Objetivo ISS: resolución de problemas de interacción gravitatoria

Es 1 de octubre de 2016, nos encontramos en el cosmódromo de Baikonur en Kazajstán. Participamos en el programa Soyuz. Tenemos la responsabilidad de gestionar desde tierra la expedición número 49 a la Estación Espacial Internacional (ISS) .

La ISS está en construcción desde 1998 y en el presente es el objeto artificial más grande en órbita terrestre. Se encuentra a unos 400 km de altura aproximadamente de la superficie de la Tierra.

La tripulación está formada por Serguéi Rízhikov (Roscosmos), Andréi Borisenko (Roscosmos) y Robert Kimbrough (NASA), estos son los miembros de la Expedición 49 de la ISS.

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  • Calcular la velocidad, con la que debemos lanzar la nave Soyuz MS-02 para que pueda escapar de la atracción gravitatoria terrestre.
  • Calcular el radio de la órbita y el periodo de giro de la estación

Durante su estadía a bordo trabajarán en más de 250 experimentos en campos como la biología, la ciencia planetaria, física y desarrollos tecnológicos; también se usarán a ellos mismos como cobayas para investigar cómo reacciona el ser humano en el espacio.

  • Calcular la intensidad gravitatoria a la que se verán sometidos los cosmonautas durante su estancia en la ISS.

A las 08:05 UTC del 19 de octubre de 2016 despega la Soyuz MS-02 (11F732A48 Nº 732) mediante un cohete Soyuz-FG (número de serie R15000-059) desde la Rampa Número 6 (PU-6/17P32-6) del Área 31 del cosmódromo de Baikonur.

La Soyuz TMA es una nave de unos 7200 kg de masa y una longitud de 7,48 metros, con un diámetro máximo de 2,72 metros y una envergadura con los paneles desplegados de 10,7 metros. Tiene capacidad para tres cosmonautas y posee un volumen habitable de nueve metros cúbicos.

  • Visionar el vídeo “Así emprendió su viaje al espacio el novedoso Soyuz” donde se muestra el lanzamiento de la nave Soyuz MS-01 (se puede visualizar de forma inmersiva, y semi inmersiva).

El lanzamiento coloca a la Soyuz en una órbita con los siguientes parámetros:

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  • Calcular la energía total de la Soyuz en esta órbita inicial (aproxima la altura a 220Km)

En la Soyuz MS-02 se hace uso de los satélites de retransmisión del sistema Luch-5 situados en órbita geoestacionaria para enviar y recibir datos desde el 70% de la órbita aproximadamente. Este sistema permite ampliar la limitada cobertura de las estaciones de tierra rusas hasta el 83% del tiempo.

La Soyuz orbita en una órbita baja (LEO) y los satélites de retransmisión del sistema Luch-5 en órbitas altas (GEO).

  • Explicar la diferencia en la cobertura dependiendo del tipo de órbita, GEO o LEO.
  • Calcular la altura, desde la superficie terrestre, de los satélites de retransmisión del sistema Luch-5 situados en órbita geoestacionaria.
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La Soyuz MS-01 en su misión a la EEI

En una primera fase la Soyuz  se sitúa en una órbita muy parecida a la que tiene la ISS, pero a menor altura. Al moverse más rápido que el objetivo -recuerda que cuanto menor sea la altura orbital, mayor será la velocidad- podemos reducir el ángulo de fase aumentando o reduciendo la permanencia en esta órbita. Una vez que tenemos el ángulo de fase adecuado, encendemos nuestro motor para elevar el apogeo con el fin de que nuestra órbita coincida con la ISS en un punto determinado.

Ángulo de fase orbital entre una nave y su objetivo.

Ángulo de fase orbital entre una nave y su objetivo.

 Son necesarias 3 maniobras orbitales para acercar la Soyuz a la ISS.

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Técnica de acoplamiento de una Soyuz o Progress con la ISS en dos días mediante cuatro encendidos principales (Murtazin et al.). En el caso que nos ocupa se realizaron 3 encendidos.

Técnica de acoplamiento de una Soyuz con la ISS en dos días mediante cuatro encendidos principales (Murtazin et al.).

    • Calcular la velocidad que necesita la Soyuz para pasar de la órbita inicial a 220Km de altura a la órbita de la ISS a 400Km de altura.
    • Visionar el vídeo “La Tierra en 360º” donde el piloto-cosmonauta Andréi Borisenko nos muestra detalles de la vida en la EEI  (se puede visualizar de forma inmersiva, y semi inmersiva).

Otros posibles recursos o acciones complementarias:

Usar  Satellite AR, una aplicación de realidad aumentada que permite conocer la trayectoria y la posición de todos los satélites que hay en órbita alrededor de la Tierra, para localizar la Estación Espacial Internacional y diferentes satélites LEO, MEO y GEO y estudiar sus trayectorias.

Webgrafía

Lanzamiento y acoplamiento de la Soyuz MS-02

Cómo viajar a la Estación Espacial Internacional

Satellite AR, descubre la trayectoria de los satélites con la realidad aumentada

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