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Cohetes y satélites

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

adamdaniel
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Cohetes y satélites

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Presentation Transcript

  1. Cohetes y satélites Gonzalo Tancredi Depto. Astronomía Fac. Ciencias

  2. El principio del globo

  3. 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.

  4. Primera ley

  5. Tercera Ley

  6. Segunda LeyF = m * a mcañon a cañon = mbala a bala

  7. Gravitación Universal Igualando con la Segunda ley y despejando la aceleración Para r =R= 6375 km g = 9.81 m/s2 Introduzco

  8. Movimiento circular Aceleración centrípeta Igualando la aciry g Velocidad angular Período orbital

  9. LEO – Low-Earth orbit vLEO  7.9 km/s PLEO 5060 s = 84.3 min

  10. ¿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

  11. Arthur C. Clarke - En Wireless World (Octubre 194): "Extra-Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage?"

  12. Geoestacionario vs Geosincrónico Geosincrónico Geoestacionario Trayectoria en la superficie de de un satélite geosincrónico (no geoestacionario)

  13. Comparación a escala real de una órbita geoestacionaria y una polar

  14. Tipos de órbitas

  15. Tipos de órbitas

  16. Movimiento elítpico a – semieje mayor periastro: q=a(1-e) apoastro: Q=a(1+e)

  17. Elipse de transferencia o de Hohmann Es la trayectoria que requiere menor energía. Duración del tránsito

  18. 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).

  19. Asistencia gravitatoria

  20. 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

  21. Ecuación de empuje

  22. 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:

  23. 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.

  24. 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.

  25. 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

  26. 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

  27. Cohetes de combustible sólido líquido

  28. 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

  29. El transbordador espacial

  30. Cohetes descartables y reciclabes

  31. 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

  32. Propulsión iónica – Deep Space 1

  33. Sistemas alternativos de propulsión

  34. Uso de los Satélites Artificiales • Telecomunicaciones • Sensores Remotos • Predicción Climática • Posicionamiento Global • Observaciones Astrofísicas

  35. Transponder Telecomunicaciones GEO La señal recorre ~72000 km, demora 0.24 seg. !!

  36. Telecomunicaciones LEO Sistema Iridium: 66 satélites en 6 planos orbitale (86°) a 780 km (100 min)

  37. Sensores Remotos Cuenca del Río de la Plata Sistema Fluvial del Plata Cuencas Hidrográficas América del Norte de noche

  38. Monitoreo del Clima

  39. Emergencias ambientales Inundaciones en Santa Fe

  40. Global Positioning System (GPS)

  41. 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

  42. 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)

  43. Chatarra espacial

  44. 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)

  45. 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)

  46. 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

  47. Chatarra en GEO y Polar GEO Polar

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