Órbita temporal utilizada durante el lanzamiento de una nave espacial.
Una órbita de estacionamiento es una órbita temporal utilizada durante el lanzamiento de una nave espacial . Un vehículo de lanzamiento se lanza a la órbita de estacionamiento, luego se desplaza por un momento 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 su combustible, finalizando con la carga útil en la trayectoria final . La tecnología fue utilizada por primera vez en la misión soviética Venera 1 a Venus.
Razones de uso
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 esté bastante cerca del ecuador, se requiere una cantidad imprácticamente grande de combustible para lanzar una nave espacial directamente a esa órbita. En cambio, la nave se coloca con una etapa 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 reduce 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]
Naves espaciales translunares o interplanetarias
Órbita de estacionamiento para una de las primeras misiones Ranger a la Luna. Tenga en cuenta que el ángulo de lanzamiento varía según el tiempo de lanzamiento dentro de la ventana de lanzamiento.
Para llegar a la Luna o a un planeta en el momento deseado, la nave espacial debe lanzarse 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 permitía tiempo para el check-out 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 puede plantear una serie de desafíos técnicos. Por ejemplo, durante la etapa superior de desarrollo de Centaur , se observaron los siguientes problemas que debieron abordarse: [4]
La combustión por inyección se produce en condiciones de gravedad cero .
Si la misma etapa superior que realiza la inyección en órbita de estacionamiento se utiliza para la inyección final, se requiere un motor cohete de propulsor líquido reiniciable.
Durante la órbita de estacionamiento, los propulsores se alejarán del fondo del tanque y de las entradas de la bomba. Esto debe solucionarse mediante el uso de diafragmas de tanque o cohetes de vacío para depositar el propulsor en el fondo del tanque. [5]
Se necesita un sistema de control de reacción para orientar adecuadamente la etapa para el encendido final y tal vez para establecer una orientación térmica adecuada durante la inercia.
Los propulsores criogénicos deben almacenarse en tanques bien aislados para evitar una ebullición excesiva durante la inercia.
La duración de la batería y otros consumibles debe ser suficiente para la duración del estacionamiento y la inyección final.
El programa Apolo utilizó órbitas de estacionamiento, por todas las razones mencionadas anteriormente, excepto aquellas que pertenecen a órbitas geoestacionarias. [7] [8]
Cuando el transbordador espacial lanzó sondas interplanetarias como Galileo , utilizó una órbita de estacionamiento para llevar la sonda al punto de inyección correcto. [9]
El Ariane 5 no suele utilizar órbitas de estacionamiento. [10] Esto simplifica el lanzador ya que no es necesario un reinicio múltiple y la penalización es pequeña para su misión GTO típica , ya que su sitio de lanzamiento está cerca del ecuador. Una segunda etapa menos utilizada, el Ariane-5ES tiene capacidad de reinicio múltiple y se ha utilizado para misiones como el Vehículo de Transferencia Automatizada (ATV) que utiliza órbitas de estacionamiento. [11]
En un ejemplo literal de órbita de estacionamiento, el ATV podría estacionarse durante varios meses en órbita mientras espera encontrarse con la Estación Espacial Internacional . Por razones de seguridad, el ATV no podía acercarse a la estación mientras un transbordador espacial estuviera atracado o cuando una Soyuz o Progress estuviera maniobrando para atracar o partir. [12]
Referencias
^ Charles D. Brown (1998). Diseño de misiones de naves espaciales. AIAA. pag. 83.ISBN 978-1-60086-115-4.
^ Salón, R. Cargill (1977). IMPACTO LUNAR: una historia del Proyecto Ranger. Serie de Historia de la NASA (Reporte técnico). Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio . NASA SP-4210 . Consultado el 11 de noviembre de 2011 .
^ ab "Expediciones Apolo a la Luna".Capítulo 3.4
^ "Domesticación del hidrógeno líquido: el cohete de etapa superior Centaur 1958-2002" (PDF) . NASA.
^ Krivetsky, A.; Bauer, WH; Loucks, HL; Padlog, J. y Robinson, JV (1962). Investigación sobre técnicas de expulsión en gravedad cero (PDF) (Informe técnico). Centro de Información Técnica de Defensa. Archivado (PDF) desde el original el 18 de julio de 2021.
^ "Briz-M: el caballo de batalla del remolcador espacial de Rusia".
^ "Ventana de lanzamiento del aterrizaje lunar del Apolo: los factores de control y las limitaciones". NASA.
^ "Diario de vuelo del Apolo - Apolo 8, día 1: órbita terrestre e inyección translunar". NASA. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2008.
^ d'Amario, Luisa.; Brillante, Larrye.; Lobo, Arona. (1992). "Diseño de trayectoria de Galileo". Reseñas de ciencia espacial . 60 (1–4): 23. Código Bib :1992SSRv...60...23D. doi :10.1007/BF00216849. S2CID 122388506.
^ Chris Gebhardt (18 de febrero de 2020). "Ariane 5 eleva satélites japoneses y surcoreanos a la órbita de transferencia geoestacionaria". NASASpaceFlight.com.
^ "Ariane-5ES".
^ Stephen Clark. "El lanzamiento inaugural del barco de reabastecimiento de Europa tiene nueva fecha". Vuelos espaciales ahora.
