A principios de este mes, SpaceX y United Launch Alliance firmaron un contrato importante con el ejército de los EE. UU. Que permitirá a las dos compañías manejar de manera efectiva todos los servicios de lanzamiento espacial estadounidenses hasta 2024. 

«Este premio histórico comienza el comienzo de una nueva década en la innovación de lanzamiento de EE. UU, Al tiempo que promueve la competencia, mantiene una base industrial saludable y refuerza nuestra ventaja competitiva global», dijo el teniente general John Thompson, comandante del Centro de Sistemas de Misiles y Espacio en la Base de la Fuerza Aérea de Los Ángeles en California, dijo en un comunicado.

Entre transportar a los investigadores de la NASA a la ISS y sembrar los cielos nocturnos con sus satélites Starlink, SpaceX estará especialmente ocupado. Pero no es que podamos lanzar cohetes al espacio cuando nos apetezca. De hecho, la NASA ha desarrollado un estricto conjunto de criterios que deben cumplirse antes de que puedan encender la mecha de un cohete Falcon 9. Así es como deciden si podemos alcanzar las estrellas hoy de forma segura.

El espacio, como habrás escuchado, es difícil. El simple hecho de determinar cuándo establecer una ventana de lanzamiento depende de una serie de factores, incluidos los objetivos y metas de la misión, la posición de la Tierra en relación con otros cuerpos celestes, incluso el tipo de cohete utilizado y su trayectoria requerida para alcanzar su objetivo. Sin embargo, los dos factores más importantes son el destino de la nave espacial y su energía solar. Algunas naves pueden necesitar una exposición total a nuestra estrella local para alimentarse o pueden necesitar evitar los rayos solares brillantes para estudiar el espacio profundo. La ventana de lanzamiento, el lapso de tiempo durante el cual un cohete puede lanzarse con éxito, será por lo tanto diferente para poner un satélite de observación de la Tierra en LEO en lugar de lanzar una Cápsula Dragón para encontrarse con precisión con la ISS. La ventana de lanzamiento de las misiones a Marte, por ejemplo, solo se abre una vez cada 26 meses.

La razón por la que solo tenemos una oportunidad en Marte una vez cada dos años o más se debe a sus posiciones orbitales relativas en el sistema solar. Queremos que la órbita de Marte esté lo más cerca posible de la de la Tierra para poder atrapar una nave espacial para interceptarla usando la menor cantidad de combustible posible, ya que cuanto más combustible tengas que llevar para llegar allí, menor será la capacidad que tienes para carga y suministros. En su lugar, usamos la gravitación de Marte para ayudarnos a arrastrarnos mientras la nave espacial «se desliza» hacia la órbita. Esto se conoce como una órbita de transferencia de Hohmann y, si bien se considera el medio más eficiente de moverse entre dos planetas, la sincronización debe ser precisa. Si la nave espacial se lanza demasiado pronto o demasiado tarde, perderá el punto de encuentro con su objetivo.

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A ese desafío se suma el hecho de que ambos planetas no solo se mueven por el espacio, sino que también giran. Esta combinación de impulso de avance y rotación es la razón por la que los lanzamientos de cohetes no van directamente hacia arriba, sino en arco (abajo). Es como lanzar una pelota de fútbol. La pelota obtiene toda su energía con el lanzamiento inicial y sigue una trayectoria de vuelo curva que lleva al receptor (es decir, se dirige a donde estará el receptor, no a donde se encuentra actualmente) para que tanto la pelota como su objetivo lleguen al mismo punto. en el espacio en el mismo momento en el tiempo.

NASA

«Tienes este objeto que va a salir volando por el aire y tienes que dispararle», dijo Eric Haddox, ingeniero jefe de diseño de vuelo en el Programa de Servicios de Lanzamiento (LSP) de la NASA, en un comunicado de prensa de 2012. «Tienes que poder juzgar qué tan lejos está tu objetivo y qué tan rápido se mueve, y asegurarte de llegar al mismo punto al mismo tiempo».

«Para lanzarse en cualquier momento que no sea el óptimo, tendrá que alterar la trayectoria, dirigir el cohete para volver a ese punto», continuó Haddox. «Así que ahí es donde se convierte en un intercambio de, ‘Está bien, si mi ventana tuviera una duración de media hora, ¿cuánto rendimiento necesitaría para volar en cualquier momento dentro de media hora? O, si mi ventana tuviera una duración de una hora, ¿cuánto rendimiento ¿podría salir del cohete para volar en cualquier momento dentro de esa hora? ‘»

Por ejemplo, digamos que la NASA quiere entregar suministros a la ISS. Los ingenieros de vuelo calcularán la trayectoria orbital de la ISS para determinar cuándo pasará lo más cerca posible directamente del Centro Espacial Kennedy en Florida. Esto se conoce como ventana de avión. «Si pasa directamente sobre el Centro Espacial Kennedy, ese es nuestro momento óptimo para el lanzamiento», dijo el Oficial de Dinámica de Vuelo de la NASA, Richard Jones. Aire y espacio en 2002. “Si pasa unas pocas millas al este u oeste, está bien, pero requerirá algo de dirección adicional. Y eso requiere combustible adicional y agrega estrés al tanque externo, que queremos minimizar ”.

El problema es que mientras la Tierra gira a poco más de mil millas por hora, la órbita de la ISS está fija en el espacio. Esto significa que en una de sus órbitas de 90 minutos de la Tierra, la ISS podría volar directamente sobre el Centro Espacial Kennedy, pero cuando vuelva a pasar 90 minutos después, la Tierra habrá girado y la ISS sobrevolará un punto de aproximadamente 1000 millas. al oeste de Florida. Como tal, las misiones de reabastecimiento de la ISS tienen una única ventana de lanzamiento por día, ya que la Tierra tarda 24 horas en completar una rotación. 

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Esta es la razón por la que el segundo intento exitoso de SpaceX de llevar astronautas a la ISS ocurrió aproximadamente a la misma hora del día que el primer intento depurado: es cuando la trayectoria orbital de la estación lo acercaría más a las coordenadas del sitio de lanzamiento de la Cápsula Dragón. Los oficiales de vuelo también deben lidiar con la ventana de fase. Ese es el lapso de tiempo que tiene un cohete para alcanzar y igualar la velocidad con su objetivo en órbita antes de que se quede sin combustible. 

Por supuesto, esto supone que las condiciones en tierra no interferirán con el lanzamiento ni supondrán una amenaza para la seguridad de la tripulación. Pero, ¿cuándo ha cooperado la madre naturaleza? En el período previo a un lanzamiento, la NASA monitorea el clima tanto en el sitio de lanzamiento como en la región circundante y reacciona a las condiciones adversas de acuerdo con las regulaciones establecidas por los 12 puntos de los criterios de compromiso de lanzamiento de rayos (LLCC). Los datos atmosféricos son proporcionados por el 45 Escuadrón Meteorológico que opera desde la cercana Base de la Fuerza Aérea Patrick, que está atento a tormentas eléctricas, vientos fuertes y nubes bajas. «El clima es la mayor fuente de retrasos y problemas de lanzamiento», señala un estudio de Patrick AFB.

Por ejemplo, durante el lanzamiento con tripulación de SpaceX en mayo, la NASA vigiló las tormentas que subían y bajaban por la costa este, ya que, si los astronautas tuvieran que rescatar, caerían en algún lugar de allí.

«Tenemos una forma realmente complicada de ponderar diferentes ubicaciones, dependiendo de cuánto riesgo tengan en términos de escape», dijo Hans Koenigsmann, vicepresidente de confiabilidad de construcción y vuelo de SpaceX. Vuelo espacial ahora En Mayo. “Para el aterrizaje, también hay parámetros especiales: vientos, olas y dirección de las olas”.

“Algunos de estos individualmente tienen que volverse ‘ecológicos’ y ser un ‘listo’, y luego en todo el corredor de lanzamiento tenemos un número de riesgo común que usamos básicamente para hacer una evaluación, y luego tomar una decisión de ir / no ir,» él continuó. 

Las nueve condiciones que basarán un posible lanzamiento de Falcon 9 son:

  • Vientos sostenidos en el nivel de 162 pies de la plataforma de lanzamiento de más de 35 mph.

  • La presencia de condiciones de cizalladura del viento, lo que podría provocar problemas de control para el vehículo de lanzamiento.

  • Tener que lanzarse a través de una capa de nubes de más de 4,500 pies de espesor que se extiende a temperaturas bajo cero: el Challenger se perdió en 1986 debido a una junta tórica rota que se agrietó en condiciones frías.

  • Tener que lanzarse dentro de las 10 millas náuticas de cúmulos con cimas que se extienden hasta temperaturas bajo cero.

  • Tener que lanzarse dentro de los 10 nmi del borde de una tormenta eléctrica activa dentro de los 30 minutos del último rayo observado.

  • Tener que lanzarse a 10 millas náuticas de nubes yunque, que a menudo generan fuertes vientos e iluminación.

  • Tener que lanzarse dentro de los 5 nmi de «nubes meteorológicas que se extienden a temperaturas bajo cero y contienen precipitaciones moderadas o mayores», ya que tienden a producir granizo dañino.

  • Tener que lanzarse a menos de 3 millas náuticas de la nube de escombros de una tormenta.

  • Tener que lanzarse a través de cúmulos formados o adheridos actualmente a una columna de humo. Nuevamente debido a la posibilidad de que caiga un rayo. 

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 Dos condiciones meteorológicas retrasarán el lanzamiento durante 15 o 30 minutos:

  • Si los instrumentos del molino de campo (miden la fuerza de los campos magnéticos en la atmósfera) dentro de los 5 nmi de la plataforma de lanzamiento superan +/- 1500 voltios por metro, o +/- 1000 voltios por metro, el lanzamiento se retrasa 15 minutos.

  • Si se observan relámpagos de cualquier tipo dentro de los 10 nmi de la plataforma de lanzamiento o la ruta de vuelo, eso significa un retraso de 30 minutos.

Notará que la mayoría de estas condiciones están diseñadas para mitigar los rayos, especialmente los rayos provocados por cohetes. Este fenómeno ocurre cuando el cohete y su escape eléctricamente conductor atraviesan un campo eléctrico suficientemente fuerte. El cohete condensa el campo a su paso hasta en dos órdenes de magnitud (es decir, es 100 veces más probable que ocurra una iluminación que de forma natural). Esta compresión continúa hasta que se excede el límite del campo eléctrico de ruptura del aire y ocurre un rayo. 

Estas reglas están vigentes debido en parte a que durante la misión Apolo 12 en 1969, el cohete atravesó una nube cúmulo y provocó un rayo que dañó algunos equipos no esenciales a bordo del cohete. La tripulación pudo completar su misión, pero las cosas podrían haber ido hacia los lados (y luego hacia el suelo) peligrosamente rápido si ese perno hubiera golpeado un componente vital.