Viage interplanetario
Els viages interplanetarios o vols espacials interplanetarios són un tipo de viage espacial —tripulat o no tripulat— que es desenrolla entre planetes d'un mateix sistema solar. Es diferencien dels viages interestelares, que impliquen el trànsit entre estreles separades per distàncies de mils d'anys llum i que, en l'actualitat, permaneixen en el terreny de l'especulació científica o la ciència ficció, a sovint vinculats a conceptes com el hiperespacio i la òpera espacial.
La tecnologia espacial contemporànea ha permés realisar múltiples missions interplanetarias no tripulades. Des de mediats de el XX, diverses sondes han explorat tots els planetes observables del sistema solar, aixina com els planetes nanos Plutó i Ceres, ademés de numerosos asteroides i cometas. Sobre missions tripulades, el programa Apolo va conseguir alunizar en vàries ocasions entre 1969 i 1972, i existixen proyectes —en distintes fases de desenroll— per a enviar astronautes a Mart, i inclús propostes per a explorar Venus o Mercurio.
Històricament, els vehículs espacials han amprat motors eixida químics, tecnologia que encara s'utilisa en eixides com el Ariane o el Falcon Heavy, capaços de colocar càrregues en òrbita terrestre. Fins a la seua retirada en 2011, el transbordador espacial de la NASA operava vols regulars a la Estació Espacial Internacional (EEI). No obstant, l'autonomia i eficiència dels motors químics són llimitades, lo que fa que els viages a destins més alluntats siguen costosos i tècnicament complexos.
Entre els desafius per al futur de l'exploració interplanetaria destaquen:
El desenroll de sistemes de propulsió més eficients, com els motors iònics, la propulsió nuclear tèrmica o la propulsió elèctrica solar. L'optimisació de l'us de combustible i la reducció de costs de llançament. L'utilisació de recursos in situ, com a aigua, oxigen o energia solar, per a sostindre missions de llarga duració. La millora de la protecció front a la radiació espacial i atres riscs per a la tripulació.
En la ciència ficció, els viages interplanetarios han segut escenari recurrent per a trames que exploren possibilitats com la mineria d'asteroides, la colonisació d'atres cossos celests i la supervivència de l'espècie humana davant un possible desastre global en la Terra.
Guanys actuals dels viages interplanetarios
[editar | editar còdic]
Les sondes espacials guiades per control remot han passat per tots els planetes del sistema solar, des de Mercurio fins a Neptú, i la sonda New Horizons ha passat pel planeta nano Plutó i la nau Dawn orbita actualment el planeta nano Ceres. Les naus més lluntanes, Voyager 1 i Voyager 2 han abandonat el sistema solar a partir del 8 de decembre de 2018, mentres que Pioneer 10, Pioneer 11 i New Horizons estan en camí d'abandonar-ho.[1]
En general, els orbitadores i aterrizadores planetaris tornen informació molt més detallada i completa que les missions de vol. S'han posat en òrbita sondes espacials al voltant dels cinc planetes coneguts pels antics: Les primeres varen ser Venus (Venera 7, 1970), Mart (Mariner 9, 1971), Júpiter (Galileo, 1995), Saturn (Cassini/Huygens, 2004), i més recentment Mercurio (MESSENGER, març de 2011), i han tornat senyes sobre estos cossos i els seus satèlits naturals.
La missió NEAR Shoemaker orbitó en 2000 el gran asteroide propenc a la Terra 433 Eros, i inclús es va posar allí en èxit, encara que no havia segut dissenyada en esta maniobra en ment. En 2005, la nau espacial japonesa Hayabusa basada en propulsors iònics, també orbitó el chicotet asteroide propenc a la Terra 25143 Itokawa, aterrisant en ell breument i tornant a la Terra grans de la seua superfície. Una atra missió de propulsió iònica, Dawn, orbitó el gran asteroide Vesta (juliol de 2011 - setembre de 2012) i posteriorment es va desplaçar al planeta nano Ceres, al que va aplegar en març de 2015.
Aterrizadores teledirigits com Viking, Pathfinder i els dos Mars Exploration Rovers han aterrisat en la superfície de Mart i vàries naus Venera i Vega han aterrisat en la superfície de Venus. La sonda Huygens va aterrisar en èxit en la lluna de Saturn, Titán.
No s'han enviat missions en tripulació a cap planeta del sistema solar. No obstant, el programa Apolo de la NASA va dur a dotze persones a la Lluna i les va tornar a la Terra. La Visió per a l'Exploració Espacial Americana, introduïda originalment pel president nortamericà George W. Bush i posada en pràctica a través del programa Constellation, tenia com a objectiu a llarc determini enviar eventualment astronautes humans a Mart. No obstant, l'1 de febrer de 2010, el president Barack Obama va propondre cancelar el programa en l'any fiscal 2011. Un proyecte anterior que va rebre una planificació important per part de la NASA incloïa un vol tripulat a Venus en la missió Manned Venus Flyby, pero es va cancelar quan el Programa d'Aplicacions Apolo es va terminar per les retallades presupostàries de la NASA a finals de la década de 1960.
Raons per als viages interplanetarios
[editar | editar còdic]
Els costs i el risc dels viages interplanetarios reben molta publicitat; eixemples espectaculars són les averies o els fracassos complets de les sondes sense tripulació humana, com Mars 96, Deep Space 2 i Beagle 2 (l'artícul Llista de sondes del sistema solar oferix una llista completa).
Molts astrònoms, geòlecs i biòlecs creuen que l'exploració del sistema solar proporciona coneiximents que no podrien obtindre's per mig d'observacions des de la superfície terrestre o des de l'òrbita de la Terra. Pero no es posen d'acort sobre si les missions tripulades per humans suponen una aportació científica útil: alguns pensen que les sondes robòtiques són més barates i segures, mentres que uns atres sostenen que els astronautes o els científics de l'espai, assessorats per científics de la Terra, poden respondre en més flexibilitat i inteligència a les característiques noves o inesperades de la regió que estan explorant.[2]
Els que paguen estes missions (principalment en el sector públic) solen estar més interessats en els beneficis per a ells mateixos o per a la raça humana en el seu conjunt. Fins ara, els únics beneficis d'este tipo han segut les tecnologies "derivades" que es varen desenrollar per a les missions espacials i que després varen resultar ser a lo manco igual d'útils en atres activitats (la NASA fa publicitat dels productes derivats de les seues activitats).
Atres motivacions pràctiques per als viages interplanetarios són més especulatives, perque les nostres tecnologies actuals encara no estan lo suficientment alvançades com per a recolzar proyectes de prova. Pero els escritors de ciència ficció tenen un historial prou bo en la predicció de tecnologies futures, per eixemple els satèlits de comunicacions geosincrónicos (Arthur C. Clarke) i molts aspectes de la tecnologia informàtica (Mack Reynolds).
Molts relats de ciència ficció descriuen detalladament cóm es podrien extraure minerals dels asteroides i energia de fonts com els panels solars orbitales (no obstaculisats pels núvols) i el fortísimo camp magnètic de Júpiter. Alguns senyalen que eixes tècniques poden ser l'única manera de proporcionar un nivell de vida creixent sense que la contaminació o el agotament dels recursos de la Terra (per eixemple, el pico del petròleu) ho impedixquen.
Per últim, la colonisació d'atres parts del sistema solar evitaria que tota l'espècie humana fora exterminada per algun dels possibles acontenyiments (vore Extinció humana). Un d'estos possibles acontenyiments és el impacte d'un asteroide com el que va poder provocar l'extinció del Cretácico-Paleógeno. Encara que varis proyectes Spaceguard vigilen el sistema solar en busca d'objectes que puguen acostar-se perillosament a la Terra, les estratègies actuals de desviació d'asteroides són rudimentàries i no s'han provat. Per a dificultar encara més la tasca, les condritas carbonáceas tenen prou suja i, per tant, són molt difícils de detectar. Encara que es creu que les condritas carbonosas són rares, algunes són molt grans i el presunt "assessí de dinosauris" podria haver segut una condrita carbonosa.
Alguns científics, entre ells membres del Institut d'Estudis Espacials, sostenen que la gran majoria de l'humanitat acabarà vivint en l'espai i es beneficiarà d'això.[3]
Tècniques de viage econòmiques
[editar | editar còdic]Un dels principals reptes dels viages interplanetarios és produir els grans canvis de velocitat necessaris per a viajar d'un cos a un atre del sistema solar.
Per l'atracció gravitatoria del Sol, una nau espacial que s'allunte del Sol es ralentisarà, mentres que una nau espacial que s'acoste s'accelerarà. Ademés, ya que dos planetes qualssevol estan a diferents distàncies del Sol, el planeta del que partix la nau espacial es mou al voltant del Sol a una velocitat diferent a la del planeta al que viaja la nau (d'acort en la Tercera Llei de Kepler). Per estos fets, una nau espacial que desige traslladar-se a un planeta més propenc al Sol deu disminuir la seua velocitat sobre el Sol en una gran cantitat per a poder interceptar-ho, mentres que una nau espacial que viage a un planeta més alluntat del Sol deu aumentar la seua velocitat substancialment.[4] Després, si ademés la nau desija entrar en òrbita al voltant del planeta de destí (en lloc de llimitar-se a passar junt a ell), deu igualar la velocitat orbital del planeta al voltant del Sol, lo que sol requerir un atre gran canvi de velocitat.
Fer-ho per la força bruta -accelerar en la ruta més curta cap al destí i després igualar la velocitat del planeta- requeriria una cantitat de combustible extremadament gran. I el combustible necessari per a produir estos canvis de velocitat té que ser llançat junt en la càrrega útil, per lo que es necessita encara més combustible per a posar en òrbita tant la nau com el combustible necessari per al seu viage interplanetario. Per això, s'han ideat vàries tècniques per a reduir les necessitats de combustible en els viages interplanetarios.
Com a eixemple dels canvis de velocitat implicats, una nau espacial que viaja des de l'òrbita baixa de la Terra a Mart utilisant una trayectòria simple deu sofrir primer un canvi de velocitat (també conegut com delta-v), en este cas un aument, d'uns 3,8 km/s. A continuació, despuix d'interceptar Mart, deu canviar la seua velocitat en atres 2,3 km/s per a igualar la velocitat orbital de Mart al voltant del Sol i entrar en una òrbita entorn a ell.[5] A modo de comparació, el llançament d'una nau espacial a l'òrbita baixa de la Terra requerix un canvi de velocitat d'uns 9,5 km/s.
Trasllats de Hohmann
[editar | editar còdic]
Durant molts anys, els viages interplanetarios econòmics varen implicar l'us de l'òrbita de transferència de Hohmann. Hohmann va demostrar que la ruta de menor energia entre dos òrbites qualssevol és una òrbita elíptica que forma una tangente a les òrbites de partida i de destí. Una volta que la nau aplega, una segona aplicació d'espente tornarà a circular l'òrbita en la nova ubicació. En el cas de les transferències planetàries, açò significa dirigir la nau espacial, originalment en una òrbita casi idèntica a la de la Terra, per a que el afelio de l'òrbita de transferència estiga en el costat lluntà del Sol, prop de l'òrbita de l'atre planeta. Una nau espacial que viage de la Terra a Mart per este método aplegarà prop de l'òrbita de Mart en aproximadament 8,5 mesos, pero com la velocitat orbital és major quan està més prop del centre de massa (és dir, el Sol) i més llenta quan està més llunt del centre, la nau espacial viajarà prou llentament i una chicoteta aplicació d'espente és tot lo que es necessita per a posar-l'en una òrbita circular al voltant de Mart. Si la maniobra està ben programada, Mart estarà "aplegant" baix la nau quan açò ocórrega.
La transferència de Hohmann s'aplica a dos òrbites qualssevol, no només a les que tenen planetes involucrats. Per eixemple, és la forma més comuna de transferir satèlits a la òrbita geoestacionaria, despuix de haver segut "aparcats" en la òrbita terrestre baixa. No obstant, la transferència Hohmann requerix un temps similar a ½ del periodo orbital de l'òrbita exterior, per lo que en el cas dels planetes exteriors són molts anys, massa temps per a esperar. També es basa en la suposició de que els punts en abdós extrems no tenen massa, com en el cas de la transferència entre dos òrbites al voltant de la Terra, per eixemple. En un planeta en l'extrem de destí de la transferència, els càlculs es tornen considerablement més difícils.
Assistència gravitatoria
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Assistència gravitatoria.
La tècnica de l'assistència gravitatoria utilisa la gravetat dels planetes i les llunes per a canviar la velocitat i la direcció d'una nau espacial sense utilisar combustible. En un eixemple típic, s'envia una nau espacial a un planeta lluntà en una trayectòria molt més ràpida que la que requeriria la transferència de Hohmann. Açò significaria normalment que aplegaria a l'òrbita del planeta i continuaria més allà d'ella. No obstant, si hi ha un planeta entre el punt de partida i l'objectiu, es pot utilisar per a doblar la trayectòria cap a l'objectiu, i en molts casos el temps total de viage es reduïx considerablement. Un eixemple d'això són les dos naus del programa Voyager, que varen utilisar l'assistència gravitatoria per a canviar de trayectòria vàries voltes en el sistema solar exterior. És difícil utilisar este método per a viages en l'interior del sistema solar, encara que és possible utilisar atres planetes propencs com Venus o inclús la Lluna en viages als planetes exteriors.
Esta maniobra només pot canviar la velocitat d'un objecte en relació en un tercer objecte no implicat, possiblement el "centre de massa" o el Sol. La velocitat dels dos objectes implicats en la maniobra no varia entre sí. El Sol no pot ser utilisat en una assistència gravitatoria perque és estacionario en comparació al restant del sistema solar, que orbita al voltant del Sol. Es pot utilisar per a enviar una nau espacial o una sonda a la galàxia perque el Sol gira al voltant del centre de la Via Làctea.
Assistència potenciada
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Efecte Oberth.
Una assistència potenciada és l'us d'un motor d'eixida en el moment de la màxima aproximació a un cos (periapsis) o entorn a ella. L'us en este punt multiplica l'efecte de la delta-v, i dona un efecte major que en atres moments.
Òrbites difusas
[editar | editar còdic]Els ordenadors no existien quan es varen propondre per primera volta les òrbites de transferència de Hohmann (1925) i eren llents, cars i poc fiables quan es varen desenrollar les assistències gravitacionals (1959). Els recents alvanços informàtics han permés explotar moltes més característiques dels camps gravitatorios dels cossos astronòmics i, per tant, calcular trayectòries encara més econòmiques.[7][8] S'han calculat trayectòries que unixen els punts de Lagrange dels distints planetes en la cridada Ret de Transport Interplanetario. Estes "òrbites difusas" utilisen molta menys energia que els trasllats de Hohmann, pero són molt, molt més llentes. No són pràctiques per a les missions en tripulació humana perque solen tardar anys o décades, pero poden ser útils per al transport de gran volum de productes bàsics de baix valor si l'humanitat desenrolla una economia basada en l'espai.
Aerofrenado
[editar | editar còdic]
El aerofrenado utilisa la atmòsfera del planeta objectiu per a reduir la velocitat. Es va utilisar per primera volta en el programa Apolo, en el que la nau que retornava no entrava en l'òrbita terrestre, sino que utilisava un perfil de descens vertical en forma de S (començant en un descens inicialment pronunciat, seguit d'una nivellació, seguit d'un llauger ascens, seguit d'una tornada a una taxa de descens positiva continuant en el chapoteo en l'oceà) a través de la atmòsfera terrestre per a reduir la seua velocitat fins que el sistema de paracaigudes poguera desplegar-se permetent un aterrisage segur. El aerofrenado no requerix una atmòsfera densa; per eixemple, la majoria dels aterrizadores de Mart utilisen esta tècnica, i la atmòsfera de Mart només té un 1% de gruixa que la de la Terra.
El aerofrenado convertix la energia cinètica de la nau en calor, per lo que requerix un escut tèrmic per a evitar que la nau es creme. Per això, el aerofrenado només és útil en els casos en que el combustible necessari per a transportar l'escut tèrmic fins al planeta és menor que el que es necessitaria per a frenar una nau sense escut encenent els seus motors. Açò pot solucionar-se creant escuts tèrmics a partir de material disponible prop de l'objectiu.[9]
Tecnologies millorades i metodologia
[editar | editar còdic]Es varen propondre algunes tecnologies que aforren combustible i al mateix temps permeten un viage més veloç que el resultant de la metodologia tradicional que usa els trasllats de Hohmann. Alguns són encara models en fase teòrica mentres que uns atres han segut provats en les missions aeroespacials. Per eixemple, la missió Deep Space 1 va ser una demostració exitosa sobre l'us d'un propulsor iònic.
En general, les tecnologies millorades apunten a:
Sistemes de propulsió aeroespacial que combinen l'us de combustible dins de llímits raonables en major velocitat de viage. Us d'energia solar i el seu aprofitament en el lloc per a evitar o minimisar la tasca de carregar components i combustible des de la superfície terrestre i en contraposició a la gravetat terrestre. Nous métodos d'us d'energia en diferents locaciones o d'atres maneres que puguen reduir el temps de transport o el cost per unitat de massa del transport espacial.
Ademés de conseguir viages més ràpits o econòmics, les millores enunciades també podrien redundar en disseny de naus més grans (dins dels màrgens de la seguritat aeroespacial) en reduir la necessitat de realisar aeronaus llaugeres.
Vore també
[editar | editar còdic]Exploració de la Lluna Exploració de Venus Exploració de Mart Sistema de transport interplanetario Exploració espacial Colonisació de Mart Mineria d'asteroides Propulsió espacial Anex:Missions espacials
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space». Jet Propulsion Laboratory. Consultat el 2014-02-20.
- ↑ Astronomy and Geophysics.
- 14–17.
- ↑ «A Space Roadmap: Mine the Sky, Defend the Earth, Settle the Universe». Space Studies Institute, Princeton.
- ↑ Curtis, Howard (2005). Orbital Mechanics for Engineering Students, 1st edició, Elsevier Butterworth-Heinemann, p. 257. ISBN 978-0750661690.
- ↑ «Rockets and Space Transportation». Archivat des d'el original, el 2007-07-01. Consultat el 2013-06-01.
- ↑ «Basics of Space Flight Section I. The Environment of Space». .jpl.nasa.gov. Consultat el 2016-06-26.
- ↑ «Gravity's Rim».
- ↑ Belbruno, E. (2004). Capture Dynamics and Chaotic Motions in Celestial Mechanics: With the Construction of Low Energy Transfers, Princeton University Press. ISBN 9780691094809.
- ↑ «Copia archivada». Archivat des d'el original, el 2 de juny de 2016. Consultat el 20 de maig de 2022.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Viaje interplanetario» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.