Transmisiones Extraterrestres

Octubre 1945 Wireless World Págs. 305-308 Aunque es posible, mediante una adecuada elección de frecuencias y rutas, aportar circuitos de telefonía entre dos puntos cualquiera o regiones de la Tierra durante una gran parte de tiempo, la comunicación a larga distancia es entorpecida por las peculiaridades de la ionosfera , y hay incluso ocasiones en las que puede ser imposible. Un verdadero servicio de radiodifusión, que diera una fuerza constante de campo a todas horas sobre todo el globo sería inestimable, por no decir indispensable, en una sociedad mundial. Por insatisfactoria que sea la posición de la telefonía y el telégrafo, la de la televisión es mucho peor, ya que la transmisión ionosférica no puede ser usada en absoluto. El área de servicio de una estación de televisión, incluso en una localización muy buena, es sólo de aproximadamente cien millas de diámetro. Para dar cobertura a un pequeño país como Gran Bretaña se requeriría una red de transmisores, conectados por líneas coaxiales, guías de ondas o enlaces de repetidor VHF. Un reciente estudio teórico¹ ha mostrado que un sistema como ese requiere repetidores a intervalos de cincuenta millas o menos. Un sistema de este tipo aportaría cobertura de televisión a un coste muy considerable, sobre la totalidad de un país pequeño. Sería inadmisible proveer a un continente grande con tal servicio, y sólo los principales centros de población podrían ser incluidos en la red. El problema es igualmente serio cuando se hace el intento para enlazar servicios de televisión de diferentes partes del globo. Una cadena de repetidores de varios miles de millas costaría millones, y los servicios transoceánicos serían ya imposibles. Consideraciones similares se aplican a la provisión de modulación de frecuencia de banda ancha y otros servicios, tales como facsímiles a alta velocidad que están por su naturaleza restringidos a las frecuencias ultra altas. Muchos pueden considerar la solución propuesta en esta discusión demasiado descabellada para ser tomada muy en serio. Esa actitud es poco razonable, ya que todo lo concebido aquí es una extensión lógica de los desarrollos en los últimos diez años – en particular la perfección de los cohetes de largo alcance de los que la V2 fue el prototipo. Mientras que escribía este artículo, fue anunciado que los alemanes estaban considerando un proyecto similar, que ellos creían posible dentro de cincuenta a cien años. Antes de ir más allá, es necesario discutir brevemente ciertas leyes fundamentales de la propulsión de cohetes y la 'astronáutica'. Un cohete que consiguiera una velocidad lo suficientemente grande en el vuelo fuera de la atmósfera terrestre podría no regresar nunca. Esta velocidad 'orbital' es de 8 Km. por seg. (5 millas por seg.), y un cohete que la consiguiera se convertiría en un satélite artificial, orbitando el mundo para siempre sin gasto de energía – una segunda luna, de hecho. El cohete trasatlántico alemán A10 habría alcanzado más de la mitad de esta velocidad. Será posible en unos cuantos años construir cohetes radio controlados que puedan ser dirigidos a esas órbitas más allá de los límites de la atmósfera y que se queden para transmitir información científica de vuelta a la tierra. Un poco más tarde, cohetes tripulados serán capaces de hacer vuelos similares con suficiente potencia sobrante para romper la órbita y regresar a la Tierra. Hay un infinito número de posibles órbitas estables, circulares y elípticas, en las que un cohete permanecería si las condiciones iniciales fueran correctas. La velocidad de 8 km./seg. se aplica sólo a la órbita más cercana posible, una justo fuera de la atmósfera, y el periodo de revolución sería de unos 90 minutos. A medida que incrementa el radio de la órbita, la velocidad disminuye, ya que la gravedad es decreciente y se necesita menos fuerza centrífuga para equilibrarla. La Fig. 1 muestra esto gráficamente. La luna, por supuesto, es un caso particular y se situaría en las curvas de la Fig. 1 si fueran producidas. Las planeadas estaciones espaciales alemanas tendrían un periodo de unas cuatro horas y media. Fig. 1. Variación del periodo orbital y la velocidad con la distancia desde el centro de la Tierra. Se observará que una órbita, con un radio de 42 000 kms. tiene un periodo de exactamente 24 horas. Un cuerpo en una órbita así, si su plano coincide con el del ecuador terrestre, revolucionaría con la tierra y estaría así estacionario sobre el mismo punto del planeta. Permanecería fijo en el cielo de todo un hemisferio y a diferencia de otros cuerpos celestes ni ascendería ni se pondría. Un cuerpo en una órbita más pequeña revolucionaría más rápidamente que la Tierra y por tanto ascendería por el oeste, y efectivamente sucede con las lunas interiores de Marte. Usando el material transportado por los cohetes, sería posible construir una 'estación espacial' en una órbita como esa. La estación podría estar equipada con locales habitables, laboratorios y todo lo necesario para el confort de su tripulación, que sería relevada y aprovisionada por un servicio regular de cohetes. Este proyecto debería ser abordado por razones puramente científicas ya que contribuiría enormemente a nuestro conocimiento de la astronomía, la física y la meteorología. Se ha escrito ya una gran cantidad de literatura sobre este particular. ² Aunque una empresa así puede parecer fantástica, requiere para su realización cohetes sólo dos veces más rápidos que los que hay en etapa de diseño. Ya que las tensiones gravitacionales implicadas en la estructura son despreciables, sólo los materiales más ligeros serían necesarios y la estación podría ser tan grande como fuera necesario. Supongamos ahora que una estación como esa fuera construida en esta órbita. Podría ser proveída con equipamiento de recepción y transmisión (el problema de la potencia será discutido más adelante) y podría actuar como un repetidor para pasar transmisiones entre dos puntos cualesquiera del hemisferio de debajo, usando cualquier frecuencia que penetrara la ionosfera. Si se usaran antenas direccionales, los requerimientos de energía serían muy pequeños, ya que se usaría la transmisión directa en línea de observación. Está el punto también importante de que las antenas de la tierra, una vez ajustadas, podrían permanecer fijas indefinidamente. Además, una transmisión recibida desde cualquier punto del hemisferio podría ser retransmitida al resto de la cara visible del globo, y así se reunirían los requerimientos de todos los servicios posibles (Fig. 2) Fig. 2. Servicios típicos del repetidor extraterrestre. Transmisión desde A siendo reflejada al punto B y área C; transmisión desde D siendo reflejada al resto del hemisferio. Puede aducirse que todavía no tenemos evidencia directa de ondas de radio pasando entre la superficie de la tierra y el espacio exterior; todo lo que podemos decir con certeza es que las longitudes de onda más cortas no son reflejadas de vuelta a la tierra. Podría obtenerse evidencia directa del campo de fuerza sobre la atmósfera de la tierra usando la técnica de los cohetes V2, y es de esperar que alguien hará algo sobre el particular pronto ya que ¡debe haber existencias sobrantes en algún sitio!. Alternativamente, dada la suficiente potencia de transmisión, podemos obtener la evidencia necesaria explorando los ecos de la luna. Entretanto tenemos evidencia visual de que las frecuencias en el extremo óptico del espectro atraviesan con una pequeña absorción excepto a ciertas frecuencias a las que ocurren efectos de resonancia. Las frecuencias medias altas atraviesan la capa E dos veces para ser reflejadas desde la capa F y han sido recibidos ecos de meteoros desde dentro o encima de la capa F. Parece bastante cierto que las frecuencias de, digamos 50 Mc/s hasta 100 000 Mc/s podrían usarse sin una absorción indebida en la atmósfera o la ionosfera. Una sola estación podría proporcionar cobertura a la mitad del globo, y para un servicio mundial se requerirían tres, si bien podrían utilizarse fácilmente más. La Fig. 3 muestra la disposición más simple. Las estaciones estarían dispuestas aproximadamente equidistantes alrededor de la tierra, y las siguientes longitudes parecen ser adecuadas: • 30 E -- África y Europa. • 150 E -- China y Oceanía. • 90 W -- Las Américas. Fig 3. Tres estaciones de satélite asegurarían una completa cobertura del globo. Las estaciones en cadena estarían conectadas por radio o rayos ópticos, y así podrían proporcionar cualquier rayo o servicio de difusión concebible. Los problemas técnicos implicados en el diseño de tales estaciones son extremadamente interesantes ³, pero sólo unos pocos pueden darse aquí. Podrían suministrarse baterías de reflectores parabólicos, de aperturas que dependerían de las frecuencias empleadas. Asumiendo el uso de ondas de 3 000 Mc/s, espejos de más o menos un metro de diámetro proyectarían casi toda la potencia sobre la tierra. Reflectores mayores podrían usarse para iluminar países o regiones solas para los servicios más restringidos, con el consecuente ahorro de energía. En las frecuencias más altas no es difícil producir rayos de menos de un grado de ancho, y, como se dijo anteriormente, no habría limitaciones físicas del tamaño de los espejos. (Desde la estación espacial, el disco de la tierra podría ser de algo más de 17 grados de diámetro). Los mismos espejos podrían usarse para muchas transmisiones diferentes si se tomaran precauciones para evitar el cruce de modulación. Está claro vista la naturaleza del sistema que la energía necesaria será mucho menos que la requerida para cualquier otra disposición, ya que toda la energía radiada puede ser distribuida uniformemente sobre el área de servicio, y no se desperdicia ninguna. Una estimación aproximada de la energía requerida para el servicio de emisión de una sola estación puede hacerse como sigue: - La fuerza del campo en el plano ecuatorial de un dipolo de /2 en un espacio libre a una distancia d es⁴ donde P es la energía radiada en vatios. Tomando d como 42 000 Km. (efectivamente podría ser menos), tenemos que (e ahora en microV/metro). Si asumimos que e sea 50 , que es el estándar F.C.C. para modulación de frecuencia, P será de 94 kW. Esta es la potencia requerida para un dipolo simple, y no una serie que concentraría toda la potencia en la tierra. Tal serie tendría una ganancia sobre un dipolo simple de unos 80. La potencia requerida para el servicio de transmisión sería así de aproximadamente 1,2 kW. Aunque es ridículamente pequeña, esta suposición es probablemente demasiado generosa. Se usarían pequeñas parábolas de un pie de diámetro para recibir en la tierra y darían un ratio de ruido de señal muy bueno. Habría muy pocas interferencia, en parte por la frecuencia usada y en parte por que los espejos estarían apuntando a un cielo que podría no contener otra fuente de señales. Una fuerza de campo de 10 micro voltios/metro puede ser amplia, y esto requeriría una salida de transmisor de sólo 50 vatios. Cuando se recuerda que estas suposiciones se relacionan con el servicio de transmisión, se comprenderá la eficiencia del sistema. Las transmisiones de haces punto a punto pueden necesitar potencias de sólo unos 10 vatios. Estos cálculos, por supuesto, necesitarían corrección para la absorción de la ionosfera y la atmósfera, pero sería muy pequeña sobre la mayor parte de la banda. La leve caída en la fuerza de campo debida a esta causa hacia el borde del área de servicio podría ser fácilmente corregida por un radiador no uniforme. La eficiencia del sistema se revela sorprendentemente cuando consideramos que el servicio de Televisión de Londres requería unos 3 kW de potencia media para un área de menos de 50 millas de radio.⁵ Un segundo y fundamental problema es la provisión de energía eléctrica para hacer funcionar el gran número de transmisores requeridos para los diferentes servicios. En el espacio más allá de la atmósfera, un metro cuadrado normal expuesto a la radiación solar intercepta 1,35 kW de energía.⁶ Los motores solares ya han sido diseñados para uso terrestre y son una proposición económica en los países tropicales. Emplean espejos para concentrar la luz solar en la caldera de un motor de vapor de baja presión. Aunque esta instalación no es muy eficiente, podría serlo mucho más en el espacio en donde los componentes operativos están en el vacío, la radiación es intensa y continua, y el final del ciclo a baja temperatura podría no estar lejos del cero absoluto. Los progresos termoeléctricos y fotoeléctricos, podrían hacer posible utilizar la energía solar más directamente. Aunque no hay límite para el tamaño de los espejos que podrían construirse, unos cincuenta metros de radio interceptarían más de 10 000 kW y al menos un cuarto de esta energía estaría disponible para su uso. La estación estaría continuamente expuesta a la luz solar salvo durante algunas semanas alrededor de los equinoccios, cuando entrara en la sombra de la tierra durante unos cuantos minutos cada día. La Fig. 4 muestra el estado de las cosas durante el periodo del eclipse. Para este supuesto, es legítimo considerar la tierra como fija y el sol como moviéndose a su alrededor. La estación rozaría la sombra de la tierra en A, en el último día de Febrero. Cada día, mientras hiciera su revolución diurna, cortaría más profundamente el interior de la sombra, alcanzando su periodo de máximo eclipse el 21 de Marzo. Ese día estaría en la oscuridad sólo durante 1 hora y 9 minutos. Desde entonces en adelante el periodo de eclipse se acortaría, y tras el 11 de Abril (B) la estación estaría en continua luz solar de nuevo hasta que ocurriese lo mismo seis meses después en el equinoccio de otoño, entre el 12 de Septiembre y el 14 de Octubre. El periodo total de oscuridad sería de unos dos días al año, y como el periodo más largo de eclipse sería de poco más de una hora, no habría dificultad en almacenar suficiente energía para un servicio ininterrumpido. Fig. 4. la radiación solar se cortaría durante un corto periodo cada día en los equinoccios. Conclusión Resumido brevemente, las ventajas de la estación espacial serían las siguientes: (1) Es la única forma en que pude conseguirse la cobertura global total para todos los tipos posibles de servicio. (2) Permite un uso sin restricción de una banda de al menos 100 000 mc/s de ancho, y con el uso de hace un número casi ilimitado de canales estarían disponibles. (3) Los requerimientos de energía son extremadamente pequeños ya que la eficiencia de la 'iluminación' será casi del 100 por cien. Además, el costo de la energía sería muy bajo. (4) A pesar del gran gasto inicial, este sólo sería una fracción del requerido por las reemplazadas redes del mundo, y los costos de funcionamiento serían incomparablemente inferiores. Apéndice Diseño del Cohete El desarrollo de cohetes suficientemente potentes para alcanzar la velocidad 'orbital' e incluso la de 'escape' es ahora mismo sólo una cuestión de años. Los siguientes cálculos pueden ser de interés en esta conexión. El cohete tiene que conseguir una velocidad final de 8 metros /seg. Permitiendo 2 kms./seg para correcciones gravitacionales y pérdida por resistencia del aire (esto es legítimo ya que todos los cohetes espaciales serán lanzados desde un terreno muy alto) da una velocidad total necesaria de 10 kms/seg. La ecuación fundamental del movimiento de cohetes es: Donde V es la velocidad final del cohete, v la velocidad de escape y R la relación entre la masa inicial y final (carga más estructura). Hasta ahora v ha sido de unos 2-2,5 kms/seg para los cohetes de combustible líquido pero los nuevos diseños y combustibles permitirán unos cálculos considerablemente más altos. (el combustible de oxígeno-hidrógeno tiene una velocidad teórica de escape de 5,2 kms./seg. y se conocen combinaciones más poderosas). Si asumimos una de 3,3 kms./seg. R será de 20 hasta I. Sin embargo, debido a su aceleración finita, el cohete pierde velocidad como resultado del retardo gravitacional. Si su aceleración (que suponemos constante) es de un metro/seg.2 entonces la relación necesaria se incrementa hasta Para un cohete controlado automáticamente a sería de unos 5g y por tanto la necesaria R sería de 37 a I. Tales relaciones no pueden ser asumidas con un cohete simple pero pueden ser alcanzadas por 'cohetes de etapas',² mientras que relaciones mucho más altas (hasta 1000 a i) pueden ser conseguidas por el principio de 'construcción celular'.³ Epilogo—Energía atómica La llegada de la energía atómica ha traído de un golpe los viajes espaciales medio siglo más cerca. Parece poco probable que tengamos que esperar más de veinte años antes de que cohetes alimentados con energía atómica sean desarrollados, y esos cohetes podrían alcanzar incluso los planetas más remotos con una tasa de combustible/masa fantásticamente pequeña – sólo un pequeño tanto por ciento. La ecuación desarrollada en el apéndice aún se mantiene, pero v será incrementada por un factor de mil. A la vista de estos hechos, parece difícil que merezca la pena gastar mucho esfuerzo en la construcción de cadenas de repetidores de larga distancia. Incluso las redes locales que estarán pronto en construcción pueden tener una vida útil de sólo 20-30 años. Referencias 1 ``Radio-Relay Systems,'' C. W. Hansell. Proc. I.R.E., Vol 33, March, 1945. 2 ``Rockets,'' Willy Ley. (Viking Press, N.Y.) 3 ``Das Problem der Befahrung des Weltraums,'' Hermann Noordung. 4 ``Frequency Modulation,'' A. Hund. (McGraw Hill:) 5 ``London Television Service,'' MacNamara and Birkinshaw. J.I.E.E., Dec., 1938. 6 ``The Sun,'' C. G. Abbot. (Appleton-Century Co.) 7 'Journal of the British Interplanetary Society'. Jan., 1939.

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Un proyecto que recorre parte del camino hacia la meta imaginada en este artículo ha sido puesto en marcha por Westinghouse en colaboración con Glen L. Martin Co. De América. El radio de cobertura sería incrementado desde 50 a 211 millas por radiación proyectada desde un avión volando a una altura de 30 000 pies y equipado con transmisores de televisión y FM. ADJUDICACIONES DE FRECUENCIAS EUROPEAS El Director general de Correos ha insinuado estar planeando una próxima Conferencia de partes interesadas para considerar la asignación de canales de frecuencia para los países liberados de Europa. No hay información detallada sobre la Conferencia hasta la hora de imprimir este artículo.

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Para esta traducción se solicitó autorización.