Assistència gravitatoria
En astronáutica es denomina assistència gravitatoria a la maniobra destinada a utilisar l'energia del camp gravitatorio d'un planeta o satèlit per a obtindre una acceleració o frenat de la sonda canviant la seua trayectòria.[1]
El terme anglés utilisat és slingshot effect (efecte fonda), swing-by (hamacarse) o gravity assist (assistència de gravetat). Es tracta d'una tècnica comuna en les missions espacials destinades al sistema solar exterior. Per a aforrar costs en l'eixida de llançament es dissenyen complicades trayectòries que fan passar la sonda per un o varis planetes abans de dirigir-se al seu destí final. Per a poder utilisar l'assistència gravitatoria és necessari un correcte alineamiento dels planetes, raó per la qual les missions espacials tenen estrictes finestres de llançament.
El primer que va propondre utilisar el camp gravitatorio d'un planeta per a dirigir una sonda cap a un destí més difícil d'alcançar va ser Giuseppe Colombo (1920-1984), matemàtic i ingenier en l'Universitat de Pàdua (Itàlia).
La missió espacial Cassini/Huygens va utilisar l'assistència gravitatoria de Venus en 2 ocasions, la Terra i Júpiter per a aplegar finalment a Saturn en un periodo de temps de 7 anys.
El màxim increment de velocitat que pot proporcionar un planeta depén de la seua massa i de la distància periapsial que experimente l'objecte. Per eixemple, en el cas de Venus és de 7 km/s, la Terra 8 km/s, Mart 3,5 km/s, Júpiter 43 km/s i Saturn 26 km/s.[2]
Orígens històrics
[editar | editar còdic]En la seua ponència "Als que llegiran per a construir" ("Тем, кто будет читать, чтобы строить"),[3] publicat en 1938 pero datat en 1918-1919,[5],[6] Friedrich Zander va demostrar una profunda comprensió de la física que subyacer al concepte d'assistència gravitatoria i el seu potencial per a l'exploració interplanetaria del sistema solar.[4]
L'ingenier italià Gaetano Arturo Crocco va ser el primer en calcular un viage interplanetario considerant múltiples assistències gravitatorias.[4]
La maniobra d'assistència gravitatoria es va intentar per primera volta en 1959, quan la sonda soviètica Lluna 3 va fotografiar la cara amagada de la Lluna. La maniobra es va basar en investigacions realisades baix la direcció de Mstislav Kéldysh en l'Institut Kéldysh de Matemàtica Aplicada.[7][8][9]
En 1961, Michael Minovitch, estudiant de postgrau d'UCLA que treballava en el Laboratori de Propulsió a Reacció (JPL) de la NASA, va desenrollar una tècnica d'assistència gravitatoria, que més vesprada s'utilisaria per a l'idea del Gran Viage Planetari de Gary Flandro.[10][11]
Durant l'estiu de 1964 en el JPL de la NASA, a Gary Flandro se li va assignar la tasca d'estudiar tècniques per a explorar els planetes exteriors del sistema solar. En este estudi va descobrir la rara alliniació dels planetes exteriors (Júpiter, Saturn, Urà i Neptú) i va concebre la missió multiplanetaria Planetary Grand Tour utilisant l'assistència gravitatoria per a reduir la duració de la missió de quaranta anys a menys de dèu.[12]
Propòsit
[editar | editar còdic]
Una nau espacial que viage de la Terra a un planeta interior aumentarà la seua velocitat relativa perque està caent cap al Sol, i una nau espacial que viage de la Terra a un planeta exterior disminuirà la seua velocitat perque està abandonant les proximitats del Sol.
Encara que la velocitat orbital d'un planeta interior és major que la de la Terra, una nau espacial que viaja cap a un planeta interior, inclús a la velocitat mínima necessària per a alcançar-ho, seguix sent accelerada per la gravetat del Sol a una velocitat notablement major que la velocitat orbital d'eixe planeta de destí. Si l'únic objectiu de la nau espacial és passar junt al planeta interior, no sol ser necessari ralentisar-la. No obstant, si la nau espacial es va a insertar en òrbita al voltant d'eixe planeta interior, llavors deu haver alguna manera de reduir la seua velocitat.
De la mateixa manera, mentres que la velocitat orbital d'un planeta exterior és menor que la de la Terra, una nau espacial que ix de la Terra a la velocitat mínima necessària per a viajar a algun planeta exterior és frenada per la gravetat del Sol a una velocitat molt menor que la velocitat orbital d'eixe planeta exterior. Per lo tant, deu haver alguna manera d'accelerar la nau espacial quan aplegue a eixe planeta exterior si vol entrar en òrbita al voltant d'ell.
Els motors d'eixides poden utilisar-se per a aumentar o disminuir la velocitat de la nau. No obstant, l'espente d'una eixida requerix propulsante, el propulsante té massa, i inclús un chicotet canvi en la velocitat (conegut com a Δv, o "delta-v", el símbol delta s'utilisa per a representar un canvi i "v" significa velocitat) es traduïx en un requeriment molt major de propulsante necessari per a escapar del pou gravitatorio de la Terra. Açò es deu a que els motors de l'etapa primària no només deuen elevar el propulsante adicional, sino que també deuen elevar el propulsante adicional més allà del necessari per a elevar eixe propulsante adicional. El requisit de massa d'envolament aumenta exponencialment en un aument en la delta-v requerit de la nau espacial.
Ya que es necessita combustible adicional per a elevar el combustible a l'espai, les missions espacials es dissenyen en un "presupost" de propulsante ajustat, conegut com "presuposte delta-v". La presuposta delta-v és, en efecte, el total de propulsante del que es dispondrà despuix d'abandonar la Terra, per a accelerar, frenar, estabilisar-se contra les sacsades externes (per partícules o atres efectes externs), o canviar de direcció, si no pot adquirir més propulsante. Tota la missió deu planificar-se dins d'eixa capacitat. Per lo tant, els métodos de canvi de velocitat i direcció que no requerixen la crema de combustible són ventajosos, ya que permeten una capacitat de maniobra adicional i una millora del rumbo, sense gastar combustible de la cantitat llimitada que s'ha transportat a l'espai. Les maniobres d'assistència gravitatoria poden canviar en gran medida la velocitat d'una nau espacial sense gastar propulsante, i poden aforrar cantitats significatives de propulsante, per lo que són una tècnica molt comuna per a aforrar combustible.
Vore també
[editar | editar còdic]- Òrbita de transferència de Hohmann; tècnica per a passar d'una òrbita circular a una atra.
- Guido von Pirquet (1880-1966); pioner austríac de l'assistència gravitatoria.
- Gaetano Arturo Crocco (1877-1968); científic militar italià que va idear el Gran Tour de Crocco per a visitar Venus i Mart.
- Giuseppe Colombo (1920-1984); científic italià implicat en l'enviament de naus a Mercurio.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 «Section 1: Environment, Chapter 4: Trajectories». NASA.
- ↑ Llibre "Rumbo al cosmos. Els secrets de la astronáutica" (febrer 2011) de Javier Casat. ISBN 978-84-614-7385-4. Segona part: "Tecnologia Espacial", títul "Viages interplanetarios: fins a l'infinit, i més allà", subtítul "Ajustant l'ajuda" aproximadament en el lloc 38% del llibre. Descàrrega del llibre: [1] [2] archivat en Wayback Machine.
- ↑ la ponència de Kondratyuk està inclosa en el llibre: Mel'kumov, T. M., ed., Pionery Raketnoy Tekhniki [Pioners de la cohetería: treballs seleccionats] (Moscou, U.R.S.S.: Institut d'Història de les Ciències Naturals i la Tecnologia, Acadèmia de Ciències de la URSS, 1964). La NASA ha realisat una traducció a l'anglés de l'artícul de Kondratyuk. Vore: NASA Technical Translation F-9285, pàgines 15-56 (1 de novembre de 1965).
- ↑ 4,0 4,1 4,2 “Revisió històrica de la teoria de les assistències gravitatorias en l'era anterior als vols espacials” . Diari de la Societat Brasilera de Ciències Mecàniques i Ingenieria 42 (8).
- ↑ En 1938, quan Kondratyuk va presentar el seu manuscrit "To whoever will read in order to build" per a la seua publicació, va datar el manuscrit en 1918-1919, encara que era evident que el manuscrit havia segut revisat en vàries ocasions. Vore la pàgina 49 de la traducció tècnica F-9285 de la NASA (1 de novembre de 1965). Yuri Kondratyuk va sugerir que una nau espacial que viajara entre dos planetes podria ser accelerada al principi i al final de la seua trayectòria utilisant la gravetat de les llunes dels dos planetes. La part del seu manuscrit que considerava les ajudes gravitatorias no va rebre cap desenroll posterior i no es va publicar fins a la década de 1960.[4] En el seu artícul de 1925 "Problems of flight by jet propulsion: interplanetary flights" ("Проблема полета при помощи реактивных аппаратов: межпланетные полеты")
- ↑ L'artícul de Zander de 1925, "Problems of flight by jet propulsion: interplanetary flights" va ser traduït per la NASA. Vore NASA Technical Translation F-147 (1964); concretament, Section 7: Flight Around a Planet's Satellite for Accelerating or Decelerating Spaceship, pàgines 290-292.
- ↑ «Mstislav Keldysh. Mecànica del vol espacial» (en ru). Institut Keldysh de Matemàtiques Aplicades.
- ↑ Egorov, Vsevolod Alexandrovich. “Problemes específics d'un vol a la lluna”. Physics-Uspekhi 63 (9): 73-117.
- ↑ (2003) Essential Spaceflight Dynamics and Magnetospherics, Dordrecht, Països Baixos: Kluwer Academic, pp. 146-147. ISBN 0-306-48027-1.
- ↑ «Les matemàtiques que varen fer possible la Voyager».
- ↑ El desafiu dels planetes, tercera part: Gravetat.
- ↑ Flandro, Gary. «Missions de reconeiximent ràpit al Sistema Solar exterior utilisant energia derivada del camp gravitatorio de Júpiter». NASA-JPL Contracte #7-100. GravityAssist.com. Consultat el 28 d'octubre de 2011.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Asistencia gravitatoria» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.