Órbita geocéntrica

Órbita alrededor de la Tierra

Una órbita geocéntrica , una órbita centrada en la Tierra o una órbita terrestre implica cualquier objeto que orbite la Tierra , como la Luna o los satélites artificiales . En 1997, la NASA estimó que había aproximadamente 2465 cargas útiles de satélites artificiales orbitando la Tierra y 6216 piezas de desechos espaciales rastreadas por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard . ^[1] Más de 16 291 objetos lanzados anteriormente han sufrido desintegración orbital y han entrado en la atmósfera de la Tierra . ^[1]

Una nave espacial entra en órbita cuando su aceleración centrípeta debida a la gravedad es menor o igual que la aceleración centrífuga debida al componente horizontal de su velocidad. Para una órbita terrestre baja , esta velocidad es de aproximadamente 7,8 km/s (28 100 km/h; 17 400 mph); ^[2] en cambio, la velocidad más rápida jamás alcanzada por un avión tripulado (excluyendo las velocidades alcanzadas por naves espaciales que salen de órbita) fue de 2,2 km/s (7900 km/h; 4900 mph) en 1967 por el North American X-15 . ^[3] La energía necesaria para alcanzar la velocidad orbital de la Tierra a una altitud de 600 km (370 mi) es de aproximadamente 36 MJ /kg, que es seis veces la energía necesaria simplemente para ascender a la altitud correspondiente. ^[4]

Las naves espaciales con un perigeo por debajo de los 2000 km (1200 mi) están sujetas a la resistencia de la atmósfera terrestre, ^[5] lo que disminuye la altitud orbital. La tasa de decaimiento orbital depende del área de la sección transversal y la masa del satélite, así como de las variaciones en la densidad del aire de la atmósfera superior. Por debajo de los 300 km (190 mi), el decaimiento se vuelve más rápido y su vida útil se mide en días. Una vez que un satélite desciende a 180 km (110 mi), solo tiene horas antes de vaporizarse en la atmósfera. ^[6] La velocidad de escape necesaria para liberarse por completo del campo gravitatorio de la Tierra y moverse hacia el espacio interplanetario es de aproximadamente 11,2 km/s (40 300 km/h; 25 100 mph). ^[7]

Lista de términos y conceptos

Altitud: tal como se usa aquí, la altura de un objeto sobre la superficie promedio de los océanos de la Tierra ( nivel medio del mar ).
Analema: término astronómico que se utiliza para describir la representación gráfica de las posiciones del Sol en la esfera celeste a lo largo de un año. Se parece mucho a una figura en forma de ocho.
Apogeo: es el punto más lejano que un satélite o cuerpo celeste puede llegar desde la Tierra, en el cual la velocidad orbital será mínima.
Excentricidad: medida de cuánto se desvía una órbita de un círculo perfecto. La excentricidad está estrictamente definida para todas las órbitas circulares y elípticas , y para trayectorias parabólicas e hiperbólicas .
Plano ecuatorial: como se usa aquí, un plano imaginario que se extiende desde el ecuador de la Tierra hasta la esfera celeste .
Velocidad de escape: Tal como se utiliza aquí, la velocidad mínima que un objeto sin propulsión necesita tener para alejarse indefinidamente de la Tierra. Un objeto a esta velocidad entrará en una trayectoria parabólica ; por encima de esta velocidad entrará en una trayectoria hiperbólica .
Impulso: la integral de una fuerza sobre el tiempo durante el cual actúa. Medida en ( N · seg o lb * seg).
Inclinación: el ángulo entre un plano de referencia y otro plano o eje . En el sentido que se analiza aquí, el plano de referencia es el plano ecuatorial de la Tierra .
Arco orbital: un arco imaginario en el cielo visto desde cualquier lugar determinado de la superficie de la Tierra.
Características orbitales: los seis parámetros de los elementos keplerianos necesarios para especificar esa órbita de forma única.
Periodo orbital: según se define aquí, tiempo que tarda un satélite en realizar una órbita completa alrededor de la Tierra.
Perigeo: es el punto de aproximación más cercano de un satélite o cuerpo celeste a la Tierra, en el que la velocidad orbital será máxima.
Día sideral: El tiempo que tarda un cuerpo celeste en girar 360°. En el caso de la Tierra, este tiempo es de 23 horas, 56 minutos y 4,091 segundos.
Hora solar: tal como se usa aquí, la hora local medida por un reloj de sol .
Velocidad: La velocidad de un objeto en una dirección particular. Como la velocidad se define como un vector , se requieren tanto la velocidad como la dirección para definirla.

Tipos

La siguiente es una lista de diferentes clasificaciones de órbitas geocéntricas.

Clasificaciones de altitud

Órbita transatmosférica (TAO): Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo superiores a 100 km (62 mi) y un perigeo que intersecta con la atmósfera definida . ^[8]
Órbita terrestre baja (LEO): Órbitas geocéntricas cuya altitud oscila entre los 160 km (100 mi) y los 2000 km (1200 mi) sobre el nivel medio del mar . A 160 km, una revolución dura aproximadamente 90 minutos y la velocidad orbital circular es de 8 km/s (26 000 ft/s).
Órbita terrestre media (MEO): Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo que oscilan entre los 2.000 km (1.200 mi) y la de la órbita geosincrónica a 35.786 km (22.236 mi).
Órbita geoestacionaria (GEO): Órbita circular geocéntrica con una altitud de 35.786 km (22.236 mi). El período de la órbita es igual a un día sideral , coincidiendo con el período de rotación de la Tierra. La velocidad es de aproximadamente 3 km/s (9.800 ft/s).
Órbita terrestre alta (HEO): Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo superiores a las de la órbita geosincrónica. Un caso especial de órbita terrestre alta es la órbita altamente elíptica , donde la altitud en el perigeo es inferior a 2000 km (1200 mi). ^[9]

Clasificaciones de inclinación

Órbita inclinada

Una órbita cuya inclinación con respecto al plano ecuatorial no es 0.

Órbita polar: Satélite que pasa por encima o casi por encima de ambos polos del planeta en cada revolución. Por lo tanto, tiene una inclinación de 90 grados (o muy cercana a esta) .
Órbita sincrónica con el Sol polar: Una órbita casi polar que pasa por el ecuador a la misma hora local en cada paso . Útil para los satélites que toman imágenes porque las sombras serán las mismas en cada paso.

Clasificaciones de excentricidad

Órbita circular

Una órbita que tiene una excentricidad de 0 y cuya trayectoria traza un círculo.

Órbita elíptica

Órbita con una excentricidad mayor que 0 y menor que 1 cuya órbita traza la trayectoria de una elipse .

Órbita de transferencia de Hohmann

Maniobra orbital que mueve una nave espacial de una órbita circular a otra utilizando dos impulsos de motor . Esta maniobra recibió el nombre de Walter Hohmann .

Órbita de transferencia geoestacionaria (GTO)

Una órbita elíptica geocéntrica donde el perigeo está a la altitud de una órbita terrestre baja (LEO) y el apogeo a la altitud de una órbita geosincrónica .

Órbita altamente elíptica (HEO)

Órbita geocéntrica con apogeo por encima de 35.786 km y perigeo bajo (unos 1.000 km) que dan lugar a largos tiempos de permanencia cerca del apogeo.

Órbita de Molniya: Órbita muy elíptica con una inclinación de 63,4° y un período orbital de ½ día sideral (aproximadamente 12 horas). Este tipo de satélite pasa la mayor parte del tiempo sobre una zona determinada de la Tierra.
Órbita de la tundra: Órbita muy elíptica con una inclinación de 63,4° y un período orbital de un día sideral (aproximadamente 24 horas). Este tipo de satélite pasa la mayor parte del tiempo sobre una zona determinada de la Tierra.

Trayectoria hiperbólica

Una "órbita" con excentricidad mayor que 1. La velocidad del objeto alcanza algún valor superior a la velocidad de escape , por lo tanto, escapará de la atracción gravitatoria de la Tierra y continuará viajando infinitamente con una velocidad (relativa a la Tierra) que se desacelera hasta algún valor finito, conocido como exceso de velocidad hiperbólica .

Trayectoria de escape: Esta trayectoria debe utilizarse para lanzar una sonda interplanetaria lejos de la Tierra, porque el exceso de velocidad de escape es lo que cambia su órbita heliocéntrica con respecto a la de la Tierra.
Trayectoria de captura: Esta es la imagen especular de la trayectoria de escape: un objeto que viaja a una velocidad suficiente, sin apuntar directamente a la Tierra, se moverá hacia ella y acelerará. En ausencia de un impulso de desaceleración del motor para ponerlo en órbita, seguirá la trayectoria de escape después del periapsis.

Trayectoria parabólica: Una "órbita" con excentricidad exactamente igual a 1. La velocidad del objeto es igual a la velocidad de escape , por lo tanto, escapará de la atracción gravitatoria de la Tierra y continuará viajando con una velocidad (relativa a la Tierra) que desacelerará hasta 0. Una nave espacial lanzada desde la Tierra con esta velocidad viajaría a cierta distancia de ella, pero la seguiría alrededor del Sol en la misma órbita heliocéntrica . Es posible, pero no probable, que un objeto que se aproxima a la Tierra pueda seguir una trayectoria de captura parabólica, pero la velocidad y la dirección tendrían que ser precisas.

Clasificaciones direccionales

Órbita prograda: una órbita en la que la proyección del objeto sobre el plano ecuatorial gira alrededor de la Tierra en la misma dirección que la rotación de la Tierra.
Órbita retrógrada: una órbita en la que la proyección del objeto sobre el plano ecuatorial gira alrededor de la Tierra en dirección opuesta a la rotación de la Tierra.

Clasificaciones geoestacionarias

Órbita semisincrónica (SSO)

Una órbita con una altitud de aproximadamente 20.200 km (12.600 mi) y un período orbital de aproximadamente 12 horas.

Órbita geoestacionaria (GEO)

Órbitas con una altitud de aproximadamente 35.786 km (22.236 mi). Un satélite de este tipo trazaría un analema (figura 8) en el cielo.

Órbita geoestacionaria (OSG)

Una órbita geoestacionaria con una inclinación de cero. Para un observador en tierra, este satélite aparecería como un punto fijo en el cielo.

Órbita de Clarke

Otro nombre para la órbita geoestacionaria. Lleva el nombre del escritor Arthur C. Clarke .

Puntos de libración orbital de la Tierra: Los puntos de libración de los objetos que orbitan alrededor de la Tierra están a 105 grados oeste y 75 grados este. Más de 160 satélites están reunidos en estos dos puntos. ^[10]

Órbita supersincrónica: Órbita de almacenamiento/eliminación por encima de la órbita geoestacionaria (GSO/GEO). Los satélites se desplazarán hacia el oeste.
Órbita subsincrónica: Órbita de deriva cercana pero inferior a la órbita geoestacionaria (GSO/GEO). Los satélites se desplazarán hacia el este.
Órbita de cementerio , órbita de eliminación, órbita de basura: Una órbita unos cientos de kilómetros por encima de la geoestacionaria a la que se trasladan los satélites al final de su operación.

Clasificaciones especiales

Órbita heliosincrónica: Órbita que combina altitud e inclinación de tal manera que el satélite pasa sobre cualquier punto dado de la superficie del planeta a la misma hora solar local . Una órbita de este tipo puede colocar al satélite bajo la luz solar constante y es útil para satélites de imagen, espionaje y meteorológicos .
Órbita lunar: Características orbitales de la Luna de la Tierra. Altitud media de 384.403 kilómetros (238.857 mi), órbita elíptica - inclinada .

Clasificaciones no geocéntricas

Órbita de herradura: Una órbita que, a los ojos de un observador terrestre, parece estar orbitando un planeta, pero que en realidad está en coórbita con él. Véase los asteroides 3753 (Cruithne) y 2002 AA ₂₉ .
Vuelo suborbital: Un lanzamiento en el que una nave espacial se aproxima a la altura de la órbita pero carece de la velocidad para mantenerla.

Velocidades tangenciales en altitud

Órbita	Distancia de centro a centro	Altitud sobre la superficie de la Tierra	Velocidad	Periodo orbital	Energía orbital específica
La propia rotación de la Tierra en la superficie (a modo de comparación, no es una órbita)	6.378 kilómetros	0 kilómetros	465,1 m/s (1.674 km/h o 1.040 mph)	23 h 56 min 4,09 s	-62,6 MJ/kg
Orbitando en la superficie de la Tierra (ecuador) teóricamente	6.378 kilómetros	0 kilómetros	7,9 km/s (28.440 km/h o 17.672 mph)	1 hora 24 minutos 18 segundos	-31,2 MJ/kg
Órbita terrestre baja	6.600–8.400 kilómetros	200–2.000 kilómetros	Órbita circular: 7,7–6,9 km/s (27.772–24.840 km/h o 17.224–15.435 mph) respectivamente Órbita elíptica: 10,07–8,7 km/s respectivamente	1 hora 29 minutos – 2 horas 8 minutos	-29,8 MJ/kg
Órbita de Molniya	6.900–46.300 kilómetros	500–39.900 kilómetros	1,5–10,0 km/s (5400–36 000 km/h o 3335–22 370 mph) respectivamente	11 horas 58 minutos	-4,7 MJ/kg
Geoestacionario	42.000 kilómetros	35.786 kilómetros	3,1 km/s (11.600 km/h o 6.935 mph)	23 h 56 min 4,09 s	-4,6 MJ/kg
Órbita de la Luna	363.000–406.000 kilómetros	357.000–399.000 kilómetros	0,97–1,08 km/s (3492–3888 km/h o 2170–2416 mph) respectivamente	27,27 días	-0,5 MJ/kg

Véase también

Referencias

^ ab "Satellite Situation Report, 1997". Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA . 1 de febrero de 2000. Archivado desde el original el 23 de agosto de 2006. Consultado el 10 de septiembre de 2006 .
^ Hill, James VH (abril de 1999), "Llegar a la órbita baja de la Tierra", Space Future , archivado desde el original el 19 de marzo de 2012 , consultado el 18 de marzo de 2012 .
^ Shiner, Linda (1 de noviembre de 2007), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine , consultado el 19 de junio de 2009 .
^ Dimotakis, P.; et al. (octubre de 1999), 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options, The Mitre Corporation, págs. 1–39, archivado desde el original el 29 de agosto de 2017 , consultado el 21 de enero de 2012 .
^ Ghosh, SN (2000), Ciencia atmosférica y medio ambiente, Allied Publishers, págs. 47-48, ISBN 978-8177640434
^ Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, archivado desde el original el 28 de diciembre de 2011 , consultado el 31 de diciembre de 2011 .
^ Williams, David R. (17 de noviembre de 2010), "Hoja informativa sobre la Tierra", Lunar & Planetary Science , NASA, archivado desde el original el 30 de octubre de 2010 , consultado el 10 de mayo de 2012 .
^ McDowell, Jonathan (24 de mayo de 1998). "Jonathan's Space Report". Órbita transatmosférica (TAO): vuelo orbital con un perigeo inferior a 80 km pero superior a cero. Potencialmente utilizado por misiones de aerofrenado y vehículos transatmosféricos, también en algunas fases temporales de vuelo orbital (por ejemplo, STS pre OMS-2, algunas fallas cuando no se reinicia el apogeo)
^ Definiciones de órbitas geocéntricas del Centro de Vuelos Espaciales Goddard Archivado el 27 de mayo de 2010 en Wayback Machine .
^ Un satélite fuera de control amenaza a otras naves espaciales cercanas, por Peter B. de Selding, SPACE.com, 3/5/10. Archivado el 5 de mayo de 2010 en Wayback Machine.

Enlaces externos

Velocidad orbital
Órbita terrestre media
NASA.gov Archivado el 4 de mayo de 2015 en Wayback Machine.
¿Hay más lunas alrededor de la Tierra? No es tan descabellado (archivado el 21 de febrero de 2010)
Asteroide cercano a la Tierra 3753 Cruithne: el curioso compañero de la Tierra
Asteroide coorbital terrestre 2002 AA29

[Goddard-1997-1] "Satellite Situation Report, 1997". Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA . 1 de febrero de 2000. Archivado desde el original el 23 de agosto de 2006. Consultado el 10 de septiembre de 2006 .

[hill1999-2] Hill, James VH (abril de 1999), "Llegar a la órbita baja de la Tierra", Space Future , archivado desde el original el 19 de marzo de 2012 , consultado el 18 de marzo de 2012 .

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[5] Ghosh, SN (2000), Ciencia atmosférica y medio ambiente, Allied Publishers, págs. 47-48, ISBN 978-8177640434

[slsa-6] Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, archivado desde el original el 28 de diciembre de 2011 , consultado el 31 de diciembre de 2011 .

[williams2010-7] Williams, David R. (17 de noviembre de 2010), "Hoja informativa sobre la Tierra", Lunar & Planetary Science , NASA, archivado desde el original el 30 de octubre de 2010 , consultado el 10 de mayo de 2012 .

[8] McDowell, Jonathan (24 de mayo de 1998). "Jonathan's Space Report". Órbita transatmosférica (TAO): vuelo orbital con un perigeo inferior a 80 km pero superior a cero. Potencialmente utilizado por misiones de aerofrenado y vehículos transatmosféricos, también en algunas fases temporales de vuelo orbital (por ejemplo, STS pre OMS-2, algunas fallas cuando no se reinicia el apogeo)

[nasa-9] Definiciones de órbitas geocéntricas del Centro de Vuelos Espaciales Goddard Archivado el 27 de mayo de 2010 en Wayback Machine .

[10] Un satélite fuera de control amenaza a otras naves espaciales cercanas, por Peter B. de Selding, SPACE.com, 3/5/10. Archivado el 5 de mayo de 2010 en Wayback Machine.