DESCUBRE LA AGENCIA ESPACIAL EUROPEA

AGENCIA ESPACIAL EUROPEA (ESA)
DESCUBRE LA AGENCIA ESPACIAL EUROPEA
JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS
La Agencia Espacial Europea es el acceso de Europa al espacio. Su misión es dinamizar el desarrollo europeo en el ámbito espacial asegurando una adecuada inversión que reporte beneficios a
sus ciudadanos.
PARTICIPANTES
SAMUEL T. BUISÁN (ESA – Departamento de Educación)
MARÍA MENÉNDEZ (ESA – Responsable de Exposiciones)
SIMONETTA CHELI, MÓNICA OERKE (ESA – Departamento de Comunicación)
LANZAMIENTO HACIA UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA
Desarrollo
Queremos proponer en la siguiente actividad un ejercicio de
clase que sirva para mostrar un ejemplo real de la gráfica aceleración-tiempo que describe un típico lanzamiento de Ariane5, el cohete espacial europeo, desde el puerto espacial europeo en Kourou (Guayana Francesa).
Los cohetes espaciales tienen como misión principal poner
satélites en órbita. En busca de una mejor eficiencia, cada lanzamiento se compone de tres etapas. Una vez acabada cada
etapa los tanques de combustible asociados se separan.
Veamos cómo el cohete europeo Ariane-5 pone satélites en
órbita geoestacionaria a través de una órbita de transferencia.
Aceleración (m/s2)
Aceleración longitudinal
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
500
1000
Tiempo (s)
1500
Compara la gráfica y el esquema de lanzamiento de la trayectoria de Ariane-5.
a) ¿Por qué razón Ariane-5 despega en dirección
Este?
b) Identifica los puntos 2, 4 y 7 del dibujo en la
gráfica.
c) ¿Por qué la aceleración es 0 m/s2 una vez finalizada la segunda etapa? ¿Por qué no sucede lo mismo al finalizar la primera etapa?
d) ¿En qué parte de la trayectoria el rozamiento
es mayor? ¿Por qué?
e) Durante la segunda etapa el motor funciona
a fuerza constante. ¿Cómo es posible que la
aceleración aumente tal como se muestra en
la gráfica?
f) Tras 1 607 segundos la aceleración es constante con un valor de 0 m/s2. ¿Por qué?
6 Inicio tercera
etapa
10m 02s
4 Fin segunda etapa
Separación
tanque central
9m 55s
8 Separación satélite
29m 45s
7 Fin tercera etapa
26m 47s
1495 km
Ór
bit
o es t ac i on
a ge
ar
ia
Trayectoria
Ariane 5
3 Separación protección superior
3m 16s
105,3 km
2 Separación tanques laterales
Fin primera etapa
2m 20s
64,3 km
5 Reentrada
tanque
central
Inyección
en órbita
geoestacionaria
Kourou
Separación
satélite
Órbita elíptica
de transferencia
geoestacionaria
1 Despegue
Kourou
Trayectoria Ariane-5.
Solución:
a) La principal razón es aprovechar la velocidad
adicional suministrada por la rotación de la
Tierra, lo que le permite ahorrar masa de combustible y por lo tanto poder poner en órbita
satélites con más masa y por tanto con mejores prestaciones.
Kourou se encuentra a una latitud de 5,2 N
respecto al Ecuador, una situación excepcional si comparamos con otros puertos espaciales en Rusia o Estados Unidos, por
ejemplo.
Además, el océano Atlántico se encuentra en
la dirección de lanzamiento, lo cual es importante por motivos de seguridad y como
zona segura para la caída de los tanques
laterales.
b) Se ajustan de la manera siguiente:
2, Primera caída brusca (140 s) en aceleración
cuando la primera etapa finaliza y la segunda
continúa.
4, Segunda caída brusca (595 s) en aceleración cuando la segunda etapa finaliza.
7, Tercera caída brusca (1 607 s) en aceleración cuando la tercera etapa finaliza.
c) Porque durante varios segundos ninguna
fuerza propulsiva actúa.
Por lo tanto: F 0 ⇒ a 0
Porque el motor asociado a la segunda etapa
estaba ya en funcionamiento F 0 ⇒ a 0
d) En la primera parte de su trayectoria, cuando
Ariane-5 se encuentra aún en la atmósfera.
Ésta es una de las principales razones por la
cual se necesita gran cantidad de fuerza propulsiva en esta etapa para vencer la fricción
atmosférica.
F
e) a , la fuerza es constante, pero al mism
mo tiempo se consume combustible, por lo tanto la masa total de Ariane-5 va disminuyendo
produciéndose un incremento en aceleración.
f) Porque ya no hay fuerzas propulsivas actuando.
Desde este momento y tras aproximadamente 2 minutos el satélite será liberado e
inyectado (punto 8) en una órbita elíptica de
transferencia geoestacionaria (ver figura explicativa).
El apogeo de esta órbita elíptica es el punto
común con la órbita circular geoestacionaria.
Será en este punto donde los motores del
satélite realizarán la maniobra de inyección en
la correcta órbita geoestacionaria.
Para saber más o para cualquier duda o cuestión, recomendamos visitar: http://www.esa.int