Satélites Ii. Satélites Artificiales. TECNOL.

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Tecnología

Ingenios construidos por el hombre y puestos en órbita en torno a la Tierra u otros cuerpos celestes. Son elementos de investigación que permiten a los científicos colocar sus instrumentos sobre la atmósfera terrestre, utilizarlos como sondas espaciales y estudiar las zonas más remotas del sistema solar.

1. Historia. Desde los tiempos más remotos, el hombre ha soñado con alejarse de la Tierra y volar al espacio, sobre el cual tenía unos conocimientos superficiales. Hay que remontarse al s. II para encontrar la primera obra literaria en la cual se habla de un viaje extraterrestre: la Historia verdadera, del escritor griego Luciano de Samosata. El tema del hombre en el espacio, abandonado durante casi 15 siglos, fue reemprendido por Kepler (v.), quien en los últimos años de su vida escribió una narración fantástica en la que imaginó medios sobrenaturales para la propulsión de su astronave y describió la Luna como habitada y dotada de atmósfera. Hacia 1640 John Wilkins publicó El descubrimiento de un mundo en la Luna, donde hacía un examen crítico de las posibilidades de supervivencia del hombre en nuestro s. natural; además, el autor afirmaba que un día los hombres se lanzarían al espacio sobre carros voladores y avanzaba la hipótesis de la posibilidad de futuras colonias lunares.

Durante dos siglos, existió una copiosa producción de escritos relativos a la exploración espacial, hasta que en el s. XIX julio Verne (v.), con sus Voyages extraordinaires y De la Terre á la Lune (1865), formuló numerosas anticipaciones del desarrollo tecnológico del siglo actual. De esta manera llegó el momento de trazar una división entre lo que era ficción y ciencia (V. CIENCIA-FICCIÓN, LITERATURA Y CINE DE). Los escritos de Konstantin Eduardovich Tsiolkovsk (1857-1935), Robert H. Goddard (1882-1945) y Hermann Obert (n. 1894) eran estudios de astronáutica (v.) y balística (v.), que representaban a la verdadera ciencia. La V-2 de Von Braun (v.) constituyó el primer y verdadero gran misil; posteriormente, el propio Von Braun se trasladó a EE. UU. con un centenar de colaboradores y entre 1946 y 1947 publicó diversos escritos sobre la posible puesta en órbita de un s. artificial para investigación científica. Al tiempo que la URSS esperaba efectuar el lanzamiento de un primer s. artificial hacia 1954-55. En octubre de 1957, la noticia de la puesta en órbita del primer Sputnik terminó con una espera bastante difundida en la URSS y al propio tiempo causaba una gran sorpresa en el mundo occidental. Con la puesta en órbita de este primer s. nació la cosmonáutica o astronáutica, que pronto se desarrolló en las más diversas direcciones, para la realización de distintos programas.

En la actualidad, después de más de un decenio de intensa actividad, resulta difícil efectuar un examen sistemático de la cosmonáutica; basta recordar que en 1970 el número total de cuerpos cósmicos artificiales puestos en órbita, o lanzados a otros cuerpos celestes, era de más de 5.000.

2. Satélites artificiales terrestres. Todo cohete(v.) , al alcanzar los límites de la atmósfera superior, si está animado con una velocidad circular suficiente, puede convertirse en un s. más o menos duradero de la Tierra. Para conseguir que un s. gravite alrededor de la Tierra, circundándola un gran número de veces, es necesario realizar las operaciones siguientes: a) elevarle hasta la altura elegida como perigeo o punto más próximo a la superficie terrestre de la trayectoria elíptica que el s. debe describir; b) imprimirle en dicha altura una velocidad inicial cuya dirección sea perpendicular al radio vector que va desde el centro de la Tierra al punto en donde el s. entra en órbita, cesando entonces la impulsión del cohete compuesto que le lleva hasta allí. Dicha velocidad debe ser de unos 7,9 Km/seg. como mínimo, aunque depende en realidad de las condiciones iniciales del lanzamiento.

En la fig. 1 podemos comprobar las operaciones que comporta el lanzamiento de un s. artificial por medio de un cohete triple. Iniciada la ascensión vertical del mismo hasta alcanzar en (A) una velocidad de unos 200 m/seg., teledirigido desde tierra, se le va inclinando hacia la dirección elegida, hasta alcanzar unos 60 Km. de altura, con una inclinación de unos 45°. Agotado el propelgol de la primera etapa o cuerpo, éste se desprende (B) y se inicia la combustión del segundo cuerpo, continuando la ascensión hasta unos 200 Km. y su inclinación hacia la horizontal. Al cesar el impulso (C) continúa ascendiendo el móvil, en virtud de la velocidad adquirida, hasta unos 400-500 Km. en que ya lleva una velocidad horizontal de unos 4.000 m/seg.; entonces se enciende un pequeño cohete lateral, que imprime un movimiento de rotación al tercer cuerpo del cohete, para fijar su dirección por efecto giroscópico, desprendiéndose simultáneamente el segundo cuerpo (D). Alcanzada la velocidad de 7,9 Km/seg., un resorte lanza el s. fuera del tercer cuerpo, el cual, en virtud del principio de acción y reacción, también se convertirá en s., pudiendo acompañar al primero a caer a la Tierra.

órbita. A la altura y velocidad a que vuela se encuentra sometido a dos fuerzas de sentido opuesto: una, la atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre él; otra, la fuerza centrífuga desarrollada por su propio giro alrededor del planeta, y que tiende a alejarlo de nosotros. Si la primera de estas dos fuerzas supera a la segunda, el s. caerá al suelo, y si sucede lo contrario, escapará hacia el espacio. Si ambas fuerzas son iguales, el s. estará equilibrado, sin acercarse ni alejarse de la Tierra, girando sin descanso a su alrededor, mientras no exista alguna causa que altere su movimiento. Matemáticamente se puede expresar esta situación por medio de la siguiente igualdad:

K= (M.m)/r2= (m.v2/)r

en la que K representa la constante universal de gravitación, M y m respectivamente las masas de la Tierra y el s., y r la altura de vuelo de éste, medida desde el centro del planeta. Esta ecuación no es más que el balance de las fuerzas gravitatoria y centrífuga, y de ella se deduce que un s. no se moverá siempre a la misma velocidad, sino que ésta depende de r, según la expresión: a este valor se le conoce como velocidad de satelización a la altura considerada.

Si consiguiéramos colocar un hipotético cañón en la cima de una montaña de 300 Km. de altura y disparar con él una bala a la velocidad de 7.730 m/seg., en dirección rigurosamente horizontal, habríamos dotado a la Tierra de un nuevo s. Pero lo más importante es que la órbita descrita por el proyectil estaría perfectamente definida desde el primer instante: en teoría, giraría siguiendo una circunferencia, es decir, sin ganar ni perder altura. En consecuencia, su velocidad permanecería también constante, y la bala completaría una vuelta a nuestro planeta cada 90 min. Este tiempo es lo que se llama periodo orbital del s. Todo lo dicho hasta aquí se refiere a trayectorias circulares, pero en la práctica este tipo de órbitas es muy difícil de conseguir. Bastaría un pequeño error en la velocidad inicial o que el ángulo de disparo se apartase levemente de la horizontal, para que la circunferencia se convirtiese en una elipse más o menos excéntrica. Entonces el s. ya no permanecería siempre a la misma altura y, por tanto, su velocidad también fluctuaría: en el punto más bajo de la órbita (perigeo) es máxima; en el más alto (apogeo), mínima.

Este fenómeno no esconde ningún misterio, pues el s. está sujeto a las leyes de gravitación universal (v.), que rigen el movimiento de todos los cuerpos del sistema solar. Y una de estas leyes, concretamente la segunda de Kepler, nos da la clave para comprender su extraño comportamiento: "el radio vector de un satélite barre, sobre el plano orbital, áreas iguales en tiempos iguales". En general, la órbita descrita por un s. artificial viene determinada por los siguientes parámetros: sus alturas máxima y mínima sobre el suelo, su periodo de revolución y su ángulo de inclinación. Este último factor es el ángulo que forma el plano de su órbita con el ecuador terrestre. Eligiendo convenientemente estos datos se pueden conseguir las trayectorias deseadas para la misión con que se lanza.

Fuentes de energía en el espacio. Cuando las empresas espaciales son de larga duración y hay que trasladar instrumentos o dispositivos de gran tamaño, el problema de las fuentes de energía a bordo, destinadas a suministrar medios de funcionamiento a los sistemas de comunicaciones, servomecanismos (v.), instrumentos y dispositivos diversos, así como sistemas de acondicionamiento y otros, resulta de gran interés. Algunos tipos de generadores típicamente terrestres pueden ser trasladados al ambiente espacial: pilas de cualquier clase, siempre que estén herméticamente cerradas y aisladas de los bruscos cambios de temperatura, funcionan regularmente en el espacio, aunque se agotan pronto con respecto a su masa; las baterías de acumuladores funcionan durante meses e incluso años, pudiendo ser recargadas mediante baterías de células solares dispuestas en el exterior del s. y capaces de transformar en energía eléctrica la energía solar que incide en ellas. En la actualidad, todo s. destinado a permanecer durante largo tiempo en actividad extraterrestre lleva incorporadas células solares, dispuestas sobre paneles, en forma de alas o velas, que confieren a la estructura una configuración particular. No obstante, el complejo constituido por las baterías solares, las baterías químicas y el dispositivo de control de carga y funcionamiento resulta muy voluminoso y pesado.

Se han experimentado con éxito generadores nucleares de radioisótopos, pero resultan muy voluminosos y pesados con relación a la potencia que desarrollan. En la actualidad, se utilizan pilas de combustible con oxígeno e hidrógeno, capaces de suministrar una notable cantidad de energía con un peso y volumen limitados; sin embargo, su funcionamiento aún no es estable y seguro, lo cual provocó ciertas deficiencias en algunos vuelos tripulados Gemini y estuvo a punto de causar un daño irreparable en el Apolo XIII. En un tiempo no muy lejano, los reactores nucleares de fisión (v. REACTORES NUCLEARES) serán la gran fuente de energía en el espacio, aunque para ello los reactores deben ser más ligeros y los s. artificiales mayores.

Métodos de seguimiento. Los s. son seguidos por técnicas ópticas y de radio. En el primer caso, el s. debe estar a la luz del Sol y el observador en una oscuridad relativa. En este caso, el seguimiento se hace con cámaras fotográficas rápidas, similares a las usadas para meteoros, con objetivos Schmid y obturadores especiales. En el segundo caso, se emplean varios métodos: en uno, radiaciones de un emisor del tipo interferómetro. En otro, por medio del efecto Doppler (v.) sobre señales de emisión llegadas. Por último, por medio de radares muy potentes, con grandes antenas. La cantidad medida con mayor exactitud por el radar es la distancia.

Regreso a la Tierra. Si la Tierra careciese de atmósfera, el problema de la reentrada sería inverso al de la puesta en órbita o fuga (liberación o escape) del planeta. La presencia de la atmósfera constituye una dificultad y una ventaja: la primera está representada por el hecho de que un cuerpo que penetra en la atmósfera a una velocidad cósmica se calienta por rozamiento con tal intensidad, que podría evaporarse rápidamente, como sucede con muchos meteoritos (v.); por otra parte, la gran ventaja consiste en la propia atmósfera, al ser utilizada como medio de frenado o para obtener una sustentación durante el regreso, con lo cual se evita utilizar propulsores para anular la velocidad cósmica. El s. o nave espacial debe ser dirigido hacia un corredor ideal, pues si penetra en una dirección demasiado próxima a la vertical, el calentamiento es demasiado rápido y el s. puede resultar dañado o incluso destruido; en cambio, si penetra en una dirección demasiado oblicua, recorre una capa superficial de la atmósfera y tiende a salir de nuevo, para volver a caer, en un punto alejado del calculado.

Antes de que el s. penetre en la atmósfera conviene orientar el aparato propulsor, de modo que disminuya la velocidad, y el vehículo pueda tomar de forma adecuada el acceso al corredor de entrada; sigue luego la fase de atravesar las capas más altas de la atmósfera, durante la cual se produce un calentamiento notable. Normalmente, al s. o nave espacial se le provee de un escudo térmico, cuya misión consiste en disipar por evaporación gran parte del calor producido por el rozamiento (v.), con objeto de proteger la estructura. En la actualidad, al vehículo se le dota de una forma más aerodinámica, de manera que la atmósfera le sirva de sustentación, al igual que hacen las alas de los aviones; de este modo, la trayectoria de regreso a la Tierra resulta más larga y el calentamiento es menos intenso. Si las características aerodinámicas estuviesen suficientemente desarrolladas, se podría incluso conseguir un regreso pilotado que evitaría la peligrosa fase del blackout, en que la nave queda sin comunicación con las bases terrestres, y permitiría reducir sustancialmente las necesidades térmicas y mecánicas en la estructura sustentadora del vehículo. El descenso puedeser amortiguado con cohetes auxiliares de empuje vertical o por medio de paracaídas. La URSS ha perfeccionado sustancialmente el aterrizaje suave; sus vehículos regresan a tierra firme, y salvo casos especiales, a una velocidad de 15 Km/h. Por el contrario, los americanos suelen recoger sus vehículos en el mar, con una velocidad de 35 Km/h.

3. La era espacial. Desde el primer s. artificial, Sputnik I, colocado en órbita el 4 oct. 1957, hasta las experiencias llevadas a cabo en el laboratorio Skylab han transcurrido casi dos décadas con resultados, en general, del todo positivos. Los- primeros s. eran fundamentalmente aparatos para la investigación científica. Se empezaba a explotar un ambiente totalmente desconocido y, ante todo, había que saber qué condiciones reinaban en él y con qué elementos había que enfrentarse. A este respecto, el primer Explorer I llevó a cabo uno de los más importantes descubrimientos: la primera zona de radiación de Van Allen. Sin embargo, el espacio era un filón potencial de aplicaciones, y los primeros intentos no se hicieron esperar.

Principales tipos de satélites artificiales. a) De comunicaciones. Ha sido una de las grandes contribuciones de la astronáutica a la vida moderna; su función consiste en interceptar las señales de radio procedentes de la superficie terrestre y transmitirlas o dirigirlas nuevamente hacia estaciones receptoras. Todos los s. deben poseer energía primaria y llevar un equipo electrónico completo para la recepción y transmisión de señales. Además, cuando el sistema lo exige, debe instalarse un dispositivo que permita dirigir las antenas o estabilizar la orientación del s. El Eco I fue el más popular de todos; a éste siguieron los Telstar, Relay, Sycrom y Early, los Moluiya rusos e Intelsat.

b) Meteorológicos. Tienen dos importantes aplicaciones: 1) proporcionar observaciones meteorológicas de todo el mundo, mientras recorren cada día varias órbitas; 2) observar la Tierra desde el exterior, y desde allí facilitar datos que hasta ahora se obtenían raramente. El primer s. meteorológico fue el Tiros I, lanzado el 1 abr. 1960, al que siguió una serie de éstos; tenían el inconveniente de su órbita, inclinada alrededor de 50° respecto al Ecuador, que no les permitía más que cubrir las zonas tropicales. Para conseguir una vigilancia completa de todo el Globo hubiese sido preciso utilizar una órbita polar, como en efecto se hizo con los últimos de esta serie. A éstos siguió la serie de los Nimbus. Los ESSA, muy semejantes a los primitivos Tiros, si bien adaptados para trabajar en órbita polar. Tanto el Nimbus como los ESSA van equipados con un dispositivo que, al sobrevolar una estación receptora de datos, ésta puede ordenar por radio la transmisión inmediata de una serie de fotografías; esto fue un avance decisivo a la hora de establecer una cadena de estaciones meteorológicas.

Actualmente, el sistema Nimbus-ESSA ha superado la etapa experimental para entrar de lleno en el terreno operativo, pero con el gran inconveniente de que cada fotografía recoge una zona de unos 1.500 Km. Conseguir una imagen completa de la situación meteorológica de todo el mundo supone reunir centenares de fotografías. Para salvar esta dificultad, surgió la idea de montar una cámara de televisión en un s. estacionario. El primer ensayo se llevó a cabo con el ATS-1, al que siguieron el Dodge y el ATS-3, provistos de cámaras de televisión en color. Los resultados fueron satisfactorios, aunque más desde el punto de vista experimental que de aplicaciones prácticas.

c) Sondas para grandes distancias. El Sputnik VIII de la URSS fue el primer s. destinado a la zona de acción de Venus. El lanzamiento se realizó con éxito, así como las primeras series de conexiones. Pero cuando la sonda se alejó más de 6 millones de Km. de la Tierra no fueposible mantener el enlace, porque o bien el sistema de orientación dejó de funcionar correctamente, o bien se produjo una avería en el transmisor. En 1961, los norteamericanos prepararon el programa Ranger, destinado a la transmisión de imágenes de la Luna desde distancias próximas a la misma, antes de que los vehículos se estrellasen contra el s. natural. Los primeros lanzamientos resultaron fallidos por diferentes motivos. El éxito se produjo en los lanzamientos séptimo, octavo v noveno; se recibieron imágenes detalladas, que posteriormente fueron utilizadas en el programa Apolo. El Mariner I, lanzado en julio de 1962, debía llegar a Marte, pero se perdió en el espacio. El Mariner II, lanzado en agosto de 1962, envió pocos datos utilizables, entre los cuales es importante el relativo a la elevada temperatura existente en la atmósfera venusiana. Los s. soviéticos Elektron I y II, lanzados por un único portador sobre órbitas muy alargadas y distintas, estudiaron fundamentalmente los cinturones de Van Allen. La Zond I, lanzada hacia Venus, se perdió en el espacio, así como el Mariner 171 norteamericano; en cambio, el Mariner IV, lanzado en noviembre de 1964, transmitió un total de 22 fotografías de Marte, que, si bien no eran de gran calidad, demostraron la posibilidad de transmitir imágenes a distancias realmente astronómicas. Con los datos recibidos de estos s., comenzó la fase preliminar de la conquista de la Luna, la URSS por medio de los Lunik, y los EE. UU. por medio de los Surveyor y los Lunar Orbiter; estos últimos no estaban diseñados para posarse en la Luna,. sino para fotografiarla.

En 1965, el Lunik VII intentó un alunizaje suave, que no se consiguió a causa de un error en el instante de encendido de los cohetes de frenado. Un incidente inverso sucedió con el Lunik VIII en diciembre del mismo año; los cohetes se detuvieron demasiado tarde, por lo que la sonda se elevó del suelo lunar para descender después en caída libre, con lo que se averió. El primer alunizaje suave se consiguió con el Lunik IX el 3 feb. 1965. Sobre la superficie lunar se posó una cápsula esférica, sostenida por soportes ligeros, cuya envoltura externa estaba formada por cuatro "pétalos", que se abrieron después del alunizaje, dejando al descubierto la parte activa de la sonda. El Lunik X fue el primer s. lunar; lanzado el 31 mar. 1966 entró en órbita en torno a la Luna mediante una maniobra efectuada basándose en órdenes recibidas desde la Tierra y envió sobre todo datos de la presencia de rayos gamma en la zona. El 3 jun. 1966, los EE. UU. consiguieron que la sonda Surveyor I efectuase un alunizaje suave. Después, en agosto de 1966, pusieron el s. Lunar Orbiter I en órbita en torno a la Luna. A éste le siguieron el Lunik XI, Surveyor II y el Lunik XII, que envió fotografías muy claras tomadas desde unos 10 Km. de la Luna, cuando estaba situado en una órbita muy excéntrica respecto a ella; por otra parte, el Lunar Orbiter 11 fotografió el suelo lunar a unos40 Km. de distancia. El Lunik XIII (21 dic. 1966) alunizó suavemente, tomó fotografías detalladas de la superficie lunar y midió la consistencia de ésta, para enviar después datos a la Tierra: suelo sólido y poroso no muy resistente, de modo que el hombre podría hundirse en él algunos centímetros. Estos datos fueron confirmados posteriormente por los astronautas de los distintos vuelos Apolo que consiguieron alunizar en la Luna.

De 1967 a 1969 la URSS mandó una serie de sondas Venera a Venus, transmitiendo datos precisos sobre la atmósfera y su temperatura. Por su parte, EE. UU., con sus s. Mariner V, VI, VII, consiguieron datos científicos y excelentes fotografías de Venus; el 3 dic. 1973, el Pioner X, en un viaje de 21 meses de duración hacia el planeta Júpiter, ha conseguido enviar datos y fotografías de gran importancia científica.

La aplicación inmediata de los s. artificiales anuncia consecuciones espectaculares, tanto en el estudio de los planetas del sistema solar, como el desembarco del hombre en alguno de ellos.

V. t.: ASTRONÁUTICA; LUNA I.

J. E. PARDO SANTAMARÍA.

BIBL.: Ciencia y tecnología del espacio, ed. INTAET, Madrid 1961; P. MATEU SANCHO, Iniciación a la Astronáutica, Barcelona 1968; W. VON BRAUN y F. I. ORDWAY, Histoire mondial de l’Astronautique, París 1968; P. MATEU, Diccionario de Astronomía y Astronáutica, Barcelona 1962; M. DAVIDSON, Elements of mathematical Astronomy, Nueva York 1962; E. MAYER, Astronáutica; teoría de los viajes extraterrestres, Santiago de Chile 1956; M. BLOW, Satellites, Nueva York 1960; W. F. HILTON, Satélites artificiales, Barcelona 1967; W. LEY, Proyectiles, sondas lunares y megaparsecs, México 1966.