Movimientos de satélites y naves espaciales

Una vez que un satélite artificial está en órbita, su comportamiento no difiere del de un satélite natural, como nuestra Luna. Si el satélite está lo suficientemente alto como para quedar libre de la fricción atmosférica, permanecerá en órbita para siempre. Sin embargo, aunque no hay ninguna dificultad para mantener un satélite una vez que está en órbita, se necesita una gran cantidad de energía para elevar la nave espacial fuera de la Tierra y acelerarla hasta alcanzar la velocidad orbital.

Para ilustrar cómo se lanza un satélite, imagine una pistola que dispara una bala horizontalmente desde la cima de una montaña alta, como en la Figura 3.11, que se ha adaptado de un diagrama similar de Newton. Imaginemos, además, que se puede eliminar la fricción del aire y que nada se interpone en el camino de la bala. Entonces, la única fuerza que actúa sobre la bala después de salir por la boca del cañón es la fuerza gravitatoria entre la bala y la Tierra.

Cada año, más de 50 nuevos satélites son puestos en órbita por países como Rusia, Estados Unidos, China, Japón, India e Israel, así como por la Agencia Espacial Europea (ESA), un consorcio de países europeos (Figura 3.12). En la actualidad, estos satélites se utilizan para el seguimiento meteorológico, la ecología, los sistemas de posicionamiento global, las comunicaciones y con fines militares, por citar algunos usos. La mayoría de los satélites se lanzan en órbita terrestre baja, ya que esto requiere la mínima energía de lanzamiento. A una velocidad orbital de 8 kilómetros por segundo, dan la vuelta al planeta en unos 90 minutos.

Naves espaciales interplanetarias
La exploración del sistema solar se ha llevado a cabo en gran medida mediante naves espaciales robotizadas enviadas a los demás planetas. Para escapar de la Tierra, estas naves deben alcanzar una velocidad de escape, la velocidad necesaria para alejarse de la Tierra para siempre, que es de unos 11 kilómetros por segundo (unas 25.000 millas por hora). Después de escapar de la Tierra, estas naves se dirigen a sus objetivos, sujetas únicamente a pequeños ajustes de trayectoria proporcionados por pequeños cohetes propulsores a bordo. En vuelo interplanetario, estas naves siguen órbitas alrededor del Sol que sólo se modifican cuando pasan cerca de uno de los planetas.

Al acercarse a su objetivo, una nave espacial es desviada por la fuerza gravitatoria del planeta hacia una órbita modificada, ganando o perdiendo energía en el proceso. Los controladores de naves espaciales han sido capaces de utilizar la gravedad de un planeta para redirigir una nave espacial en vuelo hacia un segundo objetivo. Por ejemplo, Voyager 2 utilizó una serie de encuentros asistidos por la gravedad para realizar sucesivos sobrevuelos de Júpiter (1979), Saturno (1980), Urano (1986) y Neptuno (1989). La nave espacial Galileo, lanzada en 1989, pasó una vez por Venus y dos veces por la Tierra para obtener la energía necesaria para alcanzar su objetivo final de orbitar Júpiter.

Si deseamos orbitar un planeta, debemos frenar la nave espacial con un cohete cuando ésta se encuentre cerca de su destino, lo que permitirá capturarla en una órbita elíptica. Para que el vehículo descienda de la órbita y aterrice en la superficie, es necesario un empuje adicional del cohete. Por último, si se planea un viaje de regreso a la Tierra, la carga útil aterrizada debe incluir suficiente potencia propulsora para repetir todo el proceso a la inversa.