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2.15: Satélites, Lanzaderas y Estaciones Espaciales

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    ¿Por qué son importantes los satélites?

    En 1900, un huracán de categoría 4 devastó Galveston, Texas. Se cobró la vida de entre 6 mil y 12 mil personas. Por el contrario, el número de muertos por el huracán Katrina fue de alrededor de mil 800 personas. ¿Por qué la diferencia? Si bien el huracán Katrina (y Harvey y María y otros) fue una tragedia moderna, habría sido mucho peor sin la advertencia anticipada de muchos satélites meteorológicos.

    Cohetes

    Los humanos no llegaron al espacio hasta la segunda mitad del siglo XX. Necesitaban de alguna manera romper más allá de la gravedad de la Tierra. Un cohete se mueve rápidamente en una dirección. El dispositivo es propulsado por partículas que salen volando de él a alta velocidad en la otra dirección.

    Cómo funcionan los cohetes

    Los cohetes se utilizaron durante siglos en guerras y para fuegos artificiales antes de que alguien pudiera explicar cómo funcionaban. En 1687 Sir Isaac Newton desarrolló sus Leyes del Movimiento. La tercera ley dice: A cada acción hay una reacción igual y opuesta. Es decir, cuando la propulsión de un cohete empuja en una dirección, el cohete se mueve en dirección opuesta (Figura abajo).

    Acción y reacción en un cohete

    Un cohete empuja en una dirección para que se mueva en sentido contrario.

    Durante mucho tiempo, mucha gente creyó que un cohete no funcionaría en el espacio. No habría nada contra lo que empujara el cohete. ¡Pero sí funcionan! El combustible se enciende en una cámara. Los gases en la cámara explotan. La explosión crea presión que obliga a los gases a salir de un lado del cohete. El cohete se mueve en dirección opuesta (Figura abajo). A la fuerza que empuja el cohete se le llama empuje.

    Lanzamiento del transbordador espacial

    Este lanzamiento del transbordador espacial muestra cómo el empuje del cohete empuja al transbordador hacia arriba hacia el cielo.

    Una revolución de cohetes

    Durante siglos, los cohetes fueron propulsados por pólvora u otros combustibles sólidos. Estos cohetes sólo podían recorrer distancias cortas. Alrededor del cambio del siglo XX, se desarrollaron cohetes de combustible líquido. El combustible líquido dio a los cohetes suficiente potencia para escapar de la gravedad de la Tierra. Mediante el uso de múltiples etapas, los contenedores de combustible vacíos podrían caer. Esto redujo la masa del cohete para que pudiera volar más alto.

    Satélites

    Uno de los primeros usos de los cohetes en el espacio fue lanzar satélites. Un satélite es un objeto que orbita un objeto más grande. Una órbita es una trayectoria circular o elíptica alrededor de un objeto. Los objetos naturales en órbita se llaman satélites naturales. La Luna es un satélite natural. Los objetos hechos por el hombre en órbita se denominan satélites artificiales.

    Cómo se mantiene un satélite en órbita

    La ley de la gravitación universal de Newton describe cómo un objeto puede orbitar un planeta. Cada objeto en el Universo es atraído por cada otro objeto por la gravedad. La gravedad también te impide flotar lejos en el cielo. ¿Por qué la gravedad no hace que los satélites choquen contra la Tierra?

    Newton utilizó un ejemplo para explicar cómo la gravedad hace posible la órbita. Imagina una bala de cañón lanzada desde una alta montaña (Figura abajo). Si la bala de cañón se lanza a baja velocidad, caerá de nuevo a la Tierra. Esto se muestra como trayectorias (A) y (B). Si la bala de cañón se lanza a una velocidad rápida, la Tierra se curva a la misma velocidad que cae la bala de cañón. La bala de cañón entra entonces en órbita circular, como en la trayectoria (C). Si la bala de cañón se lanza aún más rápido, podría entrar en una órbita elíptica (D). Incluso podría dejar la gravedad de la Tierra e ir al espacio (E).

    Isaac Newton órbita de bala de cañón

    Isaac Newton explicó cómo una bala de cañón disparada desde un punto alto con suficiente velocidad podría orbitar la Tierra.

    Desafortunadamente, la idea de Newton no funcionaría en la vida real. Una bala de cañón se lanzó a una velocidad rápida desde el Mt. El Everest se quemaría en la atmósfera. Sin embargo, un cohete puede lanzarse hacia arriba y luego dirigirse a la órbita. No se quemará en la atmósfera. Por lo que un cohete puede llevar un satélite por encima de la atmósfera y luego liberar el satélite en órbita.

    Órbitas Satelitales

    Los satélites tienen diferentes vistas dependiendo de su órbita. Los satélites pueden ser puestos en órbita baja. Estos satélites orbitan de norte a sur sobre los polos. Estos satélites ven una parte diferente de la Tierra cada vez que circulan. Los satélites de imágenes y meteorológicos necesitan este tipo de visión.

    Los satélites pueden colocarse de manera que orbiten al mismo ritmo que gira la Tierra. El satélite permanece entonces sobre la misma ubicación en la superficie. Los satélites de comunicaciones a menudo se colocan en estas órbitas.

    Tipos de Satélites

    El primer satélite artificial fue lanzado hace poco más de 50 años. Miles están ahora en órbita alrededor de la Tierra. Los satélites también orbitan la Luna, el Sol, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Los satélites tienen muchos propósitos diferentes. Hay satélites para comunicaciones y navegación. Hay satélites para tomar fotografías de la superficie de un planeta.

    Decenas de satélites recopilan datos sobre la Tierra. Los satélites Landsat de la NASA hacen imágenes detalladas de los continentes y áreas costeras de la Tierra. Otros satélites estudian los océanos, la atmósfera, las capas de hielo polar y otros sistemas terrestres. Estos datos nos ayudan a monitorear el cambio climático. Otros cambios a largo plazo en el planeta también se ven mejor desde el espacio. Las imágenes satelitales ayudan a los científicos a entender cómo los sistemas de la Tierra se afectan entre sí Diferentes satélites monitorean diferentes longitudes de onda de energía.

    Estaciones Espaciales

    Los humanos tienen presencia en el espacio en la Estación Espacial Internacional (ISS) (Figura abajo). Las estaciones espaciales modernas se construyen pieza por pieza para crear un sistema modular. El propósito principal de la ISS es la investigación científica, especialmente en medicina, biología y física.

    La Estación Espacial Internacional

    Una fotografía de la Estación Espacial Internacional fue tomada del transbordador espacial Atlantis en junio de 2007.

    Lanzaderas Espaciales

    Las naves diseñadas para los vuelos espaciales humanos, al igual que las misiones Apolo, tuvieron mucho éxito. También eran muy caros y no podían llevar mucha carga. Podrían usarse sólo una vez. Para dotar a la ISS, la NASA necesitaba un vehículo espacial que fuera reutilizable. Necesitaba poder transportar grandes piezas de equipo. La carga podría incluir satélites, telescopios espaciales o secciones de una estación espacial. La nave espacial resultante se llama transbordador espacial (Figura a continuación).

    Transbordador espacial en la plataforma de lanzamiento

    Atlantis en la plataforma de lanzamiento en 2006. Desde 1981, el transbordador espacial ha sido el vehículo principal de Estados Unidos para transportar personas y grandes equipos al espacio.

    Un transbordador espacial tiene tres partes principales. La parte con la que probablemente estés más familiarizado es el orbitador. El orbitador tiene alas como un avión. Cuando se lanza un transbordador espacial, el orbitador se sujeta a un enorme tanque de combustible que contiene combustible líquido. A los lados del tanque de combustible hay dos grandes “cohetes booster”. Todo esto es necesario para sacar al orbitador de la atmósfera terrestre. Una vez en el espacio, el orbitador puede ser utilizado para liberar equipos (como un satélite o suministros para la Estación Espacial Internacional). Se puede utilizar para reparar equipos existentes, como el Telescopio Espacial Hubble. Los astronautas pueden incluso hacer experimentos directamente a bordo del orbitador.

    Cuando se completa la misión, el orbitador vuelve a entrar en la atmósfera de la Tierra. La nave vuela de regreso a la Tierra más como un planeador que como un avión. El programa del Transbordador Espacial realizó 135 misiones entre 1981 y 2011, cuando se retiraron los transbordadores restantes. Desde que los transbordadores espaciales se han retirado, la ISS es atendida por una nave espacial rusa Soyuz.

    Puedes visitar las lanzaderas retiradas en todo el país:

    • Enterprise en el Intrepid Sea-Air-Space Museum, Nueva York.
    • Descubrimiento en el Museo Nacional del Aire y el Espacio, Chantilly Virginia.
    • Atlantis en el Centro Espacial Kennedy, Florida.
    • Endeavour en el Centro de Ciencias de California, Los Ángeles.

    SpaceX

    El 30 de mayo de 2020 NASA y SpaceX enviaron a Robert Behnken y Douglas Hurley a la Estación Espacial Internacional desde el Centro Espacial Kennedy en Florida. Estos astronautas estaban probando el cohete Falcon 9 de SpaceX y la nave espacial Crew Dragon sobre su capacidad para transportar personas hacia y desde la Estación Espacial Internacional.

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    Esta ilustración muestra la nave espacial Crew Dragon en órbita terrestre baja.

    Este lanzamiento histórico es la primera nave espacial construida comercialmente en llevar a los astronautas a la órbita terrestre. También es la primera vez en Estados Unidos que lanza a sus astronautas desde suelo estadounidense desde que finalizó el Programa de Transbordadores Espaciales de la NASA en 2011. Falcon 9 es también el primer cohete que puede enviar cosas a la órbita de la Tierra y luego ser reutilizado para otro vuelo.

    Estas increíbles primicias contribuyen al Programa de Tripulación Comercial de la NASA, que asocia a la NASA con empresas privadas para construir sistemas de transporte espacial para hacer que los viajes espaciales y la investigación sean más baratos y efectivos.

    Viernes de la ciencia: Cómo llegó un transbordador LEGO al espacio

    ¿Cómo conseguirías un transbordador LEGO al espacio? En este video de Science Friday, Raúl Oaida, de 18 años de edad, adjuntó un transbordador LEGO, una cámara de video y un rastreador GPS, a un enorme globo de helio y los envió al espacio. El transbordador alcanzó una altitud de 115,000 pies antes de dirigirse de regreso a la Tierra.

    Resumen

    • Los cohetes son impulsados al espacio por partículas que vuelan por un extremo a alta velocidad. Esto les permite escapar de la gravedad.
    • Miles de satélites artificiales orbitan la Tierra. Los satélites se utilizan para imágenes, comunicaciones, navegación y habitación humana.
    • Las estaciones espaciales están habitadas continuamente por humanos. Los humanos llegan a la estación espacial en transbordador espacial.

    Revisar

    1. ¿Cómo funciona un cohete?
    2. ¿Por qué hay tantos satélites orbitando la Tierra en este momento?
    3. ¿Cómo permanecen los satélites artificiales en órbita? ¿Es así como los satélites naturales, como la Luna, permanecen en órbita?

    Explora más

    Utilice los recursos a continuación para responder a las preguntas que siguen.

    1. ¿Cómo estudian los científicos la Tierra desde el espacio?
    2. ¿Qué hace el satélite Aqua?
    3. ¿Qué hace el satélite Terra?
    1. ¿Qué es Landsat?
    2. ¿Por qué es importante?
    3. ¿Qué se ha aprendido de las imágenes Landsat?

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