Astrodinámica

Astrodinámica
	Mecánica celeste

La astrodinámica o mecánica orbital ye l'aplicación de la balística y la mecánica celeste a los problemes práuticos relativos al movimientu de cohetes y otres naves espaciales. El movimientu d'estos oxetos calcúlase xeneralmente a partir de les lleis de Newton del movimientu y de la gravitación universal. Ye una disciplina central dientro del diseñu y control de misiones espaciales.

La mecánica celestial trata más llargamente la dinámica orbital de los sistemes so la influyencia de la gravedá, incluyendo tantu les naves espaciales como los cuerpos astronómicos naturales tales como sistemes estelares, planetes, llunes y cometes. La mecánica orbital centrar nes trayectories de les naves espaciales, incluyíes les maniobres orbitales, los cambeos nel planu de la órbita y les tresferencies interplanetaries, y ye utilizada polos planificadores de misiones pa predicir los resultaos de les maniobres propulsivas. La relatividá xeneral ye una teoría más exacta que les lleis de Newton pa calcular órbites, y dacuando ye necesaria pa una mayor precisión o en situaciones d'alta gravedá (como órbites cercanes al Sol). Ye la parte de l'astronomía qu'estudia les órbites, especialmente de los satélites artificiales y sondes espaciales.

El movimientu de los planetes y otros cuerpos naturales ye dominiu de la mecánica celeste, disciplina que consiste na aplicación de les lleis de Newton del movimientu y de la llei de la gravitación universal.

Lleis de astrodinámica

Les lleis fundamentales de la astrodinámica son la llei de Newton de la gravitación universal y les lleis de Newton del movimientu, ente que la ferramienta matemático fundamental ye la so cálculu diferencial.

Cada órbita y trayeutoria fuera de les atmósferes ye en principiu reversible, esto ye, na función espaciu-tiempu, el tiempu inviértese. Les velocidaes inviértense y les aceleraciones son les mesmes, incluyíes les debíes a esplosiones de cohetes. Poro, si una rabasera de cohetes ta na direición de la velocidá, nel casu invertíu ye opuesta a la velocidá. De xacíu, nel casu d'esplosiones de cohetes nun hai inversión total d'eventos, en dambos sentíos utiliza'l mesmu delta-v y aplícase la mesma proporción de masa.

Les asunciones estándar en astrodinámica inclúin la non interferencia de cuerpos esternos, la masa insignificante pa unu de los cuerpos, y otres fuercies insignificantes (tales como del vientu solar, arrastre atmosféricu, etc.). Pueden faese cálculos más precisos ensin estos camientos simplificadores, pero son más complicaos. La mayor exactitú de cutiu nun fai abonda diferencia nel cálculu pa valir la pena.

Les lleis de Kepler del movimientu planetariu pueden derivase de les lleis de Newton, cuando se supón que'l cuerpu n'órbita ta suxetu solamente a encomalo gravitacional del atractor central. Cuando un emburrie del motor o la fuercia propulsor ta presente, les lleis de Newton inda s'apliquen, pero les lleis de Kepler son invalidaes. Cuando l'emburrie detiense, la órbita resultante va ser distinta, pero una vegada más va ser descrita poles lleis de Kepler. Les trés lleis son:

La órbita de cada planeta ye una elipse col sol n'unu de los focos.
Una llinia que xune un planeta y el sol barre árees iguales mientres intervalos iguales de tiempu.
Los cuadraos de los periodos orbitales de los planetes son direutamente proporcionales a los cubos de la exa semi-mayor de les órbites.

Maniobra orbital

Nel vuelu espacial, una maniobra orbital ye l'usu de sistemes de propulsión pa camudar la órbita d'una nave espacial. Pa les naves espaciales lloñe de la Tierra -por casu les que tán n'órbites alredor del Sol- una maniobra orbital denominar maniobra nel espaciu fondu (DSM).

Tresferencia orbital

Les órbites de tresferencia suelen ser órbites elíptiques que dexen que les naves espaciales mover d'una órbita (xeneralmente circular) a otra. Polo xeneral, riquen una quemadura de primeres, una quemadura a la fin, yá vegaes una o más quemadures nel mediu.

La órbita de tresferencia de Hohmann rique un mínimu delta-v.
Una tresferencia bielíptica puede riquir menos enerxía que la tresferencia de Hohmann, si la rellación d'órbites ye 11,94 o mayor,,^[1] pero produzse a cuenta de un aumentu del tiempu de disparu mientres la tresferencia de Hohmann.
Les tresferencies más rápides pueden utilizar cualquier órbita que crucie les órbites orixinales y de destín, a cuenta de un mayor delta-v.
Utilizando motores d'emburrie baxu (como la propulsión llétrica), si la órbita inicial ye supersincrónico a la órbita circular deseyada final entós la órbita de tresferencia óptima algámase emburriando de cutio na direición de la velocidá nel apoxéu. Esti métodu, sicasí, toma muncho más tiempu debíu al baxu emburrie.^[2]

Pal casu de la tresferencia orbital ente órbites non coplanares, l'emburrie de cambéu de planu tien de faese nel puntu onde los planos orbitales se intersectan (el "nodo").

Una tresferencia de Hohmann d'una órbita circular baxa a una órbita circular más alta

Una tresferencia bi-elíptica d'una órbita de partida circular baxa (azul escuro), a una órbita circular más alta (colorada)

Tresferencia xenérica de dos impulsos elípticos ente dos órbites circulares

Una tresferencia xeneral dende una órbita circular baxa a una órbita circular superior

Una secuencia óptima pa tresferir un satélite d'una órbita supersynchronous a una órbita geosynchronous usando la propulsión llétrica

Asistencia gravitatoria y efeutu Oberth

Nuna asistencia por gravedá, una nave espacial bazcuya por un planeta y sale nuna direición distinta, a una velocidá distinta. Esto ye útil p'acelerar o ralentizar una nave espacial en llugar de tresportar más combustible.

Esta maniobra puede ser averada por una choque elásticu a grandes distancies, anque'l sobrevuelu nun implica nengún contautu físicu. Por cuenta de la tercer llei de Newton (reacción igual y opuesta), cualquier impulsu ganáu por una nave espacial ten de ser perdíu pol planeta, o viceversa. Sicasí, por cuenta de que'l planeta ye enforma, muncho más masivu que la nave espacial, l'efeutu na órbita del planeta ye insignificante.

El efeutu Oberth puede emplegase, particularmente mientres una operación d'asistencia por gravedá. Esti efeutu ye que l'usu d'un sistema de propulsión funciona meyor a altes velocidaes y, poro, los cambeos d'aldu fáense meyor cuando tán cerca d'un cuerpu gravitatoriu; Esto puede multiplicar el delta-v eficaz.

Rede de Tresporte Interplanetariu y órbites difuses

Agora ye posible usar ordenadores pa buscar rutes usando les non linealidades na gravedá de los planetes y llunes del Sistema Solar. Por casu, ye posible trazar una órbita dende la órbita terrestre alta hasta Marte, pasando cerca d'unu de los puntos troyanos de la Tierra. Colectivamente denomada Rede Interplanetaria de Tresporte, estes trayectories orbitales altamente perturbadoras, inclusive caótiques, en Nun precisen más combustible que'l necesariu p'algamar el puntu de Lagrange (na práutica, caltener la trayeutoria rique delles correiciones d'aldu). El mayor problema con ellos ye que pueden ser bien lentu, teniendo munchos años. Amás, les ventanes de llanzamientu pueden tar bien separaes.

Sicasí, emplegar en proyeutos como Xénesis. Esta nave espacial visitó'l puntu Tierra-Sol L1 y volvió usando bien pocu propulsor.

Referencies

↑ Abarganáu, David Anthony (2001). Fundamentals of Astrodynamics and Applications. Springer, páx. 317. ISBN 0-7923-6903-3.
↑ Spitzer, Arnon (1997). Optimal Transfer Orbit Trajectory using Electric Propulsion. USPTO.

[1] Abarganáu, David Anthony (2001). Fundamentals of Astrodynamics and Applications. Springer, páx. 317. ISBN 0-7923-6903-3.

[2] Spitzer, Arnon (1997). Optimal Transfer Orbit Trajectory using Electric Propulsion. USPTO.

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