Grandes momentos de la conquista del espacio

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
Rh
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
Rh
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