Semana de conjunciones.

Durante los días 9, 10 y 11 de diciembre podremos disfrutar de una serie de conjunciones entre la luna varios cuerpos celestes, en la última parte de la noche, alrededor de una hora antes de amanecer.

Comenzamos el día 9, cuando nuestro satélite natural se encontrará a tan solo poco más de 1 grado de distancia angular (equivalente a dos lunas llenas) de la estrella Espica, la más brillante de la constelación de Virgo.

El día 10 la luna se acercará a tres grados de distancia del planeta Saturno, "el señor de los anillos", encontrándose el sexto planeta ya en los límites de la constelación de Libra.

Por último, el día 11 de diciembre la luna se encontrará a solo dos grados del brillante Venus, si disponemos de un horizonte libre de obstáculos que entorpezcan la visión podremos observar a mercurio muy cerca de estos cuerpos a poca altura sobre el horizonte.

Viaje tripulado a Venus

Luego de los viajes del Apolo la NASA empezó a estudiar la posibilidad de utilizar al cohete gigante Saturno V para explorar tanto Marte como Venus, en la imagen vemos el diseño de una nave tripulada estudiando a Venus desde la órbita. Lastimosamente se impuso la realidad presupuestaria, y este y otros proyectos fueron cancelados. Hubiera sido espectacular ver a seres humanos viajando por el sistema solar interior en los años 70 y 80.

Futuro de la exploración marciana

En estos momentos 4 vehículos construidos por el hombre exploran el planeta rojo, dos desde la órbita y los restantes desde la superficie. Los orbitadores son la veterana Mars Odyssey de la NASA lanzada en 2001, y la Mars Express de la agencia espacial europea (ESA) lanzada en 2003. Por parte de los vehículos terrestres tenemos a Opportunity que se encuentra recorriendo las arenas marcianas desde el año 2004, y el recientemente llegado Curiosity, el rover más avanzado de la humanidad.

Odyssey.

Mars Express.

Opportunity.

Curiosity

Si bien es cierto que se esperan que estos aparatos sigan explorando el planeta varios años más (especialmente Curiosity) la exploración de Marte está lejos de terminar, estas son las sondas marcianas previstas para los próximos años.

Orbitadores

2013

Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission "MAVEN" (NASA)

Prevista para ser lanzada en 2013 Maven es una sonda para el estudio del clima marciano pasado y presente. Estudiará la atmosfera superior, la ionosfera, su interacción con el viento solar y el rol que desempeña en la perdida de los compuestos volátiles como el CO2, el N2 y el agua.

Aportará nuevos datos sobre la perdida de la atmósfera marciana, la historia del clima, la existencia de agua líquida y la habitabilidad pasada y presente del planeta.

Mangalyaan (India)

Mangalyaan, "nave marciana' en hindi", se convertiría en la primera sonda marciana de la India. Con una masa de 1,4 toneladas, Mangalyaan será una sonda pequeña, pero muy interesante desde el punto de vista científico, su objetivo principal sería observar Marte desde una órbita elevada. Para ello trasportará 25 kg de instrumentos científicos, repartidos entre siete instrumentos distintos entre los que se cuentan camaras a color, infrarrojas, espectrómetros, sensores para la atmosfera superior e instrumentos para medir el misterioso metano marciano.

Todo ello por tan solo 82 millones de dolares, lo que puede parecer algo ajustado pero no debemos olvidar que la tecnología continua avanzando abaratando los componentes electrónicos. De tener éxito, India se convertiría en la cuarta nación en situar una nave en órbita de Marte después de la Unión Soviética, Estados Unidos y la ESA. La ISRO (la agencia espacial India) ya ha anunciado su intención de lanzar una segunda Mangalyaan en la ventana de lanzamiento 2017-2018 (si es que la primera es un éxito desde luego).

2016

ExoMars Trace Gas Orbiter (ESA/Rusia)

ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) será un orbitador construido por la agencia espacial Europea que contará con participación Rusa. Tendrá como objetivo primario el estudio de la atmósfera del planeta rojo y, más concretamente, confirmar y caracterizar el misterioso metano marciano. Además del metano, se medirá con mucho interés la presencia de ozono, vapor de agua (en concreto, la relación entre deuterio e hidrógeno) y aerosoles en la atmósfera de Marte.

La TGO incluirá una sonda de aterrizaje denominada EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module) de 600 kg. Su objetivo es estudiar tecnologías relacionadas con la reentrada en la atmósfera marciana.

Sondas aterrizadoras

2016

InSight (NASA)

InSight será un vehículo que con un sismómetro francés y un taladro alemán intentará averiguar lo que está sucediendo debajo de la superficie polvorienta del planeta rojo.

El módulo de aterrizaje de InSight medirá la actividad geológica de Marte, los terremotos y la temperatura interna, datos que revelarán pistas sobre la evolución de Marte y permitiendo a los científicos comparar su historia con el propio pasado geológico de la Tierra. Para más información pueden visitar la entrada que le dedicamos en el blog

2018

Exomars Rover (ESA/Rusia)

La agencia espacial europea en colaboración con Rusia pretende colocar un rover astrobiológico en la superficie marciana para finales de esta década. ExoMars se centrará en buscar compuestos orgánicos y posibles restos de antiguas formas de vida. El rover tendrá una masa de 300 kg o inferior (hasta 207 kg), menos de una tercera parte que Curiosity. Los instrumentos serán capaces de analizar las hipotéticas sustancias orgánicas marcianas con una precisión sin precedentes, pero lo más interesante es que se adentrará allá donde ninguna misión ha viajado antes, el subsuelo marciano. Y todo gracias a un taladro que podrá perforar hasta los dos metros de profundidad, allí donde la radiación no ha podido dañar ninguna sustancia orgánica.

Taladro del rover Exomars.

Rusia construirá la plataforma de descenso que permitirá al rover alcanzar la superficie y tendrá un conjunto propio de instrumentos rusos y europeos, incluyendo un lídar, un espectrómetro y un sismómetro, con una masa total de 50 kg. Esta plataforma incluirá un tren de aterrizaje con patas y rampas para permitir el descenso del rover a la superficie.

Más allá del 2020

La NASA por su parte estudia diversos sistemas para realizar una misión de retorno de muestras del planeta rojo, pero los recortes en el presupuestos han limitado/retrasado mucho sus aspiraciones, en todo caso se evalúa la posibilidad de reutilizar los diseños de anteriores naves espaciales para ahorrarse el dinero del desarrollo, así tenemos nuevas versiones de los orbitadores y rovers pasados. Una expedición tripulada a Marte esta prevista para después del 2030 como muy pronto. 

Propuesta de un rover biológico-recogedor de muestras basado en Curiosity.

Una vehículo para transportar muestras marcianas a la tierra desciende gracias al sistema Sky-crane utilizado por primera vez con Curiosity.

Distintos orbitadores propuestos para explorar Marte, basados en diseños ya utilizados.

Misión Phooprint para aterrizar en Phobos y regresar con muestras a la tierra.

Conjunciones planetarias.

Finalizando el mes tendremos un par de hermosas conjunciones planetarias, la primera de ellas tendrá lugar a la madrugada del día 27 de noviembre de 2012. El brillante lucero del alba, el planeta Venus se encontrara a una distancia angular de poco más de medio grado del planeta Saturno, el señor de los anillos. Ambos astros ya se observan cercanos en el cielo pero durante el 27 la cercanía será máxima. 

Para ubicarlos deberemos buscar un horizonte este despejado de obstáculos, poco antes del amanecer. Dichos planetas los podremos observar sobre la constelación de Virgo.

Al comienzo de la noche del día 28 de noviembre tendremos otra conjunción (en realidad se trata de un ocultamiento), en esta ocasión los participantes serán nuestro satélite natural, la Luna, y el mayor planeta de nuestro sistema solar, Júpiter.

La luna aparece sobre el horizonte ya ocultando a Júpiter, por lo que desde gran parte del Paraguay solo podremos observar la reaparición  hacia las 21:00 hs. (hora paraguaya, actualmente -3 GMT) donde veremos como el planeta sale por detrás de la luna.

Para la observación de estos fenómenos se recomienda el uso de prismáticos o telescopios a bajos aumentos, aunque pueden ser observados a simple vista. Es también una oportunidad para obtener hermosas fotografías del cielo.

La ecuación del cohete.

El vuelo espacial no es nada fácil, eso lo sabe casi cualquiera. Utilizando complejos vehículos que muchas veces no son más que prototipos la humanidad explora el cosmos, pero muchos de sus miembros ignoran por completo las leyes universales que rigen sus movimientos. Esta entrada no profundizará sobre los aspectos más "técnicos" del viaje espacial, simplemente es mi intención tratar de explicar de la forma más sencilla posible algunos de los conceptos más básicos. Y que mejor inicio que la ley fundamental que rige el viaje espacial, la ecuación del cohete de Tsiolkovski.

Pero antes de hablar de ella conozcamos a sus variables empezando por la principal la conocida "delta-V" (Δv).

Llamamos delta-v al cambio de velocidad que debe experimentar un vehículo para llegar a un destino en el sistema solar. Es una manera de medir el "esfuerzo" necesario para cambiar una trayectoria por otra haciendo una maniobra orbital. Tiene la misma definición de variación de velocidad en mecánica, es decir velocidad final menos velocidad inicial (ΔV =Vf - Vo) pero lo veremos mejor con un ejemplo.

Si un cohete se encuentra en la superficie de la tierra consideremos que su velocidad inicial es Cero (0), para que el cohete alcance la órbita terrestre le es necesario "cambiar su velocidad" de 0 a unos 8 Km/s, es decir que su velocidad final sea de 8 kilómetros por segundo. Si aplicamos la formula antes vista (ΔV =Vf - Vo) vemos que ΔV =8,2 - 0, lo que nos da una delta-V de 8,2 Km/s.

Distintos objetivos en el sistema solar junto con la Delta-V necesaria para alcanzarlos.

En otras palabras alcanzar la órbita de la tierra cuesta 8,2 Km/s, esto es a manera de ejemplo ya que se requiere una Delta-V de 9,3 km/s para llegar a la órbita baja (la velocidad orbital es de unos 8 km/s, pero tenemos que tener en cuenta la energía necesaria para vencer el campo gravitatorio terrestre, de ahí la discrepancia en las cifras). Nuestro cohete sea del tipo que sea necesita alcanzar esa delta-V para llegar a la órbita. Se puede decir que la delta-V es como un medidor de distancias en el sistema solar (solo que en términos de cambios de velocidad).

Nave marciana de la NASA.

Si digo que un viaje a Marte de un tipo en particular tiene una ΔV de 10,4 Km/s, significa que mi cohete/nave espacial debe llevar el suficiente propergol (combustible más oxidante) para realizar ese cambio de velocidad. Podemos observar entonces que la dificultad en alcanzar un cuerpo del Sistema Solar no depende de la distancia, sino de la energía necesaria para realizar las maniobras orbitales.Por eso se mide el coste de una misión en términos de los cambios de velocidad necesarios para llegar al objetivo.

Continuando con el ejemplo, viajar desde la órbita baja terrestre (LEO) hasta la órbita marciana necesitamos una delta-v de solo 4,1 Km/s, es decir que ir a marte desde la órbita necesita menos gasto de combustible que despegar del suelo. Poco importa que la órbita baja esté a unos cientos de kilómetros mientras que Marte se encuentre a muchos millones de kilómetros. Esto se debe al poderoso pozo gravitatorio de la tierra.

Pozo gravitatorio de diversos cuerpos del sistema solar.

Pero volvamos a la ecuación del cohete, ahora vemos que la misma expresa la delta-v en términos del cohete.

Donde

es la masa total inicial.

la masa total final

la velocidad de los gases de salida con respecto al cohete (impulso específico).

La hace referencia a la masa inicial formada en su mayor parte por el combustible. Esta variable es directamente proporcional a la delta-V, es decir cuando es más grande mayor será nuestra Delta-v. Por eso construimos cohetes gigantes para alcanzar grandes cambios de velocidad.

Futuro cohete SLS de la NASA, para alcanzar una gran Delta-V una opción es construir cohetes más grandes.

La se refiere a la masa final, es decir a la carga útil más el cohete vacío Como vemos es inversamente proporcional es decir al aumentar la masa final disminuye nuestra delta-v y viceversa El truco consiste en reducir lo más posible nuestra masa final y una de las formas de hacerlo es construir cohetes con varias etapas para hacerlo más liviano (la desventaja de esto es que vuelve más complejo al vehículo y por ende más costoso). 

Construimos los cohetes por etapas para minimizar la masa final y así obtener una mayor delta-V.

Por último la velocidad de escape de los gases , se mide por el impulso específico (es el período en segundos durante el cual 1 kg de masa del propergol producirá un empuje de 1 kg de fuerza) esto depende de la eficiencia de nuestro motor cohete y/o del tipo de combustible empleado. también es directamente proporcional a la delta-V, por lo que si queremos elevarla utilizamos cohetes mucho más eficientes como los criogénicos, o los iónicos.

Nave térmica-nuclear, la utilización de nuevos sistemas de propulsión más eficientes permitirá obtener una mayor Delta-V. 

Propuesta de nave de propulsión eléctrica de la General Electric de finales de los años 60 con gravedad artificial .

aquí debemos hacer una pausa y explicar la diferencia entre impulso específico y empuje. El primero se refiere a lo eficiente que es un cohete y el segundo a la aceleración experimentada por el funcionamiento del mismo. Son dos términos independientes, ya que existen motores con un muy alto empuje pero bajo rendimiento (cohetes químicos) y  los hay de bajísimo empuje con alto rendimiento (moteres iónicos).