inalámbrica a largas distancias.

Guglielmo Marconi

El inventor italiano Guglielmo Marconi es a menudo reconocido como el creador de la radio. En 1895, transmitió con éxito la primera señal de radio a corta distancia, y para 1901 había establecido la primera comunicación por radio transatlántica. El trabajo de Marconi demostró el potencial de la comunicación inalámbrica, que más tarde sería adaptada para la telemetría.

Nikola Tesla

El inventor serbio-estadounidense Nikola Tesla realizó importantes contribuciones a la comunicación por radio y la tecnología inalámbrica. A principios de 1900, Tesla llevó a cabo experimentos con la transmisión de energía inalámbrica y el control remoto, conceptos que fueron fundamentales para los futuros sistemas de telemetría.

El Cuerpo Aéreo del Ejército de los EE.UU. UU. (conocido hoy como la Fuerza Aérea de los EE. UU.) y la Real Fuerza Aérea británica estuvieron entre las entidades militares interesadas en desarrollar tecnologías de radio para el control y monitoreo de vuelos. Empresas como Western Electric y RCA desarrollaron los primeros sistemas de comunicación por radio, fortaleciendo aún más los cimientos de la telemetría.

La telemetría en la cohetería (1920-1930)

A menudo referido como el padre de la cohetería moderna, el ingeniero estadounidense Robert Goddard (1882-1945) realizó contribuciones significativas a la telemetría aeroespacial a través de su trabajo pionero. En 1914, patentó sus inventos de cohetes de múltiples etapas y de combustible líquido. El 16 de marzo de 1926, lanzó el primer cohete de combustible líquido del mundo en una granja de Massachusetts. Fue uno de los primeros en desarrollar y utilizar un sistema de telemetría que empleaba señales de radio para transmitir datos de vuelo desde sus cohetes a los observadores en tierra.

Debido a que no existían soluciones comerciales disponibles, Goddard desarrolló instrumentos electrónicos para recopilar y transmitir datos desde sus cohetes. Estos sensores median y transmiten información como altitud, aceleración, presión barométrica, velocidad, consumo de combustible, presión en la tobera, temperatura y tasas de quema de combustible.

Uno de los primeros usos registrados de la telemetría de Goddard fue durante un vuelo de prueba el 16 de abril de 1935 en Roswell, Nuevo México. Durante este vuelo, logró transmitir con éxito datos en tiempo real sobre la altitud del cohete y otros parámetros a tierra, donde la información fue registrada y mostrada mediante instrumentos y medidores analógicos. Esto marcó una de las primeras aplicaciones de la telemetría por radio en la cohetería.

La telemetría en la aviación (1910-1930)

La telemetría comenzó a tomar forma como una tecnología distinta en las décadas de 1920 y 1930, impulsada por los rápidos avances en la aviación. A medida que las aeronaves se volvían más sofisticadas, surgió una creciente necesidad de monitorear sus sistemas de manera remota para garantizar la seguridad y el rendimiento.

Los primeros sistemas de telemetría eran rudimentarios y utilizaban señales de radio analógicas para transmitir datos desde las aeronaves a las estaciones en tierra, al igual que lo hacía Goddard con sus cohetes. Estos sistemas a menudo se limitaban a mediciones básicas como la temperatura del motor, los niveles de combustible y la altitud. Los datos se transmitían en tiempo real mediante modulación de frecuencia (FM), lo que permitía un monitoreo continuo de parámetros críticos.

Los primeros innovadores

Fundada en 1910, la Sperry Corporation fue fundamental en el desarrollo temprano de la instrumentación aeronáutica. Elmer Sperry, inventor y empresario estadounidense, co-inventó el primer giroscopio. Su hijo, Lawrence Sperry, inventó el piloto automático y el indicador de horizonte artificial, que aún se utilizan hoy en día.

Demostrado por primera vez en 1914, el piloto automático de Sperry utilizaba estabilización giroscópica. Aunque no era un sistema de telemetría en sí mismo, contribuyó significativamente al monitoreo y estabilidad en tiempo real durante el vuelo. El piloto automático ayudaba a mantener el rumbo y la altitud, y los datos sobre la posición del avión y los controles podían transmitirse a tierra mediante ondas de radio

Otro contribuyente significativo fue la Bendix Corporation, fundada por Vincent Bendix en 1924. Bendix se especializó en componentes automotrices y aeronáuticos, incluidos los primeros instrumentos de vuelo. Los ingenieros de Bendix trabajaron en el perfeccionamiento de los sistemas de telemetría para mejorar la confiabilidad y precisión en la transmisión de datos.

La telemetría durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945)

La Segunda Guerra Mundial impulsó una inversión significativa en investigación y desarrollo, lo que dio lugar a innovaciones que moldearían el futuro de la telemetría aeroespacial.

Las primeras contribuciones de Raytheon a la telemetría aeroespacial se centraron principalmente en su tecnología RADAR, sistemas de misiles guiados e innovaciones en electrónica militar. La empresa desarrolló sistemas de telemetría para transmitir datos en tiempo real sobre el rendimiento de misiles y aeronaves, lo que permitió a ingenieros y operadores militares recopilar información valiosa sobre trayectorias de vuelo, velocidades y sistemas de control. Los sistemas de radar eran esenciales para rastrear las trayectorias de aeronaves, barcos y misiles, y los datos recopilados a través de estos sistemas a menudo debían transmitirse en tiempo real a las estaciones terrestres.

Conocida principalmente por sus diseños no convencionales de “ala volante”, como el N1-M, YB-35 y YB-49, Northrop Aviation desarrolló dispositivos de registro de datos de vuelo tempranos que eventualmente se convirtieron en sistemas de telemetría. Debido a los desafíos estructurales y aerodinámicos únicos de estas aeronaves, Northrop inventó sistemas para monitorear y transmitir parámetros básicos de vuelo, como velocidad aérea, altitud, rendimiento del motor, estrés estructural y movimientos de las superficies de control. Estos datos se enviaban mediante señales de radio a estaciones terrestres, donde los ingenieros pudieron analizarlos y ajustar los parámetros de vuelo para mejorar el rendimiento.

Uno de los avances más notables durante este período fue el sistema de telemetría utilizado en el cohete alemán V-2, el primer misil balístico guiado de largo alcance del mundo. El cohete V-2 estaba equipado con un sistema de telemetría que transmitía datos sobre el rendimiento y la trayectoria de vuelo del cohete a la base de control en tierra.

Este sistema utilizaba señales de radio para enviar información como velocidad, altitud y estado del motor, permitiendo a los ingenieros analizar el comportamiento del cohete y mejorar su diseño. Fue uno de los primeros usos a gran escala de la telemetría en un cohete de largo alcance, lo que lo convirtió en un elemento crucial para aplicaciones aeroespaciales posteriores.

Los acontecimientos de la posguerra y el amanecer de la era espacial (1940-1950)

La década de 1950 marcó un período de rápida innovación en la telemetría aeroespacial, impulsado por las demandas del desarrollo de misiles, el vuelo supersónico y las primeras etapas de la carrera espacial. Estos avances formaron la base de los sistemas de telemetría modernos utilizados en la exploración aeroespacial y espacial. El período posterior a la guerra vio el establecimiento de instituciones de investigación y la comercialización de tecnologías de telemetría, sentando las bases para la era espacial. El Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) lideró los avances en sistemas de defensa contra misiles, financiando a empresas como Raytheon y Hughes Aircraft para mejorar los sistemas de telemetría necesarios para el seguimiento en tiempo real y el monitoreo del rendimiento.

La década de 1950 marcó el inicio de la carrera espacial, con Estados Unidos (EE. UU.) y la Unión Soviética (URSS) desarrollando sistemas de telemetría para respaldar sus programas espaciales. La telemetría se volvió esencial para monitorear las naves espaciales durante el lanzamiento, la órbita, la reentrada y el seguimiento de los signos vitales de los astronautas durante las misiones tripuladas.

El establecimiento del Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA, por sus siglas en inglés), que luego se convirtió en la NASA, llevó a avances significativos en telemetría. Empresas como North American Aviation y RCA (Radio Corporation of America) desarrollaron sistemas de telemetría para las primeras misiones espaciales estadounidenses. RCA, en particular, desarrolló equipos de telemetría terrestre que fueron cruciales para recibir y procesar datos de las naves espaciales.

Fundada por Howard Hughes en 1932, Hughes Aircraft desarrolló sistemas de misiles guiados que dependían en gran medida de la telemetría para el seguimiento y control en la década de 1950. Las innovaciones de la empresa en tecnología de radar y comunicaciones permitieron el monitoreo remoto del rendimiento. de los misiles en vuelo, incluyendo velocidad, altitud y trayectoria. La telemetría fue crucial para guiar misiles a sus objetivos y recopilar datos de rendimiento para análisis posteriores al vuelo.

Los primeros éxitos de la Unión Soviética en la exploración espacial, incluido el lanzamiento del Sputnik 1 en octubre de 1957, dependieron en gran medida de la telemetría. El sistema de telemetría del Sputnik transmitía datos de temperatura y estado de las baterías, permitiendo que las estaciones terrestres monitorearan la salud del satélite. Sputnik transmitía patrones de balizas y pulsos en dos frecuencias para los operadores de radio en tierra. Estas señales eran una forma básica de telemetría que permitía a los científicos verificar que el satélite estaba en órbita y funcionando según lo planeado.

Los ingenieros soviéticos, como aquellos que trabajaban bajo la dirección de Sergei Korolev , el diseñador jefe del programa espacial soviético, fueron fundamentales en el desarrollo de estos sistemas iniciales.

La división del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA desarrolló telemetría avanzada para el Explorer 1 , lanzado a bordo de un cohete Juno cuatro meses después del Sputnik. En el contexto de la intensa carrera espacial, la NASA empujó los límites de la telemetría para las pruebas de vuelo supersónico y de alta velocidad.

Innovaciones tecnológicas

Las nuevas tecnologías incluyen la modulación por impulsos codificados (PCM, por sus siglas en inglés) , un método para codificar digitalmente señales analógicas. El PCM permitió una transmisión de datos más precisa y confiable a largas distancias, algo esencial para las misiones espaciales. Esta innovación fue impulsada por ingenieros de empresas como Bell Labs, quienes estaban a la vanguardia de las tecnologías de comunicación digital.

La modulación por impulsos codificados (PCM) se popularizó durante el programa Apolo. El PCM permitió la codificación digital de una amplia variedad de datos de telemetría, desde la telemetría de las naves espaciales hasta los datos biomédicos de los astronautas. La mayor precisión y confiabilidad de la PCM fueron fundamentales para garantizar el éxito de estas complejas misiones.

La tecnología de Modulación de Frecuencia (FM) también evolucionó, con técnicas de modulación mejoradas que permitieron una transmisión de datos de telemetría más clara y eficiente. Estos avances fueron fundamentales para el éxito de las primeras misiones espaciales, donde mantener un enlace de comunicación fuerte y estable era crucial.

La carrera espacial y el programa Apolo (1960-1970)

Las décadas de 1960 y 1970 fueron un período de intensa innovación en telemetría aeroespacial, impulsado por la carrera espacial entre Estados Unidos y la Unión Soviética. Durante esta era, se desarrollaron sistemas de telemetría más avanzados para respaldar misiones cada vez más complejas y ambiciosas, culminando con el programa Apolo de Estados Unidos y el alunizaje de los primeros seres humanos en la Luna.

Tras el éxito del Sputnik, la Unión Soviética continuó refinando sus sistemas de telemetría para respaldar una serie de misiones cada vez más sofisticadas. Entre estos destacó el primer vuelo espacial tripulado por Yuri Gagarin en 1961, a bordo del Vostok 1, que transmitió datos vitales sobre los signos vitales y el estado de la nave de regreso a la Tierra. Los sistemas de telemetría soviéticas, desarrollados bajo la dirección de Serguéi Koroliov, fueron esenciales para monitorear la salud de los cosmonautas y garantizar el éxito de misiones como Luna, Vostok y Soyuz.

El 25 de mayo de 1961, el presidente John F. Kennedy se dirigió a una sesión conjunta del Congreso y declaró que Estados Unidos "debería comprometerse a lograr el objetivo, antes de que finalice esta década, de llevar a un hombre a la Luna y devolverlo sano y salvo a la Tierra". Kennedy reiteró este objetivo en varias ocasiones durante los años siguientes, incluso ofreciendo realizar una operación conjunta con la Unión Soviética. Sin embargo, ambos países finalmente decidieron actuar de forma independiente.

El programa Apolo

En los Estados Unidos, el programa Apolo de la NASA representó un avance significativo en la telemetría. Las misiones Apolo, especialmente el Apolo 11, que llevó a los primeros seres humanos a la Luna en 1969, dependieron en gran medida de la telemetría para monitorear los sistemas de la nave, la salud de los astronautas y las condiciones ambientales. El trabajo de Raytheon en el programa Apolo también contribuyó a integrar la telemetría con la exploración espacial.

Control de misión y telemetría

El Centro de Control de Misión de la NASA en Houston se convirtió en el centro neurálgico de las misiones Apolo, donde los datos de telemetría se recibían y analizaban de forma continua. Los ingenieros utilizaron la telemetría para rastrear la trayectoria de la nave espacial, monitorear los sistemas de soporte vital y asegurarse de que todos los componentes de la nave funcionen correctamente. Los datos de telemetría se transmitían a través de la Red del Espacio Profundo (DSN, por sus siglas en inglés), un sistema mundial de antenas diseñado para mantener la comunicación con naves espaciales en todo el sistema solar.

Empresas e innovadores

Empresas como RCA y Collins Radio desempeñaron un papel fundamental en el desarrollo de los sistemas de telemetría utilizados en el programa Apolo. RCA proporcionó el equipo de recepción terrestre, mientras que Collins Radio (ahora parte de Rockwell Collins) suministró los sistemas de comunicación a bordo.

North American Aviation, el contratista principal para los módulos de mando y servicio del Apolo, también fue clave en el desarrollo de los sistemas de telemetría a bordo que transmitían datos de regreso a la Tierra.

Los datos de telemetría se enviaban a las instalaciones de la NASA, como el Centro Espacial Johnson en Texas y el Centro Espacial Kennedy en Florida. Allí, los datos eran procesados ​​utilizando computadoras de IBM (International Business Machines), DEC (Digital Equipment Corporation), Univac y CDC (Control Data Corporation). Para su almacenamiento y reproducción, se usaban grabadoras de cinta FM de empresas como Ampex y Honeywell.

Grabadoras de papel para visualización en tiempo real

Debido a que ni las computadoras ni las grabadoras de cinta de la época pudieron trazar datos gráficamente en tiempo real, los ingenieros enviaban los canales de datos clave a grabadoras de papel para su visualización inmediata. Los registradores de datos trazan datos de baja velocidad de manera continua, utilizando plumas de tinta capilar multicolor para dibujar líneas en papel que se mueven muy lentamente. Presiones y temperaturas eran candidatos ideales para el registro de datos a largo plazo. Varias empresas, incluidas Leeds & Northrop, Esterline Angus, Foxboro, Hewlett-Packard y Honeywell, fabricaron estos registradores de datos.

Para datos de frecuencia media, los "grabadores de gráficos de tira", a veces llamados grabadores oscilográficos, utilizaban plumas móviles que dibujaban las señales entrantes en un gráfico móvil. Uno de los principales fabricantes de estos primeros grabadores fue Clevite, que posteriormente conoció como Brush y, finalmente, como Gould. Estos grabadores empleaban plumas que inyectaban tinta presurizada bajo un recubrimiento ceroso en papel a base de arcilla. La velocidad del papel podía aumentar cuando se necesitaba mayor resolución en el eje temporal. Otros fabricantes de grabadores oscilográficos incluían Sanborn (Hewlett-Packard), Watanabe (Graphtec) y Astro-Med (Astro-Nova).

Aunque podían registrar más rápido que los registradores de datos, los grabadores oscilográficos estaban limitados por la capacidad de las plumas para moverse de un lado a otro. Sus anchos de banda estaban restringidos a entre 40 y 70 Hz al trazar en una cuadrícula de 40 a 50 mm de ancho.

Los oscilógrafos de haz de luz (LBO, por sus siglas en inglés) de Honeywell se utilizaban para tasas de datos más altas que las que los oscilógrafos podían manejar. Los LBO empleaban un pequeño espejo para dirigir un láser hacia un papel fotosensible de movimiento rápido. Debido a su contenido de plata, este papel era costoso y se veía afectado negativamente por la luz ambiental.

A pesar de sus limitaciones, en las décadas previas a los PC económicos y las pantallas gráficas de alta resolución, los registradores de datos, los grabadores oscilográficos y los LBO eran las únicas herramientas disponibles para que los ingenieros observaran tendencias críticas de señales en tiempo real. . Estos grabadores desempeñaron varios roles esenciales en telemetría durante muchas décadas.

Post-Apolo y la era del transporte espacial (1970-2000)

Tras el éxito del programa Apolo, el enfoque de la telemetría aeroespacial se desplazó hacia la sostenibilidad y expansión de la presencia humana en el espacio. Este período incluyó el desarrollo del transporte espacial, la construcción de estaciones espaciales y el continuo avance de las tecnologías de telemetría.

Lanzado por primera vez en 1981, el transbordador espacial de Estados Unidos introdujo naves espaciales reutilizables, lo que requirió sistemas de telemetría más preferidos para monitorear una amplia gama de sistemas a bordo durante el lanzamiento, la órbita y el reingreso. En las décadas de 1980 y 1990, la tecnología de los grabadores de gráficos evolucionó para incorporar computación interna y procesamiento digital de señales. Además, las plumas móviles fueron reemplazadas por cabezales de impresión térmica utilizados en máquinas de fax de oficina. Esto resultó en un ancho de banda mucho mayor que el de los grabadores oscilográficos (de pluma móvil) y representó un avance tecnológico significativo. Entre los fabricantes de grabadores de gráficos basados ​​en arreglos térmicos se encuentran Gould, Astro-Med (ahora Astro-Nova) y Watanabe (ahora Graphtec).

Sin embargo, a principios de la década de 2000, la rápida evolución de las computadoras personales prácticamente reemplazó a los venerables grabadores de gráficos por sistemas de adquisición de datos (DAQ, por sus siglas en inglés). Las pantallas de computadora de alta resolución y bajo costo sustituyeron al papel como una forma más conveniente de observar datos en tiempo real.

El sistema de telemetría del transportador espacial fue diseñado para gestionar grandes volúmenes de datos provenientes de millas de sensores. Estos datos incluyen desde tensiones estructurales durante el lanzamiento hasta condiciones ambientales en la bodega de carga. La telemetría del transbordador se transmitía a través del Sistema de Satélites de Seguimiento y Retransmisión de Datos (TDRSS, por sus siglas en inglés), una red de satélites geoestacionarios que aseguraba una comunicación continua con el Control de Misión.

El programa del transportador espacial de Estados Unidos adoptó sistemas de telemetría completamente digitales. La gestión de datos digitales permitió un procesamiento, almacenamiento y transmisión de datos de telemetría más eficiente. Este período también marcó la integración de los datos de telemetría con las computadoras a bordo, lo que habilitó la toma de decisiones en tiempo real y verificaciones automáticas de los sistemas.

A partir de finales de la década de 1990, la construcción y operación de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) trajo consigo la colaboración internacional y avances adicionales en la tecnología de telemetría. Los sistemas de telemetría a bordo de la ISS monitorean los sistemas de la estación, la salud de los astronautas y los experimentos científicos. La infraestructura de telemetría está diseñada para gestionar la transmisión continua de datos durante largos periodos, convirtiéndola en una de los sistemas más robustos jamás desarrollados.

Los sistemas DAQ aprenden a hablar telemetría

Para el año 2000, pocos grabadores de papel podían leer datos de telemetría digital, por lo que las instalaciones utilizaban convertidores digital-a-analógico (DAC, por sus siglas en inglés) para enviar un subconjunto de canales a estos dispositivos. Los ingenieros del Centro Espacial Kennedy de la NASA resolvieron este problema a principios de la década de 2000 en su Subsistema de Registro y Reproducción (RPS, por sus siglas en inglés) ubicado en el famoso Centro de Control de Lanzamiento (LCC, por sus siglas en inglés). Contrataron al fabricante de sistemas DAQ Dewesoft para crear una interfaz de telemetría para su software DAQ, también llamada Dewesoft. Los sistemas aún tenían entradas analógicas para algunas aplicaciones, pero también podían registrar cientos de parámetros de la nave espacial. No pasó mucho tiempo antes de que racks enteros de grabadores basados ​​en papel fueran reemplazados por sistemas modernos que ejecutaban el software Dewesoft.

Empresas e innovadores:

• Dewesoft: La empresa tecnológica con sede en Eslovenia agregó una interfaz de telemetría y Scramnet a sus sistemas de adquisición de datos para la NASA, revolucionando el papel de los instrumentos DAQ.

• Rockwell International: Rockwell, que posteriormente pasó a formar parte de Boeing, fue el contratista principal del transbordador espacial y desarrolló muchos de los sistemas de telemetría utilizados a bordo.

• NASA y ESA: La NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) colaboraron estrechamente en los sistemas de telemetría para la Estación Espacial Internacional (ISS), garantizando que los datos pudieran compartirse e integrarse entre los socios internacionales.

Vuelo espacial comercial y telemetría moderna (2000 hasta el presente)

El siglo XXI ha sido testigo del surgimiento del vuelo espacial comercial y de nuevos actores en la industria aeroespacial. Empresas como SpaceX, Blue Origin y otras han impulsado el desarrollo de sistemas de telemetría modernos que son más avanzados, rentables y escalables.

SpaceX y telemetría

SpaceX, fundada por Elon Musk en 2002, es líder en la comercialización de vuelos espaciales y el principal proveedor de servicios de lanzamiento para la NASA y otras organizaciones. La telemetría es fundamental para las de SpaceX y se utiliza en sus cohetes Falcon, naves espaciales Dragon y vehículos Starship.

Los sistemas de telemetría de SpaceX están diseñados para respaldar vuelos autónomos, donde los datos en tiempo real se utilizan para controlar el vehículo sin intervención humana. Esto es especialmente importante para la primera etapa del Falcon 9, que regresa a la Tierra y aterriza de manera autónoma. Los datos de telemetría se transmiten a través de estaciones terrestres y enlaces satelitales, lo que permite un control y monitoreo precisos del vehículo durante toda su misión.

El desarrollo del vehículo Starship, diseñado para misiones en el espacio profundo, depende de una telemetría avanzada para monitorear los sistemas en tiempo real a lo largo de múltiples etapas del vuelo. El enorme volumen de datos de Starship, incluidos estructurales, térmicos y de propulsión, requiere tecnologías de telemetría de vanguardia para gestionar y analizar la información.

Blue Origin

Fundada por Jeff Bezos en el año 2000, Blue Origin es otro actor clave en la telemetría aeroespacial moderna. Los sistemas de telemetría de Blue Origin son fundamentales para el desarrollo de los cohetes New Shepard y New Glenn, que tienen como objetivo respaldar el turismo suborbital y las misiones orbitales. Al igual que SpaceX, Blue Origin se centra en cohetes reutilizables, priorizando la telemetría. Estos sistemas deben monitorear el estado del vehículo durante múltiples vuelos, proporcionando datos para el reacondicionamiento y las evaluaciones de seguridad.

El proyecto DarkSky-1 (DS-1) de Blue Origin, en asociación con la Unidad de Innovación en Defensa de los Estados Unidos (DIU), está diseñado para demostrar la plataforma de Blue Origin para telemetría logística en órbitas múltiples y otras capacidades. El trabajo en el DS-1 está en curso.

United Launch Alliance (ULA)

United Launch Alliance (ULA), una empresa conjunta entre Boeing y Lockheed Martin, ha desarrollado avanzados sistemas de telemetría para sus familias de cohetes Atlas V, Delta IV y Vulcan, con el objetivo de garantizar la confiabilidad y seguridad de las misiones. Estos sistemas de telemetría son esenciales para el monitoreo en tiempo real del desempeño de los cohetes, proporcionando datos de alta resolución sobre propulsión, integridad estructural, guiado y condiciones ambientales.

El Atlas V ha lanzado diversas cargas útiles, incluyendo satélites militares para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO), satélites GPS para la Fuerza Espacial de los Estados Unidos, y cargas científicas para la NASA, como el Laboratorio Científico de Marte y la misión Juno. hacia Júpiter. Además, el Atlas V ha sido fundamental para el Programa de Tripulación Comercial de la NASA, lanzando la nave espacial CST-100 Starliner de Boeing para misiones tripuladas.

La familia Delta IV, particularmente el Delta IV Heavy, ha sido un pilar para misiones de seguridad nacional de alta prioridad. Desde su primer vuelo en 2002, el Delta IV ha lanzado numerosos satélites de reconocimiento para la NRO y otras cargas útiles clasificadas, que a menudo requerían sus capacidades de carga pesada. Su misión final en 2024, el NROL-70, concluyó el programa Delta y marcó la transición hacia el cohete Vulcan de ULA, diseñado para una mayor eficiencia y flexibilidad en las cargas útiles.

Los sistemas de telemetría de ULA recopilan datos de numerosos sensores a bordo, que miden métricas como temperatura, presión, vibración y aceleración. Las frecuencias de radio transmiten estos datos a las estaciones terrestres durante todo el vuelo. Utilizando canales de comunicación encriptados y redundantes, ULA garantiza la confiabilidad y seguridad de los datos de telemetría para misiones críticas, ya sean comerciales, científicas o relacionadas.

La telemetría es vital para que los equipos de operaciones de vuelo monitoreen en tiempo real el estado y la salud del cohete. Los ingenieros analizan estos datos para tomar decisiones informadas, ajustando los parámetros de la misión para optimizar el rendimiento del vehículo o abortar en caso de anomalías. Después de cada misión, los datos de telemetría se revisan para evaluar el desempeño y perfeccionar los modelos para futuros vuelos. Este ciclo de retroalimentación es crucial para la mejora continua de ULA, ya que ayuda a identificar áreas de mejora, reduciendo riesgos y costos en misiones posteriores.

European Space Agency (ESA)

The European Space Agency (ESA) utiliza tecnologías avanzadas para telemetría, rastreo y control (TT&C) de vuelos espaciales. Su Red de Estaciones Terrestres (Estrack) consta de estaciones terrestres en todo el mundo, incluidas 15 estaciones con antenas de gran tamaño para comunicarse con naves espaciales durante las diversas fases de las misiones. Las antenas de espacio profundo de Estrack, como las estaciones de 35 metros en España, Australia y Argentina, son esenciales para misiones de largo alcance y comunicaciones interplanetarias.

Tras completar 117 misiones exitosas entre 1996 y 2023, el confiable cohete Ariane 5 será reemplazado en 2024 por el Ariane 6, diseñado para ofrecer mayor flexibilidad a un costo menor. Han lanzado una variedad de cargas útiles, incluyendo satélites comerciales, satélites de navegación europeos y destacadas misiones científicas como la sonda Rosetta de la ESA y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

Los cohetes no tripulados dependen completamente de la telemetría para su control, y Arianespace ha construido una sólida infraestructura de sistemas de telemetría, rastreo y comando para gestionar el intercambio de datos entre la nave espacial y la Tierra. La telemetría se procesa utilizando sistemas de gestión de datos a bordo (OBDH, por sus siglas en inglés) para transmitir información sobre el estado de salud, el estado del sistema y mediciones científicas desde los sensores. La tecnología de rastreo calcula la posición y velocidad de la nave espacial mediante mediciones de Doppler y de rango. Los sistemas de comando envían instrucciones a la nave, incluyendo control de instrumentos y de actitud.

Los protocolos de datos basados ​​en los estándares del Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS, por sus siglas en inglés) garantizan la interoperabilidad entre agencias espaciales internacionales. Estos incluyen los estándares de Telemetría (TM) y Telecomando (TC), así como los protocolos Space Packet y Proximity-1.

En tierra, el software SCOS-2000 (Sistema de Control y Operaciones de Naves Espaciales) maneja la visualización de datos de telemetría, la generación de comandos y la automatización de sistemas, proporcionando a los operadores una visión detallada del estado de la misión. Estos sistemas permiten a la ESA mantener una comunicación confiable y de larga distancia con sus naves espaciales, recopilar datos científicos y de salud, y realizar maniobras de precisión esenciales para misiones espaciales complejas.

China

The China National Space Administration (CNSA) employs sophisticated telemetry systems to monitor and control space missions. Central to this is the Telemetry, Tracking, and Command (TT&C) system, which comprises ground-based stations, the Chinese Deep Space Network (CDSN), and the Tianlian relay satellites. These systems are vital for maintaining continuous communication with spacecraft, even during deep space missions like the Chang'e lunar explorations and the Tianwen-1 Mars mission. The CDSN, which includes stations in Kashgar and Qingdao, is crucial for far-reaching missions, providing long-range telemetry and tracking support. This network is supplemented by relay satellites, which enhance data bandwidth and coverage, allowing spacecraft to transmit data back to Earth without needing a direct line of sight to a ground station​.

Los satélites de retransmisión de la serie Tianlian, ubicados en órbitas geoestacionarias, desempeñan un papel crucial en las misiones planetarias. Estos satélites ayudan a cerrar la brecha de comunicación entre la nave espacial y la Tierra, proporcionando telemetría y permitiendo que el control de la misión envíe comandos en tiempo real. Esta infraestructura asegura que los cohetes y naves espaciales de la CNSA puedan transmitir constantemente datos de telemetría esenciales para el éxito de la misión y la seguridad operativa.

China está ampliando su flota con nuevos cohetes como el Long March 6C y el Long March 12, diseñados para soportar cargas útiles tanto gubernamentales como comerciales. La telemetría juega un papel crucial en estas misiones, permitiendo el rastreo en tiempo real y la transmisión de datos para monitorear las etapas del cohete y las funciones de los satélites.

La CNSA opera bajo la Administración Nacional del Espacio de China y está estrechamente alineada con el ámbito militar. A diferencia de la NASA y la ESA, la CNSA no es independiente; debido a sus roles duales, tanto militar como civil, responde al Consejo de Estado de China y al Ejército Popular de Liberación.

Tecnologías emergentes

Telemetría de alta capacidad: El uso de satélites de alta capacidad (HTS, por sus siglas en inglés) para telemetría se ha vuelto cada vez más importante, especialmente para misiones que involucran múltiples naves espaciales o misiones de larga duración en el espacio profundo. Estos satélites proporcionan el ancho de banda necesario para manejar grandes volúmenes de datos provenientes de sistemas aeroespaciales avanzados.

Telemetría óptica: La telemetría óptica (láser) es una tecnología emergente que promete mayores tasas de transmisión de datos y comunicaciones más seguras. La NASA y otras agencias están explorando su uso para futuras misiones en el espacio profundo, donde las comunicaciones tradicionales por radiofrecuencia podrían no ser suficientes.

Inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML): La IA y el ML se están integrando en los sistemas de telemetría para mejorar el análisis de datos y la toma de decisiones. Estas tecnologías permiten el mantenimiento predictivo, la detección de anomalías y operaciones autónomas, reduciendo la dependencia del control terrestre para decisiones en tiempo real.

Comunicación cuántica: La tecnología cuántica tiene el potencial de ofrecer transmisión de datos ultra segura y de alta velocidad, lo que podría ser especialmente valioso para aplicaciones aeroespaciales militares y de alta seguridad. La encriptación cuántica puede garantizar canales de telemetría seguros, mientras que el entrelazamiento cuántico podría permitir la transferencia instantánea de datos a grandes distancias.

Colaboración y estándares globales: La colaboración internacional se ha vuelto más frecuente, con agencias como la NASA, ESA, Roscosmos, CNSA (Administración Nacional del Espacio de China) y JAXA (Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial) trabajando juntas en estándares y tecnologías de telemetría. . Esta cooperación garantiza la interoperabilidad y el intercambio de datos entre diferentes misiones y países.

Radio definida por software (SDR): La SDR ofrece flexibilidad en los sistemas de telemetría, permitiendo la reconfiguración por software de bandas de frecuencia y esquemas de modulación. Esta adaptabilidad ayuda a los sistemas aeroespaciales a ajustarse rápidamente a condiciones cambiantes, optimizar el uso del espectro y mejorar la resiliencia frente a interferencias.

Conclusión

La historia de la telemetría aeroespacial es un testimonio de la búsqueda incansable de la innovación en la ingeniería aeroespacial. Desde los primeros sistemas analógicos de la década de 1920 hasta los preferidos sistemas digitales actuales, la telemetría ha sido una herramienta indispensable para garantizar el éxito de las misiones aeroespaciales.

A medida que miramos hacia el futuro, con planos ambiciosos para bases lunares, la colonización de Marte y más allá, la telemetría seguirá desempeñando un papel crucial en el avance de la exploración humana del cosmos.

La telemetría continuará siendo el corazón de la tecnología aeroespacial, guiando las naves espaciales a través de la vastedad del espacio, garantizando la seguridad de los astronautas y promoviendo el éxito de las futuras misiones. Con continuos avances en adquisición, transmisión y procesamiento de datos, la telemetría está destinada a permanecer como un pilar de la ingeniería aeroespacial durante décadas.

A medida que entramos en una era de exploración del espacio profundo, bases lunares y la posible colonización de Marte, la telemetría seguirá evolucionando, integrando nuevas tecnologías como la IA, la comunicación cuántica y la telemetría. Estos avances garantizarán que la telemetría aeroespacial siga siendo una piedra angular del éxito de las misiones, impulsando la innovación y la exploración en la última frontera.