Pozo gravitatorio

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Se trata de un concepto derivado de la visualización del espacio como una lámina de goma que se comba por el efecto de cuerpos dotados de masa.

Según la Teoría de la Relatividad, el espacio tridimensional (y el tiempo, pero no entraremos en esta discusión) puede ser curvado por objetos masivos. Es decir, suponiendo que el universo tuviera dos dimensiones espaciales, podríamos representarlas como una lámina de goma elástica dispuesta tensa en un marco horizontal. Cuando no hay ningún cuerpo, la lámina permanece horizontal pero, al posar sobre ella un objeto, se comba. Si hiciéramos rodar sobre esta lámina un segundo objeto menos pesado, éste curvaría su trayectoria en las cercanías del objeto más masivo.

Este modelo representa cómo la curvatura (abombamiento) del espacio producida por el cuerpo más masivo produce una atracción gravitatoria sobre el segundo. Este abombamiento es lo que se conoce como pozo gravitatorio.

Esto es una forma muy gráfica de comprender buena parte de la mecánica orbital. Imaginemos un hipotético viaje a Marte. En la lámina de goma estarían el Sol, la Tierra y el propio Marte (además de los demás cuerpos del Sistema Solar, pero no son necesarios para esta explicación). El Sol produciría el mayor pozo gravitatorio, y los demás cuerpos recorrerían la lámina con trayectorias curvadas (órbitas) por la pendiente de este pozo.

En la primera fase del viaje son necesarios los cohetes para salir del pozo gravitatorio de La Tierra. Después, un segundo grupo de motores impulsarían la nave para dotarle del impulso y dirección adecuados para trazar una trayectoria a lo largo del pozo gravitatorio del Sol que lo acabe llevando al pozo gravitatorio de Marte. Aquí, una tercera maniobra de motores detendrían el impulso y estacionarian a la nave en una órbita marciana.

En esta analogía se puede ver fácilmente que el regreso desde Marte requeriría menor energía (consumo de combustible) que el viaje de ida ya que el camino es "cuesta abajo", cayendo hacia el Sol. No sería pues necesario un gran impulso, sino tan sólo dirigir la nave en una dirección de caída correcta que la estacione en una órbita terrestre. Por el contrario, un hipotético viaje de ida y vuelta a Venus emplearía más combustible a la vuelta que a la ida, ya que el primer vieje es "cuesta abajo" y el segundo "cuesta arriba".

La imagen de la lámina de goma permite visualizar también la dificultad de trazar trayectorias orbitales. Un cuerpo lanzado en la lámina de goma en una dirección y con una velocidad dadas, rodaría por la lámina siguiendo una trayectoria definida por el impulso inicial y la curvatura de la lámina. Cualquier cambio en la trayectoria implica un nuevo impulso para variar la velocidad o la dirección.

En la realidad, con las órbitas ocurre lo mismo: la trayectoria orbital depende de la velocidad y dirección dadas en el impulso inicial. Cualquier cambio de la órbita durante el trayecto implica un gasto de combustible. Dado lo costoso de subir cargas útiles a órbita, estos cambios de impulso se reducen al mínimo. Otra técnica empleada (pero no siempre posible) es valerse del impulso gravitatorio. Mediante esta técnica se puede "robar" impulso a los planetas para obtener energía minimizando el gasto de combustible. Todo esto implica que poner en órbita un objeto con rumbo a Marte requiere una gran precisión en los cálculos y en su ejecución.

Además, no todas los cambios son posibles. En función de la trayectoria original, velocidad, masa del objeto y combustible disponible, sólo un rango determinado de órbitas son posibles. Así, en 2010, odisea dos, los tripulantes de la Leonov no pueden acudir al rescate de la nave china que se les ha adelantado, aunque ambas se encuentran en la órbita de Júpiter.