_PERFECTO_

Alrededor de 13,75 mil millones de años atrás nació nuestro universo. Apenas ocurrido ese evento (unos 380.000 años después), la luz primigenia se disparó hacia todas las direcciones. Bajo estas circunstancias, el universo en sí había comenzado a expandirse. Esta inflación empezó a desacelerarse luego del primer evento, pero desde entonces la tasa de expansión se ha ido incrementando de manera estable debido a la presencia de la llamada “energía oscura”. El Universo Observable Este mapa intenta mostrar el Universo visible. Las galaxias en el Universo tienden a juntarse en lo que llamamos Superclusters que a su vez estan rodeados por gigantescos voids, dandole al universo una apariencia celular. Debido a que la luz en el Universo viaja a una velocidad constante, podemos ver objetos en el borde del Universo cuando este era muy joven hace mas de 14 mil millones de años. - Numero de superclusters en un radio de 14 mil millones de años luz = 10 millones - Numero de grupos galácticos en un radio de 14 mil millones de años luz = 25 mil millones - Numero de grandes galaxias en un radio de 14 mil millones de años luz = 350 mil millones - Numero de galaxias pequeñas en un radio de 14 mil millones de años luz = 7 billones - Numero de estrellas en un radio de 14 mil millones de años luz = 30 000 trillones (3x10²²) El universo en un radio de 2000 millones de años luz (los superclusters) El universo en un radio de 1000 millones de años luz (superclusters cercanos) El universo en un radio de 500 millones de años luz (superclusters más lejanos) Esencialmente, el cosmos ha estado creciendo a una tasa cada vez mayor. Es decir, acelerándose de manera estable. Los cosmólogos estiman que los fotones más viejos que podemos observar han viajado durante 45 mil millones de años desde el Big Bang, lo que indica que nuestro universo observable mide alrededor de 90 mil millones de años luz de ancho. Estos 90 mil millones de años luz contienen a todos los quarks, cuásares, estrellas, planetas, nebulosas, agujeros negros y a todo lo demás que pudiésemos observar. Pero el universo observable solo contiene a la luz que ha sido capaz de alcanzarnos. Mucho más universo existe más allá de lo que somos capaces de observar. De acuerdo a la teoría de la Relatividad Especial, los objetos que están muy juntos no pueden moverse más rápido que la velocidad de la luz relativamente el uno del otro; sin embargo, esa ley no aplica a los objetos que están muy distantes el uno del otro cuando el espacio entre ellos está, en sí mismo, expandiéndose. De acuerdo a la teoría de la inflación cósmica, el tamaño total del universo es al menos 10^23 veces más grande que el universo observable. Por lo tanto el tamaño del universo observable sería: -93.000.000.000 años luz Mientras que el tamaño del universo no observable sería: -100.000.000.000.000.000.000.000.000 años luz Eso es una importante cantidad de universo que nos estamos perdiendo. Así que, ¿qué nos estamos perdiendo exactamente? ¿Qué yace más allá de lo inobservable? Dado que no podemos verlo o medirlo, no sabemos qué hay más allá de los límites del universo observable. Sin embargo, tenemos algunas hipótesis que consideran lo que podría existir en lo desconocido. A pesar de lo extraña que sea, esta primer teoría es una de las más sencillas de digerir. Los astrónomos piensan que el espacio fuera del universo observable podría ser una infinita expansión de lo que vemos en el cosmos a nuestro alrededor distribuido muy similarmente a como es en el universo observable. Esto suena lógico. Después de todo, ¿quién puede imaginar a un universo que tiene en el borde una enorme pared de ladrillos? Entonces, de algún modo, la infinidad tiene sentido. Pero “infinito” significa que, más allá del universo observable, no solamente vas a encontrar planetas, estrellas y otras formas de materia; eventualmente encontrarías a todo lo posible. TODO LO POSIBLE. Eso significa que en algún lugar allá afuera, hay otra persona idéntica a vos en todos los sentidos. Y también hay un “vos” que es apenas un poco distinto a vos. Alguno podría estar leyendo este artículo ahora mismo; la única diferencia es que uno se rasco la nariz y vos no (¿o sí?). Esta noción parece inconcebible. Pero en sí, el infinito es bastante inconcebible. Otra teoría trabaja sobre algo llamado “flujo oscuro”. En el 2008 los astrónomos descubrieron algo muy extraño e inesperado. Cúmulos de galaxias moviéndose en una misma dirección y a una inmensa velocidad, a más de 3 millones 200 mil kilómetros por hora. Una causa posible: Estructuras masivas fuera del universo observable ejerciendo influencia gravitacional. En cuanto a las estructuras en sí mismas podrían estar hechas de cualquier cosa: ya sea de gigantes cantidades de masa y energía (en una escala que difícilmente podríamos imaginar), o incluso complejas deformaciones del espacio-tiempo que están canalizando fuerzas gravitacionales desde otros universos. Sencillamente no sabemos qué clase de objetos masivos son. Recientes análisis han pretendido derrocar el modelo del “flujo oscuro”, pero esto todavía está siendo disputado. El Multiverso, impresión artística La teoría de cuerdas es otra respuesta posible. Esta teoría asevera que nuestro universo es una burbuja de espacio-tiempo en una infinidad de universos paralelos anfitriones. Así que la totalidad de nuestro universo existiría en una pequeña burbuja entre unas vasta colección de otras “burbujas”. Los teóricos llaman a esto el “Multiverso”. Resulta interesante que la teoría de cuerdas suponga que estos universos podrían entrar en contacto los unos con los otros. La gravedad puede fluir entre estos universos paralelos, y cuando entran en contacto, un big bang como el que le dio origen a nuestro universo ocurre.

Una cantidad misteriosa conocida como energía oscura constituye cerca de las tres cuartas partes del universo, sin embargo, los científicos no están seguros, no sólo lo que es, ni la forma en la que opera. ¿Cómo, entonces, pueden saber que existe esta extraña fuente? El universo en expansión Hace casi un siglo, la Teoría General de la Relatividad de Einstein, predijo que el Universo debía colapsar debido a la implacable atracción de la gravedad. Sin embargo, como muchos otros científicos de su tiempo, Einstein asumió que el Universo no cambiaba y era más bien estático. Para hacer que sus ecuaciones se ajustaran a tales suposiciones, Einstein añadió algo que él llamó "la constante cosmológica", cuya gravedad es repulsiva, sin tener la certeza de que ésta podría ser real. Albert Einstein modificó el entendimiento humano acerca del universo de manera fundamental. La relatividad especial nos hizo revisar nuestras nociones del tiempo y el espacio, y la relatividad general modificó estas ideas para incluir una explicación de la hasta entonces misteriosa fuerza de gravedad. En 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble estudió la explosión de estrellas conocidas como supernovas y descubrió que el universo se está expandiendo. Desde entonces, los científicos han tratado de determinar qué tan rápido. Parecía evidente que la gravedad pondría freno a la propagación del cosmos, por lo que la pregunta que muchos se preguntaron fue, cuánto es la ralentización de la expansión? A principios de 1990, una cosa estaba bastante segura acerca de la expansión del Universo. Podría tener suficiente densidad de energía para detener su expansión y colapsar, podría tener tan poca densidad de energía que nunca dejaría de expandirse, pero se estaba seguro de que la gravedad podría desacelerar la expansión. Por supuesto, no se había observado la desaceleración, pero, en teoría, el universo tenía que reducir la velocidad. El universo está lleno de materia y la fuerza de atracción de la gravedad tira de toda la materia en conjunto. Hacia el año 1998 se realizaron observaciones con el telescopio espacial Hubble (HST. Dos equipos independientes de astrofísicos volvieron sus ojos a las supernovas (Tipo Ia) distantes para calcular la deceleración. Para su sorpresa, descubrieron que la expansión del universo no se estaba ralentizando, se acelera! Nadie esperaba esto, nadie sabía cómo explicarlo. Pero algo estaba causando. Con el tiempo los teóricos propusieron tres tipo de explicaciones. Tal vez fue el resultado de una versión descartada de la teoría de Einstein de la gravedad, que contenía lo que se llamó una "constante cosmológica". Tal vez había algún tipo extraño de la energía del fluido que llena el espacio. Tal vez hay algo mal con la teoría de Einstein de la gravedad y una nueva teoría podría incluir algún tipo de campo que crea esta aceleración cósmica. Los teóricos todavía no saben cuál es la explicación correcta es, pero se han dado a la solución de un nombre. Se llama energía oscura. ¿Qué es la energía oscura? La figura muestra los cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15 millones de años. La curva cambia notablemente hace unos 7.5 millones de años, cuando los objetos en el universo comenzarom a apartarse entre sí a un ritmo más rápido. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión acelerada se debe a una misteriosa fuerza oscura que está tirando de las galaxias separandolas. Pero no sabemos qué es. Sabemos cuánta energía oscura hay porque sabemos cómo afecta a la expansión del Universo. Aparte de eso, todo es un completo misterio. Pero es un misterio importante. Resulta que aproximadamente el 70 % del Universo es energía oscura. La materia oscura constituye alrededor del 25%. El resto, todo en la Tierra, todo lo que alguna vez se observa con todos nuestros instrumentos, toda la materia normal, suma menos del 5% del Universo. Una explicación para la energía oscura es que es una propiedad del espacio. Albert Einstein fue el primero en darse cuenta de que el espacio vacío no es la nada. El espacio tiene increíbles propiedades, muchas de ellas están empezando a ser entendidas. Una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, la versión que contiene una constante cosmológica, hace la siguiente predicción: "espacio vacío" puede poseer su propia energía. Debido a que esta energía es una propiedad del espacio mismo, no se diluiría a medida que el espacio se expande. Como el espacio es más grande, más energía entonces, por lo cual, la expanción será cada vez más rápida. Por desgracia, nadie entiende por qué la constante cosmológica debe aún estar allí, y mucho menos por qué tiene exactamente el valor correcto para obtener la aceleración observada del Universo. Otra explicación dice que el "espacio vacío" está en realidad lleno de partículas (virtuales) temporales que se forman continuamente y luego desaparecen. Pero cuando los físicos trataron de calcular la cantidad de energía que esto le daría al espacio vacío, la respuesta salió mal, mal por mucho. El número salió 10^120 veces más grande. Eso es un 1 seguido de 120 ceros. Es difícil obtener una respuesta tan mala. Así que el misterio continúa. Una posible solución para la energía oscura es que el universo está lleno de un campo de energía cambiante, conocido como "quintaesencia ". Pero, si la quintaesencia es la respuesta, todavía no sabemos lo que es, lo que interactúa con, o por qué existe. Así que el misterio continúa. Una última posibilidad es que la teoría de la gravedad de Einstein no es la correcta. Que no sólo afecta a la expansión del Universo, sino que también afectaría a la forma en que la materia normal en las galaxias y cúmulos de galaxias se comportan. Este hecho sería clave decidir si la solución al problema de la energía oscura es una nueva teoría de la gravedad. ¿Qué tipo de teoría sería? ¿Cómo podría describir correctamente el movimiento de los cuerpos en el Sistema Solar, como la teoría de Einstein es conocida por ya explicarlo, y todavía darnos la predicción para el Universo que necesitamos? Hay teorías candidatas, pero ninguna es convincente. Así que el misterio continúa. Lo que se necesita para decidir entre las posibilidades de la energía oscura - una propiedad del espacio, una nueva dinámica de fluidos, o una nueva teoría de la gravedad - es más datos, mejores datos. Y hasta el momento la teoría más aceptada considera que la energía oscura una propiedad del espacio. Es decir, un universo con la constante cosmológica de Einstein.

Hoy,el 3 de Julio a las 21:09:00 hora Argentina, es decir a la distancia más lejana al Sol sobre su órbita, que es a 1,0167 Unidades Astronómicas o 152.093.369,99 km. La posición de la tierra sobre su órbita no tiene que ver con los cambios estacionales (esto es fácil de darse cuenta si pensamos que hoy, que pasaremos por el punto más alejado del Sol, en el hemisferio Sur es invierno mientras que en el hemisferio Norte es verano). Como se muestra en la imagen (en la cual está exagerada la elipse que recorre la tierra), la línea de los ápsides correspondiente al eje mayor (2a) de la elipse contiene también el PERIHELIO, es decir el punto en el cual la Tierra se ubica en la distancia más cercana al Sol, ubicado en el extremo opuesto al Afelio y ocurrirá el 4 de enero de 2015 a las 03:23:28 hora argentina, estando en ese momento a 147.495.000km, es decir a casi 5 millones de kilómetros más cerca que en el afelio. Esta línea de los ápsides se mueve en sentido directo sobre la Eclíptica (de Oeste a Este, en la figura en sentido inverso a las agujas del reloj), en aproximadamente 11,5” de arco de grado por año y da una vuelta completa sobre la órbita terrestre en 112.695,65 años. Dentro de 56.347,82 años el perihelio ocurrirá en una fecha cercana al 4 de Julio. Este movimiento ocurre en toda elipse (órbita) de un planeta, cometa o asteroide. Afelio (del griego απο = lejos de, y ηλιοs = el Sol) es el punto más alejado de la órbita de un planeta alrededor del Sol. Es el opuesto al perihelio, el punto más cercano al Sol. En los elementos orbitales, se representa por Q. Si a es la distancia media y e la excentricidad, entonces Q = a(1+ε). Tal como establece la segunda de las leyes de Kepler, la velocidad de traslación del planeta es mínima en el afelio y máxima en el perihelio. Ambos puntos de la órbita reciben el nombre de puntos apsidales.

Lo más básico Antes de comenzar nuestro viaje debemos repasar un par de conceptos básicos sobre mecánica celeste. Para simplificar el problema, vamos a suponer que la Tierra y la Luna son dos cuerpos estáticos y que están solos en el Universo. En este caso ideal, para viajar a la Luna solamente deberíamos superar la gravedad terrestre y dirigirnos a nuestro satélite. Para escapar del campo gravitatorio de la Tierra es necesario alcanzar una velocidad de unos 11 km/s (40000 km/h), pero obviamente podemos aumentar la velocidad si queremos llegar a antes a nuestro destino. De todas formas, un error muy común es suponer que necesitamos alcanzar la velocidad de escape para alcanzar la Luna. No es cierto. Basta con situarse en una órbita muy elíptica (con una excentricidad muy alta) en la que el perigeo -el punto de la órbita más cercano a la Tierra- sea de unos 150-400 kilómetros y el apogeo esté situado en la órbita lunar, que se halla a una distancia de 363000-405000 kilómetros. Esquema de misión de una misión Apolo Lo que pasa es que la órbita de transferencia posee una excentricidad tan alta que es muy fácil convertirla en una órbita hiperbólica -es decir, de escape- con un poco de velocidad extra. De hecho, para situarnos en esta órbita de transferencia suele ser necesario alcanzar unos 10,8 km/s. Como vemos, una velocidad que está muy cerca de la velocidad de escape (o ‘segunda velocidad cósmica’, como dicen los rusos). En este caso ideal, da igual la inclinación del plano de la órbita de transferencia. Cualquier órbita es válida para alcanzar la Luna siempre y cuando su apogeo esté situado a la distancia de la órbita lunar o más allá. Una vez cerca de la Luna debemos decidir qué queremos hacer, si chocar o descender suavemente sobre nuestro satélite de forma directa -una maniobra que se conoce como ascenso directo por motivos obvios- o entrar en órbita lunar. Lo normal es que optemos por situarnos en órbita, incluso si nuestro objetivo es la superficie. Sin embargo, el sistema Tierra-Luna no es estático y nuestro satélite se mueve alrededor de la Tierra en una órbita con un periodo de unos 27 días y 7 horas. La primera consecuencia obvia es que estamos disparando sobre un blanco móvil. Es decir, no podemos enviar una nave directamente a la Luna, sino a la posición que ocupará nuestro satélite cuando la nave llegue a la distancia de la órbita lunar. La segunda consecuencia es que, de acuerdo con las reglas de la mecánica celeste, resulta más favorable energéticamente hablando lanzar una nave en el plano de la órbita lunar si queremos entrar en órbita o aterrizar en nuestro satélite (si lo que queremos es chocar con la Luna esto nos da igual). Trayectoria de la sonda soviética Luna 2. Como vemos, el plano de su trayectoria es casi perpendicular al plano de la órbita lunar. En este caso daba igual porque el objetivo de la Luna 2 era chocar con la Luna Para alcanzar la Luna de forma directa necesitaremos entonces una órbita elíptica de transferencia, lo que viene siendo una órbita de Hohmann de toda la vida. La órbita de Hohmann de mínima energía tendrá un plano similar al de la órbita de la Luna. Si nuestra nave acelera hasta 10,8 km/s mientras está en órbita baja terrestre, quedará situada en una órbita de transferencia de Hohmann con un apogeo en la órbita lunar (380000 kilómetros). Una vez alcanzado el apogeo, se moverá a 0,2 km/s, mientras que la Luna se mueve en su órbita a 1,03 km/s. Por lo tanto, la nave deberá realizar un encendido adicional sobre la cara oculta para igualar su velocidad con la de la Luna y colocarse en órbita de nuestro satélite. Por suerte para nosotros, la Luna rota muy despacio sobre su eje (la duración de su día casi es igual a su periodo), así que la inclinación o sentido de la órbita lunar es indiferente a la hora de alcanzar la superficie. Es decir, la Delta-V (energía) necesaria para alunizar en un punto determinado desde cualquier órbita lunar es casi la misma, de unos 1,7 km/s. Por lo tanto, ya hemos llegado a la Luna. Una órbita de transferencia de Hohmann (en rojo) entre la Tierra y la Luna Complicando las cosas Lamentablemente, aquí es cuando las cosas se empiezan a complicar. Para empezar, nuestro planeta gira sobre su eje una vez cada 24 horas. Además, el plano de la órbita lunar no coincide con el plano del ecuador terrestre ni con el de la eclíptica (el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol), sino que está inclinado 5,145º con respecto a la eclíptica. Esto significa que, vista desde la Tierra, la Luna puede estar 28,58º por encima o por debajo del plano del ecuador como máximo o 18,3º como mínimo. Este ángulo se denomina declinación lunar o declinación a secas y su variación tiene un periodo de 18,6 años. Esto ocasiona otra confusión muy común, que es pensar que nuestro centro de lanzamiento debe estar situado en una latitud menor de 29º para poder situarse en una trayectoria de transferencia a la Luna. En realidad más bien es lo contrario. Se puede alcanzar la Luna desde cualquier punto de la superficie terrestre -aunque no con la misma Delta-V-, pero aquellos centros de lanzamiento situados a latitudes por encima de 28,5º poseen dos oportunidades de lanzamiento cada día durante todo el año, mientras que el resto sólo tienen una. ¿Cómo es esto posible? El error consiste en pensar que únicamente se puede lanzar una nave a la Luna en una trayectoria cuyo plano orbital coincida con el de la Luna. Pues bien, no es necesario en absoluto. Hemos dicho que en un caso ideal es recomendable que ambos planos coincidan, pero no pasa nada si existe cierta diferencia (es más, dependiendo de la misión es obligatorio que exista cierta diferencia entre los planos). Por supuesto, mandar una nave a la Luna desde una órbita polar alrededor de la Tierra es muy ineficiente, pero no imposible gracias a que la velocidad orbital de la Luna es relativamente baja. Eso sí, nos interesa lanzar nuestra nave lo más cerca del ecuador que podamos para aprovechar la rotación terrestre y aumentar la carga útil de nuestra misión, un requisito fundamental a la hora de mandar grandes naves tripuladas. El plano de la órbita de transferencia no tiene que ser igual al de la Luna Como vimos arriba, la órbita de transferencia ideal es una órbita Hohmann con un perigeo de 150-400 kilómetros. Este perigeo está en el extremo opuesto de una línea imaginaria que lo une con la Luna -o mejor dicho, la posición de la Luna cuando la nave llegue a ella-. Es decir, la nave debe encender sus motores para acelerar a 10,8 km/s cuando pase por este punto. La clave pasa entonces por determinar dónde está situado este punto -denominado punto antipodal lunar- en la órbita baja. Una vez calculado, sólo tenemos que poner un vehículo en órbita de tal forma que intercepte dicho punto y efectuar el encendido translunar o TLI (Translunar Injection) una vez lleguemos a él. No tan rápido. Primero debemos tener en cuenta que la Luna tiene un campo de gravedad propio. ¿Y qué tiene esto que ver para el cálculo del punto antipodal? Pues que nuestra órbita de transferencia se deformará cerca de la Luna. Por eso es recomendable apuntar nuestro vehículo a un punto por delante de la posición real de la Luna cuando la nave llegue a su destino. El vehículo también se situará en órbita lunar sobre la cara oculta como en el ejemplo ideal que vimos antes, pero en este caso la órbita será retrógrada (de este a oeste) sobre la Luna. Como hemos comentado, la lenta rotación lunar juega a nuestro favor y a la hora de alunizar nos da básicamente igual el sentido de avance o inclinación de nuestra órbita. Nuestra trayectoria ideal se deforma cerca de la Luna por su campo gravitatorio El punto antipodal para nuestra órbita de transferencia está desfasado (20º en las misiones Apolo) para compensar por la gravedad lunar En definitiva, el punto antipodal no corresponderá a la posición prevista de la Luna en el apogeo, sino a un punto situado varios grados por delante de nuestro satélite en su órbita (en el caso de las misiones Apolo, 20º aproximadamente). Ahora solo tenemos que saber dónde se encuentra el dichoso punto. Obviamente, con respecto a la superficie de la Tierra el punto antipodal es móvil y se desplaza según una combinación de dos movimientos. Por un lado tenemos la variación mensual causada por la traslación de la Luna alrededor de la Tierra. Esto implica, como ya dijimos, que el punto antipodal estará situado en una curva sinusoidal entre las latitudes +28,5º y -28,5º como máximo. El punto se mueve sobre esta curva 0,54º por hora en la dirección de oeste a este debido a la traslación de la Luna. Por otro lado tenemos la rotación terrestre, que hace que el punto se mueva 15º por hora en dirección este a oeste trazando una circunferencia. Movimiento del punto antipodal por la traslación lunar Variación diaria del punto antipodal lunar por la rotación de la Tierra Órbitas posibles desde Cabo Cañaveral y las regiones por las que pasa el plano lunar (líneas discontinuas). Donde se intersectan estas líneas es posible llevar a cabo el TLI Posibles órbitas desde Cabo Cañaveral y los puntos de inyección translunar (la línea discontinua es el plano lunar) Estos dos movimientos deben sumarse para calcular la posición del punto antipodal sobre la superficie terrestre en un momento dado. Ahora debemos calcular cuánto tardaremos en alcanzarlo para una órbita determinada y ya está. Dependiendo de la posición de nuestro centro de lanzamiento y de la órbita inicial, podemos tardar más o menos en llegar hasta el punto.Recordemos que la órbita que podemos alcanzar desde un centro de lanzamiento siempre tendrá, como mínimo, una inclinación con respecto al ecuador similar a la latitud a la que está situada la rampa. A modo de ejemplo, desde Cabo Cañaveral sólo puedo alcanzar órbitas con una inclinación mínima de 28,5º (o sea, la latitud del centro espacial)[1]. Si interceptamos el punto antipodal mientras viajamos de norte a sur y llevamos a cabo el encendido TLI, nuestra órbita de transferencia pasará por debajo del plano de la órbita lunar, mientras que en caso contrario estará situada sobre el plano de la Luna. Como veremos en un momento, este hecho es de especial trascendencia a la hora de planear nuestra misión. En el caso de las misiones Apolo, el TLI podía tener lugar cerca del Pacífico o del Atlántico. En el primer caso, el más común, la nave quedaba situada en una trayectoria que pasaba por encima del plano lunar. Inclinación de la trayectoria sobre el plano lunar dependiendo del lugar de inserción para las misiones Apolo Sólo nos queda una cosa más antes de salir de la Tierra. Dijimos que la órbita Hohmann de mínima energía requería una velocidad de 10,8 km/s aproximadamente, pero en este caso tardaríamos cinco días en llegar a la Luna. Si añadimos un poco de velocidad podemos acortar considerablemente el tiempo de vuelo, a costa claro está de disminuir la carga útil. Por ejemplo, con una velocidad de 10,9 km/s el tiempo se reduce ya a tan sólo 2,5 días. Para misiones automáticas no importa mucho que la nave pase varios días de más en el espacio (la sonda LRO usó una trayectoria de 4,5 días para viajar a la Luna), pero si hablamos de misiones tripuladas la cosa cambia. Y mucho. Obviamente, no es lo mismo llevar oxígeno y víveres para seis días que para diez (una nave tripulada debe regresar a la Tierra), de ahí que las misiones Apolo eligiesen un tiempo de vuelo de tres días como compromiso (reducir el tiempo de vuelo un poco más no compensaba la disminución en la carga útil). Velocidad de inyección frente al tiempo de vuelo para una trayectoria lunar Trayectoria de transferencia lunar del Apolo 11 Ahora debemos tener en cuenta otra limitación. Dijimos antes que para alcanzar nuestro punto anntipodal podemos usar cualquier órbita disponible desde nuestro centro de lanzamiento. Pero el caso es que, además de la limitación de la latitud, existe otro condicionante y es la imposibilidad de sobrevolar zonas pobladas durante el lanzamiento. Teniendo esto en cuenta, los azimuts de lanzamiento desde Cabo Cañaveral durante las misiones Apolo estaban limitados al rango 72º-108º (90º es dirección este). En el caso de Baikonur la limitación principal tenía como objetivo el evitar sobrevolar China, por lo que las órbitas de aparcamiento de las naves lunares tenían una inclinación de 52º. Otra limitación en el azimut de lanzamiento está relacionada con la necesidad de disponer de estaciones de seguimiento en tierra, ya que por lo general nos interesa disponer de una o varias estaciones para recibir telemetría del lanzador y la nave. Actualmente la NASA dispone de la red TDRS que permite comunicarse con cualquier satélite en órbita baja, pero en los años 60 esta red no existía y esta limitación era muy importante a la hora de planificar una misión. Cualquier desviación del azimut óptimo de 90º supone una pérdida de prestaciones del lanzador y una drástica disminución en su capacidad de carga. Posibles azimuts de lanzamientos para lanzamientos desde Cabo Cañaveral La desviación en el azimut de lanzamiento disminuye la carga útil de un lanzador (en este caso, el Saturno V) Bueno, pues ya nos podemos sentar cómodamente y viajar hasta la Luna. Ahora toca elegir una zona para alunizar. Claro que, como ya te puedes imaginar, las cosas no son tan sencillas. No se puede poner una chinche en una región de la Luna y decir, ‘¡allá vamos!’. Debemos pensar un poco más. Todas las misiones a la superficie lunar hasta la fecha han aterrizado en la cara visible para garantizar una comunicación directa con la Tierra sin necesidad de repetidores, algo que abarata y simplifica mucho la misión. Recordemos que el encendido de frenado en órbita lunar o LOI (Lunar Orbit Insertion) tiene lugar sobre la cara oculta, por lo que si nuestra órbita de transferencia pasaba por encima del plano lunar, la órbita lunar que alcancemos sólo sobrevolará regiones por encima del ecuador de la cara visible. Y lo contrario si nuestra órbita pasaba por el sur del plano. Esta limitación era muy importante para las sondas soviéticas, lanzadas desde Baikonur. La URSS prefería lanzar sus sondas en trayectorias por encima del plano lunar cuando éste formaba unos 18º con respecto al ecuador. De esta forma, las órbitas lunares alcanzadas por las sondas soviéticas pasaban por las regiones del norte de la cara visible, de ahí que casi todas ellas aterrizasen en el ecuador (la región energéticamente más favorable) o en el hemisferio norte. Latitudes lunares accesibles según la trayectoria de transferencia en las misiones Apolo La inserción lunar tiene lugar sobre la cara oculta y la inclinación de tu órbita de transferencia condiciona las regiones de la cara visible que puedes visitar Trayectorias de transferencia lunar para sondas lunares soviéticas. Podemos aumentar el número de zonas de alunizaje potenciales realizando un cambio de plano en órbita lunar. En la Luna, esta maniobra no es tan prohibitiva como en la órbita baja terrestre y puede salir a cuenta. Es más, en el caso de las últimas misiones Apolo, el módulo de mando CSM debía realizar un cambio de plano para compensar el desplazamiento del lugar de aterrizaje por la lenta rotación lunar y permitir así el acoplamiento con el módulo lunar (LM) al final de la misión. Las naves Apolo tenían un problema adicional, y es que al principio se había elegido una trayectoria de retorno libre para estas misiones. Si algo salía mal y el motor del CSM no funcionaba, la nave giraría alrededor de la Luna atraída por su gravedad y se dirigiría a la Tierra sin tener que llevar a cabo ninguna maniobra propulsiva. Pero la trayectoria de retorno libre sólo permite acceder a las regiones más próximas al ecuador lunar, así que la NASA decidió abandonarla después de las primeras misiones en favor de una trayectoria de retorno híbrida para poder alcanzar regiones localizadas a mayor latitud. Aunque mucha gente cree lo contrario, la misión Apolo 13 no estaba situada en una trayectoria de retorno libre, de ahí la urgencia de los controladores de la misión en usar el motor del LM cuanto antes y situar la nave en una trayectoria de este tipo antes de que fuese demasiado tarde. Huelga decir que para una misión no tripulada no hay necesidad de preocuparse por este tipo de cosas. Las misiones Apolo posteriores se apartaron de una trayectoria de retorno libre Hay un último factor clave. No querrás alunizar en la Luna en medio de la noche, ¿no? Efectivamente, la iluminación en el punto de aterrizaje es crucial, no sólo para poder ver algo a tu alrededor, sino también para garantizar un rango de temperaturas adecuado para tu traje espacial y el resto de equipos. En las misiones Apolo la iluminación de la zona de alunizaje debía ser tal que las rocas y cráteres proyectasen sombras apreciables para facilitar su reconocimiento durante el descenso final, pero éstas no debían ser demasiado extensas. El resultado es que el ángulo de la superficie con el Sol en el momento del alunizaje sólo podía estar entre 7º y 20º. Puesto que la Luna gira 13º al día, cada lugar de alunizaje podrá ser accesible solamente durante una ventana de 24 horas. Con la tecnología actual, las condiciones de iluminación no son ni mucho menos tan restrictivas. Con todas estas limitaciones, las ventanas de lanzamiento mensuales de las misiones Apolo podían durar varios días, pero no en todos había ventanas de lanzamiento diarias disponibles. Por lo general, los planificadores de las misiones Apolo lograron que cada mes hubiese una ventana de lanzamiento de tres o cinco días seguidos con una duración diaria de unas 2,5 horas. El siguiente vídeo de la NASA sobre las ventanas de lanzamiento en los Apolo te ayudará a aclarar estos conceptos Lugares de aterrizaje de sondas soviéticas y norteamericanas Tiempos máximos de estancia en la superficie lunar para las misiones Apolo según la región de la Luna. Esta limitación tenía que ver con la capacidad del CSM para cambiar de plano Otras formas de alcanzar la Luna Hasta ahora hemos visto cómo viajar a la Luna de forma directa, pero existen otros métodos que no requieren la fuerza bruta. Por ejemplo, si usamos un motor de muy bajo empuje (propulsión iónica), nuestra nave deberá llevar a cabo una órbita en espiral a la salida de la Tierra y al colocarse en órbita lunar. Este sistema no es recomendable para misiones tripuladas por su larga duración y porque somete a los astronautas a unas dosis de radiación muy altas al pasar varios días en los cinturones de radiación. No obstante, las sondas automáticas pueden usarla y de hecho ahí tenemos a la sonda SMART-1 de la ESA como ejemplo. Otro método consiste en un viaje por fases. En vez de realizar un único encendido TLI, la nave se sitúa en varias órbitas intermedias antes de dirigirse a la Luna, un método ideal para vehículos de lanzamiento pequeños y/o de poco empuje. Llevar a cabo un único encendido TLI con un motor de bajo empuje lleva demasiado tiempo, pero el Efecto Oberth nos recomienda que este tipo de impulsos se realicen lo más cerca posible de la Tierra. Por eso, si dividimos el impulso en varias igniciones obtenemos una mayor eficiencia en la maniobra y aumentamos la carga útil. A cambio, el tiempo de vuelo puede variar entre dos semanas y casi tres meses, por lo que este método no es muy recomendable para misiones tripuladas, pero varias misiones automáticas han hecho uso de este sistema, como las sondas norteamericanas Clementine y LADEE o la india Chandrayaan. Una ventaja adicional del método de inserción lunar por etapas es que las ventanas de lanzamiento son muchísimo más amplias que en el caso directo. Inyección translunar por etapas de la sonda india Chandrayaan-1 Inyección lunar por etapas de la sonda Clementine Pero actualmente el método que está de moda son las transferencias de baja energía, también conocidas como transferencias BLT (Ballistic Lunar Transfers) o transferencias WSB (Weak Stability Boundary). hasta los años 80, se pensaba que este tipo de trayectorias se pensaba que eran imposibles. A partir de cierto punto no podemos reducir la Delta-V total en la inyección translunar o nuestra nave no tendrá energía suficiente para alcanzar la Luna. Sin embargo, sí que podemos reducir la Delta-V necesaria para la inserción lunar aprovechando la gravedad del Sol. En los métodos anteriores, la gravedad solar prácticamente no se tiene en cuenta, pero en las trayectorias de baja energía el papel del Sol es fundamental. La nave se comporta como un surfero cabalgando olas gravitatorias, moviéndose entre las regiones donde la gravedad de la Tierra, el Sol o la Luna es dominante para maniobrar a su antojo por el sistema Tierra-Luna. Una sonda que use esta trayectoria se aleja primero de la Luna hasta una distancia de un millón y medio de kilómetros aproximadamente, donde la gravedad solar aumenta su intensidad y, usando una única maniobra propulsiva, sitúa a la nave en una trayectoria con un perigeo mayor que le permite entre en órbita lunar sin prácticamente gastar combustible. Trayectoria de baja energía de la sonda japonesa Hiten Ejemplo de una trayectoria de baja energía de 84 días La captura orbital mediante la transferencia balística es caótica, pero efectiva. Nuestra nave es como una hoja mecida por el viento gravitatorio del sistema Tierra-Luna-Sol, así que es necesario corregir la órbita con alguna maniobra adicional. La sonda japonesa Hiten fue en 1991 la primera sonda en realizar este tipo de trayectoria, seguida por la misión ARTEMIS de la ESA y las sondas GRAIL de la NASA. Esta transferencia requiere tiempos de vuelo de 70-120 días, pero permite duplicar la carga útil para una misión determinada (!) y aumentar la duración de las ventanas de lanzamiento. Una variante de este método consiste en pasar por los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Luna para reducir la Delta-V total de la misión.