Encuentro espacial para niños
Un encuentro espacial es cuando dos naves espaciales, a menudo una de ellas una estación espacial, se encuentran en la misma órbita y se acercan mucho, por ejemplo, hasta poder verse. Para lograr esto, las naves deben igualar sus velocidades y posiciones con mucha precisión. Así pueden mantenerse cerca una de la otra.
Después de un encuentro, las naves pueden acoplarse o atracar. Esto significa que se unen físicamente y se conectan.
Esta misma técnica de encuentro también se usa para que las naves espaciales "aterricen" en objetos naturales con poca gravedad, como las lunas de Marte. Necesitarían igualar sus velocidades orbitales y luego "descender" de forma similar a un acoplamiento.
Contenido
Historia de los encuentros espaciales
En los primeros viajes espaciales tripulados, la Unión Soviética lanzó naves espaciales en pares, como Vostok 3 y 4 en 1962. Los cohetes las ponían en órbitas casi iguales, pero no lo suficientemente precisas para un encuentro real. Las naves Vostok no tenían motores para ajustar su órbita. Las distancias iniciales eran de unos 5 a 6.5 kilómetros, pero luego se separaban miles de kilómetros.
En 1963, Buzz Aldrin escribió su tesis doctoral sobre cómo guiar naves para un encuentro en órbita. Como astronauta de la NASA, Aldrin ayudó a simplificar los cálculos complejos de las órbitas para que sus compañeros pudieran usarlos en los vuelos.
Primer intento de encuentro
El primer intento de encuentro fue el 3 de junio de 1965. El astronauta estadounidense Jim McDivitt intentó acercar su nave Gemini 4 a la parte superior de su cohete vehículo de lanzamiento Titan II que ya había sido usada. McDivitt no pudo acercarse lo suficiente. Esto se debió a problemas para calcular las distancias y a que el cohete se movía por la salida de gases.
Los ingenieros de la NASA aún no entendían bien cómo funcionaban las órbitas para un encuentro. No bastaba con apuntar la nave hacia el objetivo y encender los motores. Si una nave está delante y la que la persigue acelera, también sube a una órbita más alta. Una órbita más alta significa que la nave se mueve más lento, así que en realidad se aleja del objetivo. La forma correcta es cambiar la órbita de la nave que persigue para que el objetivo la alcance o ella lo alcance, y luego, en el momento justo, cambiar a la misma órbita que el objetivo sin que haya movimiento entre ellas.
Un ingeniero de la GPO, André Meyer, explicó que la tripulación y todos en el MSC "simplemente no entendían la mecánica orbital". Después de esto, aprendieron mucho y mejoraron las maniobras de encuentro, que luego se usaron en el Programa Apolo.
Primer encuentro exitoso
El astronauta estadounidense Wally Schirra logró el primer encuentro exitoso el 15 de diciembre de 1965. Schirra maniobró la nave Gemini 6 hasta menos de 30 centímetros de su nave hermana Gemini 7. Las naves no podían unirse, pero se mantuvieron cerca por más de 20 minutos.
Schirra dijo que un encuentro no termina hasta que estás completamente quieto, sin movimiento entre las dos naves, a unos 37 metros de distancia. A partir de ahí, es solo mantenerse en posición.
Primer acoplamiento
El primer acoplamiento de dos naves espaciales ocurrió el 16 de marzo de 1966. La nave Gemini 8, con Neil Armstrong al mando, se encontró y se unió al vehículo objetivo no tripulado Agena. La misión Gemini 6 iba a ser la primera en acoplarse, pero se canceló cuando el vehículo Agena de esa misión se destruyó en el lanzamiento.
Los soviéticos lograron el primer acoplamiento automático, sin tripulación, entre Cosmos 186 y Cosmos 188 el 30 de octubre de 1967.
El primer cosmonauta soviético que intentó un acoplamiento manual fue Georgy Beregovoy. En octubre de 1968, intentó sin éxito acoplar su nave Soyuz 3 con la Soyuz 2 sin tripulación. Pudo acercarse de 200 metros a 30 centímetros, pero se quedó sin combustible para maniobrar antes de poder unirse.
El primer acoplamiento tripulado exitoso de los soviéticos fue el 16 de enero de 1969, cuando las naves Soyuz 4 y Soyuz 5 se unieron e intercambiaron dos tripulantes.
El primer encuentro entre naves de diferentes países fue en 1975. Una nave Apolo se acopló con una nave Soyuz como parte del Proyecto Apolo-Soyuz.
El primer acoplamiento espacial múltiple ocurrió en enero de 1978, cuando las naves Soyuz 26 y Soyuz 27 se acoplaron a la estación espacial Salyut 6.
Usos de los encuentros espaciales
Cada vez que una nave espacial lleva astronautas o suministros a una estación espacial, se realiza un encuentro. La primera nave en hacerlo fue la Soyuz 11, que se acopló a la estación Salyut 1 el 7 de junio de 1971.
Las misiones espaciales tripuladas han realizado encuentros exitosos con seis estaciones Salyut, con Skylab, con la estación Mir y con la Estación Espacial Internacional (EEI). Hoy en día, las naves Soyuz transportan tripulantes a la EEI cada seis meses. Con el programa de Tripulación Comercial de la NASA, Estados Unidos también puede usar sus propias naves, como una versión mejorada de la Cargo Dragon de SpaceX, llamada Crew Dragon.
Las naves espaciales robóticas también se usan para encontrarse y reabastecer las estaciones espaciales. Las naves Soyuz y Progress se han acoplado automáticamente a la Mir y a la EEI. El Vehículo de Transferencia Automatizada de Europa también usó este sistema para unirse a la parte rusa de la EEI.
Otras naves sin tripulación, como el H-II Transfer Vehicle (HTV) japonés, la SpaceX Dragon y la Cygnus de Orbital Sciences, se acercan y se mantienen en posición. Esto permite que el brazo robótico Canadarm2 de la EEI las agarre y las mueva a un puerto de atraque en la parte estadounidense. Sin embargo, la nueva versión de Cargo Dragon se acoplará directamente a la estación sin necesidad del brazo. La parte rusa de la estación solo usa puertos de acoplamiento, por lo que HTV, Dragon y Cygnus no pueden atracar allí.
Los encuentros espaciales también se han usado para otras cosas, como las misiones para reparar el telescopio espacial Hubble. En las misiones del Proyecto Apolo que llevaron astronautas a la Luna, la parte que subía del Módulo Lunar Apolo se encontraba y acoplaba con el Módulo de mando y servicio del Apolo en la órbita lunar. Además, la tripulación de la misión STS-49 se encontró con el satélite de comunicaciones Intelsat VI F-3 y le acopló un motor cohete para que pudiera moverse.
En el futuro, se podrían usar vehículos robóticos para encontrarse con satélites que se han quedado sin combustible, como el CX-OLEV. Este vehículo podría mantener la órbita del satélite o llevarlo a una órbita de "cementerio" y luego ser usado para otro satélite.
A veces, dos naves espaciales ya están juntas y simplemente se separan y se vuelven a unir de otra manera:
- Las naves Soyuz se mueven de un punto de acoplamiento a otro en la EEI o Salyut.
- En la nave espacial Apolo, se realizaba una maniobra llamada transposición, acoplamiento y extracción. Esto ocurría después de que la tercera etapa del cohete Saturno V se dirigiera a la Luna. El módulo de mando y servicio (CSM) se separaba, giraba 180 grados, se conectaba al módulo lunar (LM) y luego la combinación CSM/LM se separaba de la tercera etapa.
La NASA a veces se refiere a "Encuentro, operaciones de proximidad, acoplamiento y desacoplamiento" (RPODU) para describir todos los pasos necesarios cuando dos naves espaciales trabajan cerca una de la otra con la intención de conectarse.
Cómo se realizan los encuentros espaciales
La forma más común de encuentro y acoplamiento es que una nave activa, llamada "perseguidora", se una a una nave pasiva, el "objetivo". Esta técnica se ha usado con éxito en muchos programas espaciales.
Para entender un encuentro, es importante saber que la velocidad de una nave y su órbita están relacionadas. Una nave no puede cambiar su velocidad sin cambiar su órbita. Si una nave acelera, irá a una órbita diferente. En órbitas circulares, las órbitas más altas tienen menor velocidad, y las órbitas más bajas tienen mayor velocidad.
Para un encuentro, ambas naves deben estar en el mismo plano orbital y en la posición correcta en su órbita. Para el acoplamiento, sus velocidades también deben ser iguales. La nave "perseguidora" se coloca en una órbita un poco más baja que el objetivo. Como las órbitas más bajas son más rápidas, la perseguidora alcanza al objetivo.
Una vez que las naves están lo suficientemente cerca, la órbita de la perseguidora se ajusta a la del objetivo. Esto significa que la perseguidora acelera, lo que la lleva a una órbita más alta, similar a la del objetivo. Poco a poco, se acerca al objetivo hasta que pueden empezar las operaciones de proximidad. En la última parte, la velocidad de acercamiento se reduce usando pequeños motores. El acoplamiento suele ocurrir a una velocidad muy baja, de unos 3 a 6 centímetros por segundo.
Fases del encuentro
Un encuentro espacial se divide en varias fases. Generalmente, comienza con las dos naves a más de 10,000 kilómetros de distancia:
| Fase | Distancia de separación | Duración típica de la fase |
|---|---|---|
| Órbita de deriva A (fuera de la vista, sin contacto) |
Más de 2 veces la distancia máxima de comunicación | De 1 a 20 días |
| Órbita de deriva B (a la vista, con contacto) |
De 2 veces la distancia máxima de comunicación a 1 kilómetro | De 1 a 5 días |
| Operaciones de proximidad A | 1000 a 100 metros | De 1 a 5 órbitas |
| Operación de proximidad B (aproximación final) |
100 a 10 metros | 45 a 90 minutos |
| Acoplamiento | Menos de 10 metros | Menos de 5 minutos |
Se usan diferentes técnicas para mover y girar las naves durante las operaciones de proximidad y el acoplamiento.
Métodos de acercamiento
Los dos métodos más comunes para acercarse son: en línea con la trayectoria de vuelo de la nave (llamado V-bar, a lo largo del vector de velocidad del objetivo) o perpendicular a la trayectoria de vuelo, a lo largo del radio de la órbita (llamado R-bar, a lo largo del vector radial). El método elegido depende de la seguridad, el diseño de la nave, el tiempo de la misión y, para la EEI, dónde está el puerto de acoplamiento.
- Acercamiento V-bar
El acercamiento V-bar es cuando la nave "perseguidora" se acerca horizontalmente, siguiendo la dirección de movimiento orbital de la nave pasiva. Es decir, desde atrás o desde adelante, en la misma dirección. Si la perseguidora se acerca por detrás, usa pequeños motores para aumentar su velocidad hacia el objetivo. Esto también la lleva a una órbita más alta. Para mantenerse en el vector V, se usan otros motores en dirección radial. Si no se usan, la perseguidora irá a una órbita más alta y lenta, y el objetivo se alejará. Esto se llama "efecto de frenado natural" y es una medida de seguridad si fallan los motores.
La misión STS-104 fue la tercera del transbordador espacial en usar un acercamiento V-bar a la Estación Espacial Internacional. Los transbordadores se acercan a la EEI por el V-bar cuando se acoplan en el puerto PMA-2.
- Acercamiento R-bar
El acercamiento R-bar es cuando la perseguidora se mueve por debajo o por encima del objetivo, a lo largo de su vector radial. El movimiento es perpendicular a la velocidad orbital de la nave pasiva. Cuando está por debajo del objetivo, la perseguidora usa motores radiales para acercarse. Esto aumenta su altitud, pero su velocidad orbital no cambia. Al estar un poco más alta pero con la misma velocidad, la perseguidora se queda ligeramente detrás del objetivo. Se necesitan pequeños impulsos para mantenerla en el vector radial. Si estos impulsos no se hacen, la perseguidora se alejará del objetivo. Este es también un "efecto de frenado natural", y es más fuerte que en el acercamiento V-bar, lo que hace que el R-bar sea más seguro. Generalmente, se prefiere el acercamiento R-bar desde abajo, porque la perseguidora está en una órbita más baja (y más rápida) y así "alcanza" al objetivo.
Astrotech propuso un vehículo para la EEI que se acercaría a la estación "usando un acercamiento R-bar tradicional desde abajo". Los vehículos H-II y SpaceX Dragon también usan el acercamiento R-bar para llegar a la EEI.
- Acercamiento Z-bar
Un acercamiento Z-bar es cuando la nave "perseguidora" se acerca horizontalmente desde un lado, fuera del plano orbital de la nave pasiva.
Galería de imágenes
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El astronauta Christopher Cassidy usa un aparato para medir distancias entre el transbordador espacial Endeavour y la Estación Espacial Internacional.
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El módulo lunar Eagle se une al módulo de mando Columbia en la órbita de la Luna después de un aterrizaje.
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Gemini 7 fotografiada desde Gemini 6 en 1965.
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Vehículo objetivo Gemini 8 Agena.
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Acoplamiento del Gemini 8 al Agena en marzo de 1966.
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Los paneles solares dañados en el módulo Spektr de la Mir tras una colisión con una nave espacial Progress sin tripulación en septiembre de 1997 como parte del Programa Shuttle-Mir. Las naves Progress se utilizaron para reabastecer la estación. En este encuentro espacial que salió mal, la Progress colisionó con la Mir, iniciando una despresurización que se detuvo cerrando la escotilla del Spektr.
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Módulo de mando y servicio Charlie Brown visto desde el módulo lunar Snoopy.
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Encuentro orbital. 1/ Ambas naves espaciales deben estar en el mismo plano orbital. La ISS vuela en una órbita más alta (menor velocidad), el ATV vuela en una órbita más baja y alcanza a la ISS. 2/En el momento en que el ATV y la ISS forman un ángulo alfa (unos 2°), el ATV cruza la órbita elíptica a la ISS.
