Objetivos de los Satelites Artificiales Cientificos e Investigacion



Objetivos de los Satélites Artificiales: Científicos e Investigación

El nacimiento de la astronáutica: Antecedentes históricos

El ansia de viajar hacia los astros es tan antigua como el hombre mismo. Cicerón (nacido el 106 a. C.), en su obra De Republica, habla del espíritu de un hombre que viajó por algunos planetas; y casi 300 años después Luciano de Samosata, en su Vera Historia, describe las guerras entre los imperios de la Luna y el Sol.

COPERNICO, astronomo edad modernaA lo largo de los siglos se han sucedido las referencias literarias a los viajes espaciales, pero es a partir del siglo XVI cuando, merced a los trabajos de Copérnico, Tycho Brahe, Galielo y Newton se inicia el camino que ha hecho posible viajar a la Luna y, en un futuro quizá no muy lejano, a los planetas.

La invención del cohete fue, en cierto modo, el primer paso serio dado por la astronáutica; su historia se remonta a la China de hace casi dos mil años, si bien no hizo su aparición en Europa hasta mediados del siglo XIII, en que es descrito en el Líber Ignium (Libro de fuego).

(imagen:Copérnico)

A comienzos del siglo XIX se despertó un gran interés por la posible aplicación de los cohetes a fines militares. Sir William Congreve, oficial del ejército británico. fue uno de los más destacados investigadores en este campo: durante las guerras napoleónicas, y en la de 1812 entre Estados Unidos y Gran Bretaña, se usaron cohetes de combustible sólido ideados por él, así como en el ataque a Copenhague en 1807.

Sin embargo, el cohete militar no convenció a los especialistas en cuestiones bélicas, por lo que pronto fue abandonado.

OBJETIVOS DE LOS SATÉLITES ARTIFICIALES

Los satélites destinados a investigaciones científicas constituyen la familia mas numerosa, si se exceptúa la de los utilizados con fines militares. Ello es así por varias razones: en primer lugar , el espacio que circunda la Tierra es poco conocido; desde muchos puntos de vista interesa conocer la distribución de las radiaciones que abarcan toda la gama del espectro, desde los rayos X a las ondas de radio, meteoritos, capas ionizadas, campos magnéticos de origen no sólo terrestre, sino también solar e interplanetario, etc.

Además, muchas de estas investigaciones se realizan en apoyo de determinadas aplicaciones prácticas. Tal es el caso del estudio de los factores que pueden afectar al hombre en el espacio, cuyo conocimiento es imprescindible para el establecimiento de estaciones orbitales tripuladas. Tampoco hay que olvidar que la denominación de científicas dada a muchas misiones es simplemente una cobertura de programas cuyos objetivos son en definitiva militares.



El conjunto de datos científicos aportados por los satélites dan una imagen de enorme complejidad en torno a nuestro planeta. Y se complica aún más si se tiene en cuenta que se trata de un cuadro dinámico, en continua evolución. Los niveles de radiación medidos hoy a 1.000 Km. de altura pueden ser completamente distintos de los que se obtengan la semana próxima si entre ambas fechas se ha producido, por ejemplo, una erupción solar.

Algunos satélites han sido diseñados para obtener información sobre diversos aspectos relacionados con nuestro planeta: las capas ionizadas que lo rodean, la densidad y composición de la alta atmósfera, la intensidad de la radiación térmica recibida por la Tierra y el porcentaje que vuelve al espacio al reflejarse en las nubes o en la superficie, la confección de un mapa del campo magnético en torno al planeta, la naturaleza y energía de las partículas que componen los cinturones de radiación, características de la ionosfera en cuanto a transparencia a diversas frecuencias de radio, etc.

Otros van dirigidos a investigaciones astronómicas, sobre todo en el campo de la radioastronomía. A este respecto, los satélites artificiales son muy útiles, ya que las radiaciones de determinadas longitudes de onda de procedencia interplanetaria son filtradas por la atmósfera y no pueden ser captadas por los radiotelescopios instalados en la superficie terrestre. Por tanto, la única manera de detectarlas es instalando equipos receptores por encima de la atmósfera.

Existen también satélites para el estudio del Sol: las tormentas que a veces se desencadenan en la fotosfera, la evolución de las manchas solares y el «viento solar» o chorro de partículas subatómicas que continuamente son emitidas por nuestra estrella. También los hay especializados en la fotografía estelar, no ya en la gama de la luz visible, sino en la del ultravioleta, gran parte de la cual es retenida por la atmósfera. En cambio, los observatorios en órbita terrestre nunca se emplean para fotografiar planetas; es mucho más provechoso recurrir a sondas interplanetarias que sobrevuelan el objetivo a poca distancia, obteniendo imágenes mucho más detalladas.

Registro de meteoritos: Desde los primeros años de la investigación espacial, uno de los puntos de estudio más importantes fue investigar acerca de la abundancia y distribución de micro-meteoritos en las proximidades de la Tierra. Estos son partículas que en general no superan el milímetro de diámetro y que, moviéndose a enormes velocidades, a veces entran en la atmósfera terrestre, donde la fricción del aire los desintegra.

Al principio se exageró mucho acerca del peligro que los meteoritos representarían de cara a futuros viajes espaciales tripulados. Hoy se sabe que las partículas de más de un milímetro de diámetro son muy raras, tanto que una nave podría permanecer en el espacio durante años sin encontrar ninguna en su camino. En cuanto a los granos de polvo cósmico, aunque más abundantes, tampoco ofrecen motivo de preocupación. Por lo general se volatizan al chocar contra las paredes del vehículo, por muy delgadas que éstas sean.

Una forma sencilla y económica de detectar los impactos de los meteoritos es la colocación de micrófonos en las paredes exteriores de la nave: el sonido del choque es transmitido a través del metal, y su intensidad da una idea del tamaño de la partícula que lo ha producido.

satelite artificial

Otras veces se suelen usar pequeñas cámaras metálicas llenas de gas a presión. Cuando un meteorito perfora sus paredes, el gas escapa al exterior y un manómetro adecuado permite registrar el impacto. La velocidad de salida del gas depende del diámetro del orificio y es un buen sistema para indicar el tamaño del meteorito. Además, las cámaras pueden fabricarse con aleaciones de diferentes características y espesores, a fin de que sólo puedan ser perforadas por partículas animadas de cierta energía.

En 1965 se lanzó el primero de los grandes satélites Pegasus, destinados exclusivamente al estudio de los meteoritos, listaban equipados con unas grandes «alas» constituidas por más de doscientos elementos sensores: dos láminas de cobre o aluminio separadas por una de material aislante, con lo que formaban otros tantos condensadores eléctricos, cargados a una tensión de 40 voltios. Cada vez que un meteorito atravesaba una de tales células, el calor desarrollado en el impacto vaporizaba parte del metal y el aislante, estableciendo un momentáneo corto circuito entre las dos láminas. A continuación, el condensador se descargaba y transmitía a In Tierra la correspondiente señal. Una vez disipado el vapor, el condensador volvía u cargarse y quedaba en disposición de registrar nuevos choques.



Durante su primer año de funcionamiento, y por metro cuadrado de superficie sensible, el Pegasus 1 detectó 57 partículas con energía suficiente para atravesar 37 milésimas de milímetro de aluminio; cinco en sus células de 2 décimas de milímetro y sólo dos en las de 4 décimas.

Medida de las radiaciones
Otro campo de investigación muy amplio es el estudio de las radiaciones. Sin embargo, para fijar ideas, convendría puntualizar el significado de esta palabra.

La radiación es una forma de energía que se encuentra en el espacio en múltiples formas. La luz corriente es radiación; las ondas de radio, los rayos X e incluso el calor emitido por un cuerpo a cualquier temperatura también lo son. Todas ellas se agrupan bajo la denominación común de «radiación electromagnética»; el único factor que permite diferenciarlas es su frecuencia o longitud de onda.

El espectro electromagnético es el conjunto de todas las radiaciones que existen, ordenadas según sus frecuencias respectivas. Se inicia por un extremo con las ondas más largas, que vibran a sólo algunos ciclos por segundo, y va progresando hacia frecuencias cada vez más altas, dando origen a las diversas formas de energía electromagnética.

La primera región que se encuentra es la de las ondas de radio, concretamente la correspondiente a las ondas largas; después, imperceptiblemente, se entra en la zona de ondas media (radiodifusión comercial) y corta, bandas de televisión en VHF y UHF, microondas y, por último, el radar.

SATELITES ARTIFICIALES

Aproximadamente al alcanzar la frecuencia de 10.000 megaciclos por segundo se inicia la región de los rayos infrarrojos o radiaciones caloríficas. Mucho más adelante, a los 430 millones de megaciclos (correspondiente a una longitud de onda de 0,7 micras) aparece la radiación de color rojo oscuro, primer eslabón de la banda visible, que va del rojo al violeta, pasando por todos los colores del arco iris y abarca una extensión de frecuencias .muy reducida.

Su límite máximo son 750 millones de megaciclos por segundo, a partir del cual se entra en la región de ultravioleta. Esta es otra banda muy amplia, que alcanza hasta las frecuencias de trillones de ciclos por segundo. Viene a continuación la de los rayos X y, por último, la de los rayos gamma, mucho más penetrantes, para los cuales no se conoce límite superior de frecuencias.

Todas estas radiaciones existen en el espacio libre, desplazándose por él a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo). Sin embargo, gracias al filtro natural que forma nuestra atmósfera, sólo algunas consiguen llegar a la superficie de la Tierra. Así sucede con la luz visible, pequeñas porciones del infrarrojo y el ultravioleta, y algunas frecuencias específicas de las ondas de radio. El resto son absorbidas a diferentes alturas sobre el suelo.

Los rayos ultravioleta, X y gamma poseen una acción esterilizante; de hecho, la irradiación con rayos gamma es una técnica corriente en la asepsia de material quirúrgico. De ahí que la presencia de la atmósfera como escudo contra este tipo de radiaciones sea una circunstancia providencial, gracias a la cual la Tierra puede albergar las diversas formas de vida.



En cambio, desde el punto de vista astronómico, la atmósfera constituye un obstáculo impenetrable para el estudio de las radiaciones en el espacio libre. Hasta el advenimiento del satélite artificial, el único medio de obtener información acerca de ellas eran los globos estratosféricos y los cohetes de sondeo equipados con instrumentos registradores. Pero, evidentemente, desde 1957 los satélites vienen ofreciendo una serie de ventajas decisivas sobre los demás sistemas: mayor altura de vuelo y tiempo de( permanencia en órbita más prolongado. De ahí el interés que las técnicas astronáuticas revisten para el astrónomo y el astrofísico.

Otro tipo de radiación existente en el espacio es la corpuscular: partículas subatómicas (protones, electrones, átomos de metales ligeros fuertemente ionizados, etc.) emitidas por el Sol o resultantes del bombardeo de radiaciones de elevada energía sobre los gases de la alta atmósfera. Los chorros de partículas procedentes del Sol se desplazan a velocidades relativamente modestas (algunos centenares o miles de kilómetros por segundo) y constituyen lo que se denomina «viento solar».

Al igual que ocurre con las radiaciones electromagnéticas, la radiación corpuscular sólo puede estudiarse adecuadamente en el espacio exterior, ya que al entrar en la atmósfera las partículas interaccionan con los átomos de oxígeno, nitrógeno y demás gases, y originan fenómenos secundarios muy complejos. Las auroras boreales, producidas al ser excitados los átomos de la alta atmósfera por partículas de elevada energía, son buen ejemplo de ello.

¿Cómo se detectan las radiaciones corpusculares en el espacio? Básicamente, mediante los mismos métodos que se emplean en la Tierra en tecnología nuclear. Los primeros Explorer americanos llevaban a bordo simples contadores Geiger apantallados con diferentes espesores de plomo de manera que sólo fuesen excitados por partículas de energía superior a cierto umbral. Más tarde se emplearon cámaras de ionización, contadores de centelleo, de efecto Cerenkov y muchos otros detectores, cada vez más especializados.

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En cuanto a la medición de las radiaciones ultravioletas e infrarrojas, existen dispositivos fotoeléctricos sensibles a diferentes bandas de frecuencias, de modo que resulta muy fácil seleccionar la que se desea estudiar. Ciertos tipos de satélites disponen de mecanismos de orientación para mantener tales sensores continuamente dirigidos hacía la fuente de radiación, por lo general el Sol o la propia Tierra.

Estudio del magnetismo
Otro aspecto en el que los satélites artificiales encuentran aplicación es el estudio de los campos magnéticos en el espacio, una disciplina que puede decirse nació a la sombra de la astronáutica.El campo magnético que rodea nuestro planeta es el resultado de la superposición de varios campos de origen diverso: el propio campo magnético terrestre, el solar y el de origen galáctico, que en conjunto originan un cuadro de enorme complejidad, sujeto, además, a incesantes variaciones.

La magnetosfera, o zona en la que la influencia del campo terrestre predomina sobre las demás, tiene la forma de una gota de agua muy alargada; su extremo más achatado mira hacia el Sol, mientras que el otro se extiende hasta casi dos millones de kilómetros en el espacio, vibrando y agitándose como una bandera ondeando al viento. Esta estructura puede alterarse bruscamente a raíz de las tormentas y erupciones solares y de las variaciones locales del magnetismo terrestre.

El campo magnético que rodea la Tierra actúa como una jaula invisible capaz de atrapar las partículas subatómicas emitidas por el Sol y mantenerlas formando zonas anulares más o menos estables. Las primeras indicaciones acerca de la existencia de estas regiones fueron facilitadas por los detectores de radiación de los primeros satélites; el principal responsable de la interpretación de los resultados fue el Dr. James van Alien, de la Universidad de lowa, en cuyo honor fueron bautizadas esas zonas.

El Ártico y la Antártida son los dos únicos puntos por donde las partículas atrapadas pueden escapar y penetrar en la atmósfera originando las auroras boreales o australes, uno de los fenómenos más espectaculares de la Naturaleza.

Equipando un satélite con detectores adecuados, puede establecerse un mapa del campo magnético existente a las alturas que atraviesa. Se conocen detectores de muchos tipos llamados magnetómetros, por lo general adaptaciones de instrumentos empleados en laboratorios e industrias para efectuar mediciones sobre materiales magnéticos.

El magnetómetro más sencillo es el formado por una bobina metálica en la que, al variar el campo magnético que la atraviesa, aparecen corrientes inducidas proporcionales a dicha variación. Una bobina permite detectar la componente de las alteraciones magnéticas según una sola dirección (la perpendicular al plano de la bobina); si se agrupan tres bobinas de manera que sean mutuamente perpendiculares, se obtendrán datos sobre las tres componentes espaciales del campo, lo cual permitirá determinar su intensidad total no solamente en magnitud, sino también en dirección.

Por lo general, los magnetómetros de que van provistos los satélites artificiales son instrumentos tan sensibles que pueden ser  perturbados incluso por las corrientes eléctricas que circulan por los equipos de a bordo del satélite o por sus piezas metálicas. Por tanto, los dispositivos sensores se mielen situar en el extremo de largas pértigas que se despliegan automáticamente al entrar en órbita.

Fuente Consultada: Los Viajes Espaciales Salvat Tomo 53 y 18