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Cohetes y satélites Gonzalo Tancredi Depto. Astronomía Fac. Ciencias.

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Presentación del tema: "Cohetes y satélites Gonzalo Tancredi Depto. Astronomía Fac. Ciencias."— Transcripción de la presentación:

1 Cohetes y satélites Gonzalo Tancredi Depto. Astronomía Fac. Ciencias

2 El principio del globo

3 Las leyes de Netwon §Primera: Los objetos en reposo se mantendrán en reposo y los objetos en movimiento se mantendrán en movimiento en una línea recta hasta que actuen sobre ellos fuerzas no balanceadas. §Segunda: Fuerza es igual a masa por aceleración. §Tercera: Para cada acción hay siempre una reacción igual y opuesta.

4 Primera ley

5 Tercera Ley

6 Segunda Ley F = m * a m cañon a cañon = m bala a bala

7 Gravitación Universal Igualando con la Segunda ley y despejando la aceleración Para r =R= 6375 km g = 9.81 m/s 2 Introduzco

8 Movimiento circular Aceleración centrípeta Igualando la a cir y g Velocidad angular Período orbital

9 LEO – Low-Earth orbit v LEO 7.9 km/s P LEO 5060 s = 84.3 min

10 ¿Dónde ubicar un satélite fijo respecto a la superficie? Si la Tierra rota con P sidéreo = 23 h 56 m 4 s Despejando r de la ec. del período orbital, obtenemos Introduciendo este valor de P, calculamos r = km (h = km) Órbitas geosincrónicas o geoestacionarias

11 Arthur C. Clarke - En Wireless World (Octubre 194): "Extra-Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage?"

12 Geoestacionario vs Geosincrónico Geosincrónico Geoestacionario Trayectoria en la superficie de de un satélite geosincrónico (no geoestacionario)

13 Comparación a escala real de una órbita geoestacionaria y una polar

14 Tipos de órbitas

15 Altura (km) PeríodoEjemplos LEO< min – 2 hr Iridium Landsat MEO~ hrGPS HEOq~500 Q~ – 24 hrMolnya GEO h 56 m 4 s GOES Com.Sat SSO sun-synchronous 1000 polar 100min c/24h por el mismo lugar. Cospas- Sarsat

16 Movimiento elítpico a – semieje mayor periastro: q=a(1-e) apoastro: Q=a(1+e)

17 Elipse de transferencia o de Hohmann Duración del tránsito Es la trayectoria que requiere menor energía.

18

19 Los puntos Lagrangianos en el problema de los 3 cuerpos Los puntos L 1, L 2 y L 3 son solo estables en el plano perpendicular a la línea entre los cuerpos masivos. Los puntos L 4 y L 5 son estables, una partícula cercana a ellos describe una órbita con forma de banana en un referencial con los cuerpos masivos fijos (asteroides troyanos).

20 Asistencia gravitatoria

21 Velocidad de Escape Energía Potencial Gravitatoria Energía Cinética Igualando Para lograr que una partícula escape del campo gravitatorio debemos darle suficiente energía cinética para sobrellevar la energía potencial negativa. Para r =R= 6375 km v esc = 11.2 km/s

22 Ecuación de empuje

23 Ecuación del cohete Cohete de masa m, se mueve con vel. v Expulsa gas a una tasa constante q=dm/dt a vel. constante v e.. Asumo P e =P a Calculamos la velocidad v b al final de una combustión de tiempo t:

24 Impulso específico Es la razón entre el Empuje y el peso del flujo de masa a nivel de la superficie: El Impulso específico es el tiempo en el cual el motor del cohete provee de un empuje igual al peso del combustible consumido. También se usa para caracterizar a los propulsores (combustibles), en cuyo caso refiere al I esp máximo teórico que daría un motor perfecto.

25 Propulsores (propellant) químicos Es la mezcla química que se quema en un cohete para proveer empuje. Propulsor = Combustible + Oxidante Cobustible – es la sustancia que se quema al combinarse con un oxígeno para proveer gas para la propulsión. Oxidante – es el agente que libera oxígeno. Los propulsores se clasifican según su estado en: líquidos, sólidos o híbridos.

26 Motores con combustible líquido Tres tipos: petróleo - (queroseno –RP1) – poco eficientes, primeras etapas de Atlas, Delta y Saturn V criogenicos – (gases licueficados: LH 2 +LO 2 – alto I esp ) – dificultad de almacenaje, etapas superiores de Saturn V hypergolics – (hydrazine) – ignición espontánea, tóxicos, bueno para maniobras orbitales – sistema de control del Space Shuttle

27 Motores con combustible sólido Consiste de un compartimento cerrado de acero con la mezcla de combustible y oxidante. Comienza a quemar del centro hacia fuera, luego de encendido se quema hasta agotarse. Hay dos tipos de propulsores: homogeneos – nitrocelulosa y nitroglicerina compuestos – mezcla de polvo de sal mineral como oxidante (amoníaco percloratado) y aluminio como combustible

28 Cohetes de combustible sólido líquido

29 Selected Chemical-Rocket Fuels Liquid propellants FuelOxidizerIsp (s) Hydrogen(LH2)Oxygen (LOX)450 KeroseneLOX260 Monomethyl hydrazine (MMH)Nitrogen tetroxide (N2O4)310 Solid propellants FuelOxidizerIsp (s) Powdered AlAmmonium perchlorate270

30 El transbordador espacial

31 Cohetes descartables y reciclabes

32 Sistemas alternativos de propulsión Electrotérmicos: calienta el gas con un filamento Electrostático (Ion): se ioniza gas (Xenón) y se acelera en un potencial eléctrico Electrodinámico: MagnetoPlasmaDynamic (MPD) acelera gas que ioniza en cátodo-ánodo cilíndrico Fotónico: Velas solares Nuclear: Fisión – Fusión Antimateria: aniquilación produce piones energéticos

33 Propulsión iónica – Deep Space 1

34 Sistemas alternativos de propulsión Tipo de motorImpulso espec. (s) Químico Termonuclear Electrotérmica Electromagnético Electrostático - Ion Antimateria10 6

35 Uso de los Satélites Artificiales Telecomunicaciones Sensores Remotos Predicción Climática Posicionamiento Global Observaciones Astrofísicas

36 Telecomunicaciones GEO Transponder La señal recorre ~72000 km, demora 0.24 seg. !!

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38 Telecomunicaciones LEO Sistema Iridium: 66 satélites en 6 planos orbitale (86°) a 780 km (100 min)

39 Sensores Remotos Cuenca del Río de la Plata Sistema Fluvial del Plata Cuencas Hidrográficas América del Norte de noche

40 Monitoreo del Clima

41 Emergencias ambientales Inundaciones en Santa Fe

42 Global Positioning System (GPS)

43 Sitios de lanzamiento 1 - Vandenberg 2 - Edwards 3 - Wallops Island 4 - Cape Canaveral 5 - Kourou 6 - AlcantaraVandenbergEdwardsWallops IslandCape CanaveralKourouAlcantara 7 - Hammaguir 8 - Torrejon 9 - Andoya 10 - Plesetsk 11 - Kapustin YarHammaguirTorrejonAndoyaPlesetskKapustin Yar 12 - Palmachim 13 - San Marco 14 - Baikonur 15 - Sriharikota 16 - JiuquanPalmachimSan MarcoBaikonurSriharikotaJiuquan 17 - Xichang 18 - Taiyuan 19 - Svobodny 20 - Kagoshima 21 - Tanegashima 22 - WoomeraXichangTaiyuanSvobodnyKagoshimaTanegashimaWoomera

44 Chatarra espacial Chatarra espacial: es cualquier forma de objeto creado por el hombre lanzado al espacio que no siga teniendo propósitos útiles: §Partes descartables (ej: etapas superiores de cohetes) §satélites abandonados §partes de naves espacilaes (ej. tornilos, juntas) §materiales varios (ej, pinturas, aislación) §naves siniestradas (mas de 124 han sido identificadas)

45 Chatarra espacial

46 Observaciones de radar (objetos en LEO de 1-30cm) §Telescopios (buenos para fragmentos en órbitas geostacionarias, pero para LEO mínimo tamaño detectado es 5cm) Detección de chatarra desde la superficie

47 Detección de chatarra en el Espacio §Telescopios espaciales con observación en el visible e IR (PROBA-DEBBIE) §Recuperación de superficies de naves espaciales (Long Duration Exposure Facility -LDEF)

48

49 Chatarra en LEO §Fragmentos viajan a ~10km/seg respecto a satélites en órbita §Fragmentos de 1mm-1cm no penetran un satélite §Fragm. 1-10cm – lo penetran y dañan seriamente §Un fragmento de 10cm y masa 1kg impactando en un satélite, crea aprox. 1 millón de fragmentos de > 1mm

50 Chatarra en GEO y Polar GEO Polar

51 Datos §Más de fragmentos de mas de 1cm de diámetro §A alturas < 2000 km son mas numerosos que los meteoroides

52 ¿Cuánto tiempo permanece un fragmento en órbita? Altura (km)Vida media días años años años

53 El futuro


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