De la terra a l'espai

Etxebeste Aduriz, Egoitz

Elhuyar Zientzia

Sempre ha existit la curiositat de l'ésser humà per viatjar, per descobrir nous llocs. Comença pels continents, després la mar, el cel i l'espai. L'espai, l'última conquesta de l'ésser humà. Quan no és directament possible, enviant-nos testimonis que ens serveixin per a obtenir informació, però els planetes, satèl·lits i asteroides s'han convertit en objectius i metes importants.
De la terra a l'espai
01/03/2007 | Etxebeste Aduriz, Egoitz | Elhuyar Zientzia Komunikazioa

Llançament del coet Soiuz TMA-6.
ANDANA
El primer obstacle per a viatjar a l'espai està en la Terra. I no és el menor obstacle. Es diu que en la Terra estem en un pou de gravetat, és a dir, estem molt prop d'una massa gran i hem de superar la força de gravetat que aquesta massa (la Terra) ens produeix si volem abandonar la Terra.

Per a això és necessari obtenir una energia cinètica capaç de fer front a aquesta energia potencial, o cosa que és el mateix, una velocitat que permeti fer front a la gravetat. Es denomina velocitat de fuita a la velocitat mínima necessària per a sortir d'un camp gravitatori i en superfície és de 11,2 km/s. És a dir, si a un cos en superfície se li dóna aquesta velocitat, tindrà l'energia cinètica suficient per a escapar del camp gravitatori de la Terra.

Per a superar aquest primer problema es necessita un gran coet ple de reis fins al coll. De fet, el combustible necessari per a l'enviament d'una càrrega a l'espai pesa més que la pròpia càrrega.

Cremant aquest combustible, el gas calent surt dirigit en una direcció i a alta velocitat, i per reacció d'acció aconsegueix l'embranzida que el coet va cap amunt. El coet no arrenca a una velocitat de 11,2 km/s, però en continuar cremant combustible en el camí, es va aconseguint més energia cinètica i amb això suficient arrencada de menor velocitat.

Però els coets només serveixen per a viatjar d'anada. No es poden reutilitzar. A mesura que avancen en el viatge, les parts es van alliberant per a reduir pes i augmentar la velocitat, i acaben perdudes en la mar, en l'òrbita de la Terra o en l'espai. No es recuperen.

Els russos, per exemple , utilitzen coets de Soyuz per a traslladar als astronautes a l'Estació Espacial Internacional (ISS), per a posteriorment aterrar en una càpsula. En els coets Soiuz poden anar 3 astronautes i en cada viatge cal utilitzar un coet nou.

El transbordador Columbia aterra.
ANDANA

Els estatunidencs, per part seva, utilitzen transbordadors espacials per a realitzar viatges d'anada i volta. A diferència dels coets, en certa manera són reutilitzables. El llançament es realitza de la mateixa manera que els coets, però són capaços d'aterrar com a avions, per la qual cosa poden ser utilitzats repetidament. Les transbordadores de la NASA estan dissenyades per a un centenar de vols, amb capacitat per a 5-7 astronautes per viatge. No obstant això, des de l'accident de Columbia en 2003 es troben en declivi i pràcticament fora d'ús. A més, segons declaracions de la NASA de 2004, es preveu la retirada dels transbordadors per a 2010 i la seva substitució per vaixells espacials d'Orio en fase de desenvolupament. I aquestes noves naus espacials serviran per a anar primer a la Lluna i després a Mart.

Però tant els vols dels coets Soiuz com els dels transbordadors espacials solen ser orbitals, és a dir, no van més enllà de l'òrbita terrestre. En l'actualitat, són els únics viatges que realitza l'ésser humà.

Primera parada: La lluna

Deixant enrere els viatges orbitals, la parada més pròxima de l'espai és la Lluna. De fet, també es troba en l'òrbita de la Terra.

Imatge presa per la sonda Voyager 2 a Neptú.
ANDANA
Fa gairebé 40 anys que l'home va arribar a la Lluna, però des de llavors la tecnologia dels coets no ha canviat molt, deixant de costat l'electrònica. A més, el Saturn V, utilitzat en les missions Apollo que va portar a l'home a la Lluna, ha estat el coet més gran i poderós mai utilitzat. No s'ha utilitzat amb posterioritat.

En l'actualitat gairebé totes les agències espacials tenen projectes per a tornar a la lluna. Les agències espacials europees, xineses, japoneses i estatunidenques tenen previst anar a la lluna cap a l'any 2020. I també els indis i els russos en 2030. Però no sols parlen d'anar, sinó de quedar-se allí, perquè tenen plans per a construir una base fixa. Els japonesos volen fer la base per a 2030, mentre que els xinesos i estatunidencs afirmen que és possible que estigui feta per a 2024. Ara estan tractant d'arribar a acords internacionals.

La NASA i l'AQUESTA també miren més enllà de la Lluna i veuen a la Lluna com un pas intermedi cap a Mart. El programa Aurora de l'AQUESTA, per exemple, té entre els seus objectius arribar a Mart en 2030.

Als planetes

Però, de moment, només les sondes espacials viatgen als planetes. Aquestes sondes es col·loquen en l'extrem dels coets per a poder sortir del sòl. És a dir, el coet és l'encarregat de donar velocitat a la sonda i després, una vegada sortit de la influència de la Terra, el coet es pot deixar enrere i anar per inèrcia fins on es vulgui. Però per a això és necessari donar la direcció adequada. I en això cal estar molt fi, ja que la grandària dels planetes és molt petit comparant-ho amb la seva òrbita.

Fa 40 anys que en la missió Apollo XI l'home va arribar a la Lluna.
ANDANA

Perquè la sonda arribi a l'objectiu desitjat, mitjançant simuladors de gravetat realitzen càlculs molt precisos. Aquests simuladors simulen el recorregut de la sonda, tenint en compte la gravetat de tots els altres planetes i masses, calculant a més de la direcció a donar a la sonda el temps exacte de llançament. A això se'n diu finestra de llançament.

No obstant això, la pròpia sonda també té petits propulsors per a realitzar correccions de direcció. Per tant, el coet li dóna velocitat i direcció, però després es poden fer correccions en el camí.

Caramboles sense impacte

Com ja s'ha indicat, l'enviament d'una sonda a un planeta ha de tenir en compte la força de gravetat dels planetes que actuaran al llarg del camí. Però no sols es té en compte, també es pot utilitzar el camp gravitatori dels planetes per a aconseguir una major velocitat. És el que es diu ajuda gravitatòria. Per exemple, l'ajuda gravitatòria de Júpiter i Saturn pot ser molt útil per a anar a Urà.

Per a beneficiar-se de l'ajuda gravitatòria és necessari dirigir la sonda per darrere d'un planeta de gran massa. És a dir, fer passar la sonda pel punt que acaba de passar el planeta en la seva òrbita. D'aquesta manera, el planeta atraurà i, per tant, li donarà velocitat. Una vegada aconseguida la velocitat, pot saltar al següent planeta com si fos un joc espacial de billar. A més, aquesta manera de viatjar permet observar diversos planetes en una mateixa missió.

(Foto: ANDANA)
L'ajuda dels planetes va ser un dels grans èxits de la NASA en la missió Voyager. Les sondes Voyager 1 i Voyager 2 van ser enviades en 1977 amb l'objectiu de profitarse amb la inusual ubicació de Júpiter, Saturn, Urà i Neptú. El primer va visitar Júpiter i Saturn, les seves llunes Io i Tità. Per a observar-ho va haver d'abandonar el camí cap a Urà, i en l'actualitat és el que més lluny ha arribat del Sol en objectes creats per l'home.

Per part seva, la sonda Voyager 2 va abandonar Tità i, a més de Júpiter i Saturn, va visitar Urà i Neptú en 1986 i 1989. El Voyager 2 és l'únic que ha visitat aquests dos últims planetes.

El suport gravitatori és tan útil que a vegades el viatge pot iniciar-se en sentit contrari. Per a enviar a Saturn Cassini-Huygens, va ser enviat primer a Venus. Allí va rebre l'ajuda gravitatòria en dues ocasions i després, amb l'ajuda de la Terra i de Júpiter, es va servir per a arribar a Saturn.

En aquest moment, la sonda New Horizons acaba de comptar amb l'ajuda de Júpiter, o l'està fent per a arribar a Plutó i Karon. Això sí, mentre està prop de Júpiter, està traient fotos per a estudiar aquell planeta i les seves quatre llunes més grans. Aquest treball, que es prolongarà fins a juny, espera arribar a Plutó per a l'any 2015. Si no comptés amb l'ajuda de gravitació de Júpiter, trigaria quatre anys més a arribar a Plutó.

Pròxima parada: Mart?

El cos humà no és capaç de viure sense gravetat durant molt de temps.
ANDANA

Encara que les sondes espacials han arribat molt lluny, en el cas de l'home les coses es compliquen molt. Després de tornar a la Lluna, les agències espacials han marcat el següent objectiu en Mart. Però no serà fàcil. De fet, la missió d'aquí a Mart pot ser gairebé dos anys. Avui dia, això significa que els astronautes haurien de viure dos anys sense gravetat. I el cos humà no és capaç de viure sense gravetat durant tant de temps.

En absència de gravetat, els ossos perden calci, els músculs s'atrofien, el sistema cardiovascular s'alenteix, es formen menys glòbuls vermells i el sistema immunològic s'afebleix, entre altres coses. De fet, moltes vegades s'esmenta que la falta de gravetat s'assembla als processos que es produeixen amb l'edat. Per tant, aquest tipus de viatges requeriria de vaixells espacials que generen gravetat artificial. Però, de moment, no existeix.

Els que somien amb anar als planetes com a turistes, per la qual cosa hauran d'enfrontar-se, de moment, a la realització de vols orbital. I per a això hauran de mantenir la butxaca calenta. L'Agència Espacial Russa ofereix viatges espacials per 15 milions d'euros i tots els vols fins a 2009 estan ocupats.

Un passeig per l'espai

El primer turista de l'espai va ser Dennis Tito, qui va passar set dies en l'ISS en 2001. Han estat i seran més. A més, hi ha molts empresaris que han escoltat diners en viatges espacials i hi ha diversos projectes en marxa. La majoria proposa vehicles que realitzaran vols suborbitarios i tenen previst viatjar a una altura d'entre 100 i 160 quilòmetres.

Mòdul de test Gènesi 1.
Bigelow Aerospace
En aquests viatges, els viatgers tindrien l'oportunitat d'estar entre 3 i 6 minuts sense gravetat, observar perfectament les estrelles i veure la curvatura de la Terra. En principi s'estima que el preu del viatge rondarà els 150.000 euros, però s'espera que després vagi baixant, fins a 30.000 o 20.000 euros, o fins i tot més.

La nau espacial SpaceShipOne pot ser una de les utilitzades per a aquesta mena de viatges. Es tracta de la primera nau espacial finançada exclusivament per diners privats que en 2004, en un termini de dues setmanes, va aconseguir pujar dues vegades a 100 quilòmetres d'altura, amb 3 persones en el seu interior. Ara volen posar en marxa una flota d'aquesta mena de naus espacials per a completar la línia espacial Virgin Galactic. Ja han començat a reservar vols i esperen que el primer vol es realitzi en 2008.

Un altre projecte privat és Blue Origin. Recentment s'ha exposat el vídeo del vol del primer prototip anomenat Goddard al novembre de 2006. L'aspecte de Goddard és curiós: té forma de campana i quatre potes, i s'acomiada i aterra verticalment. En aquesta primera prova només va pujar a 85 metres. No obstant això, es preveu iniciar l'oferta de vols comercials a 100 quilòmetres per a 2010. En aquests vols, a més del pilot, es preveu que acudiran altres tres persones.

Hotels de mil estrelles

Però, a més dels viatges, hi ha qui vol posar en marxa el negoci dels allotjaments espacials. Bigelow Aerospace represa el disseny dels hàbitats espacials inflables del programa Transhab abandonat per la NASA en el seu moment i ja al juliol de 2006 va enviar a òrbita el mòdul de test Genesis 1. Enguany tenen previst enviar Genesis 2 i posar en marxa la primera estació espacial comercial per a 2010. Es dirà Nautilus i tindrà 330 m 3.

La nau espacial SpaceShipOne després d'un vol.

Començarà la colonització de l'espai amb els allotjaments espacials? I és que, almenys alguns creuen que això arribarà abans o després. Michael Griffin, director general de la NASA, va parlar: "...a llarg termini, les espècies del planeta Terra no podran sobreviure... Si els éssers humans volem viure centenars, milers o milions d'anys, haurem de colonitzar altres planetes... No sé quan serà, però arribarà un dia en què fora de la Terra viurà més gent que en la Terra... Sé que l'home colonitzarà el sistema solar i algun dia arribarà més lluny..."

Basada en l'entrevista a l'enginyer Danel Madariaga en el programa de ràdio Norteko Ferrokarrilla. Per a escoltar l'entrevista: www.elhuyar.com/norteko_ferrokarrilla/

Velers en l'espai
Les naus espacials necessiten molt combustible, sobretot per a sortir de la Terra. Però en l'espai també es pot viatjar sense combustible: els velers solars.
Els velers solars tenen espelmes molt fines de gran superfície, i encara que també hi ha vent solar, es valen de la llum solar, sobretot per a aconseguir l'embranzida. El sol, a més de la llum i la calor, emet partícules a molt alta velocitat, la qual cosa es coneix com a vent solar. No obstant això, aquestes partícules són tan poques (~10 partícules/cm 3 ) que l'embranzida que donarien a un veler solar és 10 vegades menor que el que produiria la reflexió de la llum solar.
Representació del veler solar Cosmos 1.
(Foto: J. Ballentine)
Les veles dels velers solars poden ser entre 40 i 100 vegades més fines que el paper, fabricades amb materials lleugers i reflectors. En reflectir els fotons en aquestes membranes mirall s'aconsegueix una embranzida que, encara que petit, és constant i pot ser útil per a realitzar diverses maniobres en l'espai sense utilitzar combustibles.
De moment, no han aconseguit utilitzar amb èxit velers amb llum solar com a principal força de propulsió. Però han fet diverses proves. En 2005, per exemple , es va enviar Cosmos 1, però el coet va fallar i no va aconseguir posar-lo en òrbita. En 2006, no obstant això , Soraseiru va enviar un veler solar de sabupeiro-do, que no va aconseguir expandir-se correctament.
Viure a l'espai
La colonització de l'espai és un dels temes més tractats de ciència-ficció, però no sols això: la implantació de colònies humanes en l'espai és un objectiu a llarg termini de diversos programes espacials.
Encara que alguns creuen que les primeres colònies s'assentaran en la Lluna i en Mart, molts altres parlen de colònies orbital. Alguns grups de la NASA han estudiat la possibilitat de realitzar aquestes colònies orbitals, segons les quals en la Lluna i els asteroides circumdants hi ha suficient material, està disponible en grans quantitats d'energia solar d'energia solar i no requereix grans avanços científics. Això sí, caldrà fer molta enginyeria.
(Foto: Sr. Davis)
També s'han realitzat dissenys de colònies orbital. Un dels exemples és l'Standford Torus proposat per la NASA en 1975. Es tractaria d'un anell d'una milla de diàmetre que giraria un minut per a obtenir la gravetat artificial mitjançant la força centrífuga. La llum solar penetraria mitjançant miralls i l'interior tindria la forma d'una vall llarga. Allí se simularia un entorn natural que albergaria a 10.000 persones.
Qui vulgui conèixer un Standford Torus té l'oportunitat d'esperar que algun dia es faci una cosa semblant, o en Kubrick 2001: Veure la pel·lícula A Space Odyssey.
Etxebeste Aduriz, Egoitz
Serveis
229
2007
Serveis
037
Astronàutica
Article
Serveis

Gehitu iruzkin bat

Saioa hasi iruzkinak uzteko.

Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila
MAIER Koop. Elk.
KIDE Koop. Elk.
ULMA Koop. Elk.
EIKA Koop. Elk.
LAGUN ARO Koop. Elk.
FAGOR ELECTRÓNICA Koop. Elk.