Rumbo al cosmos (17 page)

Imagen: la órbita de transferencia bielíptica, que consta de dos tramos correspondientes a dos órbitas elípticas diferentes, es la órbita de transferencia más económica, pero el excesivo trayecto a recorrer la convierte en poco interesante con respecto al caso anterior. Los vectores rojos indican los impulsos que debe efectuar el motor a lo largo de la trayectoria. (
Esquema: J.Casado
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Cuando hablamos de economía en las órbitas de transferencia lo hacemos en términos energéticos, pero esto es algo que al final se traduce directamente en dinero: a mayor energía necesaria, mayor y más caro será el motor requerido, y también estaremos metiendo más peso tanto en el propio motor como en la mayor masa de propulsante necesario para alimentarlo, lo que al final significará que tendremos menor capacidad de carga útil en nuestro vehículo. Queda claro, por tanto, que la búsqueda de la órbita de transferencia más económica no es algo baladí cuando se trata de lanzar al espacio un vehículo espacial.

Sin embargo, existen ocasiones en las que, por diversos motivos, se requieren órbitas de transferencia más cortas, que se recorran en menos tiempo, aunque no se trate de la transferencia óptima: en ese caso, se busca que la trayectoria sea tangente al menos a una de las dos órbitas, inicial o final, ya que así se ahorra propulsante. La mayor economía de propulsante se consigue haciéndola tangente a la órbita inicial, dejando el cambio de ángulo para la órbita final (que puede incluir el cambio de plano orbital, si se trata de órbitas no coplanarias). Hay casos, no obstante, en los que requisitos especiales de la misión impiden que la órbita de transferencia sea tangente a ninguna de las dos, inicial o final; de todas formas, en esos casos el ángulo formado con la órbita de partida suele ser pequeño, para evitar una penalización excesiva de la misión.

Imagen: Tres tipos de órbitas de transferencia entre órbitas circulares coplanarias: a) órbita de Hohmann, la más lenta y económica; b) órbita de transferencia tangente a la órbita inicial, la mejor opción después de la de Hohmann en cuanto a economía; c) órbita no tangente a la órbita inicial ni a la final: la menos económica pero más rápida. (
Esquema: J.Casado
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Imagen: Transferencia típica de órbita de aparcamiento a órbita geoestacionaria (caso particular de transferencia entre órbitas circulares no coplanarias). La órbita inicial tiene su inclinación mínima limitada por la latitud del lugar de lanzamiento, obteniéndose dicha inclinación mínima con un lanzamiento hacia el este; para lograr la órbita geoestacionaria de inclinación 0º se requiere, por tanto, un cambio de órbita posterior. El cambio de plano orbital se deja para el punto de intersección con la órbita final, consiguiéndose así una mayor economía de combustible. (
Esquema: J.Casado
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Hasta ahora hemos hecho referencia en la mayor parte de los casos a cambios de órbita alrededor de un solo cuerpo, es decir, a cambios de órbita de satélites. Pero el caso de las trayectorias interplanetarias no es muy diferente, y también aquí podemos reducir el itinerario de la misión a una serie de órbitas de transferencia: en realidad, la trayectoria interplanetaria no es más que una órbita de transferencia entre el punto inicial (que suele ser una órbita de aparcamiento terrestre) y el final (que podría ser una órbita de aparcamiento en el planeta de destino). La principal diferencia en este caso es que la órbita de transferencia, la principal parte del viaje, se corresponde de forma muy aproximada a una órbita heliocéntrica, alrededor del Sol, durante la mayor parte del trayecto, mientras el vehículo está lo suficientemente alejado de las influencias gravitatorias de los planetas de origen y destino. Pero ésta es otra historia que trataremos en otro momento.

Para poder lanzar un objeto al espacio, lo primero que necesitamos es contar con un cohete adecuado. Pero una vez conseguido esto, deberemos elegir el lugar de lanzamiento. Y no basta con encontrar un sitio tranquilo donde no molestemos demasiado… la selección de un lugar de lanzamiento adecuado puede ser un factor de suma importancia en el desarrollo de la misión.

Si echamos un vistazo a un mapa en el que se encuentren colocadas las principales bases de lanzamiento del mundo, podremos observar un detalle curioso: mientras que los países del hemisferio norte han colocado la suya lo más al sur posible de su territorio, las situadas en el hemisferio sur están colocadas en la zona norte de cada país. Y no se trata de un capricho o de simple casualidad: se trata siempre de aproximarse hacia el ecuador.

Así, los Estados Unidos han situado su principal centro de lanzamiento, el Centro Espacial Kennedy, en un lugar a 28,6º de latitud norte: Cabo Cañaveral, en el estado de Florida, el territorio más meridional del país. Por su parte Europa ha ido más allá, aprovechando la ex-colonia francesa de la Guayana, para ubicar allí su base de Kourou, a tan sólo 5º por encima del ecuador. Los rusos, con menos suerte dado lo septentrional de su territorio, han tenido que conformarse con su ubicación en Baikonur, a 45,6º de latitud norte, en la república de Kazajstán, al sur de la antigua URSS. En cuanto a Brasil, tiene situada su base de lanzamiento de Alcántara en una excepcional posición de 3º de latitud sur, por lo que es mirada con ojos codiciosos por las dos grandes potencias espaciales.

Buscando el centro

Existe una importante razón para buscar estas ubicaciones lo más cerca posible del ecuador, y es la economía de combustible que supone para la mayor parte de los lanzamientos, lo cual significa menor coste o mayor carga útil mandada al espacio. El motivo es sencillo: la rotación de la Tierra, la cual puede aprovecharse para ayudar al lanzador en su misión.

La Tierra gira de oeste a este, por lo cual todos los objetos situados en su superficie son arrastrados en dirección este con una velocidad que es igual a la velocidad de rotación de la tierra por su distancia al eje de giro. Y los puntos de la Tierra situados a mayor distancia de su eje son, evidentemente, los situados sobre el ecuador.

Imagen: La velocidad de desplazamiento de un punto situado sobre la superficie terrestre es directamente proporcional a su distancia al eje de la Tierra, siendo así máxima en el Ecuador. (
Esquema: J.Casado
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Por esta razón, los objetos situados sobre el ecuador son los que se mueven a mayor velocidad alrededor del eje terrestre. De hecho, y debido a la mayor fuerza centrífuga, una misma masa pesa menos en el ecuador que en otro punto de la Tierra, aunque este hecho es despreciable a la hora de enviar un objeto al espacio, dada su pequeña magnitud. La razón de elegir el ecuador no es esa, sino la velocidad en sí misma: para que un objeto se mantenga en órbita, debe desplazarse a una determinada velocidad, la cual depende de la altura de la órbita. Y la misión del lanzador no es otra que la de aportar a su carga esa velocidad necesaria para mantenerlo en órbita. Pues bien, el truco está en aprovechar la velocidad que ya posee ese objeto debido a la rotación de la tierra para añadirle sólo la diferencia de velocidad necesaria para conseguir la velocidad final requerida para su puesta en órbita. Por ello, la mayor parte de los lanzamientos no sólo se realizan desde puntos próximos al ecuador, sino en dirección este, que es la dirección de rotación terrestre. En el caso opuesto, si el lanzamiento se realizase hacia el oeste, el lanzador debería, primeramente, contrarrestar la velocidad aportada por la tierra (sólo para “frenar” el movimiento hacia el este), y luego añadir toda la velocidad necesaria para alcanzar la velocidad orbital. La diferencia es obvia.

Lanzamientos hacia el este… o en otras direcciones

Por esta razón, el lanzamiento de un satélite, sonda o similar al espacio, no se realiza de forma totalmente vertical, como mucha gente cree: el lanzador sólo asciende de forma vertical durante algunos segundos, para alejarse de la superficie y salir lo antes posible de las capas más densas de la atmósfera, que tienden a frenarlo, pero después empieza a inclinarse buscando esa orientación hacia el este que le dará la máxima ventaja.

Imagen: En esta fotografía tomada desde un avión del lanzamiento del transbordador espacial norteamericano, puede observarse claramente cómo poco después del despegue la trayectoria se inclina buscando la orientación hacia el este. El efecto se va haciendo más acusado a medida que se toma altura, una vez sobrepasadas las capas más densas de la atmósfera. (
Foto: NASA
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Aunque en todo hay excepciones, y es que la dirección de lanzamiento condiciona la órbita final alcanzada. Efectivamente, la inclinación de la órbita final, así como el territorio terrestre que sobrevolará, dependen del lugar y dirección de lanzamiento. Llamamos inclinación al ángulo que forma el plano de la órbita con el plano del ecuador terrestre: una inclinación de 0º sería una órbita ecuatorial, mientras que una inclinación de 90º indica una órbita polar; inclinaciones mayores dan lugar a órbitas retrógradas (recorridas en sentido contrario al habitual, es decir, de oeste a este). Existen ciertos casos especiales, principalmente para órbitas de satélites de observación terrestre, en los que la órbita deseada requiere que el lanzamiento no se realice hacia el este, sino en otra dirección (incluso hacia el oeste, a pesar de la penalización que ello supone). Es el caso, por ejemplo, de las órbitas polares: para conseguir una órbita que pase por los polos terrestres, no sólo hay que imprimir al satélite esa velocidad en dirección norte-sur, sino que también hay que anular la componente horizontal inducida por la rotación terrestre. Por ello, los lanzamientos a órbita polar no se efectúan en dirección norte o sur pura, sino en dirección noroeste o suroeste, para que la componente oeste de la velocidad anule la velocidad de rotación terrestre. El lugar ideal de lanzamiento para este tipo de órbitas serían los polos, donde esa componente es nula; pero dada la evidente dificultada para situar allí bases de lanzamiento, las especializadas en este tipo de misiones suelen estar situadas en zonas lo más próximas posibles a los mismos, como es el caso de la base de Plesetsk, en Siberia.