Nave espacial - Spacecraft

"Orbiter" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Orbiter (desambiguación) .
"Vehículo orbital" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Vehículo orbital (desambiguación) .

Más de 100 naves espaciales Soyuz tripuladas soviéticas y rusas (se muestra la versión TMA ) han volado desde 1967 y ahora apoyan a la Estación Espacial Internacional .
El primer lanzamiento de Columbia en la misión
El transbordador espacial estadounidense voló 135 veces entre 1981 y 2011, apoyando a Spacelab, Mir , el telescopio espacial Hubble y la ISS. ( Columbia 's lanzamiento de soltera , que tenía un tanque externo blanco, que se muestra)
Parte de una serie sobre
Vuelo espacial
SpaceX Crew Dragon (más recortado) .jpg
Historia
Aplicaciones
Astronave
Lanzamiento espacial
Tipos de vuelos espaciales
Agencias espaciales
Más información: Lista de agencias espaciales gubernamentales
Fuerzas espaciales
Comandos espaciales
Vuelo espacial privado
RocketSunIcon.svg Portal de vuelos espaciales

Una nave espacial es un vehículo o máquina diseñada para volar en el espacio exterior . Un tipo de satélite artificial , las naves espaciales se utilizan para una variedad de propósitos, que incluyen comunicaciones , observación de la Tierra , meteorología , navegación , colonización espacial , exploración planetaria y transporte de personas y carga . Todas las naves espaciales, excepto los vehículos de una sola etapa a órbita , no pueden entrar al espacio por sí mismos y requieren un vehículo de lanzamiento (cohete portador).

En un vuelo espacial suborbital , un vehículo espacial ingresa al espacio y luego regresa a la superficie, sin haber ganado suficiente energía o velocidad para hacer una órbita completa de la Tierra. Para los vuelos espaciales orbitales , las naves entran en órbitas cerradas alrededor de la Tierra o alrededor de otros cuerpos celestes . Las naves espaciales utilizadas para vuelos espaciales tripulados llevan personas a bordo como tripulación o pasajeros desde el inicio o en órbita ( estaciones espaciales ) únicamente, mientras que las que se utilizan para misiones espaciales robóticas operan de forma autónoma o telerobótica . Las naves espaciales robóticas utilizadas para apoyar la investigación científica son sondas espaciales . Las naves espaciales robóticas que permanecen en órbita alrededor de un cuerpo planetario son satélites artificiales . Hasta la fecha, solo un puñado de sondas interestelares , como Pioneer 10 y 11 , Voyager 1 y 2 y New Horizons , están en trayectorias que abandonan el Sistema Solar .

Las naves espaciales orbitales pueden ser recuperables o no. La mayoría no lo son. Las naves espaciales recuperables pueden subdividirse mediante el método de reentrada a la Tierra en cápsulas espaciales sin alas y aviones espaciales alados . Las naves espaciales recuperables pueden ser reutilizables (se pueden lanzar de nuevo o varias veces, como los orbitadores SpaceX Dragon y los transbordadores espaciales ) o prescindibles (como Soyuz ). En los últimos años, estamos viendo que más agencias espaciales tienden a utilizar naves espaciales reutilizables.

La humanidad ha logrado los vuelos espaciales, pero solo unas pocas naciones tienen la tecnología para los lanzamientos orbitales : Rusia ( RSA o "Roscosmos"), Estados Unidos ( NASA ), los estados miembros de la Agencia Espacial Europea (ESA), Japón ( JAXA ), China ( CNSA ), India ( ISRO ), Taiwán ( Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Chung-Shan , Organización Espacial Nacional de Taiwán (NSPO) , Israel ( ISA ), Irán ( ISA ) y Corea del Norte ( NADA ). Además, Varias empresas privadas han desarrollado o están desarrollando la tecnología para los lanzamientos orbitales, independientemente de las agencias gubernamentales. Los ejemplos más destacados de estas empresas son SpaceX y Blue Origin .

Historia

Ver también: Historia de los vuelos espaciales
El primer satélite artificial, Sputnik 1 , lanzado por la Unión Soviética

Un V-2 alemán se convirtió en la primera nave espacial cuando alcanzó una altitud de 189 km en junio de 1944 en Peenemünde , Alemania. Sputnik 1 fue el primer satélite artificial . Fue lanzado a una órbita terrestre baja elíptica (LEO) por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. El lanzamiento marcó el comienzo de nuevos desarrollos políticos, militares, tecnológicos y científicos; Si bien el lanzamiento del Sputnik fue un evento único, marcó el comienzo de la Era Espacial . Aparte de su valor como novedad tecnológica, el Sputnik 1 también ayudó a identificar la densidad de la capa atmosférica superior midiendo los cambios orbitales del satélite. También proporcionó datos sobre la distribución de señales de radio en la ionosfera . El nitrógeno presurizado en el cuerpo falso del satélite brindó la primera oportunidad para la detección de meteoroides . El Sputnik 1 se lanzó durante el Año Geofísico Internacional desde el Sitio No.1 / 5 , en el quinto rango de Tyuratam , en la República Socialista Soviética de Kazajstán (ahora en el Cosmódromo de Baikonur ). El satélite viajó a 29.000 kilómetros por hora (18.000 mph), tardó 96,2 minutos en completar una órbita y emitió señales de radio a 20,005 y 40,002  MHz.

Si bien el Sputnik 1 fue la primera nave espacial en orbitar la Tierra, otros objetos artificiales habían alcanzado previamente una altitud de 100 km, que es la altura requerida por la organización internacional Fédération Aéronautique Internationale para contar como un vuelo espacial. Esta altitud se llama línea de Kármán . En particular, en la década de 1940 hubo varios lanzamientos de prueba del cohete V-2 , algunos de los cuales alcanzaron altitudes superiores a los 100 km.

Tipos de naves espaciales

Nave espacial tripulada

Ver también: Lista de naves espaciales tripuladas y vuelos espaciales tripulados
Módulo de comando del Apolo 17 en órbita lunar

A partir de 2016, solo tres naciones han volado naves espaciales tripuladas: URSS / Rusia, EE. UU. Y China. La primera nave espacial tripulada fue Vostok 1 , que llevó al cosmonauta soviético Yuri Gagarin al espacio en 1961 y completó una órbita terrestre completa. Hubo otras cinco misiones tripuladas que utilizaron una nave espacial Vostok . La segunda nave espacial tripulada se llamó Freedom 7 , y realizó un vuelo espacial suborbital en 1961 llevando al astronauta estadounidense Alan Shepard a una altitud de poco más de 187 kilómetros (116 millas). Hubo otras cinco misiones tripuladas que utilizaron la nave espacial Mercury .

Otras naves espaciales tripuladas soviéticas incluyen Voskhod , Soyuz , voladas sin tripulación como Zond / L1 , L3 , TKS y las estaciones espaciales tripuladas Salyut y Mir . Otras naves espaciales tripuladas estadounidenses incluyen la nave espacial Gemini , la nave espacial Apollo, incluido el Módulo Lunar Apollo , la estación espacial Skylab , el Transbordador Espacial con módulos de estaciones espaciales espaciales Spacelab europeo y privado Spacehab de EE. UU . Y la configuración SpaceX Crew Dragon de su Dragon 2 . La compañía estadounidense Boeing también desarrolló y voló una nave espacial propia, la CST-100 , comúnmente conocida como Starliner , pero aún no se ha producido un vuelo con tripulación. China desarrolló, pero no voló Shuguang , y actualmente está usando Shenzhou (su primera misión con tripulación fue en 2003).

A excepción del transbordador espacial, todas las naves espaciales orbitales tripuladas recuperables eran cápsulas espaciales .

  • Cápsulas espaciales tripuladas
  • Dibujos de Mercurio, cápsulas Gemini y nave espacial Apolo, con sus cohetes de lanzamiento.

    Nave espacial estadounidense Mercury, Gemini y Apollo

  • Dibujo lineal de cápsulas de Voskhod

    Voskhod soviético (variante de Vostok)

  • Dibujo de Soyuz 7K-OK (A)

    1967 Nave espacial Soyuz soviética / rusa

  • Dibujo de la nave espacial Shenzhou

    Shenzhou chino

  • Dibujo lineal de la cápsula Vostok

La Estación Espacial Internacional , tripulada desde noviembre de 2000, es una empresa conjunta entre Rusia, Estados Unidos, Canadá y varios otros países.

Aviones espaciales

Artículo principal: Avión espacial
Aterrizaje del orbitador Columbia

Los aviones espaciales son naves espaciales que se construyen en forma y funcionan como aviones . El primer ejemplo de ello fue el avión espacial norteamericano X-15 , que realizó dos vuelos tripulados que alcanzaron una altitud de más de 100 km en la década de 1960. La primera nave espacial reutilizable, la X-15 , fue lanzada al aire en una trayectoria suborbital el 19 de julio de 1963.

La primera nave espacial orbital parcialmente reutilizable, una no cápsula alada, el transbordador espacial , fue lanzada por los Estados Unidos en el vigésimo aniversario del vuelo de Yuri Gagarin , el 12 de abril de 1981. Durante la era del transbordador, se construyeron seis orbitadores, todos de los cuales han volado a la atmósfera y cinco de los cuales han volado al espacio. El Enterprise se usó solo para pruebas de aproximación y aterrizaje, despegando desde la parte trasera de un Boeing 747 SCA y planeando hasta aterrizajes muertos en Edwards AFB, California . El primer transbordador espacial en volar al espacio fue Columbia , seguido por Challenger , Discovery , Atlantis y Endeavour . Endeavour fue construido para reemplazar al Challenger cuando se perdió en enero de 1986. Columbia se disolvió durante el reingreso en febrero de 2003.

La primera nave espacial automática parcialmente reutilizable fue el transbordador clase Buran , lanzado por la URSS el 15 de noviembre de 1988, aunque realizó un solo vuelo y este no fue tripulado. Este avión espacial fue diseñado para una tripulación y se parecía mucho al Transbordador Espacial de EE. UU., Aunque sus propulsores de descarga usaban propulsores líquidos y sus motores principales estaban ubicados en la base de lo que sería el tanque externo en el Transbordador estadounidense. La falta de financiación, complicada por la disolución de la URSS , impidió nuevos vuelos de Buran. El transbordador espacial se modificó posteriormente para permitir el reingreso autónomo en caso de necesidad.

Según la Visión para la Exploración Espacial , el Transbordador Espacial se retiró en 2011 principalmente debido a su vejez y al alto costo del programa, llegando a más de mil millones de dólares por vuelo. Papel transporte humano del traslado va a ser reemplazado por SpaceX 's SpaceX Dragon 2 y Boeing ' s CST-100 Starliner . El primer vuelo tripulado de Dragon 2 ocurrió el 30 de mayo de 2020. La función de transporte de carga pesada del Shuttle será reemplazada por cohetes desechables como el Space Launch System y el cohete Vulcan de ULA , así como los vehículos comerciales de lanzamiento.

Scaled Composites ' SpaceShipOne fue un suborbital reutilizable avión espacial que llevó a los pilotos Mike Melvill y Brian Binnie en vuelos consecutivos en 2004 para ganar el premio Ansari X . Spaceship Company construirá su sucesor SpaceShipTwo . Se planeó una flota de SpaceShipTwos operada por Virgin Galactic para comenzar un vuelo espacial privado reutilizable con pasajeros de pago en 2014, pero se retrasó después del accidente de VSS Enterprise .

Nave espacial sin tripulación

Ver también: Lista de nave espacial sin tripulación por el programa , la línea de tiempo de los vuelos espaciales , la línea de tiempo de los satélites y sondas espaciales artificiales , Lista de sondas del sistema solar , la sonda espacial , nave espacial robótica , nave espacial de carga y Satélite
telescopio espacial Hubble
Jules Verne Automated Transfer Vehicle (ATV) se acerca a la Estación Espacial Internacional el lunes 31 de marzo de 2008
Mariner 10 diagrama de trayectoria más allá del planeta Venus

Semi-tripulado: tripulado como estaciones espaciales o parte de estaciones espaciales

Satélites en órbita terrestre

Sondas lunares

  • Clementine : la misión de la Marina de los EE. UU., Orbitó la Luna y detectó hidrógeno en los polos.
  • Kaguya JPN - orbitador lunar
  • Luna 1 - primer sobrevuelo lunar
  • Luna 2 - primer impacto lunar
  • Luna 3 - primeras imágenes del lado lejano lunar
  • Luna 9 - primer aterrizaje suave en la Luna
  • Luna 10 - primer orbitador lunar
  • Luna 16 : primera extracción de muestras lunares sin tripulación
  • Lunar Orbiter : serie muy exitosa de naves espaciales de cartografía lunar
  • Lunar Prospector : detección confirmada de hidrógeno en los polos lunares
  • Orbitador de reconocimiento lunar : identifica los lugares de aterrizaje seguros y localiza los recursos lunares
  • Lunokhod - rovers lunares soviéticos
  • SMART-1 ESA - Impacto lunar
  • Surveyor : el primer módulo de aterrizaje suave de EE. UU.
  • Chang'e 1 : la primera misión lunar de China
  • Chang'e 2 : la segunda misión lunar de China
  • Chang'e 3 : el primer aterrizaje suave de China en la Luna
  • Chang'e 4 - primer aterrizaje suave en el lado opuesto de la Luna
  • Chang'e 5 : la primera sonda lunar de China que completó una misión de devolución de muestras
  • Chandrayaan 1 - primera misión lunar india
  • Chandrayaan 2 - segunda misión lunar india

Sondas planetarias

Concepción artística de la nave espacial Phoenix cuando aterriza en Marte
Concepción artística de Cassini-Huygens cuando entra en la órbita de Saturno
Ver también: Lista de orbitadores extraterrestres y Lista de orbitadores de Marte

Otro - espacio profundo

Artículo principal: sonda espacial

Nave espacial más rápida

  • Sonda solar Parker (se estima que 343.000 km / ho 213.000 mph en el primer paso de sol cerca, alcanzará 700.000 km / ho 430.000 mph en el perihelio final)
  • Sondas solares Helios I y II (252,792 km / ho 157,078 mph)

La nave espacial más alejada del Sol

  • Voyager 1 a 148.09 AU en enero de 2020, viajando hacia afuera a aproximadamente 3.58 AU / a (61,100 km / h; 38,000 mph)
  • Pioneer 10 a 122.48 AU en diciembre de 2018, viajando hacia afuera a aproximadamente 2.52 AU / a (43,000 km / h; 26,700 mph)
  • Voyager 2 a 122,82 AU en enero de 2020, viajando hacia afuera a aproximadamente 3,24 AU / a (55,300 km / h; 34,400 mph)
  • Pioneer 11 a 101,17 AU a diciembre de 2018, viajando hacia el exterior a aproximadamente 2,37 AU / a (40,400 km / h; 25,100 mph)

Programas cancelados y no financiados

El primer vuelo de prueba del Delta Clipper-Experimental Advanced ( DC-XA ), un sistema de lanzamiento prototipo

Nave espacial tripulada

Aviones espaciales de etapas múltiples

Nave espacial SSTO

Nave espacial en desarrollo

Nave espacial Orion de la NASA para la misión Artemis 1 vista en Plum Brook el 1 de diciembre de 2019

Tripulado

Desatornillado

Subsistemas

Un sistema de nave espacial comprende varios subsistemas, según el perfil de la misión. Los subsistemas de las naves espaciales comprenden el " bus " de la nave espacial y pueden incluir determinación y control de la actitud (también llamado ADAC, ADC o ACS), guía, navegación y control (GNC o GN&C), comunicaciones (comms), comando y manejo de datos (CDH o C&DH). ), potencia (EPS), control térmico (TCS), propulsión y estructuras. Normalmente, se adjuntan al autobús cargas útiles .

Soporte vital
Las naves destinadas a vuelos espaciales tripulados también deben incluir un sistema de soporte vital para la tripulación.
Propulsores del sistema de control de reacción en la parte delantera del transbordador espacial de EE. UU.
Control de actitud
Una nave espacial necesita un subsistema de control de actitud para estar correctamente orientado en el espacio y responder adecuadamente a los pares y fuerzas externos . El subsistema de control de actitud consta de sensores y actuadores , junto con algoritmos de control. El subsistema de control de actitud permite la orientación adecuada para el objetivo científico, la orientación del sol para la alimentación de los paneles solares y la orientación de la tierra para las comunicaciones.
GNC
La orientación se refiere al cálculo de los comandos (generalmente realizados por el subsistema CDH) necesarios para dirigir la nave espacial donde se desea que esté. Navegación significa determinar los elementos orbitales o la posición de una nave espacial . Control significa ajustar la trayectoria de la nave espacial para cumplir con los requisitos de la misión.
Mando y manejo de datos
El subsistema CDH recibe comandos del subsistema de comunicaciones, realiza la validación y decodificación de los comandos y distribuye los comandos a los subsistemas y componentes apropiados de la nave espacial. El CDH también recibe datos de mantenimiento y datos científicos de los otros subsistemas y componentes de la nave espacial, y empaqueta los datos para almacenarlos en un registrador de datos o transmitirlos a tierra a través del subsistema de comunicaciones. Otras funciones del CDH incluyen el mantenimiento del reloj de la nave espacial y la supervisión del estado de salud.
Más información: Manejo de datos a bordo
Comunicaciones
Las naves espaciales, tanto robóticas como tripuladas , utilizan varios sistemas de comunicaciones para la comunicación con estaciones terrestres, así como para la comunicación entre naves espaciales en el espacio. Las tecnologías utilizadas incluyen RF y comunicación óptica . Además, algunas cargas útiles de las naves espaciales están destinadas explícitamente a la comunicación tierra-tierra utilizando tecnologías electrónicas de receptor / retransmisor .
Poder
Las naves espaciales necesitan un subsistema de generación y distribución de energía eléctrica para alimentar los diversos subsistemas de naves espaciales. Para las naves espaciales cercanas al Sol , los paneles solares se utilizan con frecuencia para generar energía eléctrica. Las naves espaciales diseñadas para operar en lugares más distantes, por ejemplo , Júpiter , podrían emplear un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) para generar energía eléctrica. La energía eléctrica se envía a través del equipo de acondicionamiento de energía antes de pasar a través de una unidad de distribución de energía a través de un bus eléctrico a otros componentes de la nave espacial. Las baterías generalmente se conectan al bus a través de un regulador de carga de batería, y las baterías se utilizan para proporcionar energía eléctrica durante los períodos en que la energía primaria no está disponible, por ejemplo, cuando una nave espacial en órbita terrestre baja es eclipsada por la Tierra.
Control termal
Las naves espaciales deben estar diseñadas para resistir el tránsito a través de la atmósfera terrestre y el entorno espacial . Deben operar en el vacío con temperaturas que potencialmente oscilen entre cientos de grados Celsius , así como (si están sujetos a reentrada) en presencia de plasmas. Los requisitos del material son tales que se utilizan materiales de alta temperatura de fusión y baja densidad como el berilio y carbono-carbono reforzado o (posiblemente debido a los requisitos de menor espesor a pesar de su alta densidad) tungsteno o compuestos ablativos carbono-carbono. Dependiendo del perfil de la misión, es posible que las naves espaciales también necesiten operar en la superficie de otro cuerpo planetario. El subsistema de control térmico puede ser pasivo, dependiendo de la selección de materiales con propiedades radiativas específicas. El control térmico activo hace uso de calentadores eléctricos y ciertos actuadores , como persianas, para controlar los rangos de temperatura de los equipos dentro de rangos específicos.
Propulsión de naves espaciales
Las naves espaciales pueden tener o no un subsistema de propulsión , dependiendo de si el perfil de la misión requiere propulsión o no. La nave espacial Swift es un ejemplo de nave espacial que no tiene un subsistema de propulsión. Sin embargo, por lo general, las naves LEO incluyen un subsistema de propulsión para ajustes de altitud (maniobras de compensación de arrastre) y maniobras de ajuste de inclinación . También se necesita un sistema de propulsión para las naves espaciales que realizan maniobras de gestión del impulso. Los componentes de un subsistema de propulsión convencional incluyen combustible, tanques, válvulas, tuberías y propulsores . El sistema de control térmico interactúa con el subsistema de propulsión al monitorear la temperatura de esos componentes y al precalentar los tanques y los propulsores en preparación para una maniobra de la nave espacial.
Estructuras
La nave espacial debe estar diseñada para resistir las cargas de lanzamiento impartidas por el vehículo de lanzamiento y debe tener un punto de conexión para todos los demás subsistemas. Dependiendo del perfil de la misión, es posible que el subsistema estructural deba soportar las cargas impartidas por la entrada a la atmósfera de otro cuerpo planetario y el aterrizaje en la superficie de otro cuerpo planetario.
Carga útil
La carga útil depende de la misión de la nave espacial y normalmente se considera como la parte de la nave espacial "que paga las facturas". Las cargas útiles típicas podrían incluir instrumentos científicos ( cámaras , telescopios o detectores de partículas , por ejemplo), carga o una tripulación humana .
Segmento de tierra
Artículo principal: segmento de tierra
El segmento terrestre , aunque técnicamente no forma parte de la nave espacial, es vital para el funcionamiento de la nave espacial. Los componentes típicos de un segmento terrestre en uso durante las operaciones normales incluyen una instalación de operaciones de misión donde el equipo de operaciones de vuelo realiza las operaciones de la nave espacial, una instalación de procesamiento y almacenamiento de datos, estaciones terrestres para irradiar señales y recibir señales de la nave espacial, y un Red de comunicaciones de voz y datos para conectar todos los elementos de la misión.
Vehículo de lanzamiento
El vehículo de lanzamiento impulsa la nave espacial desde la superficie de la Tierra, a través de la atmósfera y hacia una órbita , la órbita exacta depende de la configuración de la misión. El vehículo de lanzamiento puede ser desechable o reutilizable .

Ver también

Referencias

Notas

Citas

Bibliografía

enlaces externos