cohetes y sat lites l.
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Cohetes y satélites. Gonzalo Tancredi Depto. Astronomía Fac. Ciencias. El principio del globo. Las leyes de Netwon.

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Presentation Transcript
cohetes y sat lites
Cohetes y satélites

Gonzalo Tancredi

Depto. Astronomía

Fac. Ciencias

las leyes de netwon
Las leyes de Netwon
  • Primera: Los objetos en reposo se mantendrán en reposo y los objetos en movimiento se mantendrán en movimiento en una línea recta hasta que actuen sobre ellos fuerzas no balanceadas.
  • Segunda: Fuerza es igual a masa por aceleración.
  • Tercera: Para cada acción hay siempre una reacción igual y opuesta.
segunda ley f m a
Segunda LeyF = m * a

mcañon a cañon = mbala a bala

gravitaci n universal
Gravitación Universal

Igualando con la Segunda ley y despejando la aceleración

Para r =R= 6375 km

g = 9.81 m/s2

Introduzco

movimiento circular
Movimiento circular

Aceleración centrípeta

Igualando la aciry g

Velocidad angular

Período orbital

leo low earth orbit
LEO – Low-Earth orbit

vLEO  7.9 km/s

PLEO 5060 s = 84.3 min

d nde ubicar un sat lite fijo respecto a la superficie
¿Dónde ubicar un satélite fijo respecto a la superficie?

Si la Tierra rota con Psidéreo= 23h56m4s

Despejando r de la ec. del período orbital,

obtenemos

Introduciendo este valor de P,

calculamos r = 42164 km (h = 35789 km)

Órbitas geosincrónicas o geoestacionarias

slide11

Arthur C. Clarke - En Wireless World (Octubre 194):

"Extra-Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage?"

geoestacionario vs geosincr nico
Geoestacionario vs Geosincrónico

Geosincrónico

Geoestacionario

Trayectoria en la superficie de

de un satélite geosincrónico

(no geoestacionario)

movimiento el tpico
Movimiento elítpico

a – semieje mayor

periastro: q=a(1-e)

apoastro: Q=a(1+e)

elipse de transferencia o de hohmann
Elipse de transferencia o de Hohmann

Es la trayectoria

que requiere

menor energía.

Duración del

tránsito

los puntos lagrangianos en el problema de los 3 cuerpos
Los puntos Lagrangianosen el problema de los 3 cuerpos

Los puntos L1, L2 y L3 son solo estables en el plano perpendicular a la línea entre los cuerpos masivos. Los puntos L4 y L5 son estables, una partícula cercana a ellos describe una órbita con forma de banana en un referencial con los cuerpos masivos fijos (asteroides troyanos).

slide20

Asistencia

gravitatoria

velocidad de escape
Velocidad de Escape

Para lograr que una partícula escape del campo gravitatorio debemos darle suficiente energía cinética para sobrellevar la energía potencial negativa.

Energía Potencial Gravitatoria

Energía Cinética

Igualando

Para r =R= 6375 km vesc= 11.2 km/s

ecuaci n del cohete
Ecuación del cohete

Cohete de masa m, se mueve con vel. v

Expulsa gas a una tasa constante q=dm/dt a vel. constante ve..

Asumo Pe=Pa

Calculamos la velocidad vb al final de una combustión de tiempo t:

impulso espec fico
Impulso específico

Es la razón entre el Empuje y el peso del flujo de masa a nivel de la superficie:

El Impulso específico es el tiempo en el cual el motor del cohete provee de un empuje igual al peso del combustible consumido.

También se usa para caracterizar a los propulsores (combustibles), en cuyo caso refiere al Iesp máximo teórico que daría un motor perfecto.

propulsores propellant qu micos
Propulsores (propellant) químicos

Es la mezcla química que se quema en un cohete para proveer empuje.

Propulsor = Combustible + Oxidante

Cobustible – es la sustancia que se quema al combinarse con un oxígeno para proveer gas para la propulsión.

Oxidante – es el agente que libera oxígeno.

Los propulsores se clasifican según su estado en: líquidos, sólidos o híbridos.

motores con combustible l quido
Motores con combustible líquido
  • Tres tipos:
    • petróleo - (queroseno –RP1) – poco eficientes, primeras etapas de Atlas, Delta y Saturn V
    • criogenicos – (gases licueficados: LH2+LO2 – alto Iesp) – dificultad de almacenaje, etapas superiores de Saturn V
    • hypergolics – (hydrazine) – ignición espontánea, tóxicos, bueno para maniobras orbitales – sistema de control del Space Shuttle
motores con combustible s lido
Motores con combustible sólido
  • Consiste de un compartimento cerrado de acero con la mezcla de combustible y oxidante. Comienza a quemar del centro hacia fuera, luego de encendido se quema hasta agotarse.
  • Hay dos tipos de propulsores:
  • homogeneos – nitrocelulosa y nitroglicerina
  • compuestos – mezcla de polvo de sal mineral como oxidante (amoníaco percloratado)
  • y aluminio como combustible
slide29

Liquid propellants 

Fuel

Oxidizer

Isp (s) 

Hydrogen(LH2)

Oxygen (LOX)

450 

Kerosene

LOX

260 

Monomethyl hydrazine (MMH)

Nitrogen tetroxide (N2O4)

310 

Solid propellants 

Fuel

Oxidizer

Isp (s) 

Powdered Al

Ammonium perchlorate

270 

Selected Chemical-Rocket Fuels

sistemas alternativos de propulsi n
Sistemas alternativos de propulsión
  • Electrotérmicos: calienta el gas con un filamento
  • Electrostático (Ion): se ioniza gas (Xenón) y se acelera en un potencial eléctrico
  • Electrodinámico: MagnetoPlasmaDynamic (MPD) acelera gas que ioniza en cátodo-ánodo cilíndrico
  • Fotónico: Velas solares
  • Nuclear: Fisión – Fusión
  • Antimateria: aniquilación produce piones energéticos
uso de los sat lites artificiales
Uso de los Satélites Artificiales
  • Telecomunicaciones
  • Sensores Remotos
  • Predicción Climática
  • Posicionamiento Global
  • Observaciones Astrofísicas
telecomunicaciones geo

Transponder

Telecomunicaciones GEO

La señal recorre ~72000 km, demora 0.24 seg. !!

telecomunicaciones leo
Telecomunicaciones LEO

Sistema Iridium:

66 satélites en 6 planos orbitale (86°) a 780 km (100 min)

sensores remotos
Sensores Remotos

Cuenca del Río de la Plata

Sistema Fluvial del Plata

Cuencas Hidrográficas

América del Norte de noche

emergencias ambientales
Emergencias ambientales

Inundaciones en Santa Fe

sitios de lanzamiento

1 - Vandenberg2 - Edwards3 - Wallops Island4 - Cape Canaveral5 - Kourou6 - Alcantara

7 - Hammaguir   8 - Torrejon   9 - Andoya10 - Plesetsk11 - Kapustin Yar

12 - Palmachim13 - San Marco14 - Baikonur15 - Sriharikota16 - Jiuquan

17 - Xichang18 - Taiyuan19 - Svobodny20 - Kagoshima21 - Tanegashima22 - Woomera

Sitios de lanzamiento
chatarra espacial
Chatarra espacial

Chatarra espacial: es cualquier forma de objeto creado por el hombre lanzado al espacio que no siga teniendo propósitos útiles:

  • Partes descartables (ej: etapas superiores de cohetes)
  • satélites abandonados
  • partes de naves espacilaes (ej. tornilos, juntas)
  • materiales varios (ej, pinturas, aislación)
  • naves siniestradas (mas de 124 han sido identificadas)
detecci n de chatarra desde la superficie
Detección de chatarra desde la superficie

Observaciones de radar (objetos en LEO de 1-30cm)

  • Telescopios (buenos para fragmentos en órbitas geostacionarias, pero para LEO mínimo tamaño detectado es 5cm)
detecci n de chatarra en el espacio
Detección de chatarra en el Espacio
  • Telescopios espaciales con observación en el visible e IR (PROBA-DEBBIE)
  • Recuperación de superficies de naves espaciales

(Long Duration

Exposure Facility -LDEF)

chatarra en leo
Chatarra en LEO
  • Fragmentos viajan a ~10km/seg respecto a satélites en órbita
  • Fragmentos de 1mm-1cm no penetran un satélite
  • Fragm. 1-10cm – lo penetran y dañan seriamente
  • Un fragmento de 10cm y masa 1kg impactando en un satélite, crea aprox. 1 millón de fragmentos de > 1mm
datos
Datos
  • Más de 110.000 fragmentos de mas de 1cm de diámetro
  • A alturas < 2000 km son mas numerosos que los meteoroides