Así es como consiguen las naves alcanzar la Estación Espacial a 28000 km/h
La Estación Espacial Internacional y la Estación Espacial China son laboratorios en órbita, dependientes de abastecimiento con naves lanzadas regularmente desde la Tierra. Las misiones no tripuladas se encargan de llevar grandes cantidades de carga, bien sean elementos de soporte vital o experimentos científicos. Mientras las expediciones son reemplazadas continuamente gracias a los vuelos tripulados. Las maniobras orbitales necesarias para llevar los vehículos son conocidas como rendezvous y datan de los primeros años de la carrera espacial.
Volando al espacio
Entre el despegue de un cohete y la entrada en órbita pasan poco más de diez minutos. Pasando de estar en reposo a una atmósfera de presión a alcanzar hasta 28 000 kilómetros por hora u 8 kilómetros por segunda de velocidad y una presión prácticamente nula. A lo largo del viaje el aire ofrece una resistencia al movimiento, una vez se alcanza suficiente altura esta es despreciable.
Alcanzada la velocidad necesaria; bien sea en órbita terrestre, lunar, marciana o solar, se puede conocer sin mucha dificultad donde va a estar la nave en el futuro. Esto gracias a nuestro conocimiento sobre la gravedad, misma que define las trayectorias en el espacio. Hasta el momento todos los acoplamientos y encuentros se han realizado en órbitas circulares. Una vez que la nave objetivo alcanza la altura deseada, el cazador puede despegar y dirigirse a iniciar la persecución.
El despegue no puede darse en cualquier momento, sino que existen ventanas de lanzamiento instantáneas. Estas se calculan a partir del momento en el que el objetivo sobrevuela la zona y el perseguidor puede entrar en una órbita similar. Esto con el fin de optimizar tanto como sea posible la cantidad de combustible necesario. De ocurrir en cualquier momento, los requerimientos energéticos serían mucho mayores que los disponibles.
Una danza en órbita
Una vez en órbita inician las maniobras, que podrían llegar a parecer una danza. Para entenderlas son necesarios ciertos conceptos básicos de astrodinámica. Lo primero es conocer la diferencia entre nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, al conducir un carro si deseas ir más rápido debes simplemente acelerar, o para ir más lento solamente pisas el freno. Mientras tanto, en órbita para reducir tu velocidad debes acelerar, para aumentarla debes desacelerar (entiéndase acelerar como encender los motores en tu dirección de movimiento).
Este movimiento contrario a la intuición se debe al comportamiento de la gravedad. Más específicamente a la segunda ley del movimiento planetario de Kepler, misma que puede aplicarse a las órbitas de las naves. Donde a menor distancia del planeta, mayor será la velocidad. Por eso, al acelerar estás consiguiendo una mayor distancia con el tiempo y, por ende, ralentizándote.
En la forma más común y sencilla de rendezvous, el chaser entra en una órbita con un radio levemente menor y una velocidad mayor. Luego se realiza una maniobra para interceptar la trayectoria del objetivo. Cada momento es previamente calculado computacional para optimizar el uso del combustible disponible, reducir el tiempo entre despegue y acoplamiento, y tener una velocidad relativa entre ambas naves lo menor posible.
La etapa final de aproximación, cuando ambas están en línea de visión, es un proceso pausado. La velocidad relativa es de unos cuantos centímetros por segundo, mientras la velocidad orbital es de más de 27 000 kilómetros por hora. Empleando una serie de motores de menor potencia conocidos como RCS; sistemas de control de reacción por sus siglas en inglés, se consigue finalmente el acoplamiento entre ambas naves.
Primeros pasos
Los procedimientos de rendezvous fueron creados durante la carrera por la Luna. Dado que esto sería necesario para transferir a los astronautas del módulo lunar al módulo de comando. En el cual regresarían a la Tierra. Para probar todas estas técnicas existió el programa Gemini, predecesor del Apolo. La primera vez que se consiguió por primera vez fue en 1965, cuando Gemini 5 y 6 se encontraron en órbita, además de mantener una separación constante y controlada entre sí. Posteriormente, con Gemini 8 se logró el primer acoplamiento exitoso.
Demostrar la posibilidad de conseguir un encuentro espacial era crucial para las misiones lunares. El módulo lunar despegaría desde la superficie, se encontraría con el módulo de comando y se transfería la carga y tripulación entre ambos. En este último regresarían a la Tierra los tres astronautas.
Una vez se dio fin a la exploración lunar tripulada y la carrera espacial, Estados Unidos y la URSS realizaron una misión de colaboración internacional. Esta fue conocida como Apolo Soyuz Test Project, donde una nave de cada nación sería lanzada a órbita y efectuarían un rendezvous y acoplamiento. Poco después de que el Transbordador Espacial entrara en servicio, EE. UU. visitaría la estación espacial soviética MIR.
El vuelo a la Estación Espacial
El procedimiento para naves con y sin tripulación es diferente. En el primer caso, el tiempo que se tarda en realizar el encuentro se busca reducir al máximo. En las horas previstas por las ventanas de lanzamiento instantáneas; la nave Soyuz, Dragon o Shenzhou (en el caso de la estación china), despega rumbo a una órbita muy similar a la de la estación. Con la única diferencia de contar un radio menor y, por consiguiente, un periodo menor.
Una vez conseguida la altura de unos 200 kilómetros y una velocidad de casi 28 000 kilómetros por hora, se ejecutan verificaciones de la estructura, sistemas y si la órbita conseguida es la correcta. Así como se les da un tiempo a los astronautas de ajustarse a la ingravidez y dar los primeros vistazos a la Tierra por la ventana. En un momento dado, se realiza una maniobra de corrección, y se obtiene más velocidad, de tal forma que intercepte la trayectoria de la estación. Además de alcanzar los 400 kilómetros de altura.
Una vez se encuentran en línea de visión, las naves son controladas delicadamente para conseguir un acoplamiento seguro. Por cuestiones de seguridad, la ISS cuenta con dos zonas que no han de ser traspasadas a menos que todos los sistemas estén funcionando correctamente. La primera es el elipsoide de acercamiento y con un menor tamaño está la keep out sphere o esfera de exclusión. Estas solo serán traspasadas cuando se realice el acercamiento final y el acoplamiento. Una vez hay un contacto entre ambas se estabiliza la presión y la tripulación puede embarcar en la estación.
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