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Computación

La pelea mundial por acceder al espectro de radiofrecuencia espacial

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Cada vez más empresas y países quieren lanzar satélites a la órbita baja terrestre, pero la franja disponible para operarlos y comunicarse con ellos es finita, lo que está generando una batalla competitiva y regulatoria en la que los más poderosos podrían resultar favorecidos (como siempre)

  • por Mark Harris | traducido por Ana Milutinovic
  • 18 Julio, 2019

El cielo está cada vez más abarrotado. Bandadas de Cubesats, flotas de cámaras en órbita y las primeras megaconstelaciones de internet de banda ancha como las de SpaceX, Amazon y OneWeb están cubriendo rápidamente la órbita baja terrestre. Si se lanzan todos los servicios según lo planeado, pronto habrá 10 veces más satélites en órbita que en la actualidad.

Junto a los dispositivos funcionales, el espacio también alberga cada vez más basura espacial, cuya acumulación resulta peligrosa y preocupante. Pero los operadores de satélites se enfrentan otro problema más inmediato: el espectro de radiofrecuencias para operar desde la órbita está cara vez más restringido. ¿Podrían las start-ups espaciales que se pelean por obtener su parte del espectro frenar esta industria naciente?

La radiación electromagnética abarca una amplia gama de frecuencias y energías, pero solo determinadas bandas son útiles para la comunicación hacia y desde el espacio. Los rayos X de alta frecuencia serían peligrosos; las señales de microondas acaban absorbidas por la atmósfera; y las ondas de radio de baja frecuencia son menos efectivas en la transmisión de información y requieren antenas grandes y desgarbadas.

Al igual que las personas que gritan en una fiesta, las señales que compiten en la misma frecuencia de radio pueden interferir y dificultar la comunicación, por lo que el espectro debe dividirse para diferentes usos. Los sistemas de multiplexación permiten a los operadores compartir el espectro mediante un fino corte en los intervalos de tiempo y los canales de frecuencia, así como mediante la codificación de señales para que muchos mensajes diferentes puedan transmitirse de forma simultánea.

Aun así, los usuarios particulares deben tener asignadas bandas de frecuencia concretas para evitar interferencias que inutilizarían el espectro de radio. Muchas de las frecuencias más deseables para los enlaces orbitales se asignaron a transmisiones de radio y televisión tradicionales mucho antes de que se lanzaran los primeros satélites. Ahora, a medida que los cielos se llenan de satélites, la lucha por los espacios de radiofrecuencia se está poniendo cada vez más difícil. Los reguladores se enfrentan a más compañías, más naves espaciales y más disputas que nunca. El papeleo puede durar años, mientras que algunas start-ups ambiciosas intentan alterar esta industria tan conservadora.

Swarm Technologies ya ha tenido algunas peleas regulatorias. Cuando esta pequeña start-up de Silicon Valley (EE. UU.) lanzó cuatro pequeños satélites experimentales en 2018, no tenía la autorización necesaria de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, por sus señales en inglés) de EE. UU., una de las agencias cuya aprobación es necesaria antes de cualquier lanzamiento. La FCC lo descubrió y castigó a la compañía con una multa de casi 800.000 euros.

La compañía ahora quiere lanzar una constelación de 150 satélites para comunicarse con el creciente número de dispositivos conectados a internet en la Tierra. Como sus satélites son tan pequeños y, por lo tanto, baratos de lanzar, Swarm cree que sus servicios de mensajería costarán un orden de magnitud menos que los de los sistemas satelitales existentes. Todo lo que necesita es un par de bandas de espectro de radio VHF.

Pero el histórico operador de satélites Orbcomm lleva décadas controlando esas frecuencias y opera uno de los sistemas de mensajería que Swarm pretende interrumpir. En una petición a la FCC para desestimar la solicitud de Swarm , Orbcomm alegó que la start-up "solo intentaba saltarse los derechos de espectro claramente adquiridos por Orbcomm..."

"Realmente hay preocupaciones por esta escasez en la órbita", subraya el profesor de economía en la Universidad de Clemson (EE. UU.) y autor de The Political Spectrum, Thomas Hazlett.  El experto añade: "Si alguien quiere enviar un satélite ¡de comunicaciones, podría tener conflictos con otros usuarios. Hay una necesidad real de crear normas que ayuden a coordinar este uso".

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) es el organismo encargado de resolver estas reclamaciones. Creada a mediados del siglo XIX para estandarizar las tecnologías telegráficas, lleva ayudando a regular los envíos de satélites a la órbita desde los albores de la era espacial. La agencia, que también es la responsable de que podamos realizar llamadas telefónicas de un país a otro, entre otras muchas responsabilidades reglamentarias, ahora forma parte de las Naciones Unidas. Pero los países individuales también quieren pronunciarse sobre las naves que vuelan sobre su porción del espacio. Eso significa que los operadores como Swarm también tienen que trabajar con las agencias nacionales de los países en los que pretenden operar (en concreto, la FCC controla el acceso al importante mercado estadounidense).

Como era de esperar, para los recién llegados estas regulaciones no son más que barreras destinadas a mantenerlos en el suelo. En una larga respuesta a la FCC, Swarm argumentó que Orbcomm no tenía derecho sobre el espectro que la empresa pretende usar y que la "frívola" petición de la compañía "no es más que el intento de un histórico monopolista de aprovecharse del proceso de concesión de licencias para mantener sus privilegios".

Las estables órbitas circulares que rodean la Tierra se asocian a velocidades particulares, que varían con la altitud. (Los satélites en órbitas elípticas se aceleran cuando están más cerca de la Tierra y van frenando a medida que alcanzan el punto más lejano en su órbita). A 35.786 kilómetros, la velocidad orbital coincide con la rotación de la Tierra. Para un observador en la superficie, las naves espaciales que vuelan directamente sobre el ecuador a esa altitud aparecerán congeladas en el cielo. Dichas franjas geoestacionarias permiten que un solo satélite de gran tamaño dé servicio a una amplia área geográfica, ya sea para retransmitir comunicaciones o, por ejemplo, controlar las condiciones climáticas.

El margen permitido entre los satélites vecinos deja unos 1.800 puntos geoestacionarios útiles en este gran círculo, de los cuales alrededor de 400 han sido ocupados a lo largo de los años. Como era de esperar, hay más interés en los lugares que se encuentran por encima de las regiones ricas como Norteamérica y Europa y no tanto en los que hay sobre las poco pobladas islas del Pacífico. A los países se les asignaron espacios sobre sus territorios, y luego se permitió que otros satélites individuales se colocaran por orden de llegada.

Al principio, la disponibilidad del espectro parecía ser un problema fácil de solucionar. Las frecuencias no solo se tenían que dividir entre un pequeño número de operadores de un área, sino que las mismas frecuencias se podían reutilizar una y otra vez en todo el mundo. Todo el mundo entendía las reglas, explica el representante de la consultora de satélites TMF Associates, Tim Farrar.

Sin embargo, las reglas del juego han empezado a cambiar. Los operadores quieren subir sus pequeños y baratos satélites a bordo de cohetes compartidos y enviarlos a órbita terrestre baja. A la altitud entre unos pocos cientos y 1.000 kilómetros hacia arriba, los satélites con cámaras tienen una mejor visión del planeta; para los sistemas de comunicaciones, una distancia más corta hasta la superficie puede ahorrar energía y reducir la latencia. Con tantas altitudes y órbitas para elegir, debería haber espacio para todos.

Pero el espectro se está convirtiendo en el factor limitante de las nuevas constelaciones de comunicaciones. Los satélites de la órbita baja se mueven alrededor del planeta en cuestión de horas, lo que provoca interferencias no solo entre ellos mismos sino también a todos los satélites geoestacionarios que les pasan por encima. Al principio, la solución de la UIT fue replicar la estrategia que utilizó para la órbita geoestacionaria: dar prioridad al primer operador que solicitaba usar una parte de espectro. Todos los que llegaran después tendrían que aceptar no interferir.

El espectro se está convirtiendo en el factor limitante de las nuevas constelaciones de comunicaciones

Pero la interferencia es un concepto resbaladizo. "La coordinación geoestacionaria es relativamente sencilla", opina el director de Estrategia de LeoSat, Diederik Kelder, que planea una constelación de al menos 84 satélites de internet en la órbita baja. Y añade: "Dado que [la órbita baja] es muy compleja, hacen falta herramientas de modelado muy sofisticadas para entender el impacto".

Anticipándose a la próxima crisis del espectro, la FCC decidió apoyar las políticas de intercambio de espectro en las que todos los que planean usar frecuencias similares se tengan en consideración al mismo tiempo, lo que se denomina "procesamiento de rondas" que, teóricamente, crearía un campo de juego más justo.

Pero han pasado algunas cosas que no se veían venir. A medida que los nuevos participantes intentan encontrar lagunas reglamentarias o modificaciones técnicas, las disputas han ido a más. Por su parte, los operadores ya consolidados intentan proteger sus frecuencias de las interferencias (ya sean reales o imaginarias). El incentivo para que las empresas soliciten las frecuencias lo antes posible también significa que deben presentar sus solicitudes a la UIT y la FCC mucho antes de construir sus satélites o, a veces, incluso antes de tenerlos si quiera diseñados.

SpaceX es la empresa más ambiciosa de la nueva generación de la órbita baja terrestre. En 2015, Elon Musk reveló un plan de usar una megaconstelación de satélites llamada Starlink para ofrecer internet de banda ancha a nivel global que llegaría a muchas regiones desatendidas y en desarrollo. Al principio, SpaceX solicitó permiso para lanzar 4.425 satélites, pero en 2017 la cifra ascendió a casi 12.000, una constelación que la FCC finalmente autorizó a finales de 2018.

En el período previo al lanzamiento de sus primeros satélites comerciales, SpaceX volvió a cambiar su plan, y pidió acercar a algunos de sus satélites hacia la Tierra y modificar las frecuencias que usarían. Sus propios análisis supuestamente no mostraban nuevas interferencias, pero otras compañías de satélites no estaban muy contentas. Kepler, otra start-up de comunicaciones satelitales, calificó sus afirmaciones como "fundamentalmente erróneas". OneWeb, que planea su propia megaconstelación de más de 2.500 satélites de internet, argumentó que los cálculos de interferencias de SpaceX "[incluían] suposiciones operativas erróneas, un incompleto conjunto de parámetros de análisis y unas conclusiones bastante engañosas".

La FCC aprobó el plan de SpaceX, y la compañía lanzó sus primeros 60 satélites Starlink en mayo. Ahora, sus rivales tendrán que lanzar sus satélites con la esperanza de que sus preocupaciones de interferencias fueran infundadas.

Al menos esta disputa se resolvió rápidamente. La pesadilla para los recién llegados se da en forma de retrasos regulatorios interminables.

En 2001, por ejemplo, una empresa llamada Mobile Satellite Ventures solicitó a la FCC reutilizar algunas de sus frecuencias satelitales para un servicio de comunicaciones híbrido satelital / terrestre. Diez años más tarde, la compañía, que ahora se llama LightSquared, recibió una exención condicional para proceder que fue suspendida rápidamente por temor a que pudiera interferir con las señales de navegación GPS. Casi inmediatamente, LightSquared se declaró en bancarrota, pero con el paso de casi otra década, y con otro cambio de nombre, Ligado Networks, la empresa continúa su lucha. Se ha comprometido a reducir el poder de sus transmisiones en más del 99 %, pero aún enfrenta un constante rechazo por parte de los nerviosos y posiblemente celosos rivales aeroespaciales.

"La decisión de Ligado de desperdiciar 40 MHz del espectro satelital no debe ser recompensada con beneficios excepcionales", escribió el operador satelital Iridium a la FCC en julio de 2018. En abril, Ligado vio en una reunión con la FCC que la agencia había estado considerando su última solicitud durante más de 1.000 días. Mientras se redactaba este artículo, la FCC aún no se había pronunciado al respecto.

No obstante, el enfoque de Ligado muestra cómo la tecnología podría ayudar a calmar las disputas. La empresa fue capaz de reducir drásticamente sus requisitos de energía gracias a receptores cada vez más sensibles. Los sistemas de multiplexación también continúan mejorando, debido tanto a la potencia informática mejorada como a las técnicas inteligentes cada vez más complejas para codificar y descodificar señales.

Las antenas de alta ganancia permiten a los satélites crear haces focalizados que se dirigen a áreas específicas debajo de ellos. Cuanto más estrecho sea el foco, más a menudo se podrán reutilizar esas frecuencias. Otros sistemas nuevos planean usar láseres aún más focalizados para que un satélite se comunique con otro, lo que reduciría la demanda de radiofrecuencias. Las nuevas tecnologías de antenas de fase significan que las señales satelitales ahora pueden ser recibidas por antenas pequeñas y baratas de panel plano dirigidas electrónicamente en lugar de tener que depender de los platos parabólicos difíciles de manejar que había antes. Los satélites equipados con GPS y los terminales de los usuarios también pueden programarse para evitar la transmisión hacia los rivales en la órbita baja terrestre o los satélites geoestacionarios.

Algunos expertos creen que la mejor manera de impulsar la innovación tecnológica es que la regulación se quede en un segundo plano frente a las soluciones basadas en el mercado, como las existentes subastas para el espectro inalámbrico terrestre. Pero no existe un mecanismo claro para subastar el espectro global.

En cualquier caso, aunque convertir los repartos gratuitos de frecuencias satelitales en derechos comercializables podría ofrecer incentivos para la cooperación, a escala global, el proceso será muy complicado. La economía orbital ya está dominada por un puñado de países más poderosos. Dar preferencia a las empresas con los bolsillos más llenos podría mantener las desigualdades históricas y excluir a los países en desarrollo que tienen más que ganar si alcanzan la próxima frontera tecnológica.

No todo el mundo está de acuerdo en que la órbita necesite una revolución. Farrar cree que los satélites y las estaciones terrestres se verán obligados a parar regularmente su funcionamiento hasta que el riesgo de interferencias disminuya, lo que reducirá drásticamente su capacidad y amenazará los ya inestables planes de negocios. "Desde el punto de vista económico, sería un desastre que todos pudieran operar. Pero es imposible que [todas estas compañías] hagan lo que han anunciado que planean hacer". En ese caso, una burocracia tortuosa que aplaza, retrasa e interrumpe los planes de negocios podría ser justo lo que el espacio necesita.

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