i astronàutica | enciclopèdia.cat

OBRES

OBRES

Divulgació científica
Estadístiques

Gran enciclopèdia catalana

astronàutica

cosmonàutica
substantiu femeníf
Astronomia i astronàutica

Sumari de l’article

cosmonàutica
astronàutica Interior de la bodega d’una llançadora espacial nord-americana
© Fototeca.cat
astronàutica astron
Conjunt de ciències i tecnologies aplicades a l’estudi i al desenvolupament de la locomoció de ginys per l’espai extraatmosfèric, com també la seva explotació científica, militar o comercial.

El terme astronàutica fou proposat el 1927 per Joseph H. Rosny i fou progressivament adoptat en quasi totes les llengües, excepció feta del rus, en el qual hom ha donat preferència a la forma cosmonàutica. En l’estat actual del coneixement científic l’únic sistema per a propulsar un vehicle per l’espai, a part la hipotètica vela solar, és el del motor coet en qualsevol de les seves modalitats (químic, nuclear, elèctric, etc.). El camí seguit pels vehicles espacials durant la major part del viatge és lliure, és a dir, l’astronau es mou únicament obeint les lleis de la mecànica celeste en funció de la velocitat que hom li ha proporcionat. Si el camí seguit per aquest vehicle és tancat i repetitiu és anomenat òrbita, i el vehicle, satèl·lit artificial, mentre que si té un punt inicial i un de final més o menys característics, el vehicle és anomenat astronau o sonda còsmica, segons que sigui tripulat o no, i hom anomena trajectòria el camí seguit. La tècnica de vol utilitzada en astronàutica consisteix a situar el vehicle fora de l’atmosfera, tot proporcionant-li un component de velocitat tangencial a la Terra, que, segons el seu valor, determina la trajectòria seguida pel vehicle. La velocitat mínima perquè un vehicle resti en òrbita al voltant de la Terra a una alçària típica de 220 km és de 7,75 km/s (a la superfície i en absència d’atmosfera seria de prop de 7,9 km/s), anomenada també primera velocitat còsmica. Si la velocitat que hom li ha donat és inferior a aquest valor, el giny retorna a la Terra seguint una trajectòria balística que correspon a una branca d’el·lipse (vol suborbital o balístic). Si la velocitat proporcionada supera els 7,75 km/s el punt d’injecció és el perigeu d’una òrbita el·líptica de tanta més excentricitat com més hom sobrepassi aquest valor. Fins que per una velocitat d’11,2 km/s, segona velocitat còsmica, l’excentricitat val la unitat, és a dir, l’el·lipse es transforma en paràbola i el vehicle que segueix la tal trajectòria s’allunya indefinidament de la Terra; en realitat, en allunyar-se de la Terra, és quan comença a predominar l’atracció gravitatòria del Sol i el vehicle resta atrapat i continua en òrbita el·líptica al voltant de l’esmentat astre. Hom s’aprofita d’aquest fet per a enviar ginys a d’altres planetes. Cal, per tant, situar la sonda còsmica en una òrbita solar el·líptica, anomenada de transferència, talment que interseccioni la del planeta en qüestió, i llançar-la amb una anticipació tal que arribi al punt d’intersecció al mateix instant que el planeta també hi arriba. Si la velocitat que hom dona al vehicle espacial situat prop de la Terra és superior als 11,2 km/s, l’excentricitat de la trajectòria és més gran que la unitat i, per tant, correspon a una hipèrbola, però a causa de la presència del Sol, sempre que no sobrepassi, en el cas més favorable, els 16,1 km/s, no escaparà del sistema solar. Aquesta velocitat mínima per a escapar del sistema solar és l’anomenada tercera velocitat còsmica

Recreació d'un coet espacial

. En les actuals missions astronàutiques no resulta pràctic de situar d’un cop l’astronau a la trajectòria lliure definitiva, sinó que és fet per modificacions successives. El sistema més corrent és de situar inicialment el vehicle en una òrbita terrestre pròxima anomenada d’estacionament. Al moment adequat hom li dona un increment de velocitat que el situa en la trajectòria final o en una nova òrbita el·líptica de transferència. La dificultat més gran per a escapar de l’atracció de la Terra és, doncs, d’obtenir les esmentades velocitats i, a més, d’aconseguir que no siguin massa elevades durant la travessada de l’atmosfera, per tal d’evitar un escalfament aerodinàmic excessiu, ni obtingudes a base d’una acceleració inicial irresistible per als tripulants i fins i tot per als instruments. L’increment de velocitat que pot aconseguir un vehicle propulsor coet, en el buit i fora de tot camp gravitatori, és donat per la fórmula fonamental de l’astronàutica, establerta per K. Ciolkovskij cap a l’any 1903: ΔV = υe · ln (Mi/Mf), on υe és velocitat d’ejecció dels gasos propulsants, i Mi/Mfés l’anomenada raó de masses, o sigui, el quocient entre la massa inicial del vehicle i la massa al final de la combustió. En el cas que el vehicle sigui llançat des de la Terra, cal restar a aquest increment una pèrdua de velocitat a causa de l’acceleració gravitatòria i de la resistència aerodinàmica durant la travessada de l’atmosfera, que pot arribar a valer el 30% de ΔV. Atesa la impossibilitat d’escapar de l’atracció de la Terra amb un sol coet (puix que en aquest cas caldria una raó de masses molt elevada i la massa del giny hauria d’ésser gairebé tota de propergol, cosa materialment impossible), cal muntar diversos coets en tàndem l’un sobre l’altre, talment que cada tram parteixi a la velocitat proporcionada per l’anterior. L’increment total de velocitat és donat per:

Els coets còsmics han operat segons aquest principi i gràcies a ell hom ha aconseguit totes les conquestes astronàutiques i el 2003 el primer viatge espacial tripulat.

Història de l’astronàutica

La primera generació de teòrics de l’astronàutica i de la tecnologia de la propulsió per coet aparegué independentment en diverses nacions al començament del segle XX: Konstantin E. Ciolkovskij (1857-1935) a Rússia, Hermann Oberth (1894-1980) a Alemanya, Robert H. Goddard (1882-1945) als EUA i Robert Esnault-Pelterie (1881-1957) a França i Suïssa. El 1927 hom fundà a Alemanya el Verein für Raumschiffahrte (Societat per al vol espacial), que comptà amb la participació de científics com Wernher von Braun (1912-77). El 1930 es constituí l'American Interplanetary Society, que el 1934 esdevindria l’American Rocket Society. La British Interplanetary Society feu algunes contribucions teòriques d’interès. A l’URSS destacà el treball de Sergei Korol’ov (1906-66), pare de l’astronàutica soviètica. L’obra d’aquests pioners, adobada especialment a Alemanya pels interessos bèl·lics de la Segona Guerra Mundial, fou prosseguida durant els anys cinquanta, en què hom desenvolupà els míssils intercontinentals. Entre el 1957 i el 1969 l’astronàutica destacà per una constant consecució de novetats, bé que no sempre representaven innovacions tecnològiques destacables. Els programes engegats per la National Aeronautics and Space Administration - programa Mercury, programa Gemini

Aterratge a la lluna de l’Apollo 11
Nasa
i programa Apollo- i per l’URSS, -Vostok, Voskhod i Sojuz- culminaren amb l’arribada de l’Apollo-11 a la lluna el 1969. El 1974 Europa entrà en la cursa espacial amb la creació de l'Agència Espacial Europea (ESA). Des dels anys setanta, l’astronàutica s’ha consolidat en quatre direccions: llançament de satèl·lits, desenvolupament d’estacions espacials, estudi del sistema solar amb sondes automàtiques i endegament de la llançadora espacial. El desenvolupament, tant de l’astronàutica científica com de la comercial, seguí inicialment el camí marcat per l’interès que les nacions participants a la cursa de l’espai hi esmerçaven per raons de prestigi nacional o per motivacions polítiques. D’altra banda, l’astronàutica és condicionada pels enormes costs derivats de la tecnologia, la complexitat en l’organització i les infraestructures que requereix i que la fan especialment vulnerable a la conjuntura econòmica o política. Llevat d’excepcions, la cada cop més necessària cooperació internacional imposada per aquests condicionants no fou factible fins a la dissolució de l’URSS (1991). La seva substitució per la CEI, de la qual Rússia heretà pràcticament tota la tecnologia i la infraestructura espacials (llevat del cosmòdrom de Bajkonyr, al Kazakhstan), assenyalà l’inici d’un canvi en aquesta situació. Des d’aleshores, tot i que la competència entre estats es manté, hom ha posat en marxa importants programes conjunts.

El llançament de satèl·lits és possiblement l’aplicació més constatable de l’astronàutica, i l’únic dels quatre àmbits esmentats que ha assolit una importància econòmica de primer ordre, sobretot arran de l’expansió del mercat de les telecomunicacions (telefonia, televisió, etc.) des de mitjan dècada dels noranta, de la utilitat en la replega i la transmissió de dades per als estudis meteorològics, dels recursos terrestres (reconeixement de sòls, aplicacions a la pesca, estudis miners) o de confecció de mapes, d’ajuda a la navegació marítima i aèria, a banda dels satèl·lits amb aplicacions científiques. En el camp militar, els satèl·lits de reconeixement (d’espionatge fotogràfic o de detecció d’explosions nuclears o de llançament de míssils) han donat pas als satèl·lits ofensius (antimíssils per bombardeig làser). A més de l’antiga URSS, que el 1957 posà en òrbita el primer satèl·lit artificial (Sputnik) i dels EUA, Europa (mitjançant els coets Ariane, que l’han situat com a capdavantera en el sector), el Japó, l’Índia i la Xina destaquen pel nombre de ginys llançats. Per tal de progressar en l’estudi de les condicions d’apesantor (de molt interès científic i industrial) i de l’adaptabilitat de l’home a les llargues estades a l’espai, hom ha posat en marxa programes d'estacions espacials.

Cal destacar els projectes soviètics, iniciats el 1967 amb les naus Sojuz, que transportaven els astronautes als laboratoris orbitals Sal’ut (1971-86), i eren avituallats per naus automàtiques Progress. El 1983 s’experimentà l’amarratge de tres naus, Cosmos 1443-Salu’ut 7-Sojuz T.9, prova que prefigurà la construcció de les futures estacions modulars soviètiques, especialment de l’estació espacial soviètica Mir (1986-2001), la de més llarga durada. L’estació nord-americana Skylab (1973-79) fou ocupada en tres ocasions, i representà els inicis d’una estació orbital permanent. L'Spacelab europeu no fou una estació permanent, sinó un laboratori transportat dins la bodega d’una llançadora nord-americana. El 1984 fou iniciat el projecte Freedom, que el 1994 canvià el nom pel d'Estació Espacial Internacional, arran de la incorporació de Rússia, el qual ha esdevingut el projecte espacial internacional més important, amb tripulació estable des del 2000.

Les sondes interplanetàries, que han vist llur desplegament limitat per motius econòmics més que tecnològics, han augmentat considerablement el coneixement sobre els planetes i satèl·lits del sistema solar. Els primers projectes (Pioneer, Ranger, Surveyor, Lunar Orbiter de la NASA, i Luna, Lunik de l’URSS) foren destinats al reconeixement de la Lluna. Posteriorment, hom llançà sondes (orbitals o d’aterratge) a gairebé tots els planetes. La NASA n'ha enviat a Venus (Mariner2, 5 i 10, Pioneer Venus), a Mart (Mariner 4, 6, 7, 9 i Odyssey el 2001, i els vehicles Viking1, i 2) i Mars Pathfinder en 1996-98, a Mercuri (Mariner 10), a Júpiter i Saturn (Pioneer 10, 11, Voyager), 1, 2). El Voyager 2, llançat el 1977, es convertí el 1998 en l’objecte que s’allunyà més de la terra. L’URSS, per la seva banda, ha enviat diverses missions Venera a Venus i Mars a Mart.

El 1990 la NASA i l’ESA posaren en òrbita el telescopi espacial Hubble, que ha dut a terme un gran nombre d’enregistraments de dades crucials, i la sonda Ulysses, que l’any 1998 completà el primer viatge de navegació interplanetària al voltant del Sol i, d’altra banda, el 1997 el Japó posà en òrbita el primer radiotelescopi espacial.

La llançadora espacial ha esdevingut, des del 1981, l’eina imprescindible per al desenvolupament tant del llançament de satel·lits i sondes automàtiques, com per al desenvolupament d’estacions espacials. Vehicle reutilitzable i, per tant, més econòmic, engegà una nova era astronàutica (reparació de satèl·lits en òrbita, transport dels mòduls d’estacions espacials). D’entre les més destacades cal esmentar els transbordadors Columbia (1981), Challenger (1982), Discovery, (1989), Atlantis (1985) i Endeavour (1999). Les explosions en ple vol del Challenger (1986) i el Columbia (2003) comprometeren algun temps el desenvolupament del programa espacial. El 1999 la Xina feu el primer llançament d’una nau espacial.

Cronologia del desenvolupament de l’astronàutica

La idea i la ficció

  1. 160 Llucià de Samòsata descriu per primera vegada un viatge a la Lluna en la novel·la Vera historia
  2. 1620 Kepler narra en forma de somni un viatge a la Lluna en la novel·la Somnium
  3. 1638 Publicació pòstuma de The Man in the Moon, or a discurse of a Voyage thither by Domingo Gonzales, del bisbe anglès Francis Godwin (publicada en francès el 1648)
  4. 1649 Cyrano de Bergerac escriu Voyage de la lune i fa al·lusió per primera vegada a la propulsió espacial per coet a Histoire comique des États et des Empires du Soleil
  5. 1678 És enunciat (a Principia Mathematica) el tercer axioma de Newton, base dels actuals sistemes de propulsió còsmica
  6. 1855 Miquel Estorch i Siqués, advocat olotí, professor de matemàtiques i afeccionat a l’astronomia, publica sota el nom de Krotse, imaginari científic alemany, Lunigrafía, o sea noticias curiosas sobre las producciones, lengua, religión, leyes, usos y costumbres de los lunícolas
  7. 1865 Jules Verne considera matemàticament per primera vegada el problema del viatge lunar en les seves novel·les De la Terre à la Lune i Autour de la Lune. Achille Eyraud publica l’obra Voyage à Venus
  8. 1869 Edward Everett Hale publica als EUA la sèrie La lluna de maó, novel·la sobre les aventures en un satèl·lit artificial
  9. 1891 Té lloc el primer disseny semicientífic d’un coet espacial, de l’alemany H. Ganswindt
  10. 1897 El professor Kurt Laswitz publica la novel·la Sobre dos planetes, en la qual descriu un vehicle propulsat a reacció per ejecció de petites masses impulsades elèctricament. En aquesta obra hom fa menció per primera vegada del satèl·lit artificial com a estació intermèdia en els viatges interplanetaris

Els grans teòrics i les primeres realitzacions

  1. 1903 El mestre rus K.E. Ciolkovskij publica els primers treballs científics sobre el vol còsmic i la propulsió per coet de propergol líquid
  2. 1912 R. Esnault-Pelterie exposa a Sant Petersburg i a París les seves idees sobre els viatges interplanetaris
  3. 1913 A Alemanya, Hermann Oberth estableix les bases del coet d’hidrogen i oxigen
  4. 1919 El professor nord-americà Robert H. Goddard publica el treball A method of reaching extreme altitudes dedicat a la tecnologia dels coets
  5. 1921 Oberth presenta a Heidelberg la seva tesi Die Rakete Zu den Planetenräumen (‘El coet cap als espais interplanetaris’), que li és rebutjada per “inadequada”
  6. 1922 Fundació a Alemanya d’una de les primeres societats dedicades a fomentar l’estudi i l’experimentació de l’astronàutica: Verein für Raumschiffahrt
  7. 1926 El primer coet de propergol líquid de Goddard arriba a 56 m d’altitud
  8. 1927 Apareix el terme “astronàutica”, emprat per primera vegada per Joseph Henri-Honoré Boëx (Rosny aîné)
  9. 1930 R. Esnault-Pelterie publica a París l’obra L’astronauque. És estrenat el film de ficció astronàutica: Una dona a la Lluna de Fritz Lang, en el qual Oberth assessorà la part tècnica
  10. 1932 És creat a l’URSS el GIRD (Grup d’Estudis de la Propulsió a Reacció) i sota la dirrecció de S.P Korolev hom efectuà assaigs estàtics i en vol de coets de propergol líquid
  11. 1940 Assaigs, a Alemanya, de l’A-4 prototipus del V-2, primer coet de propergol líquid construït a escala industrial
  12. 1949 Un V-2 modificat i dotat d’un WAC-Corporal arriba a l’espai extraatmosfèric, a una altitud de 390 km
  13. 1955 Els EUA anuncien el programa Vanguard de satèl·lits artificials

L'anomenada edat de l'espai: del primer satèl·lit a l'actualitat

  1. 1957 L’URRS col·loca en òrbita l’Sputnik I, primer satèl·lit artificial de la Terra. L’Sputnik 2 és el primer satèl·lit artificial portador d’un ésser vivent, la gossa Lajka
  2. 1958 Col·locació en òrbita de l’Explorer I, primer satèl·lit artificial nord-americà, que permeté la descoberta del cinturó de radiacions de Van Allen. El Pioneer 1 (EUA) pot ésser considerat la primera sonda còsmica, el primer intent fallat de fer impacte a la Lluna
  3. 1959 L’Explorer 6 envia la primera imatge de TV de la Terra, vista des de l’espai extraatmosfèric. La sonda còsmica Luna 2 (URSS) fa impacte a la Lluna
  4. 1960 El primer satèl·lit meteorològic Tiros 1 (EUA) forneix 22 952 fotografies de la coberta de núvols de la Terra. Llançament de l’Echo 1, primer satèl·lit (passiu) de comunicacions
  5. 1961 El soviètic Yuri A. Gagarin efectua el primer vol orbital humà a bord del vehicle Vostok 1
  6. 1962 Llançament de la càpsula Mercury MA-G tripulada per John Glenn, primer nord-americà que feu òrbites al voltant de la Terra. És iniciada la sèrie de satèl·lits artificials Kosmos (URSS). El primer satèl·lit articial finançat comercialment fou el de comunicacions Telstar 1. Primera sonda planetària reeixida: Mariner 2 s’apropa a Venus i fa mesures de la temperatura de la superfície
  7. 1963 Col·locació del primer satèl·lit en òrbita sincrònica, el Syncom 2
  8. 1964 Primera missió fotogràfica a la Lluna amb èxit. El Ranger 7 (EUA) envià més de 4 000 imatges del sòl lunar. El Voskhod (URSS), primer vehicle espacial amb més d’un home. Tripulants: V.V.Komarov, K.P. Feoktistov i B.B. Jegorov. Llançament de la sonda còsmica Mariner 4 (EUA), que després de 228 dies de viatge transmeté 20 imatges del planeta Mart
  9. 1965 Primera activitat fora d’un vehicle espacial: el cosmonauta rus Leonov sortí del Voskhod 2, mentre aquest continuava l’òrbita al voltant de la Terra. Llançament del primer satèl·lit de telecomunicacions de l’organització INTELSAT. França col·loca en òrbita el seu primer satèl·lit Astérix (A-1). La primera veritable cita orbital de dos vehicles tripulats tingué lloc durant el vol del Gemini 6 i del Gemini 7
  10. 1966 Després de diversos intents, l’URSS aconsegueix de fer aterrar suaument un giny, el Luna 9, a la Lluna. El Lluna 9 transmet una sèrie d’imatges del sòl lunar. El Surveyor I nord-americà també efectua un aterratge suau. Col·locació del Lunar Orbiter I (EUA) en òrbita lunar
  11. 1967 La sonda còsmica soviètica Venus 4, després de 128 dies de viatge, desprèn una càpsula experimental que baixa suaument sobre el planeta Venus. La sonda Surveyor 5 (EUA), després d’aterrar en el Mar de la Tranquil·litat, efectua la primera anàlisi elemental del sòl lunar. Primera cita orbital de dos ginys no tripulats efectuada pel Kosmos 186 i el Kosmos 188 (URSS). El satèl·lit artificial Dodge envia la primera imatge de TV en color d’un hemisferi complet de la Terra. Primer llançament del vehicle espacial tripulat Sojuz 1 (URSS). Primer llançament del coet nord-americà Saturn 5
  12. 1968 És col·locat en òrbita mitjançant un coet nord-americà el primer satèl·lit de l’Organització Europea d’Investigació de l’Espai, l’ESRO 2B. La sonda lunar Zond S (URSS) és recuperada després d’un vol circumlunar. Emprenen el viatge els tres homes de la missió Apollo 8, que seran els primers a fer òrbites al voltant de la Lluna
  13. 1969 Els astronautes nord-americans Armstrong i Aldrin, tripulants del mòdul lunar del vehicle espacial Apollo-11, esdevenen els primers homes a arribar a la Lluna. Primer amarratge de dues naus tripulades, Sojuz 4 i Sojuz 5
  14. 1970 El vehicle automàtic Lunakhod 1 aterra a la Lluna
  15. 1971 El Mariner 9 esdevé primer satèl·lit artificial de Mart. Llançament de la primera estació orbital Salint 1
  16. 1972 Primeres sondes a Júpiter, Pioneer 10 i 11. Posada en orbita del primer satèl·lite d’estudi dels recursos terrestres, Landsat
  17. 1973 Quatre sondes soviètiques cap a Mart, Mars 4, 5, 6, 7; només una orbitarà al planeta. Llançament de l’estació orbital nord-americana Skylab. Missió Mariner-10 cap a Mercuri
  18. 1974 El Mariner-10 pren imatges de Venus i Mercuri
  19. 1975 Primeres imatges de la superfície de Venus, transmeses per les sondes Venera 9 i 10. Encontre espacial Apollo-Soinz
  20. 1976 Les sondes Viking 1 i 2 aterren a Mart
  21. 1977 Llançament de la sonda nord-americana Voyager-2
  22. 1978 Primer avituallament d’una estació orbital, Salint 6, per una nau automàtica, Progress 1
  23. 1979 Primer llançament amb èxit del coet Ariane
  24. 1981 Vol de la primera llançadora espacial nord-americana Columbia
  25. 1983 L’Spacelab de l’ESA és llançat dins la bodega de la llançadora Columbia. L’URSS assaja els mòduls Cosmos 1443, antecedents dels futurs mòduls components d’una gran estació orbital. El Pioneer 10 franqueja els límits del sistema solar. Les sondes Venera 15 i 16 cartografien un 40% de la superfície de Venus
  26. 1984 Primer passeig lliure per l’espai de dos astronautes de la llançadora Challenger. Des de la llançadora Challenger hom repara el satèl·lit Solar Max, i des del Discovery es recuperen els satèl·lits avariats Westar-6 i Palapa B-2
  27. 1986 L’estació espacial Mir és llançada per l’URSS. La sonda Giotto, de l’ESA, sobrevola el nucli del cometa Halley i envia les primeres imatges
  28. 1989 La sonda Magellan (EUA) cartografia la superfície de Júpiter. El Voyager 2 (EUA) envia les primeres imatges de proximitat de Neptú. La sonda Galileo és llançada per a estudiar el sistema de satèl·lits de Júpiter
  29. 1990 Es posa en òrbita el telescopi espacial Hubble (EUA). Llançament de la sonda europea Ulisses, per a l’estudi del Sol
  30. 1992 Primera activitat extravehicular de tres astronautes per a recuperar el satèl·lit Intelsat-6
  31. 1994 EuroMir, primera missió conjunta Europa i Rússia
  32. 1996 Llançament de les naus nord-americanes Mars Global Surveyor, i Mars Pathfimder, per a l’estudi de la topografia, gravetat i composició de la superfície de Mart
  33. 1998 Llançament del primer mòdul de l’Estació Espacial Internacional. Es posa en òrbita la sonda nord-americana Lunar Prospector, que detecta aigua en el subsol de la Lluna
  34. 1999 Es posa en òrbita el telescopi de raigs X Chandra (EUA)
  35. 2000 Arribada de la primera tripulació estable a l’Estació Espacial Internacional
  36. 2001 Caiguda controlada de l’estació espacial Mir al Pacífic sud. Estada d’una setmana del primer ‘turista’, el milionari californià Dennis Tito, a l’Estació Espacial Internacional. Es posa en òrbita la sonda nord-americana Mars Odissey
  37. 2002 Llançament del satèl·lit Envisat (ESA), per a l’observació i experimentació de fenòmens climàtics i ambientals, i la segona generació de Meteosat.
Col·laboració: 
RCP

Llegir més...