Uno de los pasos necesarios para poder asentarse en la Luna, es conseguir encontrar las mejores trayectorias para alcanzar el satélite, así como para poder tener naves en órbitas estables en nuestro entorno. Es algo que tendrá su importancia cuando llegue ese ansiado momento en el que el ser humano tenga una presencia permanente más allá de nuestro planeta…
Las trayectorias para llegar a la Luna no son sencillas…
Calcular órbitas en sistemas complejos (on tres cuerpos, como sucede en el espacio cislunar, que está entre la Tierra y la Luna, no es nada fácil. Por lo que ni a los mejores físicos les gusta calcularlo a mano si es evitable. Por suerte, algunos investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory han trabajado en esos complejos cálculos matemáticos. ¿El resultado? Han creado un conjunto de datos, y un software que analiza la friolera de un millón de órbitas cislunares. Eso sí, no todas ellas son órbitas estables. De hecho, la cifra útil es bastante más baja.
Solo el 9,7% de esas trayectorias eran estables durante los tres años que duraba la simulación. En el resto, los resultados eran de lo más variado. Algunas provocaban que una nave se estrellase contra la Luna. En otras, que se desintegrara en la atmósfera terrestre. Y en algunas hasta terminaba en la expulsión de nuestro vecindario. ¿Qué hace tan difícil mantenerse en órbita entre la Tierra y la Luna? El problema de los tres cuerpos es una serie de Netflix que tuvo bastante popularidad con su primera temporada.
Está basada en una saga de libros de ciencia ficción, del escritor chino Cixin Liu, que a su vez hace referencia a un problema de la física. Los sistemas en los que hay tres objetos, donde cada uno ejerce gravedad sobre el resto, son sistemas caóticos. Es decir, incluso un cambio minúsculo en las condiciones iniciales de un sistema así, o una ligera alteración, como el impacto de una tormenta solar, puede provocar cambios enormes y casi impredecibles en la órbita de un satélite.
El problema de los tres cuerpos es un rompecabezas
Debido a ese caos, ha sido difícil calcular trayectorias para enviar misiones con el objetivo de llegar a la Luna. Y eso es, precisamente, lo que busca resolver este nuevo conjunto de datos y software. Aporta una regla de oro que se puede utilizar para demostrar o refutar el software de navegación que se desarrolle, o los sistemas de planificación orbital de satélites. Son cosas que cada vez tendrán más importancia a medida que más organismos y compañías busquen usar el espacio cercano a la Luna. Será imprescindible para establecer bases permanentes y plataformas espaciales.
Algo inevitable a medida que la presencia del ser humano se expanda más allá de la Tierra. ¿Cómo funciona este conjunto de datos? Muchos problemas avanzados en matemáticas necesitan empezar con un conjunto definido de condiciones iniciales. En este caso, los investigadores eligieron las posiciones del Sol, la Tierra y la Luna el 1 de enero de 1980 como punto de partida. Así garantizan que cualquiera que intente usar los datos tenga un punto de referencia bien definido. Después, desarrollaron un paquete que estudia las diferentes fuerzas que actúan sobre un satélite en el espacio cislunar, a lo largo de seis años.
Ese paquete incluye la gravedad de cada uno de los cuatro protagonistas: la Luna, la Tierra, el satélite y el Sol, que se modeló como una fuente puntual. También incluía las resonancias entre la Tierra y la Luna, lo que permitió capturar algunos de los aspectos que hacen que estos cálculos sean tan difíciles. Además, incluía presión de radiación térmica de la Tierra y la presión de radiación del Sol. Ambas empujan lentamente a un satélite lejos de sus respectivas fuentes y añaden más complejidad. Por todo esto, se entiende que solo 9700 orbitas fuesen estables…
Planteamientos novedosos para encontrar una trayectoria que permita llegar a la Luna
Los investigadores observaron algunas agrupaciones de órbitas estables en zonas concretas. Una de ellos, que no sorprende, estaba alrededor de los puntos de Lagrange L4 y L5. Son los puntos de Lagrange que están por delante y por detrás del sistema Tierra-Luna. Estos pueden servir como lugares de aparcamiento gravitacional, por decirlo así, para la infraestructura importante como la Plataforma Orbital Lunar o equipamiento similar. Otro punto de estabilidad, que es algo más sorprendente, estaba en una banda a unas cinco veces la distancia de la órbita geoestacionaria.
En este caso, parece que esas órbitas están lo bastante lejos como para no estar sometidas por completo a la gravedad terrestre. Y, también, lo bastante lejos de la gravedad lunar como para que no cause una perturbación importante en su órbita. Las agencias espaciales, e incluso los ejércitos, podrían recurrir a estas regiones estables como partes críticas de sus futuras misiones espaciales. Y, seguramente, a medida que empiece a aumentar su presencia allí, es probable que vuelvan a consultar este conjunto de datos.
Es un ejemplo de la utilidad que puede tener un gran conjunto de datos a la hora de planificar misiones lejos de nuestro planeta. Algo que permitirá evitar muchas frustraciones al no tener que resolver esos cálculos por sí mismos. También nos ofrece un vistazo a lo que nos podría esperar en los próximos años, en término de lugares donde podríamos ver misiones desplegadas. Porque ya no basta con saber cuál es la mejor trayectoria para llegar a la Luna, también estamos llegando al momento en el que es importante saber qué lugares pueden ser estables entre nuestro planeta y su satélite…
Estudio
El estudio es T, Yeager, D. Higgins, P. Mcgill et al.; «An Open Benchmark of One Million High-Fidelity Cislunar Trajectories». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
