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.