Vuelo a la Luna

Para efectuar un lanzamiento perfecto destinado a la Luna se debe tener en cuenta, entre otros, los siguientes factores: la ventana de lanzamiento, la velocidad inicial y el ángulo de elevación, ya que de ellos dependerá la duración del vuelo, así como el momento y el lugar de llegada a la Luna, pudiendo ser este una zona oscura o iluminada dependiendo de la fase lunar.

Una misión destinada a llegar a la Luna dispone de un número ilimitado de rutas de aproximación. El tipo de trayectoria dependerá del objetivo final que se asigne a la misión lunar, variando aquel si lo que se desea es circunvalar el satélite, orbitarlo, impactar en él o alunizar de forma suave.

Existen dos únicas modalidades de viaje: una mediante un lanzamiento directo desde la superficie de nuestro planeta, y otra mediante un lanzamiento desde la Tierra con posterior satelización terrestre intermedia, denominada técnicamente LOR, u órbita de estacionamiento.

La primera variante, la del vuelo directo, supone un ahorro considerable en combustible, si bien también aumenta la posibilidad de que la nave efectúe la salida de la atmósfera con errores de dirección o velocidad, que puedan hacer fracasar la misión.

La segunda modalidad de vuelo, mediante una satelización terrestre, permite rectificar los posibles errores de dirección o velocidad antes de abandonar la órbita terrestre, con mayores garantías de éxito, siendo por ello el utilizado en las misiones Apolo.

Si lo que se desea es lograr un impacto directo en la superficie lunar, la forma más económica y segura es efectuando el lanzamiento con una velocidad inicial justa, tal que alcance con velocidad casi nula, la línea en la cual se equilibran las fuerzas gravitatorias de la Luna y de la Tierra, denominado punto neutro lunar, p ara, una vez atraído por el campo gravitatorio lunar, impactar en ella a una velocidad final del orden de los 2388 m/s (8596,8 km/h).

Suponiendo que se deseara efectuar un vuelo directo sin correcciones intermedias a la Luna mediante el sistema L.O.R, partiendo de una órbita terrestre situada a 600 kilómetros de altura, la velocidad que se tendría que aplicar al vehículo sería del orden de 10.666,6 m/s (unos 38.400 km/h), siendo entonces la trayectoria elíptica los primeros 2 días, dejándose sentir los efectos de la gravedad lunar a partir del último medio día.

Este tipo de vuelo requeriría una precisión casi absoluta, bastando así una pequeña variación de +15,27 m/s (55 km/h) ó -11,11 m/s (-40 km/h) en la velocidad inicial para que el impacto resultase erróneo (una desviación de 1 m/s -3,6 km/h- en la velocidad inicial supone una desviación en el punto de impacto previsto del orden de 250 kilómetros.

Para evitar este tipo de errores sería conveniente aumentar la velocidad inicial, consiguiendo con ello una trayectoria más tensa y como consecuencia un viaje más corto, eso sí, afinando más en el ángulo de lanzamiento, pues si para las velocidades mínimas el ángulo de tolerancia es de unos 4 grados más o menos, para velocidades mayores el error se reduce a sólo medio grado.

La duración del viaje a la Luna depende de la velocidad inicial que se aplique a la nave. Así el viaje de mayor duración tendrá lugar si se aplica una trayectoria con la mínima velocidad inicial posible, teniendo por término medio una duración de unas 132 horas (5,5 días).

a) Propulsor, b) Módulo lunar, 1) Perigeo, 2) ventana de lanzamiento, 3) Apogeo, 4) Equilibrio de gravedades, A)Despegue, B) LOR, C) Trayecto, D) Órbita en la luna, E) Alunizaje, F) Impacto directo, G) Regreso, H) Rotación terrestre.

Si se desea realizar un vuelo circunlunar, es decir se aproxime a la Luna, la circunvale y regrese a la Tierra, en necesario proyectar una órbita elíptica con una gran excentricidad que intercepte a la trayectoria de nuestro satélite ligeramente por delante de la misma. Una vez llegado a ese punto, será el campo gravitatorio lunar el encargado de arrastrar al vehículo obligándole a describir una trayectoria curvada y volver de nuevo en dirección a la Tierra.

En los vuelos destinados a orbitar la Luna o a un descenso suave, es preciso que el vehículo cuente con un sistema de frenado que reduzca la velocidad final de la nave. Si el destino es la satelización, la velocidad debe de ser reducida hasta un valor inferior al de escape lunar, siendo aquella del orden de 1194,4 m/s (4300 km/h), pues una velocidad reducida en exceso obligaría al vehículo a caer hacia la superficie lunar.

Una vez alunizado, el retorno desde la superficie lunar plantea problemas similares a los del viaje de ida, pudiéndose realizar directamente o bien mediante una satelización intermedia.

Vuelo de Regreso

La velocidad inicial para el vuelo directo de regreso varía entre los 3055,5 m/s y los 4583,3 m/s (11 000 y 16 500 km/h), con valores medios de tolerancia de 0,4 m/s (1645 km/h) y +-5 grados de dirección.

Para que el vehículo lanzado en un retorno directo aterrice en un punto determinado, se deberá controlar perfectamente la velocidad inicial del módulo y el ángulo de aproximación, ya que de no hacerlo así el movimiento de nuestro planeta desviará el punto de descenso.

Estos problemas se anulan si el vehículo dispone de un sistema de frenado que corrija estas desviaciones, pues el ángulo de aproximación a las capas altas de la atmósfera debe de ser correcto si se desea alcanzar la denominada ventana de reentrada.

L.O.R., (Lunar Orbital Rendezvous, en español Cita Orbital Lunar). Procedimiento para enviar una nave tripulada en vuelo a la Lunaconsistente en efectuar primero un encuentro en órbita lunar antes de efectuar el alunizaje.

Este sistema se empleó en las misiones Apolo, sustituyendo a los del vuelo directo o empleando un encuentro en órbita terrestre, debido a su menor coste, entre un 10-15%, a su menor complejidad de planteamiento, a su menor tiempo de desarrollo y a su facilidad de ejecución y garantía de éxito.

Ventana de reentrada

Denominada también corredor de entrada, se trata de un estrecho pasillo, centrado en un ángulo de incidencia de 6,2º, con un margen de sólo 0,7º, necesario para acceder a la atmósfera terrestre sin riesgo para la seguridad de la nave y de sus tripulantes. Si el ángulo de arribada es inferior, la nave rebotará en las capas altas de la atmósfera y se podría perder para siempre.

Si el ángulo de ataque es superior, el vehículo espacial se volatilizaría debido al calor generado en la fricción causada por el roce demasiado enérgico. Para amortiguar en parte este calor se emplea el escudo térmico.

El cálculo exacto de dicho corredor es imprescindible para efectuar cualquier vuelo a la Luna.

A) Fricción con atmósfera, B) En vuelo aéreo. C) Expulsión por angulo inferior, D) Perpendicular al punto de ingreso, E) Exceso de fricción de 6.9° a 90°, F) Repulsión de 5.5° o menor, G) Explosión por fricción, H) Plano tangencial al punto de ingreso.