La carerra Espacial

La carrera espacial



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[TH="colspan: 4"]CRONOLOGÍA DE LA EXPLORACIÓN ESPACIAL
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[TH]Cronología general[/TH]
[TH]Misiones tripuladas[/TH]
[TH]Misiones no tripuladas[/TH]
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hasta-1959
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Misiones en curso
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1960-1969​

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1960-1969​

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1960-1969​

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1970-1979​

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1970-1979​

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1980-1989​

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1980-1989​

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1980-1989​

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Programas Espaciales​

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1990-1999​

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1990-1999​

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1990-1999​

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2000-2009​

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2000-2009​

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2000-2009​

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2010-2019​

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2010-2019​

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2010-2019​

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No se han incluido todas las misiones que se han enviado al espacio, sino aquellas cuyo objetivo era distinto al de la propia órbita terrestre, con dos excepciones, los vuelos tripulados, y las primeras misiones espaciales, dada su importancia y relevancia en el desarrollo de la exploración espacial.


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EEUU y URSS, ambas naciones participaron en las siguientes décadas en una carrera espacial, con más de 5000 lanzamientos de satélites y sondas espaciales de todas las clases: investigación científica, comunicaciones, meteorológicos, de reconocimiento fotográfico, de navegación, sondas lunares y planetarias y vuelos espaciales tripulados.

La Unión Soviética lanzó al primer hombre en órbita, Yuri A. Gagarin, alrededor de la Tierra el 12 de abril de 1961. El 20 de julio de 1969 los Estados Unidos enviaron dos hombres a la superficie de luna. El 12 de abril de 1981, en el 20 aniversario de los vuelos tripulados, los Estados Unidos lanzaron la primera nave espacial tripulada reutilizable, el Space Shuttle o lanzadera espacial.
Muchas de las astronaves, como las tripuladas y las de reconocimiento, están diseñadas para ser recuperadas. Algunos satélites operacionales se vuelven inertes después de meses o años de funcionamiento. El NORAD norteamericano mantiene una vigilancia constante de los miles de objetos de origen humano que circulan la Tierra en una variedad de órbitas; además de los satélites artificiales existe un gran número de objetos clasificados como desechos, como las etapas superiores agotadas, cables y tornillos, que entran en órbita junto con los satélites, así como fragmentos que resultan de explosiones en el espacio. Eventualmente los desechos de órbitas bajas terminan regresando a la atmósfera y consumiéndose en el acto.

Consideraciones básicas del diseño de las naves espaciales
El término nave espacial es tan general que incluye cohetes sonda, satélites artificiales y sondas espaciales, se considera independiente a ellos el concepto de cohete a reacción como vehículo lanzador encargado de poner en órbita la carga útil que transporta.
Las sondas espaciales pueden clasificarse en sondas lunares, planetarias y de espacio profundo. Las naves espaciales también pueden ser tripuladas o no tripuladas, activas o pasivas. Un satélite pasivo no emite ninguna señal de radio y puede ser seguido ópticamente o mediante radar. Los satélites activos emiten señales de radio para poder ser seguidos con mayor facilidad y para transmitir los datos desde los instrumentos a bordo a las estaciones de seguimiento.
Otra gran diferenciación de los satélites reside entre los satélites científicos y los de aplicaciones civiles o militares. Un satélite científico lleva instrumentos a bordo para obtener datos científicos sobre los campos magnéticos, la radiación espacial, el Sol, los planetas o los objetos del espacio profundo. Los satélites de aplicaciones llevan a cabo tareas de utilidad práctica como facilitar enlaces de comunicaciones, ayudar en la navegación de vehículos terrestres, permitir el estudio y la previsión del clima, estudiar diversos aspectos de la Tierra, y también espiar al enemigo. Debido a la gran variedad de funciones, las características físicas de los satélites pueden diferir en mucho.
Como se han lanzado más de 5000 naves espaciales desde 1957 es necesario agruparlas en programas, por ejemplo los programas de la antigua Unión Soviética Sputnik, Vostok, Soyuz y Venera, y los norteamericanos Explorer, Intelsat, Apolo, Voyager y Space Shuttle.

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[TH="class: textos"] Cohete Saturn 5[/TH]
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Lanzamiento al espacio de una nave
El principal obstáculo que se debe superar para lanzar un objeto al espacio es superar la atracción gravitatoria de la Tierra, lo que se consigue gracias al empleo de grandes cohetes propulsores. Si la fuerza de empuje del motor es el doble que el peso total del vehículo en el momento del despegue entonces el cohete se elevará con una aceleración de un "g", 9,8 m/s cada segundo. Debido a que el combustible es consumido y expulsado del motor, el vehículo se va aligerando y la aceleración aumenta.
Los cohetes lanzadores se componen de varias etapas aceleradoras, cada una con su correspondiente motor, montadas una encima de otra, y estando la carga útil en el extremo superior del lanzador. A medida que las etapas van consumiendo su combustible se desprenden del cohete, comenzado entonces la ignición del motor de la etapa siguiente. De esta forma va aligerándose el peso del vehículo con el consiguiente aumento de la aceleración. Muchos cohetes lanzadores se componen de tres etapas.
En general, cuanto más tarde un vehículo espacial en abandonar la atmósfera terrestre y alcanzar la velocidad requerida menos económico será el lanzamiento. A bajas aceleraciones el cohete consume grandes cantidades de combustible debido a que está perdiendo 10 m/s de velocidad cada segundo de viaje. El valor máximo de la aceleración viene impuesto por la tensión acelerativa límite que soporta la estructura del cohete y la carga útil. En los vuelos tripulados un empuje de 6 g es considerado el límite máximo cuando los astronautas se encuentran en posición horizontal, esto es con la cabeza y el corazón en el mismo nivel.
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Trayectorias de vuelo
Existen cuatro clases generales de trayectorias: cohetes sonda (parabólicas), órbita terrestre (elípticas), trayectoria de escape de la Tierra (hiperbólicas) y planetarias.
Cohetes sonda. Los primeros cohetes sonda lanzados para estudiar las capas altas de la atmósfera en 1945 fueron colocados casi en vertical. Generalmente eran cohetes de una sola etapa que podían alcanzar velocidades entre 4.800 a 8.000 km/h. El combustible del motor solía agotarse a una altitud entre 16 y 32 Km, reduciéndose la velocidad del cohete a partir de ese momento debido a la gravedad. El cohete se detenía al llegar al punto de máxima altitud de su trayectoria (unos 160 km) y comenzaba a caer hacia la Tierra, estrellándose en el desierto o en un océano. Los instrumentos de abordo que llevaba el cohete para registrar los datos científicos eran expulsados y descendían en paracaídas, pero posteriormente se diseñaron las cargas de pago científicas para que radiaran los datos que iban adquiriendo, a esto se denomina telemetría.
Órbita terrestre. La órbita terrestre se alcanza lanzado el cohete en posición vertical y después ir inclinando la trayectoria de forma tal que el vuelo es paralelo a la superficie de la Tierra en el momento en el que se alcanza la velocidad orbital a la altura deseada. En este preciso punto, el motor del cohete es apagado. La astronave unida a la etapa final se encuentra entonces en caída libre hacia la Tierra. Por ejemplo, a una altura de 200 km la velocidad orbital es de unos 29.000 km/h; como a 200 km de la Tierra la atmósfera es casi inexistente, el rozamiento aerodinámico es despreciable y la nave continuará en órbita por tiempo indefinido. El lapso de tiempo que tarda un satélite en dar la vuelta a la Tierra se denomina período de la órbita y a 200 km, éste es de 90 minutos. A alturas mayores la velocidad orbital disminuye y aumenta el período. Por ejemplo, a una altura de 1.730 km la velocidad orbital es de 25.400 km/h y el período es de dos horas. A 35.700 km la velocidad es de 11.300 km/h y el período es de 24 horas. Debido a que éste es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre su eje, tal satélite se mueve a la misma velocidad angular que la superficie de la Tierra y parece estar fijo en el cielo. Esta órbita particular, denominada geoestacionaria, tiene un valor especial en satélites de comunicaciones y meteorología. Todo ello se aplica sólo a órbitas circulares, las cuales son difíciles de alcanzar. Normalmente la órbita de un satélite es una elipse con una altura de apogeo (altura máxima) y una altura de perigeo (altura mínima). La órbita puede hacerse más circular si se dispone de potencia en el satélite reduciendo la velocidad en el perigeo (el apogeo disminuye) o aumentando la velocidad en el apogeo (el perigeo aumenta); en ambos casos el impulso del cohete se aplica paralelo a la dirección de la órbita. Al enviar un satélite hacia la órbita terrestre la trayectoria del cohete lanzador es inclinada hacia el este para aprovechar el impulso adicional que proporciona el movimiento de rotación de la Tierra. Esta velocidad de rotación es de 450 m por segundo en el ecuador y 400 m/s en Cabo Cañaveral, Florida, donde se encuentra la principal base de lanzamientos de la NASA. Si el satélite se lanza en dirección norte o sur se alcanza una órbita polar. La ventaja del impulso adicional por la rotación de la terrestre se pierde, pero tiene otras ventajas. Como la Tierra gira entorna a su eje polar, el satélite pasa por encima de todas las regiones del globo después de unas pocas revoluciones.
Trayectoria de escape de la Tierra. Con el fin de escapar completamente de la influencia gravitatoria de la Tierra, se necesita una velocidad de lanzamiento de 40.000 km/h. A tal velocidad la nave deja el campo gravitatorio y, si no existiesen otros cuerpos planetarios, iría a parar a una órbita alrededor del Sol como un pequeño planeta. Con una sincronización precisa es posible hacer llegar a la nave a las cercanías de la luna. En el proyecto Apolo, la nave era puesta en órbita de escape hacia la luna y, bajo su influencia gravitatoria, daba la vuelta por la cara oculta. Si no se hubiese hecho ninguna maniobra la nave habría dado la vuelta completa y se habría dirigido de nuevo hacia la Tierra. Al reducir la velocidad de la nave en la cara oculta de la luna, el vehículo fue puesto en órbita alrededor de la luna.
Vuelos interplanetarios. Debido a la naturaleza elíptica de las órbitas planetarias la distancia de la Tierra a sus planetas vecinos, Venus y Marte, cambia. Las oportunidades de un lanzamiento favorable ocurren cuando la distancia al planeta de destino es mínima, lo cual sucede cada dos años más o menos; a esto se denomina ventana de lanzamiento. Pueden realizarse vuelos en otros momentos, pero la distancia que debe atravesar la nave es mucho mayor, lo cual aumenta el coste de la misión. La trayectoria de vuelo desde la Tierra a Venus o a Marte puede ser planeada para aprovechar las posiciones cambiantes entre los planetas y reducir el coste de la misión. Tales órbitas económicas fueron calculadas ya a finales de los años 1920. A pesar de que estas órbitas de transferencia requieren una velocidad inicial mínima el tiempo de viaje es muy grande, tanto como 260 días para llegar a Marte a través de una órbita de transferencia. Debido a ello se emplea un compromiso entre la órbita de transferencia más económica y la más rápida, como fue el caso de las misiones Mariner 6 y 7 en 1969. Lanzado el 25 de febrero de 1969, el Mariner 6 pasó a 3.410 km de Marte 157 días después, cuando el planeta rojo se encontraba a 92.800.000 km de la Tierra. Otra maniobra muy útil en vuelos interplanetarios es la denominada impulso gravitatorio o "fly-by", en la cual se aprovecha la caída de la nave en el campo gravitatorio de un planeta para transferir energía cinética del planeta a la nave, aumentando así su velocidad a la vez que se cambia su rumbo sin necesidad de consumir combustible. Esta técnica fue empleada por varias sondas norteamericanas lanzadas en la década de los 70, como la Pioneer 11 y las Voyager 1 y 2 para viajar desde Júpiter hasta Saturno.

Navegación, encuentro y unión de dos naves y recuperación
Navegación. Viajar de un punto a otro en el espacio casi nunca es ir en línea recta, antes bien, el movimiento se ve afectado por la influencia gravitatoria de los cuerpos celestes. La base de la navegación espacial es la orientación inercial, esto es, la orientación basada en la inercia de un giróscopo, prescindiendo de cualquier fuerza externa y sin referencia al Sol o a otras estrellas. Mediante tres giróscopos orientados en las tres direcciones del espacio y usando acelerómetros, pueden realizarse medidas precisas de la aceleración de la nave, tanto positivas como negativas, en cualquier dirección que se produzcan. Usando la memoria de abordo puede llevarse un registro de la posición de la sonda en cualquier momento. Cambiando la orientación de la nave y encendiendo los motores de pequeño empuje se pueden realizar correcciones a la trayectoria. Los ordenadores programados de abordo en el control de la misión llevan un registro que indica por donde ha pasado la nave, donde debería estar y hacia donde debería ir; en las misiones tripuladas todos estos datos son visualizados por los astronautas por si tienen que pasar a control manual. Durante la fase de lanzamiento es frecuente corregir las desviaciones de la trayectoria del cohete respecto de la calculada, para ello se emplean pequeños motores especiales, desviando el chorro de gases calientes que expele el motor, o balanceando uno o más motores montados sobre soportes pivotantes. En el caso de encuentro entre dos naves, el radar de abordo va informando a la tripulación de la nave que maniobra sobre la posición y velocidad con respecto a la otra nave. Con la puesta en marcha del Sistema Global de Posicionamiento en la década de los años 80 ha sido posible controlar la posición y la velocidad de las naves tripuladas en órbita con una precisión muy alta, lo cual ayuda en este tipo de maniobras. La descripción anterior de los sistemas de navegación de astronaves está muy simplificada; los sistemas usados son complejos, potentes herramientas sin las cuales los vuelos tripulados y no tripulados serían imposibles de realizar.
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[TH="class: textos"] Vista artística de un acoplamiento[/TH]
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Encuentro y atraque entre dos naves. Se produce un encuentro espacial cuando una nave maniobra para aproximarse a otra y unirse mediante dispositivos de atraque diseñados específicamente. Un encuentro espacial comienza cuando una de las naves modifica su órbita para alcanzar la órbita de la otra nave y acercarse lentamente a sus proximidades. El término es relativo, pero por lo general la distancia de encuentro debe ser de 100 m o menos. Para lograr el encuentro, el lanzamiento de la segunda nave debe llevarse a cabo en un instante determinado, con una precisión de pocos minutos después de que la primera nave pase por encima de la zona de lanzamiento de la segunda nave. El objetivo es colocar la nave que va al encuentro en una órbita coplanaria con la de la segunda nave y de menor altura. Una vez en órbita la tripulación de la nave va aumentando la velocidad poco a poco, de forma que sube a la órbita de la segunda nave, acercándose también las velocidades de ambos ingenios. Para las maniobras finales de acercamiento y atraque es necesario el uso del radar y de los ordenadores de abordo. Las naves Gémini 6 y 7 fueron las primeras que realizaron un encuentro espacial. En los vuelos de alunizaje del programa Apolo el módulo de ascenso se elevaba de la superficie de la luna para unirse al módulo de mando que permanecía en órbita. El procedimiento de atraque era crucial en el procedimiento de alunizaje de las naves Apolo, y es esencial en futuros programas espaciales, como el proyecto de la Estación Espacial Internacional. Los elementos claves de las maniobras de atraque, comenzando desde la distancia de encuentro, son: radar de muy alta precisión (posición y velocidad de acercamiento), el control preciso de la orientación de las naves y los subsistemas de ordenadores y hardware. Mientras que los Estados Unidos han confiado en el guiado manual de las operaciones de atraque, la antigua URSS ha conseguido importantes logros en la automatización de esta tarea. El concepto de construir una gran estación espacial permanente a partir de bloques puestos en órbita en lanzamientos sucesivos, o construir una misión de espacio profundo en órbita, con el fin de viajar a otros planetas como Marte, requiere una técnica de encuentro y atraque que sea precisa y fiable.