Asistencia gravitatoria

Asistencia Gravitacional

La asistencia gravitatoria o como también se conoce “honda gravitatoria” es un efecto que utilizan muchas sondas espaciales para alcanzar lugares lejanos del Sistema.

Sonda Cassini

La asistencia gravitacional consiste en utilizar un cuerpo estelar (que suele ser un planeta, pero también podría ser un satélite, una estrella o incluso un agujero negro) como medio de impulsor a través de su atracción gravitatoria para modificar la velocidad de una nave espacial o una sonda sin necesidad de gastar combustible en ello (también puede usarse para desacelerara, como veremos más adelante), uno de los principales beneficios de este efecto es que reduce el costo de las misiones espacial  de manera que al gastar menos combustible es posible llegar a lugares más lejanos con un consumo energético menor lo cual es importante para esta etapa de exploración en la que nos encontramos.

Este efecto funciona debido a la atracción gravitacional que tienen los cuerpos celestes, cuando un objeto se acerca a un cuerpo celeste su velocidad va aumentando, cuanto más masa tenga el cuerpo y mas se acerque el objeto, mayor velocidad tendrá y del mismo modo pasa este efecto cuando el objeto se aleja pero de manera inversa, es decir que al alejarse la atracción gravitacional hace descender de nuevo su velocidad, de manera lógica la velocidad al principio y al final es igual de modo que se conserva.

Analicemos esto por un momento, ya que por ahora se ve un poco ilógico y confuso, pero aquí es donde se encuentra el éxito de este efecto.Supóngase que se tiene una nave acercándose a un planeta este será la primera parte del trayecto, según se acerca al planeta(1), la gravedad modifica su trayectoria y acelera la nave de modo que cuando está en su periapsis (su posición más cercana al planeta), la velocidad de la nave es máxima(2) y en la segunda parte de la trayectoria, según la nave se aleja de nuevo tras su encuentro con el planeta, su velocidad va disminuyendo, hasta que cuando esté de nuevo a la misma distancia que estaba cuando se acercaba(3), su velocidad será exactamente la misma que al principio, de igual magnitud pero con sentido diferente, de manera ilustrativa tenemos

la explicacion esta en el parrafo anterior como nota les dejo

1 = cuando se acerca

2= al acanzar su velocidad maxima

3= al alejarse

Del dibujo se puede apreciar que dependiendo del ángulo de aproximación al planeta y la velocidad que tenga la nave al hacerlo, es posible lograr distintos grados de desviación de la trayectoria original, este también es uno de los beneficios ya que con el mismo efecto honda gravitacional se puede modificar la trayectoria de la sonda sin tener que gastar combustible para cambiar la dirección de la velocidad

Repasemos un poco lo visto para poder entender el éxito de este efecto, hasta el momento sabemos que utilizando el efecto gravitacional ahorramos energía, podemos modificar la trayectoria de un objeto… pero el efecto más importante es que puede acelerar al objeto, ¿cómo lo hace? hasta ahora hemos visto que la velocidad final del objeto con respecto a la inicial es exactamente la misma, entonces ¿cómo podemos decir que este puede salir acelerado? Ajá! aquí es donde entra un poco aquello que se llama marcos de referencia ya que la velocidad de la nave es la misma respecto al planeta, pero el planeta no está quieto, si no que se mueve respecto al sol, al igual que el objeto. Y aquí es donde se aprecia la aceleración del objeto no respecto al planeta si no respecto al sol.

Podemos verlo de la siguiente manera: una nave que se acerca a un planeta, este ejerce una fuerza sobre la nave mediante la gravedad, pero como el planeta se está moviendo, este proporciona un empuje extra a la nave en la dirección en que se mueve el planeta, es decir que luego del encuentro la nave sale con su velocidad normal mas el empuje que le ha otorgado el planeta.

Digamos que la nave se acerca con una velocidad v y el planeta tiene una velocidad V, el planeta ve que la nave se acerca con una velocidad v + V, su propia velocidad con respecto al sol y la velocidad de la nave respecto a este, y así hasta llegar al periapsis donde su velocidad será máxima. luego el efecto del planeta sobre la nave será de jalarlo hacia atrás, al llegar justamente a la distancia cuando empezó a acercarse, la velocidad de la nave debe ser igual con la que acerco llamémosla v’ pero esta también tiene que ser igual a v +V por lo que he dicho que es la misma velocidad, pero como ahora ambos se mueven en la misma dirección y sentido, la velocidad con la que el planeta ve alejarse la nave es v’ – V de modo que al igualar vemos que v’ = v + 2V es decir que hemos acelerado la nave un valor doble de la velocidad orbital del planeta alrededor del Sol en ese momento.

Y esto es básicamente todo, terminare el post con una serie de notas relacionadas con el mismo pero que son un tema de curiosidad para adentrarse mas en el tema.

Nota:

1- Algo que se debe tomar en cuenta es que el encuentro de la nave con el planeta debe producirse en un momento en que el planeta se este moviendo hacia la dirección y sentido en la que queremos que vaya la sonda

2- La nave después del encuentro se mueve más rápido que al principio del encuentro, es decir que tiene más energía que antes… pero esta energía la ha obtenido del planeta es decir que el planeta tiene menos energía, pero es tan pequeño la pérdida de energía que es despreciable con respecto al planeta. Y de este modo la energía se conserva

3- La nave puede ser desacelerada en vez de acelerarla, lo único que hay que hacer es acercarse al planeta cuando este se mueve en la dirección contraria a la que viajamos, y de ese modo restamos dos veces su velocidad orbital a la nuestra en vez de sumarla v’ = v -2V

4- Pueden ver el tema de colisiones y movimiento relativo para profundizar un poco más en este tema

Y de ñapa les dejo la trayectoria que uso la sonda cassini gracias a la asistencia gravitatoria

Fuentes: Charla en clases. Cultura general. para más información visita http://es.wikipedia.org/wiki/Asistencia_gravitatoria

Saludos

PD: Bienvenidos sean al nuevo blog

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Una respuesta a Asistencia gravitatoria

  1. elgeokareem dijo:

    Empezando con el pie derecho! buen post juan :)

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