Investigación sobre constelaciones de satélites de comunicaciones para el control de sistemas aéreos no tripulados

Abstract

El mayor impedimento para el uso de pequeños vehículos aéreos no tripuladas (UAV de menos de 70 kg) en misiones más allá de la línea de visión directa (BLOS) es la falta de comunicaciones por orografía. La solución es el uso de comunicaciones por satélite (SATCOM). Sin embargo, esta solución no es aplicable a UAV de pequeño tamaño porque las comunicaciones actuales se basan en satélites ubicados en órbitas geoestacionarias o medianas, respectivamente. Esto requiere el uso de radios de gran peso y tamaño en el UAV, lo que hace imposible su uso en vehículos con un peso de despegue menor a 70 kg. Para resolver este problema, se propone una solución innovadora: una constelación de satélites de comunicaciones ubicada en órbita baja de la Tierra que permitiría a los UAV de pequeño tamaño llevar a cabo misiones BLOS, creando nuevos mercados en la vigilancia de grandes objetivos (ferrocarriles, bosques, carreteras, minas, oleoductos o líneas eléctricas, entre otros) que actualmente no están disponibles con este tipo de UAV, debido a la falta de comunicaciones de larga distancia. Habitualmente, los satélites de comunicaciones han sido durante mucho tiempo grandes satélites enviados a órbitas geo-sincrónicas a unos 36,000 km sobre la Tierra, operando durante unos 15 años. A pesar del aumento en la eficiencia de proyectos en órbitas geo-síncronas, varias empresas importantes de todo el mundo están buscando construir constelaciones ubicadas en órbitas terrestres bajas compuestas por satélites más pequeños y más baratos con el fin de proporcionar acceso a Internet. Estas constelaciones son entre otras OneWeb, SpaceX, O3b, Iridium, Telesat Canada, LeoSat y Boeing. La proliferación de tales planes de 'mega constelaciones' podría ofrecer una buena perspectiva para el servicio investigado por la empresa Altran Innovation que se presenta en este informe. Hasta ahora, no existe una solución para las comunicaciones UAV de larga distancia que les permite volar a baja altura. La solución más cercana es la adoptada por las compañías telefónicas, que tienen dispositivos de gestión del tráfico no tripulado que podrían utilizarse para esta comunicación, pero muchas de las áreas en las que se pueden utilizar, los UAV no tienen cobertura de telefonía. Por lo tanto, la investigación presentada en este informe es una perspectiva innovadora que podría resolver el gran desafío técnico de los pequeños vehículos aéreos no tripulados: comunicaciones de larga distancia a través de satélites de pequeño tamaño ubicados en órbita terrestre baja.

The greatest impediment to the use of small Unmanned Aircraft Systems (UAS less than 70kg) in missions beyond line of sight (BLOS) is the lack of communications by orography. The solution is the use of satellite communication (SATCOM). However, this solution is not applicable to small-sized UAVs because current communications are based on satellites in geostationary or medium orbits, respectively. This requires the use of radios of great weight and size in the UAV, which makes it impossible to use them in vehicles with a take-off weight less than 70 kg. In order to solve this problem, an innovative solution is proposed: A communication satellite constellation located in low Earth orbit that would allow small-sized UAVs to carry out BLOS missions, creating new markets in the surveillance of large targets (railways, forests, minor roads, mines, oil pipelines or power lines among others) that are not currently available with this type of UAVs, due to the lack of long distance communications. Typically, communications satellites have long been large satellites sent to geosynchronous orbit at around 36,000 km above the Earth, operating for around 15 years. Despite increasing throughput, a number of important companies around the world are looking to build low Earth orbit constellations of smaller, cheaper satellites to provide internet access. These constellations include OneWeb, SpaceX, O3b, Iridium, Telesat Canada, LeoSat and Boeing. The proliferation of such plans of 'mega-constellations' could offer a good perspective for the service under research by the company Altran Innovation that is presented in this report. Up to now, no solution exists for long distance UAV communications allowing them to fly at low altitude. The closest solution is the one adopted by telephone companies, which have Unmanned Traffic Management devices that could be used for this communication, but many of the areas in which UAVs could be used do not have telephony coverage. Therefore, the research presented in this report is an innovative perspective that could solve the great technical challenge of small UAVs: Long distance communications via small-sized satellites located in low Earth orbit.