La gravedad ayuda: la naturaleza equilibra sus libros


Habilitación y soporte

08/09/2021
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En la Tierra, el combustible es un recurso precioso y limitado. En el espacio, intercambiamos energía libremente con los planetas.

Como Arthur C. Clarke dijo en 1987 “La naturaleza siempre equilibra sus libros”, refiriéndose al hecho de que la energía en el universo siempre se conserva: no puede aparecer de la nada o desaparecer en la nada.

Como tal, nave espacial voladora a través del Sistema Solar se trata de la gestión inteligente de la energía: robar o dar a los planetas que pasan según el lugar al que queramos ir.

Esta transferencia de energía se llama asistencia por gravedad, tirachinas, oscilación planetaria o sobrevuelo, y sin ellos no podríamos haber viajado al muchos rincones del sistema solar tenemos hoy.

Con las órbitas, el tamaño importa

En el espacio, “acelerar” o “desacelerar” solo tiene sentido con respecto a otro objeto. Un tren puede viajar a 70 km por hora con respecto a un pasajero parado, pero como se ve desde el Sol, el movimiento del tren también incluye el movimiento de la Tierra mientras orbita y gira. Todo es relativo.

Segundo sobrevuelo de Venus de Solar Orbiter

Más a menudo cuando hablamos de los movimientos de planetas y naves espaciales en el Sistema Solar, hablamos de su “energía orbital”, un valor que está sin rodeos relacionado con el tamaño de la órbita de un objeto. Plutón, en el borde del Sistema Solar, viaja en una órbita mucho más grande que Mercurio, el planeta más cercano al Sol, lo que significa que la energía orbital de Plutón es mucho, mucho mayor que la de Mercurio.

Para llevar una nave espacial a Mercurio, tenemos que igualar su órbita. Cuando se lanzó BepiColombo, su energía orbital era la misma que la de nuestro planeta de origen. Por lo tanto, BepiColombo necesita utilizar un vasto cantidad de propulsor para «frenar», o puede arrojar el exceso de energía orbital al volar cerca de los planetas vecinos.

Lo mismo funciona a la inversa para viajar al Sistema Solar exterior. Para penetrar en una órbita más grande, más lejos del Sol, una nave espacial como la próxima Misión de jugo a Júpiter robará energía orbital de la Tierra, Venus y Marte.

Todo depende de tu marco de referencia.

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre robar energía de un planeta y donarle? Todo depende del movimiento relativo de la nave espacial y el planeta.

Desde la perspectiva de un planeta sobrevolando, la nave espacial viene hacia él y se va con el misma velocidad, sólo se ha desviado su camino. (La nave espacial también ha desviado el planeta, pero en una cantidad tan minúscula que resulta insignificante. No obstante, se ha conservado la tercera ley del movimiento de Newton: «A cada acción hay una reacción igual y opuesta»).

Pero recuerde, el planeta mismo está en movimiento alrededor del Sol y orbitando con una gran cantidad de impulso. Como se ve desde la perspectiva del Sol, la nave espacial no solo se desvió en su camino, sino que habrá recogido o descuidado energía orbital dependiendo de la geometría del encuentro.

Cuando una nave espacial vuela con el movimiento de un planeta, adquiere parte de la energía orbital del planeta.

Para aumentar la velocidad con respecto al Sol, la nave espacial vuela con el movimiento del planeta, adquiriendo parte de la energía orbital del planeta en el proceso; para disminuir la velocidad con respecto al Sol, la nave espacial vuela en contra del movimiento del planeta para transferir algo de su propia energía orbital al planeta.

En ambos casos, la energía transferida hacia o desde el planeta es insignificante, pero marca una gran diferencia para nuestra pequeña nave espacial. ¡Se necesitaría una nave espacial miles de millones de veces más grande que las que tenemos hoy para empujar un planeta de manera mensurable!

Mecánica orbital: una fusión de naturaleza y ciencia

Viajar a través del Sistema Solar requiere más que un simple cohete, propulsores y propulsor. Nuestros equipos de expertos en dinámica de vuelo y equipos de control de vuelo en Centro de operaciones de la ESA tienen que comprender, trabajar y sacar el máximo provecho de los movimientos de los planetas y las inevitables leyes de la naturaleza.

Descubra el doble asistencia de gravedad de Venus que tuvo lugar del 9 al 10 de agosto, en el que BepiColombo y Solar Orbiter utilizaron el planeta para alterar sus órbitas, acercándolos a Mercurio y al Sol.



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