Investigadores desarrollaron un método matemático que permite calcular con mayor precisión las rutas más económicas para viajes entre las órbitas de diferentes cuerpos celestes. Para demostrarlo, calcularon un trayecto entre la órbita de la Tierra y la de la Luna que es más eficiente que todos los ya descritos en la literatura científica. El estudio fue publicado en la revista Astrodynamics.
El nuevo itinerario entre los dos cuerpos celestes demanda un consumo de combustible 58,80 metros por segundo (m/s) menor que los más baratos ya descritos. El valor puede parecer pequeño frente al costo total estimado para el viaje –de 3.342,96 m/s–, pero tiene un impacto significativo en los costos de la misión. “Cuando se trata de viajes espaciales, cada metro por segundo equivale a un consumo gigantesco de combustible”, señala Allan Kardec de Almeida Júnior, investigador en la Universidad de Coímbra y principal autor del trabajo, que también involucró a las universidades de Oporto y Évora (Portugal), el Observatorio de París (Francia) y las universidades de Pernambuco (UPE) y de São Paulo (USP).
El método se basa en la teoría de las conexiones funcionales, que reduce el costo computacional de las simulaciones de viajes espaciales. Esto permitió a los científicos simular un número mucho mayor de trayectorias diferentes y llegar a una respuesta “más económica”.
El trabajo utilizado como referencia para el proyecto realizó 280 mil simulaciones para llegar a un resultado, mientras que el grupo de investigación de Almeida logró simular 30 millones de rutas diferentes.
De la Tierra a la Luna, en clase económica
La trayectoria trazada por Almeida y colaboradores para llevar una nave espacial desde la órbita terrestre hasta la lunar fue dividida en dos tramos. En el primero, la nave dejaría la órbita terrestre y sería llevada hasta una órbita alrededor del punto lagrangiano L1, una región entre la Tierra y la Luna en la que las fuerzas ejercidas por ambos cuerpos se anulan. En la mayor parte de ese trayecto, la nave sería guiada por una “variedad”, una trayectoria natural que conduce hasta esa órbita.
Pero el camino indicado terminó siendo diferente de lo esperado.
La mayoría de los modelos existentes parten del supuesto de que sería más eficiente entrar en la variedad por la rama más cercana a la Tierra, pero las simulaciones realizadas por el equipo mostraron que, en realidad, la ruta más económica se aproximaba más a la Luna y entraba en la variedad por el lado opuesto.
Vitor Martins de Oliveira, investigador posdoctoral en el Instituto de Matemática, Estadística y Ciencias de la Computación (IME) de la USP y coautor del trabajo, explica que la búsqueda de soluciones como esta es una de las ventajas del uso de la teoría de las conexiones funcionales: “En lugar de asumir que es más fácil tomar la parte de la variedad más cercana a la Tierra, podemos usar un análisis sistemático con métodos más rápidos para intentar encontrar soluciones no tan triviales”.
Utilizando un sistema de control, la nave espacial podría mantenerse en esa órbita intermedia durante el tiempo que fuera necesario hasta que la misión estuviera lista para la segunda parte del viaje, cuando sigue hacia la órbita lunar. Este “transbordo espacial” también representa una ventaja porque, mientras espera, no hay interrupción de comunicación ni con la Tierra ni con la Luna.
“La misión Artemis 2, por ejemplo, pasó un tiempo sin comunicación con la Tierra por estar directamente detrás de la Luna. La órbita que indicamos es una solución en la que la nave espacial mantiene comunicación ininterrumpida”, resalta Oliveira.
La investigación contó con apoyo de la FAPESP (proyectos 21/11306-0 y 22/12785-1). También firma el artículo Leonardo Barbosa Torres dos Santos, doctor por el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) con beca de la Fundación.
Aún más economía, solo en fechas específicas
Aunque se trata de un trayecto más económico que los descritos anteriormente, la ruta trazada por Almeida y sus colaboradores no es el recorrido más barato posible. Las simulaciones utilizadas solo tuvieron en cuenta la gravedad de la Luna y de la Tierra, desconsiderando otros cuerpos celestes, como el Sol. Su inclusión podría llevar a una reducción aún mayor, pero restringe la ventana temporal para el lanzamiento. “Sería necesario realizar la simulación para una posición específica del Sol. Por ejemplo, si simulamos el día de lanzamiento de la misión el 23 de diciembre, obtendremos resultados válidos solo para una misión iniciada en esa fecha”, aclara Almeida.
Incluso en esos casos, el método desarrollado por el equipo para realizar un mayor número de simulaciones puede aplicarse para encontrar la mejor trayectoria. “El análisis sistemático que aplicamos en nuestro trabajo es algo que puede adoptarse más de aquí en adelante”, sugiere el investigador.
Artículo: Earth-Moon transfer via the L1 Lagrangian point using the theory of functional connections
Fuente: Agencia Fapesp
MundoGEO organiza anualmente en São Paulo, Brasil, las exposiciones DroneShow, MundoGEO Connect, SpaceBR Show y Expo eVTOL. Vea los aspectos más destacados de la última edición:
