Física de vuelos espaciales

Física de vuelos espaciales

La era espacial inició a mediados del siglo XX, cuando laahora extinta Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 el 4 de octubre de 1957, elcual se convirtió en el primer satélite artificial de la historia. Los EstadosUnidos, por su parte, lanzaron con éxito el Explorer 1 el 31 de enero de 1958.Estos dos eventos constituyen el inicio de la carrera espacial entre las dossuperpotencias de la Guerra Fría, que concluyó con la caída del muro de Berlínen 1989. La misión Apolo-Soyuz, lanzada el 15 de julio de 1975, constituye laprimera misión conjunta entre los antiguos rivales (EE.UU. - URSS) para darpaso a la participación de varios países en la conquista del espacio. Estelibro introduce al lector en ideas que están en la base de los avances científicosy tecnológicos y que se desarrollaron en las décadas pasadas, desde 1957, sindesconocer el conocimiento ya distante de las leyes de Kepler, la fuerza degravitación de Newton o las ideas de los pioneros de la conquista del espacio.Hoy en día, la humanidad dispone de sistemas GPS, sondas que han visitadovarios planetas, asteroides y cometas; algunas han regresado a la Tierra conmuestras de material espacial, otros se encuentran viajando por el espaciointerestelar.
  1. Nombre
    • José Fernando Isaza Delgado

    • Información de autor disponible próximamente.

  2. Nombre
    • Diógenes Campos Romero

    • Información de autor disponible próximamente.

Índice general

 

1. Introducción                 17

                1.1. De la pólvora al cohete        17

                1.2. El mito de Dédalo                   21

                1.3. De Herón a Julio Verne         24

                1.4. Los pioneros de los vuelos espaciales            28

                Referencias        32

2. El cohete modelo y la ecuación de Tsiolkovsky             35

                2.1. Principio del movimiento de un cohete        35

                2.2. Principio de la turbina de un avión a reacción            39

                2.3. El cohete modelo                    40

                2.4. Ecuación del cohete              44

                2.5. Ecuación de Tsiolkovsky       49

                                2.5.1. Relaciones útiles                 53

                2.6. El combustible de los cohetes           54

                2.7. Movimiento vertical de un cohete                 63

                2.8. Altitud y dinámica del cohete            72

                                2.8.1. Cambio gravitacional con la altitud             72

                               2.8.2. Cambio de la densidad atmosférica con la altitud                                74

                               2.8.3. Efectos de la altitud sobre la ecuación demovimiento del cohete                75

                2.9. Velocidad de escape              78

                2.10. Modelo para el consumo de combustible                 83

                2.11. El Saturno V en trayectoria vertical              93

                               2.11.1. Influencia de la altitud en la dinámica del cohete               98

                Referencias        103

3. El reingreso de una nave a la atmósfera           105

                3.1. Reingreso de una nave a la Tierra                    105

                3.2. El regreso a la Tierra              107

                                3.2.1. Sistema de coordenadas polares                 109

                                3.2.2. Fuerzas expresadas en coordenadas polares          112

                3.3. El proceso de reentrada a la atmósfera        115

                Referencias        119

4. Movimiento de satélites y planetas                    121

                4.1. Particularidades del sistema solar                   121

                4.2. Sistema Sol-planeta, movimiento bajo una fuerza central                     124

                                4.2.1. Conservación del momento angular           126

                                4.2.2. Ecuación de movimiento de un planeta                     128

                                4.2.3. Segunda ley de Kepler                      130

                                4.2.4. Órbita elíptica                       131

                                4.2.5. Primera ley de Kepler                        134

                                4.2.6. Tercera ley de Kepler                        140

                4.3. Energía, velocidad y momento angular en órbitas elípticas                 142

                4.4. Tiempo de vuelo en una órbita elíptica         144

                4.5. Anomalía y anomalía promedio        149

                4.6. Ecuación vis-viva                     151

                                4.6.1. Longitud de arco en una elipse                     153

                4.7. Anotaciones sobre los satélites artificiales                   157

                                4.7.1. Satélite geoestacionario                   161

                                4.7.2. Ejemplo: velocidad de escape                       163

                4.8. Órbitas hiperbólicas              164

                               4.8.1. El paso de una órbita elíptica a una hiperbólica                     168

                4.9. Transferencia de Hohmann                169

                4.10. Ley de Titius-Bode               173

                4.11. Esfera de influencia gravitacional                 175

                4.12. Sistema de = partículas                      177

                4.13. Sistema: Sol, planeta, nave espacial             180

                               4.13.1. Atracción gravitacional del Sol y del planeta sobre el satélite                       184

                Referencias                        189

5. Viaje de la Tierra a Marte                        191

                5.1. Elementos históricos             191

                5.2. Viaje tripulado a Marte                        195

                5.3. Órbita de transferencia de la Tierra a Marte               196

                5.4. Estimación del tiempo de viaje Tierra-Marte              200

                               5.4.1. Posición relativa de los planetas para el lanzamiento                          203

                                5.4.2. El regreso a la Tierra desde Marte               205

                                5.4.3. Período sinódico                 207

                5.5. Cálculo de la velocidad inicial de la nave      211

                                5.5.1. Velocidad inicial en la órbita de Hohmann               212

                                5.5.2. Trayectoria hiperbólica rumbo a Marte                     213

                                5.5.3. Nave en la esfera de inAuencia de Marte                 214

                               5.5.4. Estimativo del combustible para un viaje de ida    215

                                5.5.5. Estadía en Marte                218

                                5.5.6. Tiempo mínimo de espera              219

                5.6. Órbita de menor tiempo, no Hohmann                         222

                                5.6.1. Velocidad inicial +0 del cohete                      225

                               5.6.2. Velocidad del cohete a la salida de la superficie terrestre                 226

                                5.6.3. Velocidad al interceptar la órbita de Marte             227

                               5.6.4. Combustible para bajar a la superficie de Marte                   228

                                5.6.5. Combustible necesario                     229

                5.7. Ecuación de Kepler y órbitas no Hohmann                   231

                                5.7.1. Parámetros de la elipse interplanetaria                     232

                                5.7.2. Anomalía excéntrica (elipse)          234

                5.8. Ciencia ficción          240

                5.9. Misiles intercontinentales                 243

                                5.9.1. Tiempo de vuelo                 248

                5.10. Gravedad en una estación espacial              249

                                5.10.1. Efecto de la velocidad de la Tierra             252

                Referencias        253

 

Índice alfabético              255

  • SCI005000 CIENCIA > Física > Astrofísica
  • PHVB