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Encuentro espacial

Un encuentro espacial o rendezvous espacial es un conjunto de maniobras orbitales durante las cuales dos naves espaciales, una de las cuales suele ser una estación espacial, llegan a la misma órbita y se aproximan a una distancia muy cercana (por ejemplo, dentro del campo visual). El encuentro requiere una igualación precisa de las velocidades orbitales y los vectores de posición de las dos naves espaciales, lo que les permite mantenerse a una distancia constante mediante el mantenimiento de la estación orbital. El encuentro puede ir seguido o no de un acoplamiento o atraque, procedimientos que ponen en contacto físico las naves espaciales y crean un vínculo entre ellas.

Módulo lunar Eagle se reúne con el módulo de mando Columbia en la órbita lunar tras regresar de un aterrizaje

La misma técnica de encuentro puede utilizarse para el "aterrizaje" de naves espaciales en objetos naturales con un campo gravitatorio débil, por ejemplo, el aterrizaje en una de las lunas marcianas requeriría la misma coincidencia de velocidades orbitales, seguida de un "descenso" que comparte algunas similitudes con el acoplamiento.

Historia

En su primer programa de vuelos espaciales tripulados Vostok, la Unión Soviética lanzó pares de naves espaciales desde la misma plataforma de lanzamiento, con uno o dos días de diferencia (Vostok 3 y 4 en 1962, y Vostok 5 y 6 en 1963). En cada caso, los sistemas de guiado de los vehículos de lanzamiento colocaron las dos naves en órbitas casi idénticas; sin embargo, esto no fue lo suficientemente preciso como para lograr el encuentro, ya que la Vostok carecía de propulsores de maniobra para ajustar su órbita a la de su gemela. Las distancias de separación iniciales eran del orden de 5 a 6,5 kilómetros, y poco a poco fueron divergiendo hasta alcanzar miles de kilómetros en el transcurso de las misiones.[1][2]

En 1963, Buzz Aldrin presentó su tesis doctoral titulada Line-Of-Sight Guidance Techniques For Manned Orbital Rendezvous (en español Técnicas de guiado en la línea de visión para el encuentro orbital tripulado)[3]​. Como astronauta de la NASA, Aldrin trabajó para "traducir la compleja mecánica orbital en planes de vuelo relativamente sencillos para mis colegas."[4]

Primer intento fallido

El primer intento de encuentro se produjo el 3 de junio de 1965, cuando el astronauta estadounidense Jim McDivitt intentó maniobrar su nave Gemini 4 para encontrarse con la gastada etapa superior de su vehículo de lanzamiento Titan II. McDivitt no pudo acercarse lo suficiente como para lograr el mantenimiento de la estación, debido a problemas de percepción de la profundidad y a la ventilación del propulsor de la etapa, que no dejaba de moverlo.[5]​ Sin embargo, los intentos de encuentro de la Gemini 4 no tuvieron éxito, en gran medida porque los ingenieros de la NASA aún no habían aprendido la mecánica orbital que implica el proceso. El simple hecho de apuntar el morro del vehículo activo hacia el objetivo y empujar no tuvo éxito. Si el objetivo está adelantado en la órbita y el vehículo de seguimiento aumenta la velocidad, su altitud también aumenta, alejándolo realmente del objetivo. La altitud creciente aumenta el periodo orbital debido a la tercera ley de Kepler, colocando al vehículo de seguimiento no sólo por encima, sino también por detrás del objetivo. La técnica adecuada requiere cambiar la órbita del vehículo de seguimiento para permitir al objetivo del encuentro que lo alcance o sea alcanzado, y luego, en el momento correcto, cambiar a la misma órbita que el objetivo sin movimiento relativo entre los vehículos (por ejemplo, poner el rastreador en una órbita más baja, que tiene un período orbital más corto que le permite alcanzarlo, y luego ejecutar una transferencia Hohmann de vuelta a la altura orbital original).[6]

Como comentó más tarde el ingeniero de la GPO André Meyer, "hay una buena explicación para lo que salió mal en el encuentro". La tripulación, como todo el mundo en el MSC, "simplemente no entendió ni razonó la mecánica orbital implicada. Como resultado, todos nos volvimos mucho más inteligentes y perfeccionamos las maniobras del encuentro, que ahora utiliza Apollo."
[6]

Primer encuentro exitoso

 
Gemini 7 fotografiada desde Gemini 6 en 1965

El astronauta estadounidense Wally Schirra logró el primer encuentro con éxito el 15 de diciembre de 1965. Schirra maniobró la nave Gemini 6 a menos de 30 cm de su nave hermana Gemini 7. Las naves no estaban equipadas para acoplarse entre sí, pero se mantuvieron estacionadas durante más de 20 minutos. Schirra comentó más tarde:[7]

Alguien dijo... cuando te acercas a menos de tres millas (5 km), has terminado el encuentro. Si alguien cree que ha conseguido un encuentro a tres millas (5 km), ¡que se divierta! Esto es cuando empezamos a hacer nuestro trabajo. No creo que el encuentro haya terminado hasta que estés detenido - completamente detenido - sin movimiento relativo entre los dos vehículos, a una distancia de aproximadamente 120 pies (37 m). ¡Eso es un encuentro! A partir de ahí, es el mantenimiento de la estación. Es entonces cuando puedes volver a jugar a conducir un coche o un avión o a empujar un monopatín: así de sencillo.

Utilizó otro ejemplo para describir la diferencia entre los logros de ambas naciones:[8]

El encuentro de Rusia fue una mirada pasajera, el equivalente a un hombre que camina por una calle principal con mucho tráfico y ve a una chica guapa caminando por el otro lado. Dice: "Oye, espera", pero ella ya se ha ido. Eso es una mirada de paso, no un encuentro. Ahora bien, si ese mismo hombre puede atravesar todo el tráfico y mordisquear la oreja de esa chica, ¡eso sí es un encuentro!

Primer acoplamiento

 
Vehículo objetivo Gemini 8 Agena
 
Acoplamiento del Gemini 8 al Agena en marzo de 1966

El primer acoplamiento de dos naves espaciales se produjo el 16 de marzo de 1966, cuando Gemini 8, bajo el mando de Neil Armstrong, se reunió y acopló con el vehículo objetivo no tripulado Agena. Gemini 6 iba a ser la primera misión de acoplamiento, pero tuvo que ser cancelada cuando el vehículo Agena de esa misión se destruyó durante el lanzamiento.[9]

Los soviéticos llevaron a cabo el primer acoplamiento automatizado y sin tripulación entre Cosmos 186 y Cosmos 188 el 30 de octubre de 1967.[10]

El primer cosmonauta soviético que intentó un acoplamiento manual fue Georgy Beregovoy, que intentó sin éxito acoplar su nave Soyuz 3 con la Soyuz 2 sin tripulación en octubre de 1968. Fue capaz de acercar su nave desde 200 metros hasta 30 centímetros, pero no pudo acoplarse antes de agotar su combustible de maniobra.

El primer acoplamiento tripulado con éxito de los soviéticos se produjo el 16 de enero de 1969, cuando la Soyuz 4 y la Soyuz 5 se acoplaron e intercambiaron dos tripulantes.

El primer encuentro de dos naves espaciales de diferentes países tuvo lugar en 1975, cuando una nave Apolo se acopló a una nave Soyuz como parte de la misión Apolo-Soyuz.[11]

El primer acoplamiento espacial múltiple tuvo lugar cuando tanto Soyuz 26 como Soyuz 27 se acoplaron a la estación espacial Salyut 6 durante enero de 1978.

Usos

 
Los paneles solares dañados en el módulo Spektr de la Mir tras una colisión con una nave espacial Progress sin tripulación en septiembre de 1997 como parte del Shuttle-Mir. Las naves Progress se utilizaron para reabastecer la estación. En este encuentro espacial que salió mal, la Progress colisionó con la Mir, iniciando una despresurización que se detuvo cerrando la escotilla del Spektr.

Cada vez que una nave espacial lleva tripulantes o suministros a una estación espacial en órbita, se produce un encuentro. La primera nave espacial que lo hizo fue la Soyuz 11, que se acopló con éxito a la estación Salyut 1 el 7 de junio de 1971.[12]​ Las misiones de vuelos espaciales tripulados han llevado a cabo la reunión de forma exitosa con seis estaciones Salyut, con Skylab, con Mir y con la Estación Espacial Internacional (ISS). En la actualidad, las naves Soyuz se utilizan en intervalos de aproximadamente seis meses para transportar a los miembros de la tripulación hacia y desde la ISS. Con la introducción del Programa de Tripulación Comercial de la NASA, EE.UU. puede utilizar su propio vehículo de lanzamiento junto con la Soyuz, una versión actualizada del Cargo Dragon de SpaceX; Crew Dragon.[13]

Las naves espaciales robóticas también se utilizan para reunirse con las estaciones espaciales y reabastecerlas. Las naves Soyuz y Progress se han acoplado automáticamente tanto a la Mir[14]​ como a la ISS utilizando el sistema de acoplamiento Kurs; el Vehículo de Transferencia Automatizada de Europa también utilizó este sistema para acoplarse al segmento ruso de la ISS. Varias naves espaciales sin tripulación utilizan el mecanismo de atraque de la NASA en lugar de un puerto de acoplamiento. Las naves japonesas H-II Transfer Vehicle (HTV), SpaceX Dragon y Cygnus de Orbital Sciences maniobran para acercarse y mantener la estación, lo que permite al Canadarm2 de la ISS sujetar y mover la nave a un puerto de atraque en el segmento estadounidense. Sin embargo, la versión actualizada de Cargo Dragon ya no necesitará atracar, sino que se acoplará de forma autónoma directamente a la estación espacial. El segmento ruso sólo utiliza puertos de atraque, por lo que no es posible que HTV, Dragon y Cygnus encuentren un lugar de atraque allí.[15]

Los encuentros espaciales se han utilizado para otros fines, como las recientes misiones de servicio del telescopio espacial Hubble. Históricamente, en las misiones del Proyecto Apolo que hicieron aterrizar a los astronautas en la Luna, la etapa de ascenso del Módulo Lunar Apolo se reunía y acoplaba con el Módulo de Mando/Servicio Apolo en las maniobras de encuentro en la órbita lunar. Además, la tripulación de la misión STS-49 se reunió con el satélite de comunicaciones Intelsat VI F-3 y le acopló un motor cohete para permitirle realizar una maniobra orbital.

En el futuro, los posibles encuentros podrán ser realizados por un Vehículo Robótico Hubble (HRV) automatizado, aún por desarrollar, y por el CX-OLEV, que se está desarrollando para el encuentro con un satélite geosíncrono que se haya quedado sin combustible. El CX-OLEV se encargaría del mantenimiento de la órbita y/o llevaría finalmente al satélite a una órbita cementerio, tras lo cual el CX-OLEV podría reutilizarse para otro satélite. La transferencia gradual desde la órbita de transferencia geoestacionaria a la órbita geosincrónica llevará varios meses, utilizando propulsores de efecto Hall.[16]

Otra posibilidad es que las dos naves espaciales ya estén juntas, y que simplemente se desacoplen y acoplen de forma diferente:

  • Nave espacial Soyuz de un punto de acoplamiento a otro en la ISS o Salyut
  • En la nave espacial Apolo, una maniobra conocida como transposición, acoplamiento y extracción se realizó una hora más o menos después de la Inyección translunar de la secuencia tercera etapa del cohete Saturno V / LM dentro del adaptador LM / CSM (en orden de abajo hacia arriba en el lanzamiento, también el orden de atrás hacia adelante con respecto al movimiento actual), con CSM tripulado, LM en esta etapa sin tripulación:
    • el CSM se separó, mientras que los cuatro paneles superiores del adaptador LM se eliminaron
    • el CSM giró 180 grados (desde el motor hacia atrás, hacia el LM, hacia adelante)
    • el CSM conectado a la LM mientras ésta seguía conectada a la tercera etapa
    • la combinación CSM/LM se separa entonces de la tercera etapa

La NASA a veces se refiere a "Encuentro, operaciones de proximidad, acoplamiento y desacoplamiento" (RPODU) para el conjunto de todos los procedimientos de vuelo espacial que suelen ser necesarios en torno a las operaciones de las naves espaciales en las que dos naves espaciales trabajan en proximidad con la intención de conectarse entre sí.[17]

Fases y métodos

 
Módulo de mando y servicio Charlie Brown visto desde el módulo lunar Snoopy
 
Encuentro orbital. 1/ Ambas naves espaciales deben estar en el mismo plano orbital. La ISS vuela en una órbita más alta (menor velocidad), el ATV vuela en una órbita más baja y alcanza a la ISS. 2/En el momento en que el ATV y la ISS forman un ángulo alfa (unos 2°), el ATV cruza la órbita elíptica a la ISS.[18]

La técnica estándar de encuentro y acoplamiento consiste en acoplar un vehículo activo, el "perseguidor", con un "objetivo" pasivo. Esta técnica se ha utilizado con éxito en los programas Gemini, Apolo, Apolo/Soyuz, Salyut, Skylab, Mir, ISS y Tiangong.

Para entender correctamente el encuentro de las naves espaciales es esencial comprender la relación entre la velocidad de la nave y la órbita. Una nave espacial en una determinada órbita no puede alterar arbitrariamente su velocidad. Cada órbita se correlaciona con una determinada velocidad orbital. Si la nave dispara los propulsores y aumenta (o disminuye) su velocidad, obtendrá una órbita diferente, que se correlaciona con la mayor (o menor) velocidad. Para las órbitas circulares, las órbitas más altas tienen una velocidad orbital más baja. Las órbitas más bajas tienen una velocidad orbital más alta.

Para que se produzca el encuentro orbital, ambas naves deben estar en el mismo plano orbital y la fase de la órbita (la posición de la nave en la órbita) debe coincidir.[18]​ Para el acoplamiento, la velocidad de los dos vehículos también debe coincidir. El "perseguidor" se sitúa en una órbita ligeramente inferior a la del objetivo. Cuanto más baja sea la órbita, mayor será la velocidad orbital. Por lo tanto, la diferencia de velocidades orbitales del cazador y del objetivo es tal que el cazador es más rápido que el objetivo y lo alcanza.

Una vez que las dos naves espaciales están lo suficientemente cerca, la órbita del perseguidor se sincroniza con la órbita del objetivo. Es decir, el cazador se acelera. Este aumento de velocidad lleva al cazador a una órbita más alta. El aumento de la velocidad se elige de forma que el cazador asuma aproximadamente la órbita del objetivo. Poco a poco, el cazador se va acercando al objetivo, hasta que puedan iniciarse las operaciones de proximidad (véase más adelante). En la última fase, la velocidad de acercamiento se reduce gracias al sistema de control de reacción del vehículo activo. El acoplamiento suele producirse a una velocidad de 0,030 m/s a 0,061 m/s.[19]

Fases de reencuentro

El encuentro espacial de una nave espacial activa, o "perseguidora", con una nave espacial (supuestamente) pasiva puede dividirse en varias fases, y suele comenzar con las dos naves espaciales en órbitas separadas, normalmente a más de 10.000 kilómetros de distancia:[20]

Fase Distancia de separación Duración típica de la fase
Órbita de deriva A
(fuera de la vista, fuera del contacto)
>2 λmax[21] de 1 a 20 días
Órbita de deriva B
(a la vista, en contacto)
de 2 λmax a 1 kilómetro (3,300 pies) de 1 a 5 días
Operaciones de proximidad A 1'000-100 metros (3,280-330 pies) de 1 a 5 órbitas
Operación de proximidad B 100-10 metros (328-33 pies) 45 – 90 minutos
Acoplamiento <10 metross (33 pies) <5 minutos

Se pueden utilizar diversas técnicas para realizar las maniobras de traslación y rotación necesarias para las operaciones de proximidad y acoplamiento.[22]

Métodos de aproximación

Los dos métodos más comunes de aproximación para las operaciones de proximidad son en línea con la trayectoria de vuelo de la nave espacial (llamado V-bar, ya que es a lo largo del vector de velocidad del objetivo) y perpendicular a la trayectoria de vuelo a lo largo de la línea del radio de la órbita (llamado R-bar, ya que es a lo largo del vector radial, con respecto a la Tierra, del objetivo).[20]​ El método de aproximación elegido depende de la seguridad, del diseño de la nave espacial / del propulsor, del calendario de la misión y, especialmente para el acoplamiento con la ISS, de la ubicación del puerto de acoplamiento asignado.

Enfoque V-bar

La aproximación V-bar es una aproximación del "perseguidor" horizontalmente a lo largo del vector de velocidad de la nave espacial pasiva. Es decir, por detrás o por delante, y en la misma dirección que el movimiento orbital del objetivo pasivo. El movimiento es paralelo a la velocidad orbital del objetivo.[20][23]​ En la aproximación a V-bar desde atrás, el cazador dispara pequeños propulsores para aumentar su velocidad en la dirección del objetivo. Esto, por supuesto, también lleva al cazador a una órbita más alta. Para mantener el cazador en el vector V, se disparan otros propulsores en dirección radial. Si esto se omite (por ejemplo, debido a un fallo del propulsor), el cazador será llevado a una órbita más alta, lo que se asocia con una velocidad orbital inferior a la del objetivo. En consecuencia, el objetivo se mueve más rápido que el cazador y la distancia entre ellos aumenta. Esto se denomina efecto de frenado natural, y es una salvaguarda natural en caso de fallo del propulsor.

La STS-104 fue la tercera misión del transbordador espacial que realizó una llegada en V-bar a la Estación Espacial Internacional.[24]​ El V-bar, o vector de velocidad, se extiende a lo largo de una línea directamente por delante de la estación. Los transbordadores se acercan a la ISS a lo largo del V-bar cuando se acoplan en el puerto de acoplamiento PMA-2.[25]

Enfoque R-bar

El enfoque R-bar consiste en que el cazador se mueve por debajo o por encima de la nave espacial objetivo, a lo largo de su vector radial. El movimiento es ortogonal a la velocidad orbital de la nave pasiva.[20][23]​ Cuando está por debajo del objetivo, el cazador dispara propulsores radiales para acercarse al objetivo. De este modo, aumenta su altitud. Sin embargo, la velocidad orbital del cazador no cambia (los disparos de los propulsores en la dirección radial no tienen efecto sobre la velocidad orbital). Ahora, en una posición un poco más alta, pero con una velocidad orbital que no corresponde a la velocidad circular local, el cazador se sitúa ligeramente por detrás del objetivo. Son necesarios pequeños impulsos de cohetes en la dirección de la velocidad orbital para mantener el cazador a lo largo del vector radial del objetivo. Si estos impulsos de cohetes no se ejecutan (por ejemplo, debido a un fallo del propulsor), el cazador se alejará del objetivo. Se trata de un efecto de frenado natural. Para la aproximación con R-bar, este efecto es más fuerte que para la aproximación con V-bar, lo que hace que la aproximación con R-bar sea la más segura de las dos. Generalmente, la aproximación con R-bar desde abajo es preferible, ya que el cazador está en una órbita más baja (más rápida) que el objetivo, y así "lo alcanza". En el caso de la aproximación de R-bar desde arriba, el cazador se encuentra en una órbita más alta (más lenta) que el objetivo, y por tanto tiene que esperar a que éste se acerque a él.

Astrotech propuso satisfacer las necesidades de carga de la ISS con un vehículo que se acercaría a la estación "utilizando una aproximación tradicional de R-var en nadir".[26]​ La aproximación R-bar en nadir también se utiliza para los vuelos a la ISS de los vehículos de transferencia H-II, y de los vehículos SpaceX Dragon.[27][28]

Enfoque Z-bar

Una aproximación de la nave espacial activa, o "perseguidora", horizontalmente desde el lado y ortogonal al plano orbital de la nave espacial pasiva -es decir, desde el lado y fuera del plano de la órbita de la nave espacial pasiva- se denomina aproximación de Z-bar.[29]

Véase también

Referencias

  1. Gatland, Kenneth (1976). Manned Spacecraft, Second Revision. New York: Macmillan Publishing Co., Inc. pp. 117-118. ISBN 0-02-542820-9. 
  2. Hall, Rex; Shayler, David J. (2001). The Rocket Men: Vostok & Voskhod, The First Soviet Manned Spaceflights. New York: Springer–Praxis Books. pp. 185-191. ISBN 1-85233-391-X. 
  3. Aldrin, Buzz. «Orbital Rendezvous». 
  4. Aldrin, Buzz. . 
  5. Transcripción histórica oral / James A. McDivitt / Entrevistado por by Doug Ward / Elk Lake, Michigan – 29 de Junio de 1999
  6. «Gemini 4». Encyclopedia Astronautica. November 29, 2010. 
  7. «On The Shoulders of Titans - Ch12-7». April 9, 2018. 
  8. Agle, D.C. (September 1998). «Flying the Gusmobile». Air & Space. 
  9. «NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details». April 9, 2018. 
  10. NSSDC ID: 1967-105A NASA, NSSDC Master Catalog
  11. Richard J. Samuels, ed. (21 de diciembre de 2005). Encyclopedia of United States National Security (1st edición). SAGE Publications. p. 669. ISBN 978-0-7619-2927-7. «La mayoría de los observadores consideraron que el alunizaje estadounidense puso fin a la carrera espacial con una victoria americana decisiva. [...] El final formal de la carrera espacial se produjo con la misión conjunta Apolo-Soyuz de 1975, en la que las naves espaciales estadounidenses y soviéticas se acoplaron, o se unieron, en órbita mientras sus tripulaciones visitaban las naves del otro y realizaban experimentos científicos conjuntos.» 
  12. Wade, Mark (October 30, 2007). . Encyclopedia Astronautica. 
  13. Smith, Marcia S. (3 de febrero de 2012). «Space Station Launch Delays Will Have Little Impact on Overall Operations». spacepolicyonline.com. 
  14. Bryan Burrough, Dragonfly: NASA and the crisis aboard Mir, (1998, ISBN 0-88730-783-3) 2000, ISBN 0-06-093269-4, page 65, "Desde 1985 todas las naves espaciales rusas habían utilizado los ordenadores Kurs para acoplarse automáticamente a la estación Mir" ... "Todo lo que los comandantes rusos tuvieron que hacer fue sentarse y observar."
  15. Wright, Jerry (30 de julio de 2015). «Japanese Cargo Craft Captured, Berthed to Station». nasa.go. 
  16. «orbitalrecovery.com». 9 de abril de 2018. 
  17. https://www.nasa.gov/externalflash/dart/Resources/Rendezvous%20Proximity%20Operations%20Docking%20and%20Undocking%20Lessons%20Learned.pdf
  18. «ATV: a very special delivery - Lesson notes». ESA. 
  19. «TRACK AND CAPTURE OF THE ORBITER WITH THE SPACE STATION REMOTE MANIPULATOR SYSTEM». NASA. 
  20. Wertz, James R.; Bell, Robert (2003). . SPIE AeroSense Symposium. Consultado el 3 de agosto de 2019. 
  21. λmaxes el radio angular del verdadero horizonte de la nave espacial visto desde el centro del planeta; para la LEO, es el máximo ángulo central de la Tierra desde la altitud de la nave.
  22. Lee, Daero; Pernicka, Henry (2010). . International Journal of Aeronautical and Space Sciences 11 (3): 206-220. doi:10.5139/IJASS.2010.11.3.206. Consultado el 31 de marzo de 2012. 
  23. Pearson, Don J. (Noviembre de 1989). «Shuttle Rendezvous and Proximity Operations». NASA. 
  24. «STS-104 Crew Interviews with Charles Hobaugh, Pilot». NASA. 
  25. HARWOOD, WILLIAM (9 de marzo de 2001). «Shuttle Discovery nears rendezvous with station». SPACEFLIGHT NOW. 
  26. Johnson, Michael D.; Fitts, Richard; Howe, Brock; Hall, Baron; Kutter, Bernard; Zegler, Frank; Foster; Mark (18 de septiembre de 2007). . AIAA SPACE 2007 Conference & Exposition. p. 7. 
  27. Rendezvous Strategy of the Japanese Logistics Support Vehicle to the International Space Station, [1]
  28. Success! Space station snags SpaceX Dragon capsule [2]
  29. Bessel, James A.; Ceney, James M.; Crean, David M.; Ingham, Edward A.; Pabst, David J (Diciembre de 1993). «Prototype Space Fabrication Platform». Air Force Institute of Technology, Wright-Patterson AFB, Ohio – School of Engineering. 

Enlaces externos

  • The Visitors (rendezvous) (en inglés)
  • Video of Space Shuttle Atlantis and Space Station (en inglés)
  • Interactive Java applet that lets you attempt an orbital rendezvous (en inglés)
  • «Lunar Orbit Rendezvous and the Apollo Program» (en inglés). NASA. 
  • Pearson, Don J. (1989). «SHUTTLE RENDEZVOUS AND PROXIMITY OPERATIONS» (en inglés).  (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
  •   Datos: Q1093759
  •   Multimedia: Space rendezvous

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Un encuentro espacial o rendezvous espacial es un conjunto de maniobras orbitales durante las cuales dos naves espaciales una de las cuales suele ser una estacion espacial llegan a la misma orbita y se aproximan a una distancia muy cercana por ejemplo dentro del campo visual El encuentro requiere una igualacion precisa de las velocidades orbitales y los vectores de posicion de las dos naves espaciales lo que les permite mantenerse a una distancia constante mediante el mantenimiento de la estacion orbital El encuentro puede ir seguido o no de un acoplamiento o atraque procedimientos que ponen en contacto fisico las naves espaciales y crean un vinculo entre ellas El astronauta Christopher Cassidy utiliza un telemetro para determinar la distancia entre el transbordador espacial Endeavour y la Estacion Espacial Internacional Modulo lunar Eagle se reune con el modulo de mando Columbia en la orbita lunar tras regresar de un aterrizaje La misma tecnica de encuentro puede utilizarse para el aterrizaje de naves espaciales en objetos naturales con un campo gravitatorio debil por ejemplo el aterrizaje en una de las lunas marcianas requeriria la misma coincidencia de velocidades orbitales seguida de un descenso que comparte algunas similitudes con el acoplamiento Indice 1 Historia 1 1 Primer intento fallido 1 2 Primer encuentro exitoso 1 3 Primer acoplamiento 2 Usos 3 Fases y metodos 3 1 Fases de reencuentro 3 2 Metodos de aproximacion 4 Vease tambien 5 Referencias 6 Enlaces externosHistoria EditarEn su primer programa de vuelos espaciales tripulados Vostok la Union Sovietica lanzo pares de naves espaciales desde la misma plataforma de lanzamiento con uno o dos dias de diferencia Vostok 3 y 4 en 1962 y Vostok 5 y 6 en 1963 En cada caso los sistemas de guiado de los vehiculos de lanzamiento colocaron las dos naves en orbitas casi identicas sin embargo esto no fue lo suficientemente preciso como para lograr el encuentro ya que la Vostok carecia de propulsores de maniobra para ajustar su orbita a la de su gemela Las distancias de separacion iniciales eran del orden de 5 a 6 5 kilometros y poco a poco fueron divergiendo hasta alcanzar miles de kilometros en el transcurso de las misiones 1 2 En 1963 Buzz Aldrin presento su tesis doctoral titulada Line Of Sight Guidance Techniques For Manned Orbital Rendezvous en espanol Tecnicas de guiado en la linea de vision para el encuentro orbital tripulado 3 Como astronauta de la NASA Aldrin trabajo para traducir la compleja mecanica orbital en planes de vuelo relativamente sencillos para mis colegas 4 Primer intento fallido Editar El primer intento de encuentro se produjo el 3 de junio de 1965 cuando el astronauta estadounidense Jim McDivitt intento maniobrar su nave Gemini 4 para encontrarse con la gastada etapa superior de su vehiculo de lanzamiento Titan II McDivitt no pudo acercarse lo suficiente como para lograr el mantenimiento de la estacion debido a problemas de percepcion de la profundidad y a la ventilacion del propulsor de la etapa que no dejaba de moverlo 5 Sin embargo los intentos de encuentro de la Gemini 4 no tuvieron exito en gran medida porque los ingenieros de la NASA aun no habian aprendido la mecanica orbital que implica el proceso El simple hecho de apuntar el morro del vehiculo activo hacia el objetivo y empujar no tuvo exito Si el objetivo esta adelantado en la orbita y el vehiculo de seguimiento aumenta la velocidad su altitud tambien aumenta alejandolo realmente del objetivo La altitud creciente aumenta el periodo orbital debido a la tercera ley de Kepler colocando al vehiculo de seguimiento no solo por encima sino tambien por detras del objetivo La tecnica adecuada requiere cambiar la orbita del vehiculo de seguimiento para permitir al objetivo del encuentro que lo alcance o sea alcanzado y luego en el momento correcto cambiar a la misma orbita que el objetivo sin movimiento relativo entre los vehiculos por ejemplo poner el rastreador en una orbita mas baja que tiene un periodo orbital mas corto que le permite alcanzarlo y luego ejecutar una transferencia Hohmann de vuelta a la altura orbital original 6 Como comento mas tarde el ingeniero de la GPO Andre Meyer hay una buena explicacion para lo que salio mal en el encuentro La tripulacion como todo el mundo en el MSC simplemente no entendio ni razono la mecanica orbital implicada Como resultado todos nos volvimos mucho mas inteligentes y perfeccionamos las maniobras del encuentro que ahora utiliza Apollo 6 Primer encuentro exitoso Editar Gemini 7 fotografiada desde Gemini 6 en 1965 El astronauta estadounidense Wally Schirra logro el primer encuentro con exito el 15 de diciembre de 1965 Schirra maniobro la nave Gemini 6 a menos de 30 cm de su nave hermana Gemini 7 Las naves no estaban equipadas para acoplarse entre si pero se mantuvieron estacionadas durante mas de 20 minutos Schirra comento mas tarde 7 Alguien dijo cuando te acercas a menos de tres millas 5 km has terminado el encuentro Si alguien cree que ha conseguido un encuentro a tres millas 5 km que se divierta Esto es cuando empezamos a hacer nuestro trabajo No creo que el encuentro haya terminado hasta que estes detenido completamente detenido sin movimiento relativo entre los dos vehiculos a una distancia de aproximadamente 120 pies 37 m Eso es un encuentro A partir de ahi es el mantenimiento de la estacion Es entonces cuando puedes volver a jugar a conducir un coche o un avion o a empujar un monopatin asi de sencillo Utilizo otro ejemplo para describir la diferencia entre los logros de ambas naciones 8 El encuentro de Rusia fue una mirada pasajera el equivalente a un hombre que camina por una calle principal con mucho trafico y ve a una chica guapa caminando por el otro lado Dice Oye espera pero ella ya se ha ido Eso es una mirada de paso no un encuentro Ahora bien si ese mismo hombre puede atravesar todo el trafico y mordisquear la oreja de esa chica eso si es un encuentro Primer acoplamiento Editar Vehiculo objetivo Gemini 8 Agena Acoplamiento del Gemini 8 al Agena en marzo de 1966 El primer acoplamiento de dos naves espaciales se produjo el 16 de marzo de 1966 cuando Gemini 8 bajo el mando de Neil Armstrong se reunio y acoplo con el vehiculo objetivo no tripulado Agena Gemini 6 iba a ser la primera mision de acoplamiento pero tuvo que ser cancelada cuando el vehiculo Agena de esa mision se destruyo durante el lanzamiento 9 Los sovieticos llevaron a cabo el primer acoplamiento automatizado y sin tripulacion entre Cosmos 186 y Cosmos 188 el 30 de octubre de 1967 10 El primer cosmonauta sovietico que intento un acoplamiento manual fue Georgy Beregovoy que intento sin exito acoplar su nave Soyuz 3 con la Soyuz 2 sin tripulacion en octubre de 1968 Fue capaz de acercar su nave desde 200 metros hasta 30 centimetros pero no pudo acoplarse antes de agotar su combustible de maniobra El primer acoplamiento tripulado con exito de los sovieticos se produjo el 16 de enero de 1969 cuando la Soyuz 4 y la Soyuz 5 se acoplaron e intercambiaron dos tripulantes El primer encuentro de dos naves espaciales de diferentes paises tuvo lugar en 1975 cuando una nave Apolo se acoplo a una nave Soyuz como parte de la mision Apolo Soyuz 11 El primer acoplamiento espacial multiple tuvo lugar cuando tanto Soyuz 26 como Soyuz 27 se acoplaron a la estacion espacial Salyut 6 durante enero de 1978 Usos Editar Los paneles solares danados en el modulo Spektr de la Mir tras una colision con una nave espacial Progress sin tripulacion en septiembre de 1997 como parte del Shuttle Mir Las naves Progress se utilizaron para reabastecer la estacion En este encuentro espacial que salio mal la Progress colisiono con la Mir iniciando una despresurizacion que se detuvo cerrando la escotilla del Spektr Cada vez que una nave espacial lleva tripulantes o suministros a una estacion espacial en orbita se produce un encuentro La primera nave espacial que lo hizo fue la Soyuz 11 que se acoplo con exito a la estacion Salyut 1 el 7 de junio de 1971 12 Las misiones de vuelos espaciales tripulados han llevado a cabo la reunion de forma exitosa con seis estaciones Salyut con Skylab con Mir y con la Estacion Espacial Internacional ISS En la actualidad las naves Soyuz se utilizan en intervalos de aproximadamente seis meses para transportar a los miembros de la tripulacion hacia y desde la ISS Con la introduccion del Programa de Tripulacion Comercial de la NASA EE UU puede utilizar su propio vehiculo de lanzamiento junto con la Soyuz una version actualizada del Cargo Dragon de SpaceX Crew Dragon 13 Las naves espaciales roboticas tambien se utilizan para reunirse con las estaciones espaciales y reabastecerlas Las naves Soyuz y Progress se han acoplado automaticamente tanto a la Mir 14 como a la ISS utilizando el sistema de acoplamiento Kurs el Vehiculo de Transferencia Automatizada de Europa tambien utilizo este sistema para acoplarse al segmento ruso de la ISS Varias naves espaciales sin tripulacion utilizan el mecanismo de atraque de la NASA en lugar de un puerto de acoplamiento Las naves japonesas H II Transfer Vehicle HTV SpaceX Dragon y Cygnus de Orbital Sciences maniobran para acercarse y mantener la estacion lo que permite al Canadarm2 de la ISS sujetar y mover la nave a un puerto de atraque en el segmento estadounidense Sin embargo la version actualizada de Cargo Dragon ya no necesitara atracar sino que se acoplara de forma autonoma directamente a la estacion espacial El segmento ruso solo utiliza puertos de atraque por lo que no es posible que HTV Dragon y Cygnus encuentren un lugar de atraque alli 15 Los encuentros espaciales se han utilizado para otros fines como las recientes misiones de servicio del telescopio espacial Hubble Historicamente en las misiones del Proyecto Apolo que hicieron aterrizar a los astronautas en la Luna la etapa de ascenso del Modulo Lunar Apolo se reunia y acoplaba con el Modulo de Mando Servicio Apolo en las maniobras de encuentro en la orbita lunar Ademas la tripulacion de la mision STS 49 se reunio con el satelite de comunicaciones Intelsat VI F 3 y le acoplo un motor cohete para permitirle realizar una maniobra orbital En el futuro los posibles encuentros podran ser realizados por un Vehiculo Robotico Hubble HRV automatizado aun por desarrollar y por el CX OLEV que se esta desarrollando para el encuentro con un satelite geosincrono que se haya quedado sin combustible El CX OLEV se encargaria del mantenimiento de la orbita y o llevaria finalmente al satelite a una orbita cementerio tras lo cual el CX OLEV podria reutilizarse para otro satelite La transferencia gradual desde la orbita de transferencia geoestacionaria a la orbita geosincronica llevara varios meses utilizando propulsores de efecto Hall 16 Otra posibilidad es que las dos naves espaciales ya esten juntas y que simplemente se desacoplen y acoplen de forma diferente Nave espacial Soyuz de un punto de acoplamiento a otro en la ISS o Salyut En la nave espacial Apolo una maniobra conocida como transposicion acoplamiento y extraccion se realizo una hora mas o menos despues de la Inyeccion translunar de la secuencia tercera etapa del cohete Saturno V LM dentro del adaptador LM CSM en orden de abajo hacia arriba en el lanzamiento tambien el orden de atras hacia adelante con respecto al movimiento actual con CSM tripulado LM en esta etapa sin tripulacion el CSM se separo mientras que los cuatro paneles superiores del adaptador LM se eliminaron el CSM giro 180 grados desde el motor hacia atras hacia el LM hacia adelante el CSM conectado a la LM mientras esta seguia conectada a la tercera etapa la combinacion CSM LM se separa entonces de la tercera etapaLa NASA a veces se refiere a Encuentro operaciones de proximidad acoplamiento y desacoplamiento RPODU para el conjunto de todos los procedimientos de vuelo espacial que suelen ser necesarios en torno a las operaciones de las naves espaciales en las que dos naves espaciales trabajan en proximidad con la intencion de conectarse entre si 17 Fases y metodos Editar Modulo de mando y servicio Charlie Brown visto desde el modulo lunar Snoopy Encuentro orbital 1 Ambas naves espaciales deben estar en el mismo plano orbital La ISS vuela en una orbita mas alta menor velocidad el ATV vuela en una orbita mas baja y alcanza a la ISS 2 En el momento en que el ATV y la ISS forman un angulo alfa unos 2 el ATV cruza la orbita eliptica a la ISS 18 La tecnica estandar de encuentro y acoplamiento consiste en acoplar un vehiculo activo el perseguidor con un objetivo pasivo Esta tecnica se ha utilizado con exito en los programas Gemini Apolo Apolo Soyuz Salyut Skylab Mir ISS y Tiangong Para entender correctamente el encuentro de las naves espaciales es esencial comprender la relacion entre la velocidad de la nave y la orbita Una nave espacial en una determinada orbita no puede alterar arbitrariamente su velocidad Cada orbita se correlaciona con una determinada velocidad orbital Si la nave dispara los propulsores y aumenta o disminuye su velocidad obtendra una orbita diferente que se correlaciona con la mayor o menor velocidad Para las orbitas circulares las orbitas mas altas tienen una velocidad orbital mas baja Las orbitas mas bajas tienen una velocidad orbital mas alta Para que se produzca el encuentro orbital ambas naves deben estar en el mismo plano orbital y la fase de la orbita la posicion de la nave en la orbita debe coincidir 18 Para el acoplamiento la velocidad de los dos vehiculos tambien debe coincidir El perseguidor se situa en una orbita ligeramente inferior a la del objetivo Cuanto mas baja sea la orbita mayor sera la velocidad orbital Por lo tanto la diferencia de velocidades orbitales del cazador y del objetivo es tal que el cazador es mas rapido que el objetivo y lo alcanza Una vez que las dos naves espaciales estan lo suficientemente cerca la orbita del perseguidor se sincroniza con la orbita del objetivo Es decir el cazador se acelera Este aumento de velocidad lleva al cazador a una orbita mas alta El aumento de la velocidad se elige de forma que el cazador asuma aproximadamente la orbita del objetivo Poco a poco el cazador se va acercando al objetivo hasta que puedan iniciarse las operaciones de proximidad vease mas adelante En la ultima fase la velocidad de acercamiento se reduce gracias al sistema de control de reaccion del vehiculo activo El acoplamiento suele producirse a una velocidad de 0 030 m s a 0 061 m s 19 Fases de reencuentro Editar El encuentro espacial de una nave espacial activa o perseguidora con una nave espacial supuestamente pasiva puede dividirse en varias fases y suele comenzar con las dos naves espaciales en orbitas separadas normalmente a mas de 10 000 kilometros de distancia 20 Fase Distancia de separacion Duracion tipica de la faseorbita de deriva A fuera de la vista fuera del contacto gt 2 lmax 21 de 1 a 20 diasorbita de deriva B a la vista en contacto de 2 lmax a 1 kilometro 3 300 pies de 1 a 5 diasOperaciones de proximidad A 1 000 100 metros 3 280 330 pies de 1 a 5 orbitasOperacion de proximidad B 100 10 metros 328 33 pies 45 90 minutosAcoplamiento lt 10 metross 33 pies lt 5 minutosSe pueden utilizar diversas tecnicas para realizar las maniobras de traslacion y rotacion necesarias para las operaciones de proximidad y acoplamiento 22 Metodos de aproximacion Editar Los dos metodos mas comunes de aproximacion para las operaciones de proximidad son en linea con la trayectoria de vuelo de la nave espacial llamado V bar ya que es a lo largo del vector de velocidad del objetivo y perpendicular a la trayectoria de vuelo a lo largo de la linea del radio de la orbita llamado R bar ya que es a lo largo del vector radial con respecto a la Tierra del objetivo 20 El metodo de aproximacion elegido depende de la seguridad del diseno de la nave espacial del propulsor del calendario de la mision y especialmente para el acoplamiento con la ISS de la ubicacion del puerto de acoplamiento asignado Enfoque V barLa aproximacion V bar es una aproximacion del perseguidor horizontalmente a lo largo del vector de velocidad de la nave espacial pasiva Es decir por detras o por delante y en la misma direccion que el movimiento orbital del objetivo pasivo El movimiento es paralelo a la velocidad orbital del objetivo 20 23 En la aproximacion a V bar desde atras el cazador dispara pequenos propulsores para aumentar su velocidad en la direccion del objetivo Esto por supuesto tambien lleva al cazador a una orbita mas alta Para mantener el cazador en el vector V se disparan otros propulsores en direccion radial Si esto se omite por ejemplo debido a un fallo del propulsor el cazador sera llevado a una orbita mas alta lo que se asocia con una velocidad orbital inferior a la del objetivo En consecuencia el objetivo se mueve mas rapido que el cazador y la distancia entre ellos aumenta Esto se denomina efecto de frenado natural y es una salvaguarda natural en caso de fallo del propulsor La STS 104 fue la tercera mision del transbordador espacial que realizo una llegada en V bar a la Estacion Espacial Internacional 24 El V bar o vector de velocidad se extiende a lo largo de una linea directamente por delante de la estacion Los transbordadores se acercan a la ISS a lo largo del V bar cuando se acoplan en el puerto de acoplamiento PMA 2 25 Enfoque R barEl enfoque R bar consiste en que el cazador se mueve por debajo o por encima de la nave espacial objetivo a lo largo de su vector radial El movimiento es ortogonal a la velocidad orbital de la nave pasiva 20 23 Cuando esta por debajo del objetivo el cazador dispara propulsores radiales para acercarse al objetivo De este modo aumenta su altitud Sin embargo la velocidad orbital del cazador no cambia los disparos de los propulsores en la direccion radial no tienen efecto sobre la velocidad orbital Ahora en una posicion un poco mas alta pero con una velocidad orbital que no corresponde a la velocidad circular local el cazador se situa ligeramente por detras del objetivo Son necesarios pequenos impulsos de cohetes en la direccion de la velocidad orbital para mantener el cazador a lo largo del vector radial del objetivo Si estos impulsos de cohetes no se ejecutan por ejemplo debido a un fallo del propulsor el cazador se alejara del objetivo Se trata de un efecto de frenado natural Para la aproximacion con R bar este efecto es mas fuerte que para la aproximacion con V bar lo que hace que la aproximacion con R bar sea la mas segura de las dos Generalmente la aproximacion con R bar desde abajo es preferible ya que el cazador esta en una orbita mas baja mas rapida que el objetivo y asi lo alcanza En el caso de la aproximacion de R bar desde arriba el cazador se encuentra en una orbita mas alta mas lenta que el objetivo y por tanto tiene que esperar a que este se acerque a el Astrotech propuso satisfacer las necesidades de carga de la ISS con un vehiculo que se acercaria a la estacion utilizando una aproximacion tradicional de R var en nadir 26 La aproximacion R bar en nadir tambien se utiliza para los vuelos a la ISS de los vehiculos de transferencia H II y de los vehiculos SpaceX Dragon 27 28 Enfoque Z barUna aproximacion de la nave espacial activa o perseguidora horizontalmente desde el lado y ortogonal al plano orbital de la nave espacial pasiva es decir desde el lado y fuera del plano de la orbita de la nave espacial pasiva se denomina aproximacion de Z bar 29 Vease tambien EditarManiobra orbital Rendezvous pitch maneuver Common Berthing Mechanism LOR Mars orbit rendezvousReferencias Editar Gatland Kenneth 1976 Manned Spacecraft Second Revision New York Macmillan Publishing Co Inc pp 117 118 ISBN 0 02 542820 9 Hall Rex Shayler David J 2001 The Rocket Men Vostok amp Voskhod The First Soviet Manned Spaceflights New York Springer Praxis Books pp 185 191 ISBN 1 85233 391 X Aldrin Buzz Orbital Rendezvous Aldrin Buzz From Earth to Moon to Earth Transcripcion historica oral James A McDivitt Entrevistado por by Doug Ward Elk Lake Michigan 29 de Junio de 1999 a b Gemini 4 Encyclopedia Astronautica November 29 2010 On The Shoulders of Titans Ch12 7 April 9 2018 Agle D C September 1998 Flying the Gusmobile Air amp Space NASA NSSDCA Spacecraft Details April 9 2018 NSSDC ID 1967 105A NASA NSSDC Master Catalog Richard J Samuels ed 21 de diciembre de 2005 Encyclopedia of United States National Security 1st edicion SAGE Publications p 669 ISBN 978 0 7619 2927 7 La mayoria de los observadores consideraron que el alunizaje estadounidense puso fin a la carrera espacial con una victoria americana decisiva El final formal de la carrera espacial se produjo con la mision conjunta Apolo Soyuz de 1975 en la que las naves espaciales estadounidenses y sovieticas se acoplaron o se unieron en orbita mientras sus tripulaciones visitaban las naves del otro y realizaban experimentos cientificos conjuntos La referencia utiliza el parametro obsoleto mes ayuda Wade Mark October 30 2007 Soyuz 11 Encyclopedia Astronautica Smith Marcia S 3 de febrero de 2012 Space Station Launch Delays Will Have Little Impact on Overall Operations spacepolicyonline com Bryan Burrough Dragonfly NASA and the crisis aboard Mir 1998 ISBN 0 88730 783 3 2000 ISBN 0 06 093269 4 page 65 Desde 1985 todas las naves espaciales rusas habian utilizado los ordenadores Kurs para acoplarse automaticamente a la estacion Mir Todo lo que los comandantes rusos tuvieron que hacer fue sentarse y observar Wright Jerry 30 de julio de 2015 Japanese Cargo Craft Captured Berthed to Station nasa go orbitalrecovery com 9 de abril de 2018 https www nasa gov externalflash dart Resources Rendezvous 20Proximity 20Operations 20Docking 20and 20Undocking 20Lessons 20Learned pdf a b ATV a very special delivery Lesson notes ESA TRACK AND CAPTURE OF THE ORBITER WITH THE SPACE STATION REMOTE MANIPULATOR SYSTEM NASA a b c d Wertz James R Bell Robert 2003 Autonomous Rendezvous and Docking Technologies Status and Prospects SPIE AeroSense Symposium Consultado el 3 de agosto de 2019 lmaxes el radio angular del verdadero horizonte de la nave espacial visto desde el centro del planeta para la LEO es el maximo angulo central de la Tierra desde la altitud de la nave Lee Daero Pernicka Henry 2010 Optimal Control for Proximity Operations and Docking International Journal of Aeronautical and Space Sciences 11 3 206 220 doi 10 5139 IJASS 2010 11 3 206 Consultado el 31 de marzo de 2012 a b Pearson Don J Noviembre de 1989 Shuttle Rendezvous and Proximity Operations NASA STS 104 Crew Interviews with Charles Hobaugh Pilot NASA HARWOOD WILLIAM 9 de marzo de 2001 Shuttle Discovery nears rendezvous with station SPACEFLIGHT NOW Johnson Michael D Fitts Richard Howe Brock Hall Baron Kutter Bernard Zegler Frank Foster Mark 18 de septiembre de 2007 Astrotech Research amp Conventional Technology Utilization Spacecraft ARCTUS AIAA SPACE 2007 Conference amp Exposition p 7 Rendezvous Strategy of the Japanese Logistics Support Vehicle to the International Space Station 1 Success Space station snags SpaceX Dragon capsule 2 Bessel James A Ceney James M Crean David M Ingham Edward A Pabst David J Diciembre de 1993 Prototype Space Fabrication Platform Air Force Institute of Technology Wright Patterson AFB Ohio School of Engineering Enlaces externos EditarThe Visitors rendezvous en ingles Space Rendezvous Video of Space Shuttle Atlantis and Space Station en ingles Satellite Interactive Java applet that lets you attempt an orbital rendezvous en ingles Lunar Orbit Rendezvous and the Apollo Program en ingles NASA Pearson Don J 1989 SHUTTLE RENDEZVOUS AND PROXIMITY OPERATIONS en ingles enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima Datos Q1093759 Multimedia Space rendezvousObtenido de https es wikipedia org w index php title Encuentro espacial amp oldid 135856225, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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