Las órbitas explicadas
Por qué los satélites no se caen, a qué velocidad van y cómo los cohetes cambian de órbita, en lenguaje sencillo.
¿Qué es una órbita?
- Niños
Imagina que lanzas una pelota desde una montaña altísima. Si la lanzas más rápido, cae más lejos. Si la lanzas lo bastante rápido, el suelo se curva bajo ella tan rápido como cae, y sigue cayendo alrededor de la Tierra para siempre. Eso es una órbita. Isaac Newton dibujó esta idea de la «bala de cañón» hace más de 300 años.
Compruébalo: ¿La estación espacial flota o cae?
¡Cae! Todo el tiempo, pero avanza de lado tan rápido que siempre «falla» la Tierra.
¿Qué tan rápido?
- Niños
A la altura de la Estación Espacial Internacional (unos 400 km), hace falta ir a unos 7,7 km cada segundo. Basta para dar la vuelta a la Tierra en unos 93 minutos: los astronautas ven unos 16 amaneceres al día.
Compruébalo: ¿Cuántos minutos tarda más o menos la estación en dar una vuelta?
Unos 93 minutos, alrededor de una hora y media.
Más alto, más lento
- Adolescentes
La gravedad se debilita con la distancia, así que una órbita más alta necesita menos velocidad: v = √(μ/r). Los satélites meteorológicos y de TV en órbita geoestacionaria, a 35 786 km, van a solo 3,07 km/s y tardan exactamente un día sidéreo (23,93 h) en dar la vuelta: parecen quietos sobre un punto.
Compruébalo: Si r se multiplica por 4, ¿qué pasa con la velocidad circular?
Se reduce a la mitad, porque v depende de 1/√r.
Acelerar para subir
- Adolescentes
Para subir a una órbita más alta, la nave enciende el motor hacia delante. Su círculo se estira en una elipse cuyo extremo lejano toca la nueva altura. Media órbita después vuelve a encender para redondear la nueva órbita. Este truco de dos encendidos es la transferencia de Hohmann. De una órbita de 300 km a la geoestacionaria hacen falta unos 3,9 km/s de cambio de velocidad y unas 5,3 horas.
Compruébalo: Tras el primer encendido, ¿la nave va más rápida o más lenta al llegar a lo alto de la elipse?
Más lenta: cambia velocidad por altura al subir y luego necesita el segundo encendido.
Tipos de órbitas
- Ciclo técnico (college comunitario)
La órbita baja (LEO, unos 160–2000 km) alberga la estación espacial y la mayoría de satélites de observación. La órbita media (unos 20 000 km) alberga satélites de navegación como el GPS. La geoestacionaria está sobre el ecuador a 35 786 km. Las órbitas heliosíncronas están inclinadas algo más allá de los polos (unos 98,2° a 700 km): el abultamiento terrestre gira la órbita una vez al año y el satélite pasa sobre cada lugar a la misma hora local, ideal para comparar imágenes.
Compruébalo: ¿Por qué los satélites de imágenes prefieren órbitas heliosíncronas?
La iluminación es la misma en cada paso, así que los cambios en el suelo (incendios, inundaciones, bosques) se comparan fácilmente.
Energía: la ecuación que hay que recordar
- Ciclo técnico (college comunitario)
Vis-viva, v² = μ(2/r − 1/a), da la velocidad en cualquier punto de cualquier órbita a partir de la distancia r y el tamaño a. Con a = r da la velocidad circular; con a → ∞ la de escape, √2 veces mayor (11,2 km/s desde la superficie, sin aire).
Compruébalo: Según vis-viva, ¿dónde va más rápida una nave en una elipse?
En el punto más cercano (periapsis), donde r es mínimo.
¿Listo para las ecuaciones? Sigue con las matemáticas paso a paso. · Pruébalo en el Orbit Lab