Asistencia gravitatoria

En astronáutica denominar asistencia gravitatoria a la maniobra destinada a utilizar la enerxía del campu gravitatoriu d'un planeta o satélite pa llograr una aceleración o frenáu de la sonda camudando la so trayeutoria.

Trayeutoria de la misión espacial Cassini, qu'utilizó l'asistencia gravitatoria.

El términu inglés utilizáu ye slingshot effect (efeutu fonda), swing-by (hamacarse) o gravity assist (asistencia de gravedá). Trátase d'una téunica común nes misiones espaciales destinaes al Sistema Solar esterior. P'aforrar costos nel cohete de llanzamientu diséñense complicaes trayectories que faen pasar la sonda por unu o dellos planetes antes de dirixise al so destín final. Pa poder utilizar l'asistencia gravitatoria ye necesariu una correuta alliniadura de los planetes, razón pola cual les misiones espaciales tienen estrictes ventanes de llanzamientu.

El primeru que propunxo utilizar el campu gravitatoriu d'un planeta pa dirixir una sonda escontra un destín más difícil d'algamar foi Giuseppe Colombo (1920-1984), matemáticu ya inxenieru na Universidá de Padua (Italia).

La misión espacial Cassini/Huygens utilizó l'asistencia gravitatoria de Venus en 2 ocasiones, la Tierra y Xúpiter pa llegar finalmente a Saturnu nun periodu de tiempu de 7 años.

La máxima medría de velocidá que puede apurrir un planeta depende de la so masa y velocidá. Por casu, nel casu de Venus ye de 7 km/s. La Tierra 8 km/s. Marte 3,5 km/s. Xúpiter 43 km/s. Saturnu 26 km/s.

Esplicación de l'asistencia gravitatoria

P'acelerar la nave espacial

La nave espacial ta representada pol puntu (nel ángulu cimeru derechu) que se mueve escontra la izquierda. El planeta (la pelota negra) muévese escontra baxo. El sistema de coordenaes (embaxo a la derecha) amuesa la velocidá de la nave, la llinia colorada más delgada amuesa la velocidá constante de la nave si nun s'utilizara l'efeutu fonda».

Supongamos qu'usté ye un observador “estacionariu” y que ve un planeta que se mueve escontra baxo a velocidá $\ O$ y una nave espacial que se mueve escontra a la izquierda a velocidá $\ v$ Si la nave espacial lleva la trayeutoria correuta va pasar tan cerca del planeta que va entrar nuna órbita circular. Cuando ente nesta órbita, tará moviéndose a velocidá $\ v+O$ con al respective de la superficie del planeta, porque'l planeta ta moviéndose na direición opuesta, a velocidá $\ O$ Cuando la nave abandone la órbita tará moviéndose inda a la mesma velocidá $\ O+v$ con al respective de la superficie del planeta, pero na direición opuesta, escontra la izquierda y yá que el planeta ta moviéndose escontra baxo a velocidá $\ O$, la nave espacial va movese escontra baxo a velocidá $\ 2O+v$ dende'l so puntu de vista. La velocidá de la nave espacial aumentó en $\ 2O$, el doble de la velocidá a la que'l planeta ta moviéndose.

Esti exemplu ta tan simplificáu que nun ye realista – en realidá la nave espacial tendría qu'encender los sos motores pa escapar d'una órbita circular y el propósitu de l'asistencia gravitatoria ye precisamente ganar velocidá ensin quemar combustible. Pero si la nave espacial viaxa nuna ruta que forme una hipérbola, va dexar el planeta na direición opuesta ensin encender los sos motores, anque la ganancia de velocidá seya un pocu menos de $\ 2O$

Podría paecer qu'esta esplicación viola la caltenimientu de la enerxía y el momentu, pero resalvemos los efeutos de la nave espacial nel planeta. El momentu llinial ganáu pola nave espacial ye igual en magnitú al que perdió'l planeta, anque la gran masa del planeta fai que'l cambéu na velocidá resulte insignificantemente pequeñu. Los efeutos nel planeta son tan pequeños (porque los planetes son muncho más masivos que les naves espaciales) que pueden ser inoraos nel cálculu.

Una imaxe más realista d'un alcuentru nel espaciu rique la considerancia de siquier dos dimensiones. Nesti casu aplíquense los mesmos principios, solo que'l cálculu de la velocidá rique aplicar suma vectorial.

Pa frenar la nave espacial

La nave espacial ta representada pol puntu (nel ángulu cimeru derechu) que se mueve en diagonal escontra la izquierda y embaxo. El planeta (la pelota negra) muévese escontra baxo. El sistema de coordenaes (embaxo a la izquierda) amuesa la velocidá de la nave, la llinia colorada más delgada amuesa la velocidá constante de la nave si nun s'utilizara l'efeutu fonda».

L'asistencia gravitatoria tamién puede utilizase pa frenar una nave espacial. La Mariner 10 facer en 1974 y la MESSENGER tamién lo fixo, dambes pa llegar a Mercuriu.

Si inda ye necesariu un mayor cambéu de velocidá, la manera más económica de consiguilo ye encender los motores cerca de la periapsis (máximu aproximamientu). Un encendíu del cohete dau siempres apurre'l mesmu cambéu na velocidá (delta v), pero'l cambéu na enerxía cinética ye proporcional a la velocidá del vehículu nel momentu del encendíu. Asina que pa llograr el máximu d'enerxía cinética del combustible, l'encendíu tien de tener llugar cuando'l vehículu tea a la máxima velocidá, na periapsis. A esto llámase-y efeutu Oberth.

Ver tamién

• Órbita de tresferencia de Hohmann; téunica pa pasar d'una órbita circular a otra.
• Guido von Pirquet (1880-1966); pioneru austriacu de l'asistencia gravitatoria.
• Gaetano Arturo Crocco (1877-1968); científicu militar italianu qu'escurrió'l Gran Tour de Crocco pa visitar Venus y Marte.
• Giuseppe Colombo (1920-1984); científicu italianu implicáu na unviada de naves a Mercuriu.

Enllaces esternos

Español:

• ESA.int (asistencia gravitatoria).
• SondasEspaciales.com (asistencia gravitatoria).

Inglés:

• DUR.ac.uk (asistencia gravitatoria o slingshot effect).
• ESA.int Animación de l'asistencia gravitatoria mientres la misión Cassini-Huygens
• MathPages.com (teoría d'asistencia gravitatoria, o gravitational slingshot theory).

• Datos: Q223776
• Multimedia: Gravitational slingshots