Sistema de Navegación por Satélite BeiDou explicado: cómo se diferencia del GPS

La administración espacial china (CNSA) no es la agencia espacial más antigua ni la más grande del mundo, pero está a punto de lograr una hazaña que solo unos pocos han conseguido en el pasado: establecer un sistema de navegación por satélite global (GNSS) totalmente funcional.

Un GNSS es simplemente un sistema de navegación por satélite que proporciona diversos servicios geoespaciales a escala global. Hasta ahora, el GPS estadounidense y el GLONASS ruso son los únicos dos sistemas operativos de este tipo.

Estoy casi seguro de que la mayoría de nuestros lectores están bien informados sobre el GPS (Sistema de Posicionamiento Global) y su competidor ligeramente menos popular GLONASS, pero, ¿les suena el nombre BeiDou? Para quienes no lo sepan, BeiDou (BDS) es el principal sistema de navegación por satélite de China, gestionado exclusivamente por la CNSA.

Se cree que la idea de un proyecto tan extenso se concibió por primera vez en la década de 1980 por el gobierno chino en respuesta a los avances estadounidenses en tecnologías militares-espaciales. BeiDou tomó su nombre de la constelación de la Osa Mayor, un grupo de estrellas brillantes ubicadas en la constelación de la Osa Mayor.

Al igual que GPS, GLONASS, Galileo y otros sistemas de navegación actualmente en desarrollo, el objetivo final de BeiDou es proporcionar sus servicios globalmente con mayor precisión (respecto a otros GNSS).

Para lograrlo, todo el proyecto se organizó cuidadosamente en tres fases: la primera fase (BeiDou-1) comenzó en el año 2000, la segunda etapa en 2007 y la tercera fase final en 2015. Se espera que el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou opere globalmente en algún momento de 2020.

En pocas palabras, BeiDou es la versión china del GPS pero a escala regional (al menos por ahora). Es solo el segundo sistema de navegación regional operativo en Asia, el otro es NAVIC (propiedad de la India). Si todo sale bien, BeiDou de China rivalizará con GLONASS y GPS a nivel global.

BeiDou-1 y 2

Comparación de órbitas de diferentes sistemas de satélites incluyendo BeiDou-2 (COMPASS)

La primera fase exploratoria del Sistema de Navegación por Satélite BeiDou comenzó el 30 de octubre de 2000 con el lanzamiento del satélite BeiDou-1A. Le siguieron BeiDou-1B y BeiDou-1C, lanzados el 20 de diciembre de 2000 y el 25 de mayo de 2003, respectivamente.

El despliegue exitoso de los tres satélites BeiDou marcó el éxito inicial del proyecto. Un satélite de respaldo (BeiDou-4D) también se lanzó posteriormente por si acaso.

Es interesante notar que los cuatro satélites BeiDou-1 estaban estacionados en órbita geoestacionaria (GEO) y no en órbita terrestre media (MEO) como es el caso con GPS y GLONASS.

Al usar sus satélites en órbita geoestacionaria, BeiDou-1 eliminó la necesidad de una gran constelación de satélites, sin embargo, también restringió el área máxima (en la Tierra) que puede cubrir. Su área de cobertura efectiva era de 70°E a 140°E de longitud y 5°N a 55°N de latitud. BeiDou-1 se eliminó por completo en 2012.

En otro orden, en 2008, un receptor BeiDou-1 costaba alrededor de 2.929 dólares estadounidenses (20.000 RMB), casi 10 veces más caro que un terminal GPS en ese momento. El precio era insanamente alto, supuestamente debido a microchips importados costosos. Una vez que comenzaron a fabricar chips nacionalmente, sus precios bajaron drásticamente.

Comparación del área cubierta por BeiDou-1 y BeiDou-2 Imagen cortesía: BeiDou.gov.cn

La segunda fase del Sistema de Navegación BeiDou, BeiDou-2, también conocida como COMPASS, se introdujo en 2007 como una mejora significativa sobre el sistema anterior. Hasta 2008, el aparato de navegación chino proporcionaba sus servicios solo a los militares y otras agencias gubernamentales chinas relacionadas, pero se puso a disposición para uso civil y comercial.

Bajo esta fase, se desplegaron un total de 19 satélites (dos de los cuales ya están retirados) con un satélite previsto para lanzamiento en 2019. Durante su etapa inicial, COMPASS ofrecía una precisión de posicionamiento reportada de 25 metros, pero mejoró sustancialmente después de que más satélites se volvieran operativos.

El nuevo sistema se volvió totalmente operativo en diciembre de 2011 y a finales de 2012 abrió sus servicios de posicionamiento y navegación a otras naciones en la región de Asia-Pacífico. La extensión actual de la cobertura de BeiDou está entre 55°E a 180°E de longitud y de 55°S a 55°N de latitud.

Precisión y frecuencias

Al igual que GPS y Galileo, BeiDou proporciona sus servicios en dos niveles diferentes: un servicio de acceso libre para uso civil y una versión restringida para los militares. El servicio civil tiene una precisión de seguimiento de ubicación de 10 metros y una precisión de sincronización de reloj de 10 nanosegundos.

Por otro lado, sus servicios restringidos tienen una precisión de seguimiento mucho mayor de 10 centímetros y capacidades avanzadas de transmisión de datos. El acceso al canal restringido de BeiDou, hasta la fecha, se concede solo a las Fuerzas Armadas chinas y pakistaníes. Las señales de rango de BeiDou se basan en el método de Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).

Asignación de frecuencias de GPS, Galileo y BeiDou 2 (COMPASS)

BeiDou-2 tiene cuatro bandas de frecuencia reconocidas: E1, E2, E6 y E5B (mostradas en barras rojas en la figura anterior). Como se puede ver, las cuatro bandas se superponen con las de Galileo. Si bien estos tipos de superposiciones son beneficiosos hasta cierto punto (pueden resolver problemas asociados con el diseño del receptor o terminal terrestre), principalmente crean problemas serios como interferencia de señal.

Existe una fuerte probabilidad de que si ambos sistemas de navegación están activos simultáneamente bajo circunstancias similares, experimentarán una fuerte interferencia de señal, especialmente dentro de las bandas E1 y E2, que actualmente están asignadas al servicio público de Galileo.

Sin embargo, para evitar este tipo de conflictos, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tiene una ley universal de "primero en llegar, primero en ser servido" que otorga derechos de una frecuencia particular a una nación que comienza a transmitir en ella primero. Cualquier nación usuaria posterior, dispuesta a utilizar esa frecuencia, tendrá que obtener permiso de la nación propietaria antes de su uso. Así ambas partes pueden asegurar que no hay interferencia con su transmisión.

Ahora, es casi seguro que el BeiDou-2 chino comenzará a transmitir en las bandas disputadas mencionadas antes que los satélites Galileo y así obtendrá los derechos primarios sobre estas frecuencias.

BeiDou-3

La Administración Espacial Nacional China (CNSA) inició la tercera fase del Satélite de Navegación BeiDou el 30 de marzo de 2015, con el lanzamiento inaugural del satélite BDS-3 desde el Centro Espacial de Xichang ubicado en la provincia de Sichuan. Un total de 35 satélites están programados para ser comisionados bajo esta fase, de los cuales 19 ya están en sus respectivas órbitas.

BeiDou-3 introducirá nuevas bandas de frecuencia: B1C/B1I/B1A (1575,42 MHz), B2a/B2b (1191,795 MHz), B3I/B3Q/B3A (1268,52 MHz) incluyendo una frecuencia de prueba Bs (2492,028 MHz).

De los 35 satélites totales, 27 son satélites de órbita terrestre media (MEO), 5 son satélites de órbita geoestacionaria inclinada (IGSO) y 3 son satélites de órbita geoestacionaria (GEO). Estos satélites también tienen capacidades SAR (radar de apertura sintética) y SBAS (Sistema de Aumento Basado en Satélite) similares a GPS y GLONASS.

Uso comercial de BeiDou

El Sistema de Navegación por Satélite BeiDou ha sido un éxito comercial en China. Según China Daily, BDS ayudó a varias empresas privadas y estatales como China Aerospace Science and Industry Corp y AutoNavi Holdings Ltd a generar más de 31.000 millones de dólares (200.000 millones de yuanes) en ingresos en 2015. El artículo también señaló que esta cifra podría alcanzar hasta 400.000 millones de yuanes para el año 2020.

Desde 2013, muchos fabricantes de teléfonos móviles en China han hecho sus productos compatibles con el sistema de navegación BeiDou. Millones de vehículos comerciales, miles de embarcaciones pesqueras (en China) también han sido equipados con BDS y es más probable que gane base de clientes en los próximos años.

Como saben, cada vez más dispositivos móviles vienen con tecnología tanto GPS como GLONASS para mejor cobertura y servicios de ubicación, así que probablemente sea cuestión de tiempo que BeiDou también se una a la mezcla.

Cómo se diferencia del GPS

Un Sistema de Navegación por Satélite es sin duda una de las piezas de tecnología más importantes que cualquier país puede tener hoy, y es aún más valioso para China considerando su postura geopolítica y económica actual con Estados Unidos.

Con el GPS bajo su control, el Ejército de EE. UU. puede desactivar efectivamente sus servicios sobre cualquier región del globo, por eso muchas naciones están desarrollando sus propios sistemas independientes similares al GPS.

No hay mucha diferencia entre los dos más que la precisión. GPS tiene una constelación de 31 satélites, mientras que el nuevo BeiDou tendrá unos 35. Cuando esté totalmente operativo (para 2020), se espera que el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou proporcione servicios de ubicación más precisos que el GPS.

En 2016, se afirmó que el sistema chino alcanzará precisión a nivel milimétrico (tras post-procesamiento), lo que significa que será diez veces más preciso que los niveles más precisos de GPS.

Área cubierta por WAAS (Sistema de Aumento de Área Amplia) Imagen cortesía: Administración Federal de Aviación de EE. UU.

Sobre Estados Unidos, Canadá y México, el GPS a menudo se usa con una ayuda de navegación conocida como Wide Area Augmentation o sistema WAAS que aumenta sustancialmente la precisión del GPS sobre el continente norteamericano.

Según gps.gov, el sistema basado en EE. UU. podrá proporcionar precisión de posicionamiento en tiempo real dentro de unos pocos centímetros y medir distancias a nivel milimétrico con la ayuda de receptores de alta gama y técnicas avanzadas como cinemática en tiempo real. Actualmente, la Fuerza Aérea de EE. UU. junto con Lockheed Martin está trabajando en GPS III, la séptima generación de satélites GPS.

Si bien es de conocimiento común que la precisión vertical del GPS es mucho peor comparada con su servicio en un plano horizontal, sus niveles de precisión en ambos componentes siguen siendo más altos que los de BeiDou (25 metros horizontalmente y 30 metros verticalmente).

Sin embargo, según un artículo en el Chinese Journal of Aeronautics, el BDS puede lograr una precisión mejor de 1 cm en horizontal y 3 cm en vertical, lo que según los estándares actuales es mucho mejor que el sistema de posicionamiento global (GPS).

Otros sistemas de navegación por satélite

Aparte de BeiDou, hay otros pocos sistemas de navegación por satélite actualmente en construcción o ya funcionando. El más notable de esos sistemas es Galileo. Galileo de la Unión Europea es un proyecto multimillonario que se inició para proporcionar un sistema de posicionamiento altamente preciso e independiente a las naciones europeas teniendo en cuenta factores geopolíticos. La constelación completa de Galileo consiste en 26 satélites con seis despliegues adicionales durante la próxima década.

El IRNSS (abreviatura de Indian Regional Navigation System) o NAVIC es otro sistema de navegación autónomo que consiste en una constelación de cuatro satélites (tres más programados). NAVIC es desarrollado y mantenido independientemente por la Organización de Investigación Espacial de la India.

Aparentemente, IRNSS proporciona precisión posicional de 10 m (servicio abierto) y 10 cm (servicio restringido). A diferencia de GPS, GLONASS y Galileo, el sistema de navegación indio no tiene planes inmediatos de proporcionar servicio global.

Animación representando la órbita del satélite QZSS Imagen cortesía: Hiroshi FUKUDA

Le sigue el Sistema de Satélites Cuasi-Cenital de Japón o QZSS. Es un sistema de aumento basado en satélite compatible con GPS que básicamente aumentará la precisión y fiabilidad del GPS sobre Japón y sus áreas circundantes. Actualmente, el sistema QZSS consiste en cuatro satélites, pero se extenderá gradualmente a siete satélites para el año 2023 (estimación).

Tres de sus cuatro satélites están colocados en órbitas geoestacionarias altamente inclinadas, aproximadamente 120° aparte entre sí. Esta alta inclinación les permite orbitar en un patrón asimétrico único conocido como analemas y tener presencia sobre Japón en todo momento. Las señales transmitidas por los satélites QZSS son idénticas a las señales GPS antiguas y modernizadas (L1C/A, L1C, L2C), lo que facilita la colaboración con la red de navegación estadounidense.

Si bien es casi seguro que no tendremos que depender completamente del GPS para nuestras necesidades económicas y políticas, será bastante interesante ver cómo el BeiDou de China se comporta frente a sus contrapartes estadounidenses, rusas y europeas en el futuro.