Rumbo al cosmos (25 page)

La forma de conseguirlo es sencilla, pues no hay más que darle la vuelta al efecto anteriormente descrito; si hacemos que la sonda se aproxime al planeta “por delante” en lugar de hacerlo “por detrás” (en relación al desplazamiento de éste en su órbita), habremos conseguido frenarla en lugar de acelerarla.

Imagen: Rodeando al planeta en el sentido contrario, lo que conseguimos no es una aceleración, sino un frenado. En este croquis vectorial observamos que ahora la velocidad de salida, V2, es inferior a la de llegada, V1. (
Esquema: J.Casado
)

Esta es la razón por la que la trayectoria de las naves Apollo a la Luna tenía esa famosa forma de “ocho”: entrando en órbita alrededor de nuestro satélite “a derechas” en lugar de hacerlo “a izquierdas” (como podría parecer más natural) se consigue una deceleración gratuita que ayuda a la puesta en órbita selenocéntrica, a la vez que posibilita un retorno a la Tierra de emergencia sin necesidad de motor. De hacerlo en sentido contrario, la tendencia sería a acelerarse hacia el exterior, adentrándose en el Sistema Solar.

Imagen: La famosa trayectoria “en ocho” de las misiones Apollo. (
Imagen: NASA
)

Un rodeo muy beneficioso: de la Tierra al Sol pasando por Júpiter

Utilizar asistencias gravitatorias en las misiones de sondas espaciales es un modo eficaz de abaratar costes, utilizando la ayuda planetaria para incrementar la velocidad del vehículo, y permitiendo así utilizar lanzadores más pequeños y económicos; pero también es en ocasiones la única forma de llevar a cabo una determinada misión, al existir casos en los que no hay ningún lanzador con la potencia requerida para llevarla a cabo de forma directa.

Fue el caso de la misión de la sonda europea Ulysses, enviada a explorar los polos solares desde una órbita heliocéntrica casi polar. En esta misión se utilizó una asistencia gravitatoria de Júpiter para alcanzar la órbita definitiva: la sonda fue enviada hasta Júpiter siguiendo una trayectoria habitual, dentro del plano de la eclíptica, utilizando allí la gravedad del planeta gigante para lanzar a la sonda fuera de dicho plano en un ángulo cercano a los 90º. El lanzamiento directo a órbita heliocéntrica polar desde la Tierra hubiera supuesto que el lanzador habría tenido que proporcionar no sólo la velocidad necesaria para recorrer la órbita, sino también la necesaria para contrarrestar la velocidad de traslación de la Tierra alrededor del Sol (para así conseguir la máxima inclinación). Por ligera que fuera la sonda, no existía lanzador sobre la Tierra capaz de comunicar dicha velocidad.

Imagen: El largo rodeo de la sonda Ulysses para llegar desde la Tierra hasta el Sol. (
Imagen: NASA
)

El precio que hay que pagar

Naturalmente, la Naturaleza no regala nada: en una asistencia gravitatoria, el incremento de velocidad de la sonda se consigue a costa de una disminución de la velocidad del planeta en su órbita; en realidad se produce un intercambio de cantidad de movimiento entre el planeta y la sonda, y lo que uno recibe lo pierde el otro. Sin embargo, el efecto en la velocidad es inversamente proporcional a las masas respectivas, de modo que el importante aumento de velocidad experimentado por el vehículo se corresponde con una absolutamente despreciable disminución de la velocidad del astro. No hay peligro de que lleguemos a sacar un planeta de su órbita por utilizarlo en dar asistencias gravitatorias a cientos de sondas espaciales.

LEO, GEO, SSO, GTO, GSO… Los aficionados al espacio ya estamos acostumbrados a leer estos galimatías cuando se tratan informaciones relativas a órbitas de satélites. Pero, ¿sabemos realmente lo que significan?

Lo cierto es que a veces ni siquiera los expertos tratan esta terminología con propiedad, como podemos comprobar con las frecuentes confusiones entre GEO y GSO. Pero en realidad, el tema no es tan complejo, si bien es cierto que para recordar las siglas es bastante útil conocer algo de vocabulario básico en inglés, idioma en el que están construidos estos acrónimos.

Cuestión de altura

La primera diferenciación básica entre tipos de órbitas se realiza por su altitud. Así, llamamos órbitas bajas (LEO,
Low Earth Orbit
) a las situadas entre los 160 y los 2000 km, más o menos. Aunque se trata de un término más bien cualitativo, sin que existan límites claros para decidir cuándo una órbita pasa de ser baja a ser media. Lo que sí está claro es que raramente encontraremos órbitas muy por debajo de los 200 km, al ser esa cota la mínima a partir de la cual los efectos de resistencia atmosférica permiten el mantenimiento orbital de forma razonable; a menos altitud, los objetos vuelven a caer hacia la Tierra rápidamente, debido al frenado aerodinámico.

Las órbitas LEO son las utilizadas habitualmente por las misiones tripuladas a la órbita terrestre, siendo las empleadas tanto por la ISS (400 km) como por el transbordador (entre 200 y 800 km de altura, dependiendo de la misión). También se las usa como órbitas de aparcamiento para misiones que tienen como destino final una órbita superior: por ejemplo, las misiones Apollo a la Luna, que tenían como primera etapa una órbita LEO, o sirviendo como primer escalón en la puesta en órbita de satélites geoestacionarios, como veremos más adelante.

Los más puristas distinguen también las órbitas MEO, o medias (
Medium Earth Orbit
), que serían aquellas con una altitud superior a las órbitas LEO, pero por debajo de las geoestacionarias. Pero en la práctica, el acrónimo MEO apenas se utiliza.

GEO y GSO

Entre las órbitas altas, la reina es la órbita geoestacionaria, a menudo denominada simplemente GEO (
Geostationary Earth Orbit
). Se trata de una órbita circular ecuatorial (con su plano orbital coincidiendo con el plano del ecuador terrestre) situada a 35.786 km de altura, y que posee la particularidad de recorrerse con una velocidad idéntica a la de rotación de la Tierra. De esta forma, un satélite situado en dicha órbita permanecerá siempre en la vertical de un punto determinado de la superficie de nuestro planeta, aparentemente inmóvil para los que vivimos aquí abajo. Esta característica la convierte en una ubicación privilegiada para satélites de telecomunicaciones o meteorológicos, entre otros.

La gran altitud de la órbita geoestacionaria, así como su requisito de paralelismo con el ecuador, obliga a una estrategia algo particular para la puesta en órbita de estos satélites: por economía energética (que se traduce al final en ventaja económica) la mejor forma de llevarlo a cabo es enviar primero el satélite a una órbita LEO circular, de la que partirá después a la órbita GEO definitiva. Esa trayectoria que lleva al satélite de LEO a GEO es también un fragmento de órbita terrestre, elíptica en este caso, que recibe el nombre de GTO:
Geostationary Transfer Orbit
, órbita de transferencia a geoestacionaria.

Pero si bien todo el mundo sabe lo que es una órbita geoestacionaria, no todo el mundo tiene claro el significado de órbita geosíncrona, y así, los términos GEO y GSO (
GeoSynchronous Orbit
) son confundidos a menudo, incluso en publicaciones especializadas. Y es que una órbita geoestacionaria es un tipo particular de órbita geosíncrona, pero no toda órbita geosíncrona es geoestacionaria.

El término geosíncrona hace referencia a la sincronización del periodo de la órbita (el tiempo que se tarda en recorrer completamente) con la velocidad de rotación de nuestro planeta. Es decir, una órbita geosíncrona es aquella que tiene un periodo de casi 24 horas (exactamente 23 horas, 56 minutos y 4 segundos, o día sidéreo). Aquí entran las órbitas geoestacionarias, por supuesto, pero también todas las demás órbitas circulares situadas a 35.786 km de altitud, aunque su plano orbital no coincida con el del ecuador. En estos casos, el movimiento aparente del satélite sobre la superficie terrestre (su “traza”) no es un punto, como en el caso geoestacionario, sino que adquiere una curiosa forma de ocho.

Imágenes: Vista tridimensional y traza terrestre de una órbita geosíncrona circular de inclinación 45º. (
Esquema: J.Casado
)

Orbitas Tundra y órbitas Molniya

Claro que una órbita de periodo 23,93 horas no tiene por qué ser circular. Así, dentro de la categoría de geosíncronas también caerán multitud de órbitas elípticas de diferente inclinación (ángulo del plano orbital con respecto al ecuador) siempre que cumplan este requisito de periodo orbital.

Entre estas múltiples órbitas geosíncronas elípticas tenemos la órbita tipo Tundra. Se trata de una órbita especial de alta excentricidad (es decir, muy elíptica) y alta inclinación (63,4º), cuya traza sobre la superficie terrestre es un ocho con uno de sus lóbulos mucho más grande que el otro.

La particularidad de esta órbita es que permite dar cobertura constante a una determinada zona de la superficie terrestre con una flota de sólo dos satélites. Aunque no parece una gran ventaja si pensamos que con un único satélite geoestacionario podríamos conseguir el mismo objetivo. El problema es que los satélites geoestacionarios, al estar situados sobre el ecuador, tienen muy mala cobertura sobre las regiones más meridionales o septentrionales de nuestro planeta. Por simple trigonometría, podemos ver que la órbita GEO es inobservable desde latitudes superiores a los 65º; en la práctica, los obstáculos naturales limitan aún más las transmisiones, haciéndolas inviables a partir de los 60º de latitud, aproximadamente. Para esas regiones del planeta, las órbitas de los tipos Tundra y Molniya son la solución.