Serie “Cómo funciona el cosmos”. Capitulo tercero Órbitas de Hohman

En la primera entrada de esta serie hablábamos sobre estar en órbita. Todos nuestros viajes espaciales empiezan ahí, da igual si nos quedamos en orbita o, en el mismo impulso alcanzamos la orbita y seguimos a otro planeta o la luna.

Para hacerlo todo más sencillos, nos quedaremos en el sistema Tierra-Luna. Imaginemos que queremos ir a la luna. No “apuntamos”, disparamos un misil de 3000Tn y listo… no es tan sencillo.

Para empezar, debemos recordar que no flotamos en el espacio, estamos en orbita circular (circular por simplificar). Si encendemos el motor de la nave, la órbita se convertirá en una elipse. El punto más cercano será de donde partimos y el punto más lejano es donde queremos llegar.

Veámonoslo en la imagen inferior:

Órbitas de Hohman

Archivo:Hohmann transfer orbit.svg – Wikipedia, la enciclopedia libre

Estamos en orbita en la tierra (línea verde). Para ir a la luna, teneos que cambiar la forma de la órbita, con un impulso la convertimos en la amarilla. Hay que acelerar lo justo para que el máximo llegue al punto de destino. Si no hacemos nada más, tras pasar por la luna, volveríamos a casa (Trayectoria de retorno libre, ya hablaremos más sobre ello). Pero como lo que queremos es quedarnos debemos volver a encender los motores. En el dibujo no esta la luna, asique lo que hace es volver a acelerar para mantener la orbita roja. Si en lugar de “subir la órbita”, queremos quedarnos en la órbita de la luna, lo que debemos hacer en este punto es “frenar” para que nos atrape la gravedad de la luna en este caso:


W. David Woods. “How Apollo flew to the Moon”

Tras la pequeña orbita alrededor de la tierra (Earth), alcanzamos el punto de impulso TLI (¡al otro lado de la Tierra!), dejamos la óribita inicial para entrar en una órbita que llega hasta la Luna, después el punto de frenada LOI (al otro lado de la Luna) y lo que más me impresiona, las posiciones de la Tierra y Luna en el momento del lanzamiento y de la llegada.

Lo mejor de todo es que “disparan” no donde está la Luna, si no donde va a estar… ¡3 días después!

Si la luna no estuviese ahí y su gravedad no capturase la nave, vemos la trayectoria de vuelta en discontinua, en este caso no hace falta ningún impulso extra, solo frenar al llegar a casa para no volver a irnos tan lejos.

En el caso de abajo vemos que no frenamos y la gravedad de la luna no retiene la nave.


W. David Woods. “How Apollo flew to the Moon”

Esta mecánica es aplicable a cualesquiera de los cuerpos, normalmente la tierra y el destino, pero se puede complicar tanto como queramos e ir viajando de cuerpo en cuerpo del sistema solar, como las Voyager en su día.

Aunque hay órbitas más “estrechas” y por lo tanto más directas, requieren de más velocidad y por lo tanto de más energía. Las órbitas de Hohman, son las de menor energía, por lo que si no tenemos prisa, son las más interesantes para nuestro viaje. Esta es una pequeña aproximación a los que es la mecánica orbital, o como vamos de un sitio a otro en el espacio.

Mi consejo, cuando veas películas en la que las naves luchan entre sí con movimientos propios de los aviones, ya sabes que no es así como se mueven realmente, desconfía de Hollywood.

Interceptor de meteoritos

Una de las cosas más interesantes de la inteligencia es la capacidad de estudiar el pasado, escribirlo con las pistas que nos deja el tiempo y tener la capacidad de previsión para el futuro. Nosotros, como especie inteligente, tenemos estas capacidades.

Sabemos que ha habido al menos 5 extinciones masivas a lo largo de la historia, algunas han acabado con más del 90% de los seres vivos del planeta en ese momento. Ha pasado y volverá a pasar. El tiempo es algo muy subjetivo, nuestra vida es a penas un suspiro en tiempo cósmico, y todo nos parece muy estable, pero no lo es.

Los volcanes, cambios del clima o grandes meteoritos, son fenómenos que alteran en poco tiempo el entorno, provocando desequilibrios en la naturaleza y las extinciones masivas. Organismos perfectamente preparados para su entorno, dejan de estarlo. El entorno ha cambiado.

Poco podemos hacer, más que saber que va a pasar, con nuestra inteligencia y tecnología, salvo para una de esas amenazas. La caída de un meteorito.

Si vemos los números, la probabilidad es pequeñas ¿por qué preocuparse? La probabilidad hoy es pequeña, pero en tiempo cósmico es del 100%. Es seguro que caerá un meteorito devastador, lo que no sabemos es cuando. Siendo conscientes de ello, muchas agencias espaciales estudian los NEAs (Near Earth Asteroids) que son aquellos que se aproximan a la tierra y cuyas órbitas están entre 0,7 y 1,3 veces la distancia al Sol. Muchos de ellos se mueven cruzando la orbita de la tierra. Su número es desconocido, pero se conocen 1.000 con diámetros de más de 30 km. Si bajamos el diámetro a 1000 metros, puede haber unos 20.000. Cuanto más pequeños son, más hay, y más difícil es encontrarlos y seguirlos. Aquellos que se acercan a menos de 0.05 UA o 7.5 millones de kilómetros, son los asteroides potencialmente peligroso o PHA (siglas en inglés de potentially hazardous asteroid)

Ilustración de un meteorito acercandose a la tierra.
La caida de un meteorito es una de las catastrofes que podemos evitar, con planificación y tiempo.

Hay otro problema, los que no conocemos. Hay objetos que nos visitan cada 1000, 2000, o 20000 años, los cometas o los asteroides de periodo largo y que no sabemos que existen porque, desde que tenemos registros, no han pasado ni están catalogados.

Esto se sabe desde hace tiempo y cada año de descubren y catalogan más objetos potencialmente peligrosos, sin embargo, aunque tenemos la tecnología, no existe un plan consistente para rechazar un objeto peligroso. En las películas catastrofistas que hemos visto, montan rápidamente una expedición para salvar la tierra, pero esto no es algo que se pueda hacer por la fuerza bruta y en poco tiempo.

Sin embargo, esto ha cambiado. Del 11 al 13 de septiembre, se reunieron en Roma más de 130 científicos de la NASA y la ESA para poner en marcha el proyecto HERA, que es una misión para probar desviar un asteroide mediante el impacto de una sonda.

Hay varios métodos para cambiar la trayectoria de un asteroide, todos requieren tiempo, ya que la energía para poder desviarlo a, digamos, la distancia de la luna es mucha. Sin embargo, moverlo un centímetro, cuando esta muy lejos, hará que se desvíe lo suficiente para cuando llegue a la tierra.

Los métodos, aunque te suenen muy descabellados son, por ejemplo, desviarlo mediante un pequeño empujón, o impacto. Desviarlo mediante la atracción gravitatoria de una sonda su alrededor, que irá corrigiendo su posición para moverlo… muy muy muy muy poquito. Otro método es usar el efecto Yarkovsky, y este método es la bomba.

Resulta que el ingeniero polaco Ivan Osipovich Yarkovsky  (1844–1902) calculó que si un cuerpo pequeño, hasta unos 10 km, no es uniforme en su superficie, hay unas partes que absorben y desprenden más energía procedente de la luz del sol que otras. Al emitir esa energía, se crea un desequilibrio en la emisión, algo así como un pequeño propulsor que se recarga cuando mira al sol y se descarga en la sombra… asique al final, la trayectoria se modifica por este pequeño empuje. ¿Y como usamos eso en nuestro beneficio? Fácil, pintando un asteroide con los colores que nos interese, eso sí, muuuucho tiempo antes de que llegue, recordemos que el empuje es muy pequeño y necesitamos tiempo. Lo malo, hay que ir allí con mucha pintura, a más pintura, más combustible.

Ilustración del efecto Yarkovsky
Efecto Yarkovsky. Wikipedia

La conclusión es que necesitamos conocer con gran exactitud la órbita de cada objeto, así podremos anticipar los acercamientos y trabajar durante meses o años para poder desplazar el objeto lo justo para que evitar la colisión. El otro problema es tener preparada una misión espacial y no perder la oportunidad de desviar el objeto peligroso.

Mientras escribía estas líneas se ha hecho público, según publica Daniel Marín en Eureka, que la nasa ha aprobado una misión para buscar asteroides potencialmente peligrosos (PHA) y NEAs. La NASA lanzará esta sonda al punto de Lagrange L1 y esperan detectar el 90% de los objetos de más de 140 metros.

Telescopio de infrarrojos NEOSM de la NASA
Telescopio Infrarrojo NEOSM. NASA

Esperemos que sea un éxito y tengamos nuestro entorno algo más controlado.

Ráfagas rápidas de radio ¿señales extraterrestres?

Según publicó el 9 de septiembre la agencia Xinhuanet, el Radio Telescopio de 500 metros de Apertura Esférica (FAST en inglés), captó en pocos días entre agosto y septiembre, más de 100 Ráfagas Rápidas de Radio. ¿Qué son y qué tienen de interesante?

Radio Telescopio de Apertura Esférica (FAST). XINHUANET

Las Ráfagas Rápidas de Radio o FRB en inglés, son un fenómeno astrofísico de gran energía que emite muy rápido en ondas de radio. Por ello se pueden detectar, aunque provengan de fuentes muy lejanas. El problema es que duran muy poco, del orden de milisegundos.

Las primeras señales FRB se detectaron en 2007 y su origen sigue siendo un misterio. Se encontraron mientras se analizaban datos de púlsares. Aunque son muy energéticas en origen, cuando alcanzan la tierra tiene la misma fuerza que la transmisión de un móvil desde la luna. Hasta ahora se habían registrado unas 100, por lo que su número total conocido debe rondar las 200.

El problema que tenemos, de entrada, es que se conocen casos aislados. Desde que se encontró la primera, se han dispuesto más medios para registrar otras, pero no tenemos datos como para generar una hipótesis consistente sobre qué las causa.

Lo que es seguro es que todas las ráfagas provienen de fuentes fuera de la galaxia. De todas las que se han registrado, tres provienen de fuentes repetitivas, lo que permitirá, estudiando más casos, consolidar alguna hipótesis de su origen.

Sin entrar en detalles sobre su duración e intensidad, es cierto que puede haber multitud de fuentes naturales que las generen, pero también existe la posibilidad de que sean de origen tecnológico, es decir, de una civilización extraterrestre.

Según publican The Astrophysical Journal Letters (ApJL) las ráfagas rápidas de radio podrían usarse para propulsar una vela de luz. ¿Qué es una vela de luz?

Unos de los impedimentos que tenemos para viajar a sitios lejanos es la velocidad que podemos alcanzar. Si queremos acelerar más tiempo, necesitamos más combustible y para tener mas combustible, necesitamos cohetes mas grandes que lo puedan llevar y a su vez más combustible para llevarlo… y, en cualquier caso, da igual lo grande que sea el cohete, el combustible se acabará y dejaremos de acelerar.

Vela Laser, en este caso (Breakthrough Starshot).

Si en lugar de combustible nos propulsamos con una vela, no necesitamos llevarlo con nosotros, además, en el espacio no hay rozamiento, asique un viento constante nos da una aceleración constante, por lo que en unos años, tendríamos objetos viajando a un cuarto de la velocidad de la luz.

Tenemos un gran problema, que en el espacio no hay viento, tal y como lo conocemos. Realmente si que hay un viento, el viento solar, que no son más que pequeñas partículas emitidas por el Sol. El problema es que este viento se debilita con la distancia, por lo que solo vale para impulsar una vela (como la de los barcos, pero de materiales mas molones y aspecto de papel de aluminio) y solo vale para alejarse del Sol.

No parece muy apropiada para salir del sistema solar, para eso tenemos otras velas que funcionan con la luz solar (idéntico problema) o con láseres proyectados desde la tierra. Esta solución es óptima, podemos generar el láser que queramos sin preocuparnos por el peso, ya que el equipo esta en tierra, apuntamos a la vela, disparamos y, ¡et voila!, empuje sin combustible.

Aunque te chirríe en la cabeza, se puede cambiar el láser, por una Ráfaga Rápida de Radio y, con un material adecuado, causa el mismo efecto.

Por supuesto no es lo mismo una luz que otra, ni una frecuencia que otra, y aquí viene lo inquietante, los parámetros de las Ráfagas Rápidas de Radio coinciden con los óptimos para propulsar una vela de luz… (¿o de radio?). Y el hecho de que sean rápidas y focalizadas refuerzan esta teoría.

Si quisiésemos impulsar una vela de luz, apuntaríamos el láser, máser o lo que sea, y dispararíamos a la vela, solo si fallamos, el haz seguiría hasta otro planeta (que esté en su misma línea), por eso no se detectarían demasiadas, ni serían de gran duración, no se gasta energía disparando a la nada…

Aunque es inquietante, es solo una teoría. Necesitamos más datos para saber de que se trata. Mi consejo, si miras al cielo esta noche (o de día, quien sabe) sonríe, quizá salgas en las fotos que un velero estelar está haciendo de camino a nosotros.

Serie Hazañas en el cosmos. Capítulo primero: Gagarin

El 12 de abril de 1961 a las 07:55 UTC, despegaba de Baikonur la Vostok-1 (Восто́к en ruso, Este, como el punto cardinal, en español). La Vostok era la primera nave espacial tripulada por un hombre puesta en órbita. El afortunado humano, subido a hombros de gigantes, que miró la tierra desde fuera por primera vez fue Yuri Alekseyevich Gagarin (Ю́рий Алексе́евич Гага́рин). Nuestro amigo Yura, en el primer vuelo tripulado al espacio, ya sufrió los contratiempos de hacer algo que no se había hecho hasta entonces.

Yuri Gararin en el traje de presión. (pngimg.com)

La nave había sido probada en varias ocasiones, incluso con animales vivos que habían vuelto del espacio. Yura, a pesar de la preparación, no tenía mucho que hacer. Los soviéticos habían automatizado la nave de forma que el piloto solo tendría que coger los mandos en caso de fallo del sistema (el panel de control estaba bloqueado y Yura llevaba un sobre cerrado con la clave de desbloqueo)

La Vostok 1 era una nave de dos partes, la esfera, o módulo de descenso y el cilindro o módulo de instrumentación.
Vostok spacecraft.jpg – Wikimedia Commons

El vuelo fue “corto”. 1 hora y 48 minutos, una órbita a la tierra. 169 km de altura mínima y 327 de máxima. A 169 km de altura existe rozamiento con la atmosfera (y mucho más arriba también), no estamos completamente en el vacío del espacio.

La órbita se había planificado de forma que el decaimiento (esto es ir cayendo poco a poco debido al rozamiento con la atmosfera) produjese una reentrada en 10 días (de ahí la importancia del rozamiento que comentábamos antes), tiempo que aguantaría el sistema de soporte vital de la nave, pero la órbita alcanzada finalmente lo hubiese retrasado a 20 días, por lo que, si los motores no hubiesen encendido, la reentrada de «emergencia» que debería haber sido un mecanismo de seguridad, no hubiese funcionado y los viveres para 10 días no habrían bastado para llegar a los 20 que hubiese tardado en caer.

Todo el vuelo se desarrolló según lo previsto. La nave se componía de 2 módulos, el modulo de descenso, en que va el piloto, y el módulo de instrumentación, donde están los motores, combustible, baterías… A la hora de volver a casa, la nave debe separarse, pues el modulo de descenso debe ser más ligero para frenarse más con la atmosfera, además de tener una forma definida para esta maniobra. En este caso se trataba de una esfera. La separación se hace con la nave en perpendicular a la dirección de avance, de forma que ambas partes se separen y no colisionen una con la otra en la reentrada.

Y este fue el punto que falló. Los módulos estaban unidos por unos umbilicales para pasar energía, datos y mantener el control desde el módulo de descenso al módulo de instrumentación. La separación no se produjo completamente, uno de los umbilicales no se rompió según lo previsto y ambas naves comenzaron el descenso juntas, unidas, pero no pegadas.

Yuri notó el movimiento irregular y fuertes giros. Transmitió a control que todo iba bien, pues supuso que este contratiempo no era peligroso para el desarrollo de la misión. El descenso continuó hasta que el calor de la reentrada, por encima de los 1000 ºC fundió el umbilical separando ambas partes cuando estaba encima de Egipto. A pesar de las 8-10 g (8 a 10 veces su propio peso) que soportó, Yuri no perdió la consciencia.

A 2500 metros de altura, Yuri se eyecta de la cápsula, terminando el descenso en paracaídas. En aquel momento se consideraba más seguro hacerlo así en vez de llegar al suelo dentro de la cápsula.

Yuri se convierte, oficialmente, en el primer hombre en salir al espacio, y volver, por los pelos, para contarlo.

Existe una película rusa, “Gagarin, el primero en el espacio” que refleja este vuelo de forma muy cuidada. La película no escatima en efectos especiales. Si podéis verla en ruso subtitulada, mejor.

Como anécdota, Yuri, justo antes de la ignición, dijo Поехали! (Poyejali!, o ¡vámonos!). Desde entonces, Poyejali es una de las formas de brindar que tienen los rusos.

Cada 12 de abril se celebra el día de la cosmonáutica o la Noche de Yuri en conmemoración de este vuelo. Es una fecha acordada por las Naciones Unidas y siempre se hacen actividades relacionadas con el mundo de la cosmonáutica.

Mi consejo, no te lo pierdas si tienes ocasión de asistir.

Evento en Peñascosa

Os dejamos las fotos del último evento realizado en Peñascosa, cerca de Alcaraz. Esta vez, no fuimos capaces de fotografiar nada nuevo, ya que nos centramos en objetos Messier muy débiles para la cámara. En compensación os dejamos otras imágenes del aquel día:

Cosmotour.es
Cosmotour.es
Cosmotour.es
En esta ocasión preparamos bien la velada, que se alargó hasta bien entrada la noche. (Cosmotour.es)
Cosmotour.es

La noche fue perfecta para la observación, ya que no había luna. Aunque pudimos observarla brévemente unos 20 minutos tras la puesta de Sol, cuando la luna, también se puso.

Esta foto no corresponde a esa noche, ya que luna se puso cuando aún clareaba, una noche perfecta para la observación. (Beatriz Medina Rodado)

Lo que si pudimos ver de la luna antes de que se pusiese fue algo como esto:

Foto realziada con cámara. (Beatriz Medina Rodado)

Es una pena no tener fotos, pero pudimos ver, entre otras maravillas, la nebulosa del anillo y la galaxia whirlpool. que no se llama así por los electrodomésticos, es la galaxia remolino.

¡Os esperamos en el próximo evento!