Grandes momentos de la conquista del espacio J. Gregorio g Portilla Observatorio Astronómico Nacional Universidad Nacional de Colombia Astronáutica Ciencia y tecnología del vuelo espacial El vuelo espacial presupone que debe existir un sitio hacia el que se quiera ir La astronomía se ha encargado de revelarnos nuestro t llugar en ell cosmos y qué é lo l compone Modelo geocéntrico del universo Los descubrimientos astronómicos han permitido revelar que hay multitud de sitios a donde ir Tierra Primer vuelo controlado Hermanos Montgolfier Vuelo tripulado por dos pasajeros el 21 Noviembre de 1783 Globo aeroestático Alcanzó una altura de 900 m Primer vuelo de una máquina más pesada que el aire 3 de diciembre de 1903 Pero tanto globos como aviones tienen serias limitaciones Altura máxima 30-40 km Máxima altura (24 km) E t aparatos Estos t requieren i de d aire i para poder d sustentarse Mecánica celeste Estudio del movimiento de los cuerpos celestes utilizando las leyes de la física La gravedad es la fuerza principal p p q que g gobierna la trayectoria de una nave espacial entre los cuerpos celestes I Isaac Newton N t (1687) Línea recta Elipse Parábola Hipérbola ¿Cómo colocar una luna artificial? ¿Cómo hacer que un cuerpo escape de la Tierra y se dirija hacia otro? Consideremos dos cuerpos Tierra Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra Velocidad inicial cero Tierra La trayectoria es una línea recta Velocidad inicial distinta de cero pero va en la dirección de la línea vertical Tierra La trayectoria es de nuevo una línea recta Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial Tierra La trayectoria es un óvalo Tierra En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la superficie terrestre Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento Tierra El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie Sigamos aumentando la velocidad… Tierra Sigamos aumentando la velocidad… El objeto queda perpetuamente dotado de movimiento Hay una velocidad mínima para la cual el objeto queda en órbita Sigamos aumentando la velocidad… Sigamos aumentando la velocidad… El objeto escapa… Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa ( (parábola) áb l ) Velocidad orbital GM v Rh G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg R=6’378.140 m h = 8850 m V=8000 m = 8 km/s Esta es una velocidad enorme!!! Velocidad de escape 2GM v Rh G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg R=6’400.000 m h = 8850 m V=11300 m = 11.3 km/s Y esta con más veras Plaza de Bolívar 8 kilómetros ó e os en 1 segundo Aeropuerto El Dorado Comparación de velocidades 150 km/h =0.041 km/s 850 m/s =0.85 km/s 3.3 mach =0.98 km/s 1.6 km/s / Y entonces, Y, entonces ¿cómo lograr velocidades del orden de 8-11 km/s? Acción-reacción Aire La velocidad del globo depende de: La velocidad de salida del aire La cantidad de gas que hay originalmente Velocidad sónica Flujo j subsónico Garganta Flujo superónico Cohete Gases Calientes Carga g útil Velocidad de los gases: 2-3 km/s La masa original del cohete es varias veces la masa de la carga útil Esto hace que los cohetes sean voluminosos (muy costosos) Pioneros de la astronáutica K. Tsiolkovsky y Rusia, 1857-1935 Robert Goddard EEUU, 1882 –1945 Herman Oberth Rumania, 1894 –1989 Aplicación práctica en la Segunda g Guerra Mundial Wernher von Braun Adolfo Hitler Cohete V2 Bombardero clásico Muy vulnerable Ataque de ciudades aliadas sin ninguna posibilidad de intercepción p p despúes de lanzado Fase propulsada… Inyección Trayectoria balística Trayectoria balística E Enemigo i Fase propulsada Sitio de lanzamiento Fase P Propulsada l d (pocos minutos) Trayectoria balística Sitio de lanzamiento Al finalizar la segunda guerra los científicos alemanes se reparten entre los vencedores Los misiles balísticos se convierten en el arma más buscada Arrojar un arma atómica al otro lado del mundo sin recurrir al bombardero pesado R-7 Primer misil balístico intercontinental Mediados de 1957 Sergei Korolev El 4 de octubre de 1957 se colocó la primera luna artificial 950 km Sputnik 228 km Un mes después un segundo satélite artificial… artificial con un ser vivo a bordo bordo… Sputnik II 3 de noviembre de 1957 Reacción norteamericana EEUU no puede quedarse atrás frente al reto de los soviéticos Dwight Eisenhower 1. Creación de la NASA 2 Aumento del 300% en el presupuesto del a NSF 2. 3. Proyecto Mercury Colocar un ser humano en órbita ó Primer hombre en el espacio Yuri Gagarin 11 de d abril b il de d 1961 Hay que hacer algo dramático y espectacular, algo que pueda no sólo maravillar al mundo sino que se tenga alguna oportunidad de vencer a los soviéticos Abril y mayo de 1961 25 de mayo de 1961 John F. Kennedy Los EEUU van a enviar un hombre a la Luna y lo traerán á de d regreso sano y salvo antes del 31 de diciembre de 1969… Reuniones con científicos y técnicos Apolo p 8 (Dic 1968) (Dic-1968) •Record de velocidad: seres humanos seres en alcanzar volocidades > 10 km/s •Primeros seres en atravesar el Cinturón de Van Allen •Primeros seres en abandonar el campo gravitacional terrestre •Primeros seres en quedar sujetos al campo gravitacional de otro mundo Bormann, Lowell, Anders •Primeros Primeros seres en ver con sus propios ojos el lado oculto lunar Edwin Aldrin (20 julio 1969) En total hubo seis misiones hasta la superficie lunar La última vez que hubo seres humanos en la Luna fue en diciembre de 1972 En los años 60s se auguraba un enorme desarrollo de la astronáutica… “Taxis” espaciales Estaciones espaciales orbitales Estaciones lunares habitadas Misiones tripuladas a Marte y Júpiter 40 años después sabemos que esas p previciones fueron muy y optimistas MIR Skylab A partir de 1974 la presencia humana en el espacio se ha reducido a orbitar la Tierra en estaciones espaciales o en naves espaciales ISS Condiciones de microgravedad g Búsqueda de materiales novedosos y drogas Transbordador a sbo dado espac espacial a En esencia es un taxi que lleva a seres humanos desde la Tierra hasta una estación espacial El vuelo espacial es un asunto muy riesgoso Despegue: bruscas aceleraciones al paso a través de la atmósfera. tmó fe Se e está tá encima en im de una n bomba. bomb Cualquier C lq ie ligero lige o cambio destruye la integridad de la nave Órbita: Rodeado de vacío. Peligro de micrometeoritos y basura espacial. Rayos cósmicos. Microgravedad Reentrada: bruscas desaceleraciones, altísimas temperaturas, cualquier q ligero g cambio en la actitud destruye y la integridad g de la nave. Descenso en sectores que involucren peligro Solo tres naciones han sido capaces de colocar por sus p propios p medios: seres humanos en órbita p Rusia (1961), EEUU (1962) y China (2003) En los últimos 40 años se han mandado sondas robot (no tripuladas) a varios lugares del Sistema Solar Pionero Viajero, Pionero, Viajero Ulises Ulises, Galileo Exploración de la superficie de Marte Exploración del Universo con telescopios orbitales Otras naciones han desarrollado tecnología espacial La misma L i tecnología t l í que permite colocar un arma atómica a miles de kilómetros d de distancia di t i es la l misma que se utiliza para colocar una nave en el espacio Inglaterra, la Unión Europea Inglaterra Europea, China China, Japón, Canadá, Australia, India Paquistán, Corea den Norte, Irán, Brasil Varias iniciativas son motivadas por cuestiones d prestigio de i i y li litigios i i ffronterizos i Han existido más de 6000 lanzamientos ((EEUU,, Rusia,, Japón, p , China,, Francia,, India,, Israel, Australia, Reino unido) Para marzo del 2009, existían 900 satélites operacionales junto con 13000 residuos espaciales rastreados (> 10 cm) con posiblemente 100.000 trozos no rastreables (0.5-10 cm) La tecnología espacial está estancada La principal limitación es el enorme costo que se requiere para colocar cualquier cosa en órbita $10000 US = 20’000.000 20’000 000 / 1 kg Seguimos colocando naves espaciales de la misma forma a como se hizo hace 53 años Se requiere de un salto cuántico en tecnología d propulsión de l ió espacial i l Mientras tanto, existen iniciativas privadas para facilitar el acceso al espacio al gran público SpaceShipOne (2004) La administración Obama ha cancelado el Proyecto Constellation Iniciativa para rotornar a la Luna y servir de puente para ir a Marte Perfectamente pueden transcurrir otras dos décadas antes de que veamos seres humanos de nuevo en la Luna o en Marte SONDAS QUE EXPLORAN EL SOL EN EL EXTREMO ULTRAVIOLETA 300 A -600 600 A ULYSES SOHO STEREO SDO SOLAR DINAMYC OBSERVATORY EXPLORACION A MARTE TRANSBORDADOR ESPACIAL MISION STS STS-130 130 FEBRERO 9 AL 21 GEORGE ZAMKA COMANDANTE COLOCAR MODULO TRANQUILITY Y CUPULA EN LA ISS FUTURA EXPLORACION LUNAR PROYECTO CONSTELACION ARES I – ARES V – MODULOS ALTAIR Y ORION PARADO POR BAJO PRESUPUESTO EN NASA