Órbita temporal utilizada durante el lanzamiento de una nave espacial
Una órbita de estacionamiento es una órbita temporal que se utiliza durante el lanzamiento de una nave espacial . Un vehículo de lanzamiento sigue una trayectoria hasta la órbita de estacionamiento, luego se desvía por un tiempo y luego los motores se encienden nuevamente para ingresar a la trayectoria final deseada.
Una trayectoria alternativa que se utiliza en algunas misiones es la inyección directa , donde el cohete dispara de forma continua (excepto durante las etapas de preparación) hasta que se agota su combustible, terminando con la carga útil en la trayectoria final . Esta técnica fue utilizada por primera vez por la misión soviética Venera 1 a Venus en 1961 .
Razones para su uso
Nave espacial geoestacionaria
Las naves espaciales geoestacionarias requieren una órbita en el plano del ecuador. Para llegar a ella se necesita una órbita de transferencia geoestacionaria con un apogeo directamente sobre el ecuador. A menos que el lugar de lanzamiento esté bastante cerca del ecuador, se requiere una cantidad de combustible imprácticamente grande para lanzar una nave espacial directamente a esa órbita. En lugar de eso, la nave se coloca con una etapa superior en una órbita de estacionamiento inclinada. Cuando la nave cruza el ecuador, se enciende la etapa superior para elevar el apogeo de la nave espacial a la altitud geoestacionaria (y a menudo también se reduce la inclinación de la órbita de transferencia). Finalmente, se requiere un encendido circular para elevar el perigeo a la misma altitud y eliminar cualquier inclinación restante. [1]
Nave espacial translunar o interplanetaria
Órbita de estacionamiento para una de las primeras misiones del Ranger a la Luna. Tenga en cuenta que el ángulo de lanzamiento varía según el momento del lanzamiento dentro de la ventana de lanzamiento.
Para llegar a la Luna o a un planeta en el momento deseado, la nave espacial debe ser lanzada 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 permitió tiempo para la verificación 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 generar una serie de desafíos técnicos. Por ejemplo, durante el desarrollo de la etapa superior del Centaur se detectaron los siguientes problemas que se tuvieron que solucionar: [4]
La combustión por inyección se produce en condiciones de gravedad cero .
Si se utiliza la misma etapa superior que realiza la inyección en la órbita de estacionamiento para la combustión de inyección final, se requiere un motor de cohete de combustible líquido reiniciable.
Durante la órbita de estacionamiento, los propulsores se alejarán del fondo del tanque y de las entradas de las bombas. Esto se debe solucionar mediante el uso de diafragmas de tanque o cohetes de vacío para asentar el propulsor nuevamente en el fondo del tanque. [5]
Se necesita un sistema de control de reacción para orientar la etapa correctamente para la combustión final, y quizás para establecer una orientación térmica adecuada durante el avance.
Los propulsores criogénicos deben almacenarse en tanques bien aislados, para evitar una ebullición excesiva durante la marcha por inercia.
La duración de la batería y otros consumibles deben ser suficientes para la duración del estacionamiento y la inyección final.
El programa Apolo utilizó órbitas de estacionamiento, por todas las razones mencionadas anteriormente, excepto las que se refieren a las órbitas geoestacionarias. [7] [8]
Cuando el transbordador espacial lanzó sondas interplanetarias como Galileo , utilizó una órbita de estacionamiento para entregar 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 necesita múltiples reinicios y la penalización es pequeña para su típica misión GTO , ya que su sitio de lanzamiento está cerca del ecuador. Una segunda etapa menos utilizada, el Ariane-5ES tiene capacidad de múltiples reinicios y se ha utilizado para misiones como el Vehículo de Transferencia Automatizado (ATV) que utilizan órbitas de estacionamiento. [11] La etapa superior del Ariane 6 admite múltiples reinicios y se puede utilizar con misiones que requieren órbitas de estacionamiento.
En un ejemplo literal de órbita de estacionamiento, el vehículo de transferencia automatizado podría estacionarse durante varios meses en órbita mientras espera su encuentro con la Estación Espacial Internacional . Por razones de seguridad, el ATV no podría acercarse a la estación mientras un transbordador espacial estuviera acoplado o cuando una Soyuz o Progress estuviera maniobrando para atracar o partir. [12]
Referencias
^ Charles D. Brown (1998). Diseño de misiones espaciales. AIAA. pág. 83. ISBN 978-1-60086-115-4.
^ Hall, R. Cargill (1977). LUNAR IMPACT - A History of Project Ranger. Serie de Historia de la NASA (informe técnico). Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . NASA SP-4210 . Consultado el 11 de noviembre de 2011 .
^ ab "Expediciones del Apolo a la Luna".Capítulo 3.4
^ "Domando el 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) del original el 18 de julio de 2021.
^ "Briz-M: el remolcador espacial caballo de batalla de Rusia".
^ "Ventana de lanzamiento del aterrizaje lunar del Apolo: factores de control y 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, Louisa.; Bright, Larrye.; Wolf, Arona. (1992). "Diseño de la trayectoria de Galileo". Space Science Reviews . 60 (1–4): 23. Bibcode :1992SSRv...60...23D. doi :10.1007/BF00216849. S2CID 122388506.
^ Chris Gebhardt (18 de febrero de 2020). "Ariane 5 eleva los satélites japoneses y surcoreanos a la órbita de transferencia geoestacionaria". NasaSpaceFlight.com.
^ "Ariane-5ES".
^ Stephen Clark. "Se fija nueva fecha para el lanzamiento inaugural de la nave de reabastecimiento europea". Spaceflight Now.
