Cómo calculan los astronautas la velocidad a la que viajan

En la Tierra, la velocidad de un vehículo es fácil de estimar: basta observar el paso de los árboles o consultar el velocímetro, que cuenta las revoluciones de los neumáticos y, conociendo su circunferencia, calcula la velocidad lineal. Sin embargo, al volar sobre el océano la ausencia de referencias visuales hace que, desde la cabina, parezca que el avión está inmóvil. Los aviones resuelven este problema midiendo la velocidad del aire que pasa por sus alas y, si hay viento, combinan esa información con los datos de posicionamiento GPS.

En el espacio, la ausencia de árboles, aire y señales GPS obliga a los ingenieros a recurrir a la física para determinar la velocidad de una nave. La precisión es esencial, por ejemplo, para los encuentros orbitales con planetas o lunas, donde cualquier error puede comprometer la misión.

Métodos para determinar la velocidad en el espacio

El concepto de velocidad en física se diferencia de la rapidez porque incorpora dirección. Mientras que la rapidez indica cuánto se recorre en un intervalo de tiempo, la velocidad es el vector desplazamiento dividido por el tiempo. Esta distinción es crucial cuando la trayectoria es curvilínea, como la de una abeja que, aunque mantenga una velocidad constante, cambia continuamente su dirección.

La medición de la velocidad depende del marco de referencia. Un ciclista que pedalea a 6 km/h sobre la cubierta de un crucero que avanza a 16 km/h tiene una velocidad de 6 km/h respecto al barco, pero su velocidad respecto al agua varía según la dirección en que se mueva. En la navegación espacial, los marcos de referencia pueden ser la Tierra, la Luna o el Sol, según la fase de la misión. Por ejemplo, la nave Orion utilizó la Tierra como referencia para sus maniobras de aproximación lunar, mientras que la futura misión Artemis IV empleará la Luna como marco de referencia para el alunizaje.

Entre los métodos más comunes se encuentran:

• Efecto Doppler: Al transmitir una señal de radio de frecuencia conocida y recibir su eco reflejado por la nave, se detecta el ligero desplazamiento de frecuencia provocado por el movimiento relativo. Un cambio de 0,00001 % en una señal de 100 MHz puede indicar una velocidad de aproximadamente 1 000 m/s. El Doppler funciona solo para componentes de velocidad a lo largo de la línea de visión, por lo que se requieren varias estaciones de seguimiento para cubrir otras direcciones.
• Mediciones inerciales: Acelerómetros y giróscopos registran la aceleración de la nave; integrando estos datos a lo largo del tiempo se obtiene la velocidad. Este método, sin embargo, acumula errores de integración y necesita recalibrarse periódicamente con otras técnicas.
• Navegación óptica: Al observar cuerpos celestes o sondas con posiciones bien conocidas, la nave puede triangular su ubicación y, al comparar mediciones en intervalos de tiempo, derivar su velocidad. Aunque las estrellas están extremadamente lejos para percibir cambios rápidos, objetos del sistema solar (planetas, asteroides) proporcionan referencias útiles para la navegación interplanetaria.

Estos enfoques se complementan entre sí. Por ejemplo, la combinación de datos Doppler de varias antenas de la Red del Espacio Profundo con mediciones inerciales permite mantener una estimación de velocidad fiable durante largas misiones, mientras que la navegación óptica ofrece correcciones periódicas basadas en observaciones celestes.

En resumen, la velocidad de una nave espacial no se mide con un simple velocímetro, sino que se deduce mediante una combinación de técnicas de radiofrecuencia, sensores inerciales y observaciones ópticas, todas ellas adaptadas al marco de referencia más pertinente para cada fase de la misión.

Mira tambien: