¿Por qué camino ir a Marte?

Las trayectorias al planeta vecino han de minimizar el uso de combustible. Un análisis de las órbitas planetarias permite ver que esta oportunidad se presenta cada 26 meses.

Las tres misiones que han llegado a Marte este año partieron en julio de 2020. Durante aquellas semanas del año pasado, las posiciones relativas de la Tierra y el planeta vecino permitían emprender un viaje que optimizase el gasto de combustible. [BRUNO VACARO]

Al-Amal, Tianwen-1, Perseverance. ¿Qué tienen en común estos vehículos enviados a Marte? Todos ellos han llegado este año y todos partieron de la Tierra a finales de julio de 2020. Esa acumulación en los tiempos de lanzamiento no fue casual. Para llegar al planeta vecino, las sondas espaciales aprovechan una ventana de oportunidad que se abre solo cada 26 meses. Pero ¿por qué esa ventana? ¿Y qué trayectoria siguen las naves que desean llegar al planeta rojo? Un recorrido por las leyes básicas de la mecánica nos permite responder a estas preguntas.

¿Cómo podemos modificar la trayectoria de un objeto que, en principio, obedecería solo a la atracción gravitatoria del Sol y de los planetas? Como es natural, para ello deberemos ejercer una fuerza. Sin embargo, en el vacío del espacio no hay suelo que pisar, agua sobre la que flotar ni aire que pueda impulsarnos. Si excluimos la luz solar (el recurso en el que se basan las velas solares), la única posibilidad que nos queda es el principio de acción y reacción.

Cuando un sistema físico expulsa una masa hacia atrás, la conservación del momento (el producto de la masa por la velocidad) implica que el resto del sistema se verá impulsado hacia adelante. En la práctica, y para los motores de los cohetes, la fuerza de propulsión resultante viene dada por el flujo de masa expulsada (masa por unidad de tiempo) multiplicado por la velocidad de eyección. Esto tiene dos consecuencias.

Por un lado, dicha fuerza no depende de la velocidad que ya haya adquirido el cohete. Es decir, al contrario de lo que ocurre con un automóvil, acelerar no resulta cada vez más difícil. Por otro, los motores de combustión química empleados en las sondas interplanetarias no pueden funcionar de manera continua. Esta limitación se debe a las pequeñas cantidades de combustible que pueden cargarse a bordo, así como al elevado flujo de masa necesario para lograr las aceleraciones requeridas. Como consecuencia, una vez que la sonda se libera de la gravedad terrestre, es como si los motores funcionaran solo durante breves momentos y provocaran cambios instantáneos de velocidad. Para lograr su objetivo, tales variaciones han de tener lugar en puntos muy concretos de la trayectoria.

Optimizar la trayectoria

Para simplificar los cálculos, una vez que la sonda haya partido de la Tierra, olvidemos la atracción gravitatoria que ejercen esta, Marte y los demás planetas e imaginemos que la nave sigue la misma órbita que la Tierra. Eso significa que comenzamos con una trayectoria casi circular alrededor del Sol, por la que avanzamos a la respetable velocidad de 29,8 kilómetros por segundo (km/s).

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