Una órbita de estacionamiento es una órbita temporal utilizada durante el lanzamiento de una nave espacial . Un vehículo de lanzamiento se impulsa hacia la órbita de estacionamiento, luego se desliza por un tiempo y luego dispara nuevamente para ingresar a la trayectoria final deseada. La alternativa a una órbita de estacionamiento es la inyección directa , donde el cohete dispara continuamente (excepto durante la puesta en escena) hasta que se agota el combustible, terminando con la carga útil en la trayectoria final .
Razones de uso
Hay varias razones por las que se puede utilizar una órbita de estacionamiento.
Nave espacial geoestacionaria
Las naves espaciales geoestacionarias requieren una órbita en el plano del ecuador. Llegar allí requiere una órbita de transferencia geoestacionaria con un apogeo directamente sobre el ecuador. A menos que el sitio de lanzamiento en sí esté bastante cerca del ecuador, se requiere una cantidad de combustible impracticablemente grande para lanzar una nave espacial directamente a dicha órbita. En cambio, la nave se coloca con un escenario superior en una órbita de estacionamiento inclinada. Cuando la nave cruza el ecuador, la etapa superior se dispara para elevar el apogeo de la nave espacial a una altitud geoestacionaria (y a menudo también reducir la inclinación de la órbita de transferencia). Finalmente, se requiere una quemadura de circularización para elevar el perigeo a la misma altitud y eliminar cualquier inclinación restante. [1]
Nave espacial translunar o interplanetaria
Para llegar a la Luna o un planeta en el momento deseado, la nave espacial debe ser lanzada dentro de un rango limitado de tiempos conocido como ventana de lanzamiento . El uso de una órbita de estacionamiento preliminar antes de la inyección final puede ampliar esta ventana de segundos o minutos a varias horas. [2] [3] Para las misiones lunares tripuladas del programa Apolo , una órbita de estacionamiento permitió tiempo para la verificación de la nave espacial mientras aún estaba cerca de casa, antes de comprometerse con el viaje lunar. [3]
Desafíos de diseño
El uso de una órbita de estacionamiento requiere una etapa superior de cohete para realizar la combustión de inyección en condiciones de cero g . A menudo, la misma etapa superior que realiza la inyección de la órbita de estacionamiento se utiliza para la combustión de inyección final, que requiere el uso de un motor cohete de propulsor líquido reiniciable . Durante la costa de la órbita de estacionamiento, los propulsores se alejarán del fondo del tanque y las entradas de la bomba. [4] Esto debe resolverse mediante el uso de diafragmas de tanque o cohetes de vacío para depositar el propulsor en el fondo del tanque. Se necesita un sistema de control de reacción para orientar la platina adecuadamente para la combustión final, y quizás para establecer una orientación térmica adecuada durante la costa. Los propulsores criogénicos deben almacenarse en tanques bien aislados para evitar una ebullición excesiva durante la costa. La duración de la batería y otros consumibles deben ser suficientes para la duración de la inercia de estacionamiento y la inyección final.
Las familias Centaur y Agena de etapas superiores fueron diseñadas para tales reinicios y a menudo se han utilizado de esta manera. El último Agena voló en 1987, pero Centaur todavía está en producción. El escenario Briz-M a menudo desempeña el mismo papel para los cohetes rusos.
Ejemplos de
- El programa Apollo utilizó órbitas de estacionamiento, por todas las razones mencionadas anteriormente, excepto las que pertenecen a las órbitas geoestacionarias. [5] [6]
- Cuando el orbitador del transbordador espacial lanzó sondas interplanetarias como Galileo , utilizó una órbita de estacionamiento para llevar la sonda al lugar de inyección correcto.
- El Ariane 5 no utiliza órbitas de estacionamiento. Esto simplifica el lanzador, ya que no se necesitan reinicios múltiples y la penalización es pequeña para su misión típica de GTO , ya que su sitio de lanzamiento está cerca del ecuador. Una actualización a la segunda etapa (ESC-B) tendrá capacidad de reinicio múltiple, por lo que las misiones futuras pueden usar órbitas de estacionamiento.
- En un ejemplo literal de una órbita de estacionamiento, el Vehículo de Transferencia Automatizada (ATV) podría estacionar durante varios meses en órbita mientras espera para encontrarse con la Estación Espacial Internacional . Por razones de seguridad, el ATV no podía acercarse a la estación mientras un transbordador espacial estaba atracado o cuando una Soyuz o Progress estaban maniobrando para atracar o partir. [7]
Referencias
- ^ Charles D. Brown (1998). Diseño de misiones de naves espaciales . AIAA. pag. 83. ISBN 978-1-60086-115-4.
- ^ Hall, R. Cargill (1977). IMPACTO LUNAR: una historia del proyecto Ranger . Serie de historia de la NASA (informe técnico). Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . NASA SP-4210 . Consultado el 11 de noviembre de 2011 .
- ^ a b "Expediciones de Apolo a la Luna" . Capitulo 3.4
- ^ Krivetsky, A .; Bauer, WH; Loucks, HL; Padlog, J. y Robinson, JV (1962). Investigación sobre técnicas de expulsión de gravedad cero (Informe técnico). Centro de Información Técnica de Defensa.
- ^ "Ventana de lanzamiento del aterrizaje lunar de Apolo: los factores de control y las limitaciones" . NASA.
- ^ "Diario de vuelo de Apolo - Apolo 8, día 1: órbita terrestre e inyección translunar" . NASA. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2008.
- ^ Stephen Clark. "El lanzamiento inaugural del buque de reabastecimiento de Europa tiene nueva fecha" . Vuelo espacial ahora.