Ambas naciones participaron en las siguientes décadas en una
carrera espacial, con más de 5000 lanzamientos de satélites y
sondas espaciales de todas las clases: investigación científica,
comunicaciones, meteorológicos, de reconocimiento fotográfico, de
navegación, sondas lunares y planetarias y vuelos espaciales
tripulados.
La
Unión Soviética lanzó al primer hombre en órbita, Yuri A.
Gagarin, alrededor de la Tierra el 12 de abril de 1961. El 20 de
julio de 1969 los Estados Unidos enviaron dos hombres a la superficie
de luna. El 12 de abril de 1981, en el 20 aniversario de los vuelos
tripulados, los Estados Unidos lanzaron la primera nave espacial
tripulada reutilizable, el Space Shuttle o lanzadera espacial.
Muchas
de las astronaves, como las tripuladas y las de reconocimiento, están
diseñadas para ser recuperadas. Algunos satélites operacionales se
vuelven inertes después de meses o años de funcionamiento. El NORAD
norteamericano mantiene una vigilancia constante de los miles de
objetos de origen humano que circulan la Tierra en una variedad de
órbitas; además de los satélites artificiales existe un gran
número de objetos clasificados como desechos, como las etapas
superiores agotadas, cables y tornillos, que entran en órbita junto
con los satélites, así como fragmentos que resultan de explosiones
en el espacio. Eventualmente los desechos de órbitas bajas terminan
regresando a la atmósfera y consumiéndose en el acto.
El
término nave espacial es tan general que incluye cohetes sonda,
satélites artificiales y sondas espaciales, se considera
independiente a ellos el concepto de cohete a reacción como vehículo
lanzador encargado de poner en órbita la carga útil que transporta.
Las
sondas espaciales pueden clasificarse en sondas lunares, planetarias
y de espacio profundo. Las naves espaciales también pueden ser
tripuladas o no tripuladas, activas o pasivas. Un satélite pasivo no
emite ninguna señal de radio y puede ser seguido ópticamente o
mediante radar. Los satélites activos emiten señales de radio para
poder ser seguidos con mayor facilidad y para transmitir los datos
desde los instrumentos a bordo a las estaciones de seguimiento.
Otra
gran diferenciación de los satélites reside entre los satélites
científicos y los de aplicaciones civiles o militares. Un satélite
científico lleva instrumentos a bordo para obtener datos científicos
sobre los campos magnéticos, la radiación espacial, el Sol, los
planetas o los objetos del espacio profundo. Los satélites de
aplicaciones llevan a cabo tareas de utilidad práctica como
facilitar enlaces de comunicaciones, ayudar en la navegación de
vehículos terrestres, permitir el estudio y la previsión del clima,
estudiar diversos aspectos de la Tierra, y también espiar al
enemigo. Debido a la gran variedad de funciones, las características
físicas de los satélites pueden diferir en mucho.
Como se
han lanzado más de 5000 naves espaciales desde 1957 es necesario
agruparlas en programas, por ejemplo los programas de la antigua
Unión Soviética Sputnik, Vostok, Soyuz y
Venera, y los norteamericanos Explorer, Intelsat,
Apolo, Voyager y Space Shuttle.
Lanzamiento al espacio de una nave
El
principal obstáculo que se debe superar para lanzar un objeto al
espacio es superar la atracción gravitatoria de la Tierra, lo que se
consigue gracias al empleo de grandes cohetes propulsores. Si la
fuerza de empuje del motor es el doble que el peso total del vehículo
en el momento del despegue entonces el cohete se elevará con una
aceleración de un "g", 9,8 m/s cada segundo. Debido a que
el combustible es consumido y expulsado del motor, el vehículo se va
aligerando y la aceleración aumenta.
Los
cohetes lanzadores se componen de varias etapas aceleradoras, cada
una con su correspondiente motor, montadas una encima de otra, y
estando la carga útil en el extremo superior del lanzador. A medida
que las etapas van consumiendo su combustible se desprenden del
cohete, comenzado entonces la ignición del motor de la etapa
siguiente. De esta forma va aligerándose el peso del vehículo con
el consiguiente aumento de la aceleración. Muchos cohetes lanzadores
se componen de tres etapas.
En
general, cuanto más tarde un vehículo espacial en abandonar la
atmósfera terrestre y alcanzar la velocidad requerida menos
económico será el lanzamiento. A bajas aceleraciones el cohete
consume grandes cantidades de combustible debido a que está
perdiendo 10 m/s de velocidad cada segundo de viaje. El valor máximo
de la aceleración viene impuesto por la tensión acelerativa límite
que soporta la estructura del cohete y la carga útil. En los vuelos
tripulados un empuje de 6 g es considerado el límite máximo cuando
los astronautas se encuentran en posición horizontal, esto es con la
cabeza y el corazón en el mismo nivel.
Trayectorias
de vuelo
Existen
cuatro clases generales de trayectorias: cohetes sonda (parabólicas),
órbita terrestre (elípticas), trayectoria de escape de la Tierra
(hiperbólicas) y planetarias.
Cohetes
sonda. Los primeros cohetes sonda lanzados para estudiar las
capas altas de la atmósfera en 1945 fueron colocados casi en
vertical. Generalmente eran cohetes de una sola etapa que podían
alcanzar velocidades entre 4.800 a 8.000 km/h. El combustible del
motor solía agotarse a una altitud entre 16 y 32 Km, reduciéndose
la velocidad del cohete a partir de ese momento debido a la gravedad.
El cohete se detenía al llegar al punto de máxima altitud de su
trayectoria (unos 160 km) y comenzaba a caer hacia la Tierra,
estrellándose en el desierto o en un océano. Los instrumentos de
abordo que llevaba el cohete para registrar los datos científicos
eran expulsados y descendían en paracaídas, pero posteriormente se
diseñaron las cargas de pago científicas para que radiaran los
datos que iban adquiriendo, a esto se denomina telemetría.
Órbita
terrestre. La órbita terrestre se alcanza lanzado el cohete en
posición vertical y después ir inclinando la trayectoria de forma
tal que el vuelo es paralelo a la superficie de la Tierra en el
momento en el que se alcanza la velocidad orbital a la altura
deseada. En este preciso punto, el motor del cohete es apagado. La
astronave unida a la etapa final se encuentra entonces en caída
libre hacia la Tierra. Por ejemplo, a una altura de 200 km la
velocidad orbital es de unos 29.000 km/h; como a 200 km de la Tierra
la atmósfera es casi inexistente, el rozamiento aerodinámico es
despreciable y la nave continuará en órbita por tiempo indefinido.
El lapso de tiempo que tarda un satélite en dar la vuelta a la
Tierra se denomina período de la órbita y a 200 km, éste es de 90
minutos. A alturas mayores la velocidad orbital disminuye y aumenta
el período. Por ejemplo, a una altura de 1.730 km la velocidad
orbital es de 25.400 km/h y el período es de dos horas. A 35.700 km
la velocidad es de 11.300 km/h y el período es de 24 horas. Debido a
que éste es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre su
eje, tal satélite se mueve a la misma velocidad angular que la
superficie de la Tierra y parece estar fijo en el cielo. Esta órbita
particular, denominada geoestacionaria, tiene un valor especial en
satélites de comunicaciones y meteorología. Todo ello se aplica
sólo a órbitas circulares, las cuales son difíciles de alcanzar.
Normalmente la órbita de un satélite es una elipse con una altura
de apogeo (altura máxima) y una altura de perigeo (altura mínima).
La órbita puede hacerse más circular si se dispone de potencia en
el satélite reduciendo la velocidad en el perigeo (el apogeo
disminuye) o aumentando la velocidad en el apogeo (el perigeo
aumenta); en ambos casos el impulso del cohete se aplica paralelo a
la dirección de la órbita. Al enviar un satélite hacia la órbita
terrestre la trayectoria del cohete lanzador es inclinada hacia el
este para aprovechar el impulso adicional que proporciona el
movimiento de rotación de la Tierra. Esta velocidad de rotación es
de 450 m por segundo en el ecuador y 400 m/s en Cabo Cañaveral,
Florida, donde se encuentra la principal base de lanzamientos de la
NASA. Si el satélite se lanza en dirección norte o sur se alcanza
una órbita polar. La ventaja del impulso adicional por la rotación
de la terrestre se pierde, pero tiene otras ventajas. Como la Tierra
gira entorna a su eje polar, el satélite pasa por encima de todas
las regiones del globo después de unas pocas revoluciones.
Trayectoria
de escape de la Tierra. Con el fin de escapar completamente de la
influencia gravitatoria de la Tierra, se necesita una velocidad de
lanzamiento de 40.000 km/h. A tal velocidad la nave deja el campo
gravitatorio y, si no existiesen otros cuerpos planetarios, iría a
parar a una órbita alrededor del Sol como un pequeño planeta. Con
una sincronización precisa es posible hacer llegar a la nave a las
cercanías de la luna. En el proyecto Apolo, la nave era
puesta en órbita de escape hacia la luna y, bajo su influencia
gravitatoria, daba la vuelta por la cara oculta. Si no se hubiese
hecho ninguna maniobra la nave habría dado la vuelta completa y se
habría dirigido de nuevo hacia la Tierra. Al reducir la velocidad de
la nave en la cara oculta de la luna, el vehículo fue puesto en
órbita alrededor de la luna.
Vuelos
interplanetarios. Debido a la naturaleza elíptica de las órbitas
planetarias la distancia de la Tierra a sus planetas vecinos, Venus y
Marte, cambia. Las oportunidades de un lanzamiento favorable ocurren
cuando la distancia al planeta de destino es mínima, lo cual sucede
cada dos años más o menos; a esto se denomina ventana de
lanzamiento. Pueden realizarse vuelos en otros momentos, pero la
distancia que debe atravesar la nave es mucho mayor, lo cual aumenta
el coste de la misión. La trayectoria de vuelo desde la Tierra a
Venus o a Marte puede ser planeada para aprovechar las posiciones
cambiantes entre los planetas y reducir el coste de la misión. Tales
órbitas económicas fueron calculadas ya a finales de los años
1920. A pesar de que estas órbitas de transferencia requieren una
velocidad inicial mínima el tiempo de viaje es muy grande, tanto
como 260 días para llegar a Marte a través de una órbita de
transferencia. Debido a ello se emplea un compromiso entre la órbita
de transferencia más económica y la más rápida, como fue el caso
de las misiones Mariner 6 y 7 en 1969. Lanzado el 25 de
febrero de 1969, el Mariner 6 pasó a 3.410 km de Marte 157
días después, cuando el planeta rojo se encontraba a 92.800.000 km
de la Tierra. Otra maniobra muy útil en vuelos interplanetarios es
la denominada impulso gravitatorio o "fly-by", en la cual
se aprovecha la caída de la nave en el campo gravitatorio de un
planeta para transferir energía cinética del planeta a la nave,
aumentando así su velocidad a la vez que se cambia su rumbo sin
necesidad de consumir combustible. Esta técnica fue empleada por
varias sondas norteamericanas lanzadas en la década de los 70, como
la Pioneer 11 y las Voyager 1 y 2 para viajar
desde Júpiter hasta Saturno.
Navegación,
encuentro y unión de dos naves y recuperación
Navegación.
Viajar de un punto a otro en el espacio casi nunca es ir en línea
recta, antes bien, el movimiento se ve afectado por la influencia
gravitatoria de los cuerpos celestes. La base de la navegación
espacial es la orientación inercial, esto es, la orientación basada
en la inercia de un giróscopo, prescindiendo de cualquier fuerza
externa y sin referencia al Sol o a otras estrellas. Mediante tres
giróscopos orientados en las tres direcciones del espacio y usando
acelerómetros, pueden realizarse medidas precisas de la aceleración
de la nave, tanto positivas como negativas, en cualquier dirección
que se produzcan. Usando la memoria de abordo puede llevarse un
registro de la posición de la sonda en cualquier momento. Cambiando
la orientación de la nave y encendiendo los motores de pequeño
empuje se pueden realizar correcciones a la trayectoria. Los
ordenadores programados de abordo en el control de la misión llevan
un registro que indica por donde ha pasado la nave, donde debería
estar y hacia donde debería ir; en las misiones tripuladas todos
estos datos son visualizados por los astronautas por si tienen que
pasar a control manual. Durante la fase de lanzamiento es frecuente
corregir las desviaciones de la trayectoria del cohete respecto de la
calculada, para ello se emplean pequeños motores especiales,
desviando el chorro de gases calientes que expele el motor, o
balanceando uno o más motores montados sobre soportes pivotantes. En
el caso de encuentro entre dos naves, el radar de abordo va
informando a la tripulación de la nave que maniobra sobre la
posición y velocidad con respecto a la otra nave. Con la puesta en
marcha del Sistema Global de Posicionamiento en la década de los
años 80 ha sido posible controlar la posición y la velocidad de las
naves tripuladas en órbita con una precisión muy alta, lo cual
ayuda en este tipo de maniobras. La descripción anterior de los
sistemas de navegación de astronaves está muy simplificada; los
sistemas usados son complejos, potentes herramientas sin las cuales
los vuelos tripulados y no tripulados serían imposibles de realizar.
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Vista artística de un acoplamiento
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Encuentro y atraque entre dos naves. Se produce un
encuentro espacial cuando una nave maniobra para aproximarse a otra y
unirse mediante dispositivos de atraque diseñados específicamente.
Un encuentro espacial comienza cuando una de las naves modifica su
órbita para alcanzar la órbita de la otra nave y acercarse
lentamente a sus proximidades. El término es relativo, pero por lo
general la distancia de encuentro debe ser de 100 m o menos. Para
lograr el encuentro, el lanzamiento de la segunda nave debe llevarse
a cabo en un instante determinado, con una precisión de pocos
minutos después de que la primera nave pase por encima de la zona de
lanzamiento de la segunda nave. El objetivo es colocar la nave que va
al encuentro en una órbita coplanaria con la de la segunda nave y de
menor altura. Una vez en órbita la tripulación de la nave va
aumentando la velocidad poco a poco, de forma que sube a la órbita
de la segunda nave, acercándose también las velocidades de ambos
ingenios. Para las maniobras finales de acercamiento y atraque es
necesario el uso del radar y de los ordenadores de abordo. Las naves
Gémini 6 y
7 fueron las primeras que realizaron un
encuentro espacial. En los vuelos de alunizaje del programa
Apolo
el módulo de ascenso se elevaba de la superficie de la luna para
unirse al módulo de mando que permanecía en órbita. El
procedimiento de atraque era crucial en el procedimiento de alunizaje
de las naves
Apolo, y es esencial en futuros programas
espaciales, como el proyecto de la Estación Espacial Internacional.
Los elementos claves de las maniobras de atraque, comenzando desde la
distancia de encuentro, son: radar de muy alta precisión (posición
y velocidad de acercamiento), el control preciso de la orientación
de las naves y los subsistemas de ordenadores y hardware. Mientras
que los Estados Unidos han confiado en el guiado manual de las
operaciones de atraque, la antigua URSS ha conseguido importantes
logros en la automatización de esta tarea. El concepto de construir
una gran estación espacial permanente a partir de bloques puestos en
órbita en lanzamientos sucesivos, o construir una misión de espacio
profundo en órbita, con el fin de viajar a otros planetas como
Marte, requiere una técnica de encuentro y atraque que sea precisa y
fiable.
Reentrada
y recuperación. Reentrada significa el retorno de una
astronave a la atmósfera terrestre. Este manto gaseoso relativamente
denso que cubre la Tierra es útil para frenar naves, o como fuerza
de retardo debido al rozamiento aerodinámico. Un efecto concomitante
es, sin embargo, un rápido y fuerte calentamiento debido a la
fricción y a la gran velocidad de reentrada . Al principio se
empleaban escudos térmicos de material ablativo que absorbían el
calor de la reentrada , pero con la lanzadera espacial se
introdujeron los escudos hechos de material refractario (tejas de
silicio y un material de carbono-carbono reforzado) que resisten el
calor directamente. Inherente a una reentrada segura es el
control preciso del ángulo de reentrada . Este ángulo de
reentrada es de -6,2 grados con respecto al horizonte de la
Tierra, y debe ser mantenido con una precisión de 1 grado. En el
programa Apolo el módulo de mando regresaba a la Tierra con
una velocidad de 40.000 km/h. Si el ángulo fuese muy agudo la nave
rebotaría en las capas altas de la atmósfera y regresaría al
espacio; por el contrario, si el ángulo fuese muy grande el escudo
térmico no resistiría el intenso calor de la reentrada, y la
tripulación no hubiera soportado las grandes fuerzas-g. Aún con
todo, el escudo térmico de las naves Apolo soportó
temperaturas de 3.000 grados celsius. La fuerza aérea de los Estados
Unidos recupera pequeñas naves mediante aviones cuando aún están
descendiendo en paracaídas. Esta técnica elimina el problema de
buscar y recuperar la nave después de que haya aterrizado. Durante
las fases finales del descenso, las naves tripuladas, como por
ejemplo las soviéticas Soyuz , pueden también desplegar
paracaídas para conseguir un aterrizaje suave. El Módulo de Comando
de las naves Apolo empleaba también este sistema, pero a
diferencia de las Soyuz que aterrizan en las planicies
siberianas, aterrizaba en el océano. La reentrada de la lanzadera
espacial es bien diferente: el vehículo desciende planeando y
aterriza en una pista como un avión ordinario.
La
lanzadera espacial. El programa espacial norteamericano entró en
una nueva era el 12 de abril de 1981, con el lanzamiento inicial del
Space Shuttle, la primera nave espacial tripulada diseñada
para ser reutilizada. El programa fue iniciado a finales de los 60
cuando la NASA fijo su atención en un macro programa para establecer
una estación espacial permanente, que comprendía un transporte
Tierra-Órbita reutilizable. Debido a los recortes presupuestarios de
los años 70 el programa fue cancelado y sólo sobrevivió la
lanzadera espacial. El diseño fue elegido para reducir costes de
desarrollo y al mismo tiempo mantener bajos los costes de los vuelos
tripulados. En su forma actual la lanzadera consiste en un orbitador
alado, un tanque desechable, y dos impulsores de combustible sólido
reutilizables. En conjunto alcanza una altura de 56 m y pesa 2
toneladas en el momento del despegue. El orbitador transporta la
carga útil y la tripulación, y contiene casi todo el hardware y los
ordenadores de la nave así como los tres motores principales. En el
centro del orbitador se encuentra la bahía de carga, que mide 4,6 m
de ancho y 20 m de largo, y puede albergar hasta 30.000 Kg.
Saludos a todos!
Fuente;
http://www.elcielodelmes.com/
http://www.eltiempo.es/widget/get_widget/73ad5c95163911bcc3a80e54cb92270d?v=11000
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