abr
26
2007

El vuelo parabólico y la microgravedad

por

Hace unos meses hablé del proyecto de mi amigo Héctor Salvador y su equipo en el artículo sobre Turbinators. Para llevar el experimento a buen término fue necesario situarlo en un entorno con condiciones de microgravedad.

Este término, “microgravedad”, puede resultar algo confuso para los no iniciados. Si alguna vez os habéis preguntado por qué exactamente flotan los astronautas en el espacio, o por qué cuando nos subimos a un ascensor sentimos esa sensación de empuje en el estómago, el artículo de hoy, escrito por Héctor, dará respuesta a vuestras dudas.


Campañas de Vuelos Parabólicos para Estudiantes

Todos los años, la Agencia Espacial Europea (ESA) ofrece la oportunidad a treinta equipos de estudiantes de los distintos países miembro de probar sus experimentos en condiciones de microgravedad, participando en una campaña de vuelos parabólicos.

Cabe resaltar que los vuelos parabólicos es la única forma de experimentar la microgravedad sin ser astronauta. Pero antes de explicar en qué consisten, repasemos el concepto de microgravedad.

¿Qué es la microgravedad?

Es creencia común que los astronautas flotan por hallarse lejos de la tierra, usándose el término de “ingravidez” o “ausencia de gravedad”. Sin embargo, para que la fuerza de la gravedad se anule nos deberíamos alejar una distancia infinita de cualquier cuerpo con masa.

Astronauta flotando en el interior de la Estación Espacial Internacional.

Si se considera que el campo gravitatorio terrestre es el creado por una partícula situada en el centro de la tierra, el valor en la superficie (a 6.371 km del centro) es prácticamente igual al valor en órbitas LEO, como en la que se encuentra la Estación Espacial Internacional (a una media de 400 km de altitud sobre la superficie terrestre), para ser exactos, el valor de la gravedad en la ISS es el 89% del Terrestre (apenas un 10% menor). ¿Qué ocurre entonces? ¿Por qué flotan los astronautas? Es más, ¿cómo se puede conseguir el mismo efecto dentro de un avión de pasajeros?

Gráfico de la NASA explicando la microgravedad.La respuesta está en el concepto de “Caída Libre”. Veamos un par de ejemplos antes de definirlo: Cuando montamos en un ascensor, y se pone en movimiento (por ejemplo, hacia arriba), notamos como el suelo al comenzar a subir presiona nuestros pies hacia arriba y sentimos como si, momentáneamente, pesásemos más de lo normal).

Lo mismo ocurre en sentido inverso: cuando comienza a bajar el suelo se acelera hacia abajo y notamos un “vacío” en el estómago. ¿Qué ocurriría si cortásemos el cable del ascensor?, pues que partiendo de un mismo estado inicial, tanto nosotros como el ascensor caeríamos con la misma velocidad, la sensación sería como si no pesásemos nada en absoluto.

Otro ejemplo más gráfico: Probemos a llenar una botella de plástico con canicas. Si lanzamos la botella al aire y observamos su movimiento respecto al suelo, vemos que tanto la botella como las canicas caen atraídas por la gravedad. Sin embargo, si nos fijamos sólo en el movimiento de las canicas entre sí, todas caen a la misma velocidad entre sí y a la misma que la botella, ¡¡realmente están flotando unas con respecto a las otras!! Si ahora cambiamos la botella por un avión o una nave espacial y las canicas por personas tenemos exactamente el mismo efecto.

A la vista de estos ejemplos, podemos deducir que este efecto de “ausencia de peso” o “microgravedad” (pero no ingravidez, ya que la botella está cayendo por su efecto), se produce desde que la botella abandona nuestra mano hasta que el suelo detiene su caída. Por lo tanto se define “microgravedad” como el estado de movimiento en el que la única fuerza que actúa sobre el cuerpo es la gravedad ¡¿No suena un poco absurdo?!

Plataformas de Microgravedad

Zarm Tower, en BremenPara terminar esta breve introducción, veamos los distintos métodos que se emplean actualmente para “simular” la ausencia de la gravedad. Hemos quedado que lo único que hay que hacer es “caer” libremente; así pues el primer método que aparece en la historia son las Torres de Caída (se deja caer el experimento desde lo alto de una torre). Tiene el inconveniente del corto tiempo disponible para experimentación (la más alta de España posibilita hasta 2.1 seg; la mayor de Europa, la Zarm Tower de Bremen, con 146 metros de altura permite hasta 4,76 segundos), haciéndola inviable por ejemplo para experimentos biológicos, y por otra parte el complejo sistema de frenado para poder recuperar el experimento sano y salvo tras semejante caída.

Siguiendo en la línea de “levantar” el experimento hasta muy alto y dejarlo caer “a plomo” (expresión que curiosamente viene del primer uso que se les dio a las torres de caída, para enfriar plomo en microgravedad y conseguir balas esféricas, ya en el S. XVIII), están los cohetes de sondeo. El experimento a realizar se embarca en estos cohetes y se lanza hasta alturas espectacularmente elevadas (750 km en el caso del Cohete Europeo MAXUS, permitiendo obtener condiciones de microgravedad durante unos 15 minutos). La recuperación mediante paracaídas es más segura que en el caso anterior, pero el tiempo sigue siendo corto para muchos tipos de experimentos.

Ahora bien, ¿qué ocurre si en lugar de dejar caer una cosa “a plomo”, la lanzamos con una cierta velocidad? Pues que ya no cae en la vertical, sino un poco más allá (se dice que describe una parábola, y este es el caso de los vuelos parabólicos de los que hablaremos más adelante con más detenimiento). Cuanta mayor sea la velocidad con la que lo lancemos, más lejos caerá….¿es posible lanzarlo tan lejos que cuando caiga ya no lo haga sobre la superficie de la tierra, sino “más allá”? Es lo que se conoce cómo “poner en órbita”. Veamos esto según las palabras del propio Newton, en sus “Principia” publicados en 1687:

Si se dispara una bala de cañón desde la cima de una montaña con una velocidad dada y en una dirección paralela al horizonte, recorrerá una línea curva antes de que caiga al suelo (…) Y aumentando la velocidad podemos a nuestro antojo incrementar la distancia a la cual se proyecta (…) e incluso rodear la tierra antes de que caiga; o finalmente, podría no caer nunca en la Tierra sino avanzar hacia el espacio celeste y seguir en su movimiento al infinito

Así pues, hemos llegado a la respuesta a la primera pregunta: Los astronautas no flotan por estar lejos de la tierra, sino por estar cayendo alrededor de ella, igual que las canicas en el interior de la botella. Las ventajas de poner en órbita un experimento son inmensas comparadas con los métodos anteriores, empezando con que no está limitado el tiempo de permanencia en microgravedad, lo que permite llevar a cabo complejas investigaciones farmacéuticas, biológicas, física elemental…Dentro de las plataformas orbitales empleadas para investigación se distinguen las Cápsulas no tripuladas (como la rusa “Fotón”, que permanecen en órbita unos 30 días y luego regresan a la superficie terrestre), el Transbordador Espacial (tripulado, permanece en microgravedad unos 7 días llevando a bordo numerosos experimentos y laboratorios) o las Estaciones Espaciales (permanentemente en órbita).

Vuelos Parabólicos

Tras un rápido recorrido por las distintas plataformas de microgravedad existentes, pasemos a comentar en qué consisten los vuelos parabólicos.

El Airbus A300 es el avión empleado por la ESA en los vuelos parabólicos.

Un vuelo parabólico es un tipo de maniobra conocida desde los comienzos de la aviación en la que el avión, a una cierta altura corta los motores y comienza a caer atraído por la gravedad terrestre, describiendo la misma trayectoria que cuando lanzamos una piedra a lo lejos. Como comentábamos antes, el hecho de estar cayendo bajo el único efecto de la gravedad permite obtener condiciones de microgravedad en su interior (Si bien es cierto que se deben anular el resto de fuerzas, como la sustentación de las alas y la resistencia aerodinámica, lo que resulta en una maniobra muy concreta).

El perfil de vuelo es el siguiente: Partiendo de una altitud de vuelo de unos 6 km, los pilotos ponen los motores a máxima potencia para trepar rápidamente hasta unos 8,5 km (subiendo con una inclinación de 47º, la sensación en el interior es de trepada completamente vertical). A medida que se aproxima a esta altitud, comienza la cuenta atrás “5, …, 3, 2, 1, Injection!” Los motores se reducen al ralentí (lo justo para compensar el rozamiento con el aire) y el avión comienza a caer. A partir de este momento y durante 22 segundos todo lo que hay en su interior comienza a flotar. Tras este corto periodo de microgravedad, comienza la cuenta atrás para la recuperación del avión “20…30…Pull out!” Los motores a máxima potencia estabilizan el avión de nuevo a unos 6 km de altitud y se prepara para una nueva secuencia. En un vuelo parabólico típico esta secuencia se realiza hasta un total de 31 veces; Una campaña consta de entre 2 y 3 vuelos permitiendo un tiempo acumulado de microgravedad superior a la media hora.

Gráfico que muestra las fases del vuelo parabólico.

Al igual que cuando tomamos una curva a gran velocidad en un coche, la fuerza centrífuga nos empuja hacia el exterior de la curva, tanto en la maniobra de ascenso cómo en la de recuperación, con los motores a máxima potencia, la fuerza centrífuga nos empuja hacia abajo, con tal fuerza que se llega a pesar el doble (1.8 G sostenidas durante unos 20 segundos). Esta característica también se emplea para otro tipo de experimentos, y físicamente es quizás la peor parte de toda la maniobra (la sangre baja rápidamente a los pies, quedándote pálido y con mareos, notas cómo tus órganos se comprimen, es difícil permanecer de pie, mantener los ojos abiertos e incluso respirar con normalidad). A estas fases se les conoce como “Hipergravedad”.

Héctor Salvador.


En el próximo artículo, Héctor nos contará su experiencia en el vuelo parabólico ¡no os lo perdáis!

También en ion litio…

Turbinators

Sobre q256:

Que no os despiste mi nombre: no soy ningún robot, sino el creador de esta página web. Comencé ion litio como un proyecto personal, pero a día de hoy tengo la suerte de contar con un pequeño equipo de colaboradores esporádicos que me ayudan a llevar el peso de la misma, siendo por tanto este un proyecto colaborativo.

Aun así, no puedo evitar el seguir sintiendo esta web como algo propio, así que cuando mi tiempo me lo permite, intento desmarcarme de vez en cuando con algún artículo de esos que hacen aflorar la lagrimilla nostálgica. Tanto para demostrarme que sigo en forma como porque, simplemente, me encanta hacerlo.

Ver más artículos de q256

21 comentarios

  1. Gracias, muy bueno el post.
    Justamente estaba discutiendo con un amigo este tema la semana pasada.
    Es el primer comment que hago, pero entro todos los dias aca, tenes contenidos interesantes.

    Responder
  2. La verdad que es algo que ya conocía, veía los carteles en mi uni y me corroía la envidia por no estar ahí XD. Pero esta magistralmente bien explicado, sobretodo el concepto de “caida permamente” en lugar de “ingravidez”.
    Respecto al avion tiene que ser una sensación dificil de describir, aunque yo siempre había pensado que el periodo de ingravidez era algo mayor, entorno a los 2 minutos…

    Responder
  3. aik

    a mi me suenan mas los contenidos tecnicos de las orbitas, por lo estudiar comunicacion. Los realizadores tendriamos q saber cosas q ni imaginais… xDD

    muy buen post, mu cultural y ameno.
    Crei q iba a ser un piñazo, cuando lo epece a leer, sorry x los prejuicios.

    Responder
  4. Luisen

    Buf!! tremendo post. no puedo espera a leer el siguiente capitulo. genial la explicacion sobre la microgravedad. otra vez mas tremendo post :)

    Responder
  5. carlitos

    Esto no lo he entendido:

    “Así pues, hemos llegado a la respuesta a la primera pregunta: Los astronautas no flotan por estar lejos de la tierra, sino por estar cayendo alrededor de ella, igual que las canicas en el interior de la botella”

    Hay alguna forma de que dejen de “caer” los astronautas en el espacio?

    Responder
  6. Obviamente tienen impulsores con los que determinan y ajustan la dirección de la nave, desde ponerla en la órbita terrestre, hasta salir de ella hacia el exterior o hacia el interior.

    Muy bueno todo el post. Ya había visto un documental en el Discovery acerca de los vuelos parabólicos y me llamó mucho la atención.

    Estoy esperando con ansias el próximo reportaje de tu amigo.

    Responder
  7. carlosjaen

    muy interesante. ya toi esperando el siguiente articulo pa ver como les fue

    Responder
  8. ¡Quién pudiera! Siempre he querido participar en un vuelo de ese tipo… me tendré que conformar con algun “sucedáneo”. ¿Alguien dijo paracaidas…? ;)

    Responder
  9. Makk

    Muy curioso… lo de las balas de plomo…

    El resto tambien muy interesante.

    Responder
  10. Bon

    La semana pasada en Brainiac hicieron eso exactamente. Enviaron a la reportera buenorra a EEUU a un vuelo de esos. Pero aparte de menearse embutida en cuero, flotando por el avion (que no es poco :D) No explico nada muy cientifico. Este articulo aclara mucho mas las cosas. Por cierto, el avion iva sin asientos y completamente acolchado en su interior.

    Responder
  11. Pues sí, Tatoon, al común de los mortales siempre nos quedarán esas dulces, dulces extensiones de tela embutidas dentro de mochilas :P

    Muy interesante y aleccionador el post. Lo de las Torres de Caída me ha matao. No sabía que se usaran para enfriar balas en un principio.

    Responder
  12. Es normal que no haya asientos y todo esté acoclchado. Piensa que comienzas “a flotar” y si hubiera obstáculos como asientos etc.. aparte de ser más dificil moverse te golpearías mucho. Además piensa en como puede ser “la reentré”, golpear contra el suelo el doble de tu peso si este no está acolchado.

    Responder
  13. Paulxl

    Muy interesante el post. Por cierto, para el común de los mortales que quiera montarse en un vuelo parabolico esto puede ser de interes. Hay una empresa en EE. UU. que por 3000 dolares más impuestos te da un billete para experimentarlo. No digo el nombre por no hacer publicidad, que no me la van a pagar. XD Así quien tenga ganas y dinero ya sabe donde buscar.

    Responder
  14. [...] El vuelo parabólico y la microgravedad Flight simulator en 13 monitores [...]

    Responder
  15. ALEXA

    Muy interesante y re bien explicado, espero muy emocionada el próximo artículo..
    La parte de las balas esféricas, enfriando el Pb con microgravedad, eso me da mucha curiosidad, en qué consisten, de q se tratan o que beneficios se obtiene al realizar exprimentos con microgravedad, me encantaria q me lo pudieras explicar tan clara y magistralmente como la explicación de este artículo
    Gracias

    Responder
    • Carlos

      Primero que nada: Excelente post, aunque ya sé que tiene su tiempo. Por otro lado: Alexa, te comento que lo de las balas tiene su historia interesante: En un principio las municiones siempre eran esféricas, como las que usan la mayoría de los cartuchos de escopeta de hoy en día, si bien el tipo de carga era muy distinto al de hoy, lo que se llama “avancarga”, un proceso bastante complicado por el cual las armas se cargaban por la boca, pero vamos al grano: En el principio la fabricación de las municiones era por medio de cortar trozos de alambre de plomo y darle forma redondeada a mano, hasta que un día una persona (No recuerdo el nombre en este momento) que se dedicaba a ese negocio comenzó a tener un sueño repetidamente, soñaba que caminaba bajo la lluvia, y veía como las gotas salpicaban formando pequeñas bolitas de barro, y entonces fue así como se le ocurrió la idea de dejar caer el plomo fundido dentro de un recipiente con agua desde lo alto de una torre, y comprobó que quedaban formadas pequeñas bolitas perfectas, revolucionando la forma de fabricar las municiones desde ese momento. Saludos.

  16. Otra forma de experiementar la microgravedad y la hipergravedad (concretamente desde 0G hasta unos 2G) es el góming, el salto vertical sujet@ a cuerdas elásticas. Concretamente, cuando alguien se deja caer de espaldas, esos 27m (en el caso del salto de Gundián, Ponte Ulla, Galicia) de caída ingrávida, sin ver hacia dónde caes, hace poner unas caras de terror que difícilmente se ven en otro lugar. Los 2G se acercan cuando dejamos de bajar y empezamos a rebotar, colgando de los tobillos, claro. En caso de saltar mal, de pie (recuerda que vamos conectad@s de los tobillos), el cambio brusco de postura cuando la goma se tensa, llega a centrifugar nuestro cerebro hasta a 7’8G (mediciones realizadas con “dummys” en condiciones de laboratorio).
    http://es.wikipedia.org/wiki/Bungee
    En el caso del tirogóming (góming de disparo) vertical, hemos llegado a experimentar 3G (incluso 4G) durante el despegue. http://www.ertz.net/tirogoming.htm.

    Responder
  17. smiro

    Hola Muy buena explicacion pero me gustaria ver un diagrama vectorial que explique como varia la velocidad para contrarrestar el efecto de la fuerza gravitatoria, Gracias!!!!!

    Responder
  18. ANGEL

    Felicitaciones para quien haya sido el autor de este artículo, en mi tarea de fisica esto me ayudo a resolver cierto problema que parecia incomprensible, pero creo que la mayoria de personas que visitan estos tipos de contenidos no tienen conceptos basicos de fisica y seria mucho mejor que se enfatizaran en incluir una demostracion vectorial que incluya ecuaciones cinematicas al igual que las observaciones relativas que nos crean la ilusion de ingravidez. por lo demas muy exquisito tema

    Responder
  19. Eva

    ¿Cuánto sería realmente la microgravedad alcanzada en el vuelo parabólico? ¿Sería realmente 0G?
    Muchas gracias por un artículo tan interesante y aclarador.

    Responder
  20. Eva

    ¿Qué valor de g es el que se alcanza exactamente en esos 20″ de microgravedad?
    Gracias.

    Responder

Dejar una respuesta

Código aceptado: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

El administrador de esta página web no se hace responsable de las opiniones aqui vertidas.

Los comentarios no son un chat ni una forma de contacto con el autor, para ello existe la sección de contacto en la parte superior de la web.

Todos los comentarios insultantes o no relacionados con la entrada serán borrados sin piedad.

Asimismo, recuerda que tu comentario no es un mensaje SMS. Tómate unos minutos para escribir correctamente, sin abreviaturas ni faltas de ortografía. El resto de usuarios te lo agradecerán.