Aerofreada

Impresión artística da aerofreada da Mars Reconnaissance Orbiter

A aerofreada é a manobra que fai unha nave espacial para diminuír o seu apoapse por medio do paso polas capas altas da atmosfera no seu periapse. O arrastre resultante frea a nave. A aerofreada úsase cando unha nave necesita acadar unha órbita baixa trala chegada a un astro con atmosfera, e usa menos propelente que a utilización directa de foguetes para acadar a mesma órbita.

Método

Cando unha nave interplanetaria chega ó seu destino debe cambiar a súa velocidade para permanecer na veciñanza do corpo. Cando o que se necesita é unha órbita baixa e circular arredor du corpo cunha certa gravidade, os cambios de velocidade poden acadar varios quilómetros por segundo. Usando propulsión directa, a ecuación do foguete mostra que unha gran parte da masa da nave debe ser propelente. Isto significa que a carga útil (como os instrumentos científicos) queda limitada e que é necesario un lanzador potente para enviar a nave ó seu destino. Se o corpo de destino ten atmosfera pódese usar a aerofreada para diminuír as necesidades de propelente. O uso dunha cantidade relativamente pequena de propelente permite poñer á nave nunha órbita elíptica moi alongada, usándose a aerofreada para circularizala. Se a atmosfera é suficientemente densa, un só paso a través dela pode bastar para frear a nave tanto como sexa necesario. Non obstante o habitual é que se necesiten varios pasos a través dunha parte máis fina da atmosfera (como as capas superiores) para reducir o quentamento da nave por fricción e porque os efectos de posibles turbulencias, da composición atmosférica e da temperatura fan máis difícil de predicir a diminución de velocidade que resultaría dun só paso. Cando a aerofreada se fai desta maneira, hai tempo suficiente entre pasos para medir o cambio na velocidade e facer as correccións necesarias para o seguinte paso. Esta maneira de aerofreada pode ter unha duración de meses e necesitar centos de pasos pola atmosfera.

A enerxía cinética disipada pola aerofreada convértese en calor, o que implica que as naves que usan esta técnica teñen que ser capaces de disipalo. A nave tamén debe ter a área e resistencia estrutural suficientes para aguanta-lo arrastre do paso pola atmosfera. As simulacións feitas coa aerofreada da Mars Reconnaissance Orbiter usan unha forza límite de 0,35 N/m² cunha sección para a nave duns 37 m² e unha temperatura máxima estimada de 170 °C. A densidade forza exercida sobre a Mars Global Surveyor durante a súa aerofreada, duns 0,2 N/m², equivale á forza exercida por un vento duns 60 km/h sobre unha man humana a nivel do mar na Terra.

Misións espaciais

Aínda que a teoría da aerofreada está ben desenvolvida, o uso real é difícil debido a que se necesita un coñecemento moi detallado da atmosfera do planeta para poder manobrar correctamente. Na práctica a deceleración monitorízase durante cada manobra e os plans modifícanse en consecuencia. Dado que ata o de agora ningunha nave pode aerofrear autonomamente, necesítase atención humana en todo momento.

A aerofreada foi demostrada por primeira vez no espazo profundo o 19 de marzo de 1991 pola nave xaponesa Hiten. Hiten sobrevoou o océano Pacífico a unha altitude de 125,5 km a unha velocidade de 11 km/s. O resistencia atmosférica decelerou a nave en 1,712 m/s e baixou o seu apoxeo en 8665 km. A manobra de aerofreada repetiuse o 30 de marzo.

En maio de 1993 a nave Magallanes, en órbita de Venus, utilizou a aerofreada durante a misión estendida para circularizar a órbita e aumentar a precisión das medicións do campo gravitatorio.

En 1997 a Mars Global Surveyor foi a primeira nave en usar a aerofreada como técnica principal e planificada para o axuste da súa órbita. A MGS usou os datos recollidos pola sonda Magallanes para planificar a súa aerofreada. A nave usou os paneis solares como ás para controla-lo paso a través das tenues capas altas da atmosfera marciana e baixa-la súa apoapse no transcurso de varios meses. Porén, problemas estruturais impediron danaron un dos paneis solares pouco despois da engalaxe, cambiándose os plans para aerofrear a unha maior altitude e tardando máis en acadar a órbita de traballo. As naves Mars Odyssey e Mars Reconnaissance Orbiter usaron tamén aerofreada, sen incidentes.