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Viernes, 12 septiembre 2014
Astronáutica

Lanzamiento de satélites y operaciones en la órbita

Artículo escrito por Carlos Ganado Alcocer, ingeniero aeronáutico. 

 

Cuando se toma la decisión de mandar un satélite al espacio, se sabe que por la magnitud y complejidad del proyecto, será necesario invertir grandes cantidades de esfuerzo, dinero y tiempo.

 

Típicamente, el tiempo que transcurre desde que se aprueba el proyecto hasta que se materializa con el lanzamiento es de entre dos y cinco años, aunque esto puede variar en función del interés que haya. Entre un hecho y el otro hay miles de horas de ingeniería para configurar el diseño de satélite, las actuaciones en la órbita, las funcionalidades concretas que éste ha de tener, planes de acción ante posibles incidentes técnicos y humanos, construcción del satélite, selección del lanzador adecuado, adecuación a particularidades del mismo, etc., y por supuesto grandes quebraderos de cabeza para que las cifras económicas encajen según presupuestos.

 

Una vez salvados estos obstáculos, llega el momento del lanzamiento. La fecha del despegue es crucial para el éxito de la misión; por ejemplo, si el satélite va a orbitar alrededor de Marte, el periodo más beneficioso para el lanzamiento se produce una vez cada dos años aproximadamente, que es cuando las posiciones de la Tierra y Marte en sus respectivas órbitas permiten la travesía más corta entre ambos planetas. Además, las condiciones meteorológicas del día del lanzamiento deben ser óptimas para no poner en riesgo un proyecto tan costoso por una racha de viento o lluvia. El lugar del lanzamiento, lo que tradicionalmente se denominaba cosmódromo y últimamente puerto espacial  suele ubicarse en zonas de latitudes bajas, es decir, lo más cerca posible del ecuador, así por ejemplo la Agencia Espacial Europea tiene su base de lanzamiento en la Guayana Francesa a 5,3º de latitud norte. Con esto se consigue aprovechar al máximo la velocidad de rotación de la Tierra, resultando un trayecto más económico desde el punto de vista del gasto de combustible y además se favorece la inyección en orbitas geoestacionarias (que se hallan justo sobre el ecuador), que son las más comunes (sobre todo en satélites de telecomunicaciones).

 

Durante el lanzamiento se distinguen varias fases, que se pueden ver esquematizadas en la figura 1. 

[Img #22253]

 

Como se aprecia en la figura, que muestra el despegue de un cohete Ariane-5, hay una primera fase de ignición con propulsión criogénica y mediante aceleradores de combustible sólido. En la segunda fase se separan los cohetes aceleradores del fuselaje del lanzador y continúa la etapa de propulsión a través del motor cohete que lleva el lanzador en la parte inferior. Posteriormente, cuando se llega a una altura en la que casi no hay aire y por tanto la resistencia aerodinámica prácticamente se anula, se desprende la parte superior del fuselaje que protege a la carga de pago (el satélite) y de esta forma se facilita la etapa siguiente. En la cuarta fase, tras el apagado de la etapa criogénica, la misión prosigue con la operación de la etapa superior. En la quinta y última fase, el satélite se libera del lanzador y está listo para empezar a trabajar o para alcanzar la órbita definitiva, utilizando sus propios motores cohetes.

 

Precisamente en esta última fase es donde experimentaron un problema los satélites 5 y 6 del programa Galileo (el sistema de navegación por satélite europeo) lanzados por la ESA el pasado 22 de agosto. Según fuentes oficiales, los satélites fueron colocados en una órbita más baja y elíptica, en lugar de la órbita circular prevista. Cuando se produce una anomalía en la órbita de inyección, esto puede significar dos cosas, ambas con importantes consecuencias sobre la vida útil del satélite:


La primera, el satélite se halla en el plano correcto de la órbita pero está a una altura inferior a la de operación. En este caso tan solo será necesario encender los motores del satélite cuando se halle en el perigeo y apogeo para darle un impulso tangencial a la órbita, una o varias veces, según se necesite que el satélite esté operativo rápidamente pero gastando más combustible, o se tarde más en hacerlo operativo pero con un gasto inferior de combustible. Ver figura 2:

[Img #22254]
 
El segundo problema sería que no solo no haya alcanzado la altura correcta sino que además se halle en un plano con distinta inclinación al de operación. En este caso, será necesario hacer un cambio de plano y una vez el satélite esté en el plano correcto habrá que realizar la misma operación que en el caso de que la altura sea distinta dando impulsos en el perigeo y apogeo de la órbita. Ver figura 3:

[Img #22255]

 

Durante la vida de operación del satélite, éste necesitará el combustible para encender los motores y posicionarse adecuadamente en la órbita ya que se halla expuesto a muchas perturbaciones provenientes de la interacción gravitatoria del Sol, la Tierra y la Luna fundamentalmente, así como del campo magnético terrestre, el viento solar, etc. En el segundo caso, lógicamente la vida útil del satélite se reduce más, aunque en el primero las consecuencias también son importantes. 


En el caso del programa Galileo, se trata de satélites de órbita Meo (concretamente 23222 Km de altura) y tienen un inclinación respecto al plano del ecuador de 56º. Su masa es de unos 750 kg y pueden ser lanzados por el lanzador europeo Ariane 5 (que tiene capacidad para 4) o el lanzador ruso Soyuz (que puede transportar 2 satélites). La vida útil de estos satélites es de aproximadamente 12 años. El incidente sufrido por los satélites 5 y 6 probablemente dará lugar al retraso en el resto del programa, , ya que la incorporación de ambos vehículos no podrá realizarse tal como estaba previsto originalmente, la vida útil habrá sido inferior y esto implicará la necesidad de una reposición temprana, acarreando ello significativas pérdidas económicas.


[Img #22257]

 

Resto de imágenes: Archivo de Carlos Ganado Alcocer
 

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