En elipses tus viajes a Marte serán
y contigo Yoda siempre estará ...
Generalmente cuando ves naves espaciales en pelis de ciencia ficción te imaginas a la tripulación viajando en línea recta hacia su objetivo. Las sondas robóticas que hemos enviado a otras partes del Sistema Solar así como los futuros viajes tripulados consideran viajes tomando ventaja de elipses y el manejo de energía potencial y cinética.
Parecería que todo en el Universo es estático, pero la realidad es que absolutamente todo se mueve. En el Sistema Solar hay que tomar en cuenta que para un viaje tripulado a Marte tenemos que considerar nuestra posición relativa respecto al planeta rojo al momento de lanzar, la posición en la que se encontrará Marte al momento de llegar y por supuesto, si compraste un boleto redondo las posiciones de ambos al momento de regresar.
Déjame te muestro dos posiciones clave de la Tierra con respecto a Marte para que veas de lo que estoy hablando.
Fuente: NASA
En la primera, la Tierra se encuentra en fase de oposición con respecto a Marte a una distancia aproximada de 56 millones de kilómetros. Aquí es cuando recibes el clásico mensajito de: “no dejes de ver el cielo, hoy Marte se verá como una toronja gigante en el firmamento”, lo cual es totalmente falso, jajaja.
En la segunda, la Tierra está en fase de conjunción con respecto a Marte a una distancia de 400 millones de kilómetros de la Tierra (10x la distancia aproximada de la Tierra a la Luna). ¿Qué es lo primero que piensas al ver esta imagen? Pues fácil, me espero a que ambos planetas estén en fase de oposición, me subo a un Starship apuntando en línea recta hacia Marte y listo. Estarías pensando mal, ¿contra intuitivo cierto? Toma en cuenta lo siguiente:
Nuestro planeta va a una velocidad aproximada de 30 km/s o de 108,000 km/h alrededor del Sol.1 Si tu lanzas una nave espacial de la Tierra, ésta saldrá al menos a 30 km/s y si no haces nada para corregir su rumbo se mantendrá en la misma órbita de la Tierra.2*
Un viaje en línea recta (Tierra-Marte), en oposición y viajando en dirección opuesta al Sol es algo que no se ha concebido y que conllevaría a contrarrestar esa energía cinética en dirección transversal (30 kms/s) 3 4 (checa el gráfico de abajo). Por otro lado también considera que Marte se mueve, así que esta alternativa no es opción para viajar a Marte.
Gracias a Walter Hohmann, matemático alemán, sabemos que para pasar de una órbita circular más pequeña a una más grande o viceversa podemos usar una órbita elíptica intermedia con el menor delta V posible. Recuerda que delta V es el cambio en velocidad necesario para pasar de una órbita a otra.
Puedes desviarte del punto 3 con la debida factura en aumento de combustible.
Viaje en línea recta: NASA
Viaje considerando una órbita de transferencia de Hohmann: NASA
P es el punto de partida en la Tierra y A es el punto de llegada a Marte. En el punto de partida, Marte se encuentra a 135.56 grados del punto A, de tal forma que considerando la velocidad de la Tierra, más la velocidad impulsando al cohete y la distancia que tiene que recorrer la nave llega al punto A al mismo tiempo.
Hohmann transfer utilizado para la sonda InSight de NASA en 2018: Wikipedia
Ni Brady lanza esta calidad de pases … jeje. No cabe duda, que Dios o quién haya creado el Universo, es un@ matemátic@ superdotad@.
Posición de Tierra y Marte al lanzar sonda Insight en Noviembre 2018. Fuente: NASA
Arriba verás un ejemplo de cómo utilizamos la órbita de transferencia de Hohmann (en rojo) para pasar de órbita terrestre (azul) y aterrizar en Marte (en amarillo) en donde el afelio de la órbita de transferencia hace tangente con la órbita de Marte.
Por otro lado, en el gráfico derecho podemos apreciar cómo pasar de órbita terrestre a la órbita de Venus (en verde) en donde el perihelio de la órbita de transferencia hace tangente con la órbita de Venus.
Ésta misma lógica de órbitas de transferencia es la que se utiliza para lanzar un satélite a órbita geo estacionaria (a 36,000 kms de la Tierra). Si, esos lindos satélites de siete toneladas que te van a permitir ver el Super Bowl el próximo mes. Primero se lanzan a órbita baja (400 kms, en amarillo) y de ahí aplican la órbita de transferencia de Hohmann (en verde) para llevarlo a su órbita destino (en azul).
No soy experto en mecánica orbital pero espero que este artículo haya sido una buena introducción para tí. Me gusta pensar que en Speisbol no aprendas de mí sino aprendas conmigo siendo éste el inicio de tu viaje exploratorio del sector espacial. En 15 a 20 años, cuando estés por comprar tu boleto a Marte, ojalá y te acuerdes que en el 2022 alguien te enseñó que éste no sería en línea recta sino en un divertido juego de elipses.
Ad Astra
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Zubrin, R. (1996). The Case for Mars. Free Press.
https://tinyurl.com/yc6542ay
Me salvaste, yo me hubiera ido sin duda, en línea recta. Sigo aprendiendo cosas interesantes en tus artículos. Gracias
Sí, ya lo había leído y por eso me surgió la duda. ¿Qué tendríamos que hacer como especie humana para preparar nuestros cuerpos para poder eventualmente colonizar Marte u otros planetas?