06/Dic/06

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Extrañas órbitas lunares

Sobre el final de la misión Apolo 16, los tres astronautas liberaron un último experimento científico: un pequeño "subsatélite" llamado PFS-2 que completaría una órbita alrededor de la Luna más o menos cada dos horas. Algo raro sucedió...

Cerca del final de la misión Apolo 16, el 24 de abril de 1972, momentos antes de emprender el viaje de regreso a casa, los tres astronautas liberaron un último experimento científico: un pequeño "subsatélite" llamado PFS-2 que completaría una órbita alrededor de la Luna más o menos cada dos horas.

Uniéndose a un primer subsatélite, el PFS-1, lanzado por los astronautas del Apolo 15 ocho meses atrás, el propósito del PFS-2 era medir las partículas cargadas y los campos magnéticos alrededor de la Luna, mientras ésta da vuelta alrededor de la Tierra. Las órbitas bajas de ambos subsatélites eran elipses con alturas de 89 a 122 km sobre la superficie lunar.

Sin embargo, algo raro sucedió.

La órbita del PFS-2 cambió rápidamente su forma y sus distancias a la Luna. En dos semanas y media el satélite fue cayendo a una espeluznante órbita que lo llevó a 10 km de la superficie lunar en su máxima aproximación. La órbita siguió cambiando, y así, el PFS-2 regresó a lo que parecía ser una distancia segura de 50 km, pero no por mucho tiempo: inexorablemente la órbita del subsatélite lo llevaba de vuelta hacia la Luna, y el 29 de mayo de 1972 —sólo 35 días y 425 órbitas después de ser liberado— el PFS-2 se estrelló.

¿Qué sucedió? La Luna misma arrastró al subsatélite a su muerte. Es la conclusión de Alex S. Konopliv, científico planetario del Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet Propulsion Lab) de la NASA en Pasadena. Él y varios colegas han estado analizando las órbitas de varios satélites en órbita lunar después del PFS-2, particularmente la de la misión del Lunar Prospector en 1998-99.

"Si la Luna fuera una esfera uniforme, podríamos tener órbitas que fueran elipses o círculos perfectos", explica Konopliv. "La Luna no tiene una atmósfera que frene por fricción o produzca calentamiento en una nave espacial, de manera que se puede volar verdaderamente bajo: el Lunar Prospector pasó seis meses en órbita a sólo 30 km sobre la superficie".

Se muestran en rojo-naranja los mascons en la Luna, que hacen tan irregular su campo gravitacional, tal como fueron detectados por la misión Prospector Lunar. Los cinco más grandes corresponden a los mayores cráteres llenos de lava o "mares" lunares, visibles con binoculares sobre la cara iluminada de la Luna: el Mar de la Lluvia (Mare Imbrium), el Mar de la Tranquilidad (Mare Serenitatus), el Mar de la Crisis (Mare Crisium), el Mar de la Humedad (Mare Humorum) y el Mar del Néctar (Mare Nectaris). Referencia: Konopliv et al, Icarus 150, 18 de enero de 2001.

Entonces ¿por qué el PFS-2, que fue puesto en una órbita elíptica que originalmente lo llevaba de 97 km a 120 km, terminó como una masa informe de aluminio y paneles solares retorcidos?

"La Luna es extraordinariamente nodular, gravitacionalmente hablando. Y no nos referimos a sus montañas u accidentes topográficos, sino a su masa. Los que parecen ser mares planos de lava lunar tienen grandes anomalías gravitacionales, esto es, sus masas, y con ellas sus campos gravitacionales, son significativamente mayores que el resto de la corteza lunar", asegura Konopliv. Hay cinco de estos grandes nódulos, conocidos como concentraciones de masa o "mascons", en la cara visible de la Luna, todos en mares lunares visibles desde la Tierra con binoculares.

La anomalía gravitacional de los mascons es tan grande —un 50 por ciento— que un astronauta en la superficie lunar puede medirla. "Si uno está en el límite de uno de esos mares, una plomada se desfasará alrededor de un tercio de grado de la vertical en dirección al mascon" dice Konopliv. Más aún, un astronauta en traje espacial cuyo peso lunar fuera exactamente 50 libras en el extremo de un mascon, pesaría 50 libras y 4 onzas cuando llegara al centro del mascon.

"Los mascons lunares hacen inestables a las órbitas lunares bajas" dice Konopliv. Cuando el satélite pasa a 80 ó 100 km de elevación, los mascons lo halan hacia adelante, hacia atrás, a la izquierda, a la derecha o hacia abajo, la dirección y magnitud exactas del jalón dependen de la trayectoria del satélite. En ausencia de un impulso propio que periódicamente corrija la órbita, la mayoría de satélites liberados en órbita lunar baja (de menos de 100 km) eventualmente chocarán contra la Luna. El PFS-2, liberado por el Apolo 16 fue sólo un dramático caso de "el peor escenario", pero aun su antiguo predecesor, el PFS-1 (liberado por el Apolo 15), literalmente mordió el polvo en enero de 1973, después de poco más de año y medio.

Pero ¿qué significa esto para una eventual exploración lunar?

Tener cuidado al elegir la trayectoria para un satélite lunar en órbita baja. "Lo que cuenta es la inclinación de la órbita", esto es, la inclinación de su plano con el plano ecuatorial de la Luna. "Hay una buena cantidad de ‘órbitas congeladas" donde una nave puede permanecer en órbita baja lunar indefinidamente. Éstas ocurren en cuatro inclinaciones: 27°, 50°, 76° y 80°, ésta última está muy cercana a los polos lunares. La órbita del relativamente antiguo subsatélite del Apolo 15, el PFS-1, tenía una inclinación de 28°, que está muy cerca de una de las órbitas congeladas, pero el pobre PFS-2 cursaba con una inclinación de sólo 11°.

Alternativamente, si hay razones para programar una misión con una inclinación orbital no congelada, se deben planear frecuentes correcciones de curso. El Lunar Prospector tuvo que hacer maniobras cada dos meses para mantenerse en su órbita circular inicial de 100 km (60 millas); y con más frecuencia cuando estuvo en órbita a sólo 30 km (20 millas) de altura. Cuando su tanque de combustibles estaba casi vacío, los científicos sabían que su fin estaba cerca, así que lo impactaron deliberadamente el 30 de julio de 1999, cerca del polo sur del satélite, para observar su estela de polvo lunar. Después de año y medio la Luna reclamó para sí a la nave espacial.

Para terminar Konopliv aconseja: "En estos casos, viaje con el tanque lleno".

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti