lunes, 12 de noviembre de 2012

Era espacial: En órbita alrededor de la tierra y programas espaciales para llegar a la Luna



En órbita alrededor de la Tierra
Los satélites que giran en la órbita terrestre pueden hacerlo en círculo o en elipse. Los satélites artificiales en órbita circular se mueven a una velocidad constante. Sin embargo, a mayor altitud se mueven a menor velocidad respecto a la superficie de la Tierra. Cuando mantienen una altura de 35.800 km sobre el ecuador los satélites son geoestacionarios y se mueven en una órbita geoestacionaria, justo a la misma velocidad que la Tierra, manteniéndose en un mismo punto fijo sobre el ecuador. La mayoría de los satélites de comunicaciones están situados en este tipo de órbitas.
En órbitas elípticas la velocidad varía, siendo mayor en el perigeo (altitud mínima) y menor en el apogeo (altitud máxima).
Las órbitas elípticas pueden descansar en cualquier plano que pase por el centro de la Tierra. Las órbitas polares descansan en un plano que pasa por los polos norte o sur; esto quiere decir que atraviesa el eje de rotación de la Tierra. Las órbitas ecuatoriales descansan en un plano que atraviesa el ecuador. El ángulo entre el plano orbital y el ecuador se denomina inclinación de la órbita.
La Tierra gira una vez cada 24 horas vista desde un satélite en órbita polar.
Los satélites meteorológicos en órbita polar, que llevan cámaras de televisión y de infrarrojos, pueden observar las condiciones meteorológicas de todo el globo, de polo a polo, en un solo día. Las órbitas con otro tipo de inclinación cubren menos parte de la Tierra, y no alcanzan algunas zonas cercanas a los polos.
Mientras un objeto permanezca en órbita en el espacio, seguirá orbitando sin necesidad de propulsión dado que no tiene fuerza de rozamiento que ralentice su velocidad. Si toda o parte de la órbita atraviesa la atmósfera terrestre el objeto perderá velocidad por rozamiento aerodinámico con el aire. Este fenómeno provocará su caída gradual hacia altitudes más bajas, hasta que el objeto entra en la atmósfera y se desintegra como un meteoro.
Programas espaciales no tripulados
Una larga historia de mitos, sueños, novelas, ciencia y tecnología culminó con el lanzamiento del primer satélite artificial a la órbita terrestre, el Sputnik 1, por la URSS el 4 de octubre de 1957. 

El Sputnik 1 era una esfera de aluminio de 58 cm de diámetro y pesaba 83 kg.
Tardaba 96,2 minutos en dar la vuelta a la Tierra. Describía una órbita elíptica y alcanzaba su apogeo a una altura de 946 km, y su perigeo a 227 km. Contaba con instrumentos que durante 21 días enviaron información a la Tierra sobre radiación cósmica, meteoritos y sobre la densidad y temperatura de las capas superiores de la atmósfera. Al cabo de 57 días el satélite entró en la atmósfera terrestre y se destruyó por efecto del calor debido al rozamiento aerodinámico.
El segundo satélite artificial fue también un vehículo espacial soviético, de nombre Sputnik 2. Fue lanzado el 3 de noviembre de 1957 y llevaba a bordo una perra llamada Laika.
Realizó las primeras mediciones biomédicas en el espacio. Este satélite entró en la atmósfera terrestre destruyéndose después de 162 días de vuelo.
Mientras el Sputnik 2 todavía se encontraba en órbita, Estados Unidos lanzó con éxito su primer satélite, el Explorer 1, desde la base de Cabo Cañaveral, en Florida, el 31 de enero de 1958. Era una nave cilíndrica de 14 kg, 15 cm de diámetro y 203 cm de longitud, que estuvo transmitiendo mediciones de radiación cósmica y micrometeoritos durante 112 días, y aportó los primeros datos desde un satélite que llevaron al descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen.
El 17 de marzo de 1958, Estados Unidos lanzó su segundo satélite, el Vanguard 2. Un estudio preciso de las variaciones de su órbita reveló que la Tierra tenía una ligera forma de pera. Utilizando energía solar, el satélite estuvo transmitiendo señales durante más de 6 años. 
Al Vanguard 2 le siguió el satélite estadounidense Explorer 3, lanzado el 26 de marzo de 1958, y el soviético Sputnik 3, lanzado el 15 de mayo de ese mismo año. Este último, que pesaba 1.327 kg, efectuó mediciones de la radiación solar, la radiación cósmica, los campos magnéticos y otros fenómenos, hasta que dejó su órbita en abril de 1960.
Misiones lunares no tripuladas
Por ser el astro más cercano a la Tierra, la Luna ha sido el objetivo de numerosas misiones espaciales.
En 1958 fracasaron las primeras sondas lunares enviadas por Estados Unidos y la URSS. La nave rusa Luna 2, lanzada el 12 de setiembre de 1959, alcanzó la superficie lunar 36 horas más tarde.
Desde entonces, ambos países efectuaron lanzamientos a la Luna con resultados diferentes. Las primeras fotografías de la cara oculta de la Luna fueron tomadas por el Luna 3, enviado al espacio por la URSS el 4 de octubre de 1959.
Uno de los lanzamientos con éxito más espectaculares fue la misión realizada por el Ranger 7, enviado al espacio por Estados Unidos el 28 de julio de 1964. Antes de alcanzar la superficie de la cara visible de la Luna, llegó a transmitir 4.316 imágenes de la superficie lunar por televisión, desde altitudes entre 1.800 km y 300 m, proporcionando las primeras imágenes detalladas a la humanidad.
El 31 de enero de 1966, la URSS lanzó el Luna 9, que consiguió realizar el primer aterrizaje sobre la Luna, sin ser destruido por el impacto. Le siguió la nave estadounidense Surveyor 1, el 30 de mayo de ese año, que también realizó un aterrizaje suave en la superficie lunar, y envió a la Tierra 11.150 fotografías del satélite.
Además de la información científica recogida, gran parte del interés del programa espacial de Estados Unidos se centraba en desembarcar un hombre en la Luna. Con este propósito, se llevaron a cabo varios vuelos posteriores no tripulados, como los realizados por el Surveyor 3 y Surveyor 5 en 1967.
Ambas naves, después de un vuelo de dos días, enviaron a la Tierra un gran número de imágenes de televisión de la superficie lunar. El Surveyor 3 tomó muestras del suelo de la Luna que fueron examinadas por cámaras de televisión. El Surveyor 5 realizó análisis químicos de la superficie lunar, utilizando técnicas de dispersión de partículas alfa; éste fue el primer análisis sobre el terreno de un cuerpo extraterrestre.
Otros satélites lanzados para preparar el alunizaje fueron los del programa Lunar Orbiter. Entre 1966 y 1967, cinco de estos satélites dieron vueltas alrededor de la Luna obteniendo miles de fotografías. Con este material se fueron seleccionando los lugares de alunizaje previstos en el programa Apolo.
Son dignos de mención dos proyectos lunares no tripulados de la URSS. La nave Luna 16 lanzada el 12 de setiembre de 1970, se posó sobre la Luna e introdujo unos 113 g de suelo lunar en un recipiente sellado, que fue lanzado de vuelta a la Tierra y recuperado por los soviéticos. El Luna 17, lanzado el 10 de noviembre de 1970, alunizó suavemente y desplegó un vehículo automático de exploración lunar, el Lunokhod 1, que iba equipado con una cámara de televisión y baterías solares. Durante diez días lunares, este artefacto controlado desde la Tierra recorrió 10,5 km de la superficie lunar, transmitiendo imágenes por televisión y datos científicos. El Luna 21 repitió la experiencia en 1973, colocando en la Luna el vehículo Lunokhod 2.
Satélites científicos
A medida que los sistemas de despegue de las naves espaciales (propulsadas por cohetes) y los equipos científicos se hicieron más fiables, se fueron desarrollando una gran variedad de satélites. Los científicos trataron de recopilar información y realizar estudios precisos del Sol, otras estrellas, la Tierra y del mismo espacio. La atmósfera que envuelve la Tierra impide obtener tales datos, a excepción de la escasa información que se podía conseguir por medio de globos a gran altitud.
En Estados Unidos se han lanzado numerosos satélites astronómicos. Así, desde 1962 los Observatorios en Órbita Solar (OSO, en inglés) han estudiado la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gama procedentes del Sol.

Satélites pioneros han recogido datos de la radiación cósmica, el viento solar y las características electromagnéticas del espacio.
Los Observatorios de Órbita Astronómica (OAO, en inglés) han estudiado la radiación estelar, y los Observatorios de Órbita Geofísica (OGO, en inglés) se han dedicado a conocer las interacciones entre el Sol, la Tierra y el entorno espacial.
Paralelamente se desarrollaron satélites de aplicaciones: satélites no tripulados dedicados al estudio de la Tierra. Se pueden clasificar, a grandes rasgos, en tres tipos: medioambientales, de navegación y de comunicaciones.
Los satélites medioambientales observan la Tierra y la atmósfera transmitiendo imágenes con diversos fines. Los satélites meteorológicos envían diariamente datos sobre la temperatura y formación de nubes. Un ejemplo es el Satélite Meteorológico Sincronizado (SMS). Desde una órbita estacionaria manda imágenes de una extensa zona de la Tierra cada 30 minutos. Dos satélites SMS pueden cubrir todo un continente y sus mares adyacentes.
Los satélites estadounidenses Landsat observan la Tierra con ayuda de escáneres ópticos multiespectrales y envían información a las estaciones en Tierra que se procesa en imágenes a color que suministran datos muy valiosos. De esta forma se obtiene información sobre las características del suelo, cantidades de hielo y agua en los mares, contaminación de las aguas costeras, salinidad y plagas de insectos en cosechas y bosques. Incluso pueden detectarse incendios forestales desde los satélites en órbita. Los estudios sobre las fallas y fracturas de la corteza terrestre facilitan a los geólogos la identificación de depósitos y yacimientos de petróleo y minerales.
Los satélites de observación terrestre se utilizan en diversos países para obtener imágenes de interés militar, como explosiones nucleares en la atmósfera y en el espacio, bases de lanzamiento de misiles balísticos, así como movimientos de tropas o barcos.
Los satélites de navegación proporcionan un punto conocido de observación de la órbita terrestre que ayuda a fijar la posición de barcos y submarinos en unas pocas millas. Se están desarrollando una serie de complejos satélites para usos comerciales y militares.
Los programas Vostok y Mercury
La URSS fue la primera en poner un hombre en el espacio, el cosmonauta Yuri A. Gagarin, que completó una órbita terrestre en la nave Vostok 1 el 12 de abril de 1961. En su vuelo, que duró una hora y cuarenta y ocho minutos, alcanzó un apogeo de 327 km y un perigeo de 180 km, aterrizando a salvo en Siberia. En los dos años siguientes se llevaron a cabo cinco nuevos vuelos del programa Vostok. El piloto del Vostok 6 fue Valentina Tereshkova, la primera mujer en el espacio. Lanzada el 16 de junio de 1963, dio 48 vueltas alrededor de la Tierra.
Mientras tanto iba desarrollándose el programa estadounidense Mercury, similar al soviético.
El 5 de mayo de 1961, el capitán de corbeta de la Armada de Estados Unidos Alan B. Shepard, se convirtió en el primer estadounidense en el espacio. La nave del programa Mercury, bautizada Freedom 7, describió una trayectoria balística y realizó un vuelo suborbital de 15 minutos de duración. Un vuelo similar tuvo lugar el 21 de julio siguiente, protagonizado por el capitán Grissom de las Fuerzas Aéreas estadounidenses. El 20 de febrero de 1962, el teniente coronel John H. Glenn, del cuerpo de marines, se convirtió en el primer astronauta estadounidense en dar la vuelta a la Tierra, en un vuelo de tres vueltas completas. Entre 1962 y 1963 se llevaron a cabo tres nuevos vuelos más dentro del programa Mercury.
Los programas Voskhod y Gemini
El programa Voskhod era una adaptación del Vostok, modificado para acomodar dos o tres cosmonautas a bordo.
El 12 de octubre de 1964, los cosmonautas Vladimir M. Komarov, Boris B. Yegorov y Konstantin P. Feoktistov realizaron un vuelo de 15 órbitas en la nave Voskhod 1. Este fue el único vuelo tripulado en seis años y situó el número de horas de vuelo de los cosmonautas soviéticos en un total de 455. En aquel momento, el total de horas de vuelo de los astronautas estadounidenses sólo llegaba a las 54 horas.
El 18 de marzo de 1965, los cosmonautas Pavel I. Belyayev y Aleksei A. Leonov fueron lanzados a bordo del Voskhod 2. En un vuelo de 17 vueltas a la Tierra, Leonov se convirtió en el primer hombre en realizar un paseo espacial, llevando a cabo la primera actividad extravehicular, al salir de la nave unido a ella por medio de un cable.
El programa estadounidense Gemini estaba diseñado para desarrollar una tecnología que permitiera llegar a la Luna. En mayo de 1961, el presidente de Estados Unidos, John F. Kennedy puso en marcha el programa Apolo, con el objetivo de llevar un hombre a la Luna y que pudiera regresar a salvo, "antes del fin de la década". Esta decisión se convirtió en un intenso programa de vuelos espaciales tripulados a gran escala.
Las naves Gemini albergaban dos tripulantes y estaban construidas para funcionar largos periodos de tiempo y desarrollar técnicas espaciales en encuentros y ensamblajes con otras naves. Entre 1965 y 1966 se llevaron a cabo diez vuelos dentro de este programa.
Durante el vuelo del Gemini 4, el comandante Edward H. White, de las fuerzas aéreas, se convirtió en el primer astronauta estadounidense en realizar un paseo espacial. Con la ayuda de un sistema autopropulsado de gas a presión, permaneció 21 minutos en el espacio. Mientras las naves Gemini 6 y 7 se hallaban juntas en órbita, en diciembre de 1965, se acercaron a muy pocos metros una de otra. Después de estar orbitando durante 20 horas, mientras el Gemini 6 aterrizó, el Géminis 7 realizó un total de 334 horas en su órbita. Este vuelo de casi 14 días de duración, obtuvo datos e información médica sobre los seres humanos en el espacio, vitales para asegurar el éxito de la misión lunar Apolo, que duraría 10 días. Además, sirvió para poner a prueba la viabilidad de los sistemas de compartimentos de combustible de hidrógeno y oxígeno. En los vuelos de los Gemini 10, 11 y 12 se llevaron a cabo varios encuentros y acoplamientos con vehículos espaciales que habían sido puestos en órbita previamente.
Al finalizar el último vuelo del programa Gemini, los astronautas estadounidenses habían acumulado un total de 2.000 horas de vuelos tripulados en el espacio, aventajando a los soviéticos, y unas 12 horas de tiempo en paseos espaciales.
Los programas Soyuz y Apolo
El año 1967 fue trágico para ambas potencias espaciales. El 27 de enero, durante una prueba en Tierra de la nave Apolo, en Cabo Kennedy (ex Cabo Cañaveral), se inició un fuego en el módulo de control de la tripulación, con tres hombres a bordo. Debido a la atmósfera de oxígeno puro presurizado en el interior de la nave, un incendio repentino rodeó y causó la muerte de los astronautas Grisson, White y Roger B. Chaffee. Como consecuencia de este incidente, el programa Apolo sufrió un retraso de más de un año, mientras el diseño de la nave y los materiales se volvían a revisar.
El 23 de abril de 1967, el cosmonauta Komarov despegó en el primer vuelo tripulado de la nueva nave soviética Soyuz. La nave tenía espacio para tres cosmonautas, además de un compartimento para trabajar y realizar experimentos, accesible a través de una escotilla. Cuando entró en la atmósfera terrestre y desplegó los paracaídas de aterrizaje, las cuerdas de éste se enredaron, provocando la muerte del piloto. El programa soviético se reanudó dos años más tarde.
En octubre de 1968, se lanzó el primer vuelo tripulado del proyecto Apolo mediante el sistema propulsor Saturno 1B. Los astronautas Schirra, R. Walter Cunningham y Donn F. Eisele, dieron 163 vueltas alrededor de la Tierra, comprobando el funcionamiento de los equipos, haciendo fotografías y transmitiendo imágenes de televisión.
En diciembre de 1968, el Apolo 8, que llevaba a bordo a los astronautas Borman, Lovell y William A. Anders dio diez vueltas alrededor de la Luna y volvió a la Tierra.
El Apolo 9, tripulado por James A. McDivitt, David R. Scott, y Russel L. Schweickart, realizó pruebas de separación, encuentro y acoplamiento del módulo lunar de aterrizaje, en una misión de 151 vueltas a la Tierra.
El vuelo del Apolo 10, que llevaba a bordo al astronauta Stafford, al capitán de corbeta John W. Young y al capitán de fragata Eugene A. Cernan, dio 31 vueltas a la Luna, en preparativos para un posterior alunizaje. Según estaba planeado, Stafford y Cernan se trasladaron desde el módulo de comando del Apolo al módulo lunar, con el que descendieron hasta una distancia de 16 km de la superficie de la Luna, mientras el astronauta Young pilotaba el módulo de comando. Después, en la fase ascendente, realizaron con éxito las maniobras de aproximación y acoplamiento al módulo de comando, entraron en él y abandonaron el módulo lunar, encendiendo los cohetes para regresar a la Tierra. El programa Apolo estaba ya listo para llevar astronautas a la Luna.
Mientras, la URSS lanzó la nave no tripulada Zond en órbita alrededor de la Luna, llevando cámaras y especies biológicas a bordo. El coronel Georgi T. Beregovoi realizó un vuelo, dando 60 vueltas a la Luna con la nave Soyuz 3 en octubre de 1968. Las naves Soyuz 4 y Soyuz 5 completaron en órbita terrestre maniobras de aproximación y acoplamiento en enero de 1969. Con ambas naves acopladas, los cosmonautas Aleksei S. Yeliseyev y el teniente coronel Yevgeny V. Khrunov salieron en un paseo espacial de la Soyuz 5 a la Soyuz 4, pilotada por el coronel Vladimir A. Shatalov. En octubre de 1969, despegaron las naves Soyuz 6, 7 y 8 con un día de diferencia, se encontraron en órbita, pero no llegaron a acoplarse. La Soyuz 9, tripulada por dos cosmonautas, batió el récord de duración de un vuelo, permaneciendo en el espacio casi 18 días, en junio de 1970.
Seres humanos en la Luna
En el año 1969, la humanidad logró realizar el viejo sueño de pisar la Luna.
El 16 de julio despegó la histórica nave Apolo 11. Una vez en la órbita lunar, Edwin E. Aldrin y Neil A. Armstrong se trasladaron al módulo lunar. Michael Collins permaneció en la órbita lunar pilotando el módulo de control después de la separación, y apoyando las maniobras del módulo lunar. Este último descendió a la Luna y se posó sobre su superficie el 20 de julio, al borde del Mar de la Tranquilidad. Horas más tarde, Armstrong descendió por una escalerilla con su traje espacial y puso su pie sobre la Luna. Sus primeras palabras fueron "éste es un pequeño paso para un hombre, pero un gran salto para la humanidad". Pronto le siguió Aldrin y ambos astronautas estuvieron caminando más de dos horas por la Luna. Recogieron 21 kg de muestras del suelo, tomaron fotografías y colocaron un artefacto para detectar y medir el viento solar, un reflector de rayos láser y un sismógrafo. Armstrong y Aldrin clavaron en el suelo una bandera de Estados Unidos y hablaron por radio con el presidente Richard M. Nixon en la Casa Blanca. Comprobaron que no era difícil caminar y correr bajo una gravedad seis veces menor que la de la superficie de la Tierra.
Millones de personas pudieron seguir en directo la retransmisión vía satélite del acontecimiento. Una vez de vuelta al módulo lunar, los astronautas se quitaron los trajes espaciales y descansaron unas horas antes de despegar. Abandonaron la Luna en vuelo vertical dejando en la superficie lunar la parte inferior del módulo lunar que actuó como plataforma de lanzamiento. Esta plataforma se desechó una vez acoplados el módulo lunar al módulo de comando, al que regresaron los dos astronautas. El regreso del Apolo 11 se realizó sin contratiempos y la nave cayó a las aguas del océano Pacífico en donde fue recuperada, cerca de Hawai, el 24 de julio.
Ante la posibilidad de que organismos lunares contaminaran la tierra, los astronautas se vistieron con trajes de aislamiento biológico antes de salir de la nave y fueron sometidos a una cuarentena de tres semanas. Su salud no se vio afectada.
Apolo 12
El siguiente vuelo a la Luna empezó el 14 de noviembre de 1969, con el lanzamiento del Apolo 12, llevando a bordo a los astronautas Charles Conrad, Richard F. Gordon y Alan L. Bean. Una vez en órbita lunar, Conrad, piloto y comandante, y Bean, piloto del módulo lunar, pasaron a este último. Se posaron al norte de la cadena montañosa Riphaeus, a unos 180 metros del lugar donde lo hiciera dos años antes el Suveyor 3.
Los dos astronautas exploraron las inmediaciones, en dos fases de casi cuatro horas cada una. Realizaron pruebas científicas, tomaron fotografías, recogieron muestras de suelo lunar y se llevaron algunos elementos de la sonda Surveyor 3 para examinarlos de regreso a la Tierra. Después de despegar y acoplarse a la nave que pilotaba Gordon, amerizaron con éxito y fueron recogidos el 24 de noviembre. También fueron sometidos a cuarentena.
El Apolo 12 supuso un gran adelanto respecto del Apolo 11, en especial en la precisión del alunizaje, lo que llevó a planear la posibilidad de que el Apolo 13 -en 1970- alunizara en terreno más accidentado.
Tras la llegada a la Luna, los científicos norteamericanos y soviéticos continuaron sus investigaciones, llegando en la década del '70 a Marte y Venus; así como a las proximidades de los restantes planetas solares, y profundizando las investigaciones en torno al espacio, el origen del universo, y fenómenos complejos como los agujeros negros.

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