Un vuelo espacial orbital (o vuelo orbital ) es un vuelo espacial en el que una nave espacial se coloca en una trayectoria en la que podría permanecer en el espacio durante al menos una órbita . Para hacer esto alrededor de la Tierra , debe estar en una trayectoria libre que tenga una altitud en el perigeo (altitud en la aproximación más cercana) alrededor de 80 kilómetros (50 millas); este es el límite del espacio según lo definido por la NASA , la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la FAA . Para permanecer en órbita a esta altitud se requiere una velocidad orbitalde ~ 7,8 km / s. La velocidad orbital es más lenta para órbitas más altas, pero lograrlas requiere un mayor delta-v .
Debido al arrastre atmosférico , la altitud más baja a la que un objeto en una órbita circular puede completar al menos una revolución completa sin propulsión es de aproximadamente 150 kilómetros (93 millas).
La expresión "vuelo espacial orbital" se utiliza principalmente para distinguir de los vuelos espaciales suborbitales , que son vuelos en los que el apogeo de una nave espacial llega al espacio, pero el perigeo es demasiado bajo. [1]
Lanzamiento orbital
Vuelo espacial humano orbital | |||||||||||
Nombre | Primer lanzamiento | Último lanzamiento | Lanza | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vostok | 1961 | 1963 | 6 | ||||||||
Mercurio | 1962 | 1963 | 4 | ||||||||
Voskhod | 1964 | 1965 | 2 | ||||||||
Geminis | 1965 | 1966 | 10 | ||||||||
Soyuz | 1967 | En marcha | 141 | ||||||||
Apolo | 1968 | 1975 | 15 | ||||||||
Lanzadera | 1981 | 2011 | 134 | ||||||||
Shenzhou | 2003 | En marcha | 6 | ||||||||
Tripulación Dragón | 2020 | En marcha | 3 | ||||||||
Total | - | - | 320 |
El vuelo espacial orbital desde la Tierra solo se ha logrado mediante vehículos de lanzamiento que utilizan motores de cohetes para la propulsión. Para alcanzar la órbita, el cohete debe impartir a la carga útil un delta-v de aproximadamente 9,3 a 10 km / s. Esta cifra es principalmente (~ 7.8 km / s) para la aceleración horizontal necesaria para alcanzar la velocidad orbital, pero permite la resistencia atmosférica (aproximadamente 300 m / s con el coeficiente balístico de un vehículo de combustible denso de 20 m de largo), pérdidas de gravedad (dependiendo de tiempo de combustión y detalles de la trayectoria y el vehículo de lanzamiento), y ganando altitud.
La principal técnica probada consiste en lanzarse casi verticalmente durante unos pocos kilómetros mientras se realiza un giro por gravedad , y luego aplanar progresivamente la trayectoria a una altitud de más de 170 km y acelerar en una trayectoria horizontal (con el cohete en ángulo hacia arriba para combatir la gravedad y mantener la altitud ) durante una quemadura de 5 a 8 minutos hasta alcanzar la velocidad orbital. Actualmente, se necesitan de 2 a 4 etapas para lograr el delta-v requerido. La mayoría de los lanzamientos se realizan mediante sistemas de lanzamiento prescindibles .
En cambio, el cohete Pegasus para satélites pequeños se lanza desde un avión a una altitud de 39.000 pies (12 km).
Se han propuesto muchos métodos para lograr vuelos espaciales orbitales que tienen el potencial de ser mucho más asequibles que los cohetes. Algunas de estas ideas, como el ascensor espacial y el rotovator , requieren nuevos materiales mucho más resistentes que los que se conocen actualmente. Otras ideas propuestas incluyen aceleradores terrestres como bucles de lanzamiento , aviones / aviones espaciales asistidos por cohetes como los motores de reacción Skylon , aviones espaciales propulsados por scramjet y aviones espaciales propulsados por RBCC. Se ha propuesto el lanzamiento de armas para carga.
Desde 2015, SpaceX ha demostrado un progreso significativo en su enfoque más incremental para reducir el costo de los vuelos espaciales orbitales. Su potencial de reducción de costos proviene principalmente del aterrizaje propulsor pionero con su etapa de propulsión de cohetes reutilizable, así como su cápsula Dragon , pero también incluye la reutilización de los otros componentes, como los carenados de carga útil y el uso de la impresión 3D de una superaleación para construir de manera más eficiente. motores de cohetes, como su SuperDraco . Las etapas iniciales de estas mejoras podrían reducir el costo de un lanzamiento orbital en un orden de magnitud. [2]
Estabilidad
Un objeto en órbita a una altitud de menos de aproximadamente 200 km se considera inestable debido a la resistencia atmosférica . Para que un satélite esté en una órbita estable (es decir, sostenible durante más de unos pocos meses), 350 km es una altitud más estándar para la órbita terrestre baja . Por ejemplo, el 1 de febrero de 1958, el satélite Explorer 1 se lanzó a una órbita con un perigeo de 358 kilómetros (222 millas). [3] Permaneció en órbita durante más de 12 años antes de su reentrada atmosférica sobre el Océano Pacífico el 31 de marzo de 1970.
Sin embargo, el comportamiento exacto de los objetos en órbita depende de la altitud , su coeficiente balístico y los detalles del clima espacial que pueden afectar la altura de la atmósfera superior.
Órbitas
Hay tres 'bandas' principales de órbita alrededor de la Tierra: órbita terrestre baja (LEO), órbita terrestre media (MEO) y órbita geoestacionaria (GEO).
Debido a la mecánica orbital , las órbitas se encuentran en un plano particular, en gran parte fijo, alrededor de la Tierra, que coincide con el centro de la Tierra, y puede estar inclinado con respecto al ecuador. La Tierra gira sobre su eje dentro de esta órbita, y el movimiento relativo de la nave espacial y el movimiento de la superficie de la Tierra determina la posición en la que la nave espacial aparece en el cielo desde el suelo y qué partes de la Tierra son visibles desde la nave espacial.
Al colocar una vertical hacia la superficie de la Tierra, es posible calcular una trayectoria terrestre que muestra qué parte de la Tierra se encuentra inmediatamente encima de una nave espacial, y esto es útil para ayudar a visualizar la órbita.
Maniobra orbital
En los vuelos espaciales , una maniobra orbital es el uso de sistemas de propulsión para cambiar la órbita de una nave espacial . En el caso de las naves espaciales alejadas de la Tierra, por ejemplo las que orbitan alrededor del Sol, una maniobra orbital se denomina maniobra en el espacio profundo (DSM) .
Deorbitar y reingresar
Las naves espaciales que regresan (incluidas todas las naves potencialmente tripuladas) tienen que encontrar una manera de reducir la velocidad tanto como sea posible mientras aún se encuentran en capas atmosféricas más altas y evitar golpear el suelo ( frenado litográfico ) o quemarse. Para muchos vuelos espaciales orbitales, la desaceleración inicial es proporcionada por el reacondicionamiento de los motores del cohete de la nave, perturbando la órbita (al bajar el perigeo hacia la atmósfera) en una trayectoria suborbital. Muchas naves espaciales en órbita terrestre baja (p. Ej., Nanosatélites o naves espaciales que se han quedado sin combustible en la estación o que no son funcionales) resuelven el problema de la desaceleración de las velocidades orbitales mediante el uso de la resistencia atmosférica ( aerofrenado ) para proporcionar una desaceleración inicial. En todos los casos, una vez que la desaceleración inicial ha bajado el perigeo orbital hacia la mesosfera , todas las naves espaciales pierden la mayor parte de la velocidad restante y, por lo tanto, la energía cinética, a través del efecto de arrastre atmosférico del aerofrenado .
El aerofrenado intencional se logra orientando la nave espacial que regresa de modo que presente los escudos térmicos hacia la atmósfera para proteger contra las altas temperaturas generadas por la compresión atmosférica y la fricción causada por el paso a través de la atmósfera a velocidades hipersónicas . La energía térmica se disipa principalmente por compresión que calienta el aire en una onda de choque delante del vehículo utilizando una forma de escudo térmico contundente, con el objetivo de minimizar el calor que ingresa al vehículo.
Los vuelos espaciales suborbitales, que tienen una velocidad mucho menor, no generan tanto calor [ se necesita una explicación más detallada ] al reingresar.
Incluso si los objetos en órbita son prescindibles, la mayoría [ cuantifican ] las autoridades espaciales [se necesita un ejemplo ] están presionando hacia reentradas controladas para minimizar el peligro para las vidas y las propiedades en el planeta. [ cita requerida ]
Historia
- El Sputnik 1 fue el primer objeto creado por humanos en lograr un vuelo espacial orbital. Fue lanzado el 4 de octubre de 1957 por la Unión Soviética.
- El Vostok 1 , lanzado por la Unión Soviética el 12 de abril de 1961, con Yuri Gagarin , fue el primer vuelo espacial humano exitoso en alcanzar la órbita terrestre.
- El Vostok 6 , lanzado por la Unión Soviética el 16 de junio de 1963, con Valentina Tereshkova , fue el primer vuelo espacial exitoso de una mujer en alcanzar la órbita terrestre.
- Crew Dragon Demo-2 , lanzado por SpaceX y los Estados Unidos el 30 de mayo de 2020, fue el primer vuelo espacial humano exitoso de una empresa privada en alcanzar la órbita terrestre.
Ver también
- Lista de órbitas
- Lanzamiento de cohete
- Lanzamiento espacial sin cohetes
- Puerto espacial , incluida una lista de sitios para lanzamientos orbitales
Referencias
- ^ Febrero de 2020, Adam Mann 10. "¿Cuál es la diferencia entre vuelos espaciales orbitales y suborbitales?" . Space.com . Consultado el 13 de julio de 2020 .
- ^ Belfiore, Michael (9 de diciembre de 2013). "El Rocketeer" . Política exterior . Consultado el 11 de diciembre de 2013 .
- ^ "Explorer 1 - ID NSSDC: 1958-001A" . NASA.