Curiosidades sobre los astros, propuestas de observaciones sencillas, aspectos cotidianos pero poco conocidos, todo ello con un enfoque didáctico.

domingo, 1 de noviembre de 2015

¿Te vienes de viaje a Marte?

De vez en cuando los viajes al cuarto planeta se ponen de moda. Bien sea por la llegada de una nueva sonda, la presentación de proyectos de futuros viajes, algunos dudosamente viables,  o como en este caso por el estreno de una nueva película de ciencia ficción que en parte se desarrolla en el planeta rojo.


La película MARTE (the martian) ha sido por tercera semana la película más taquillera. Está claro que por la trama y el desarrollo ha tenido muy buena acogida entre el público en general y, lo que es más difícil, también entre los aficionados a la astronomía. En la mayoría de los aspectos la documentación ha sido adecuada, se han cuidado los detalles, no es la típica película de ciencia ficción fantasiosa, sino que se hace creíble y no hay muchas “licencias”. Algunas sí: abc-martian-fallos- Daniel-Marín-enNaukas Pero es curioso que entre entre las que aquí, o en otros artículos se mencionan no aparece el tema de la extraña duración de los viajes.
Es muy probable que sea porque se suponga que en un futuro este aspecto tenga muy poco que ver con los parámetros que se manejan hoy en día. 
Las condiciones de Marte o las leyes físicas no van a cambiar y podemos buscar el gazapo. Pero los sistemas de propulsión probablemente cambiarán, parece que en la novela en la que se basa el film se cita el uso de propulsión iónica, que hoy es una utopía, y por eso parece que no pueda analizarse o criticarse este aspecto. Sin embargo la situación es sorprendente porque, si examinamos los parámetros en que se pueden realizar hoy los viajes a Marte, veremos que en la película se citan duraciones de viaje mayores que las actuales. Hoy, con los métodos de propulsión que se usan, no se puede tardar tanto en ir a Marte.


Seguramente, esa incertidumbre en la tecnología del futuro hace que el guionista de la película (¿o el autor de la novela?) tenga total libertad en cuanto al calendario pero lo más curioso es que entre los datos falsos, en un momento, casi de pasada, hace un guiño y nos indica que sabe perfectamente cuáles son los datos correctos, por lo que deja claro que si lo ha hecho mal es porque le ha dado la gana, quizás por exigencias del guión: Hablando de un posible viaje de aprovisionamiento, se citan los tiempos exactos y hasta el nombre técnico que recibe la trayectoria correcta. Pero no los utiliza, ni antes ni después.

De todas formas, mi objetivo hoy, no es criticar ni plantear una discusión. No soy experto en temas de propulsión, es posible que se me haya colado algún detalle, como frecuentemente ocurre al ver una película, y además en estos debates siempre puede haber alguien que para quitarte la razón encuentre alguna justificación y alguna ventaja a hacer el viaje más largo gastando más combustible.

En realidad todo esto es solo una excusa para mostrarte que tú mismo-a eres capaz de calcular los números que hoy se utilizan en estos viajes: desde la fecha de salida, duración del viaje o de la estancia, y proponerte que lo hagas.

Antes de entrar en esos supuestos gazapos de la película, veamos cuales son las circunstancias reales de un viaje a Marte:
Hace unos pocos años, preparé una actividad didáctica para alumnado de secundaria, con el objeto de que calculase precisamente esos parámetros. Está linkado hacia el final del post. 
Como está muy detallado y es extenso, mejor si lo dejas para luego para no perder el hilo, y empezamos aquí viendo los principales resultados que el alumnado obtenía, usando un transportador de ángulos y una calculadora, proporcionándole el enunciado de las leyes de Kepler y guiándole en los cálculos.
Primero se supone las órbitas de Marte y la Tierra concéntricas, se obtienen valores medios, y luego se mejoran con las órbitas reales en fechas concretas.
En temas tan técnicos, siempre hay que hacer algunas simplificaciones, pero no son significativas.

1- El recorrido más corto, y aparentemente más lógico, de la figura 1 es inviable porque el gasto de energía sería exagerado y no se puede cargar el combustible necesario. El único recorrido correcto actualmente para viajes tripulados es el de la figura 2 (Orbita de Hohmann), donde se utiliza la energía gravitatoria del Sol. Aparte del lanzamiento y aterrizaje no hay propulsión artificial. Hoy en día, con pequeñas variaciones, es la única opción viable. Supone ir al lugar más lejano de la órbita de Marte, con los motores apagados, utilizando la gravedad del Sol, y moverse en una órbita elíptica, con el Sol en un foco, como un asteroide o cometa que tampoco tienen motor. 
Si se tratase de una nave ligera podría propulsarse parcialmente y ahorrar tiempo de viaje, pero una nave tripulada no, porque es demasiado pesada.

2- Una vez lanzada la nave, la trayectoria le llevará al punto más lejano de la órbita marciana y el viaje durará 258 días. Esto se obtiene por la fórmula de la tercera ley de Kepler, teniendo en cuenta la duración del año terrestre.

3- Cuando llegue la nave, Marte debe estar allí. Calculando hacia atrás esos 258 días en su órbita, con un sencillo transportador de ángulos se determina dónde debe estar Marte respecto a la Tierra en el momento de iniciar el viaje. Así se ve que las ventanas de lanzamiento ocurren cuando la elongación de Marte es 94º Oeste. Se suceden cada poco menos de 26 meses, pudiendo variar ligeramente según la posición de las órbitas en la fecha elegida, y si la nave es pesada (con astronautas) la ventana será estrecha. Con una tabla de elongaciones se busca la próxima oportunidad.

4-      No se puede volver en cualquier momento. Calculando la ventana de lanzamiento para el viaje de vuelta, se ve que antes de iniciar este viaje deben pasar 465 días desde la llegada a Marte, con las excepciones que luego se citan.

5-      La llegada a la Tierra será al cabo de 981 días de la partida, es decir poco más de 2 años y 8 meses desde el inicio del viaje. 
    En el gráfico, 1 es el inicio del viaje, 2 la llegada a Marte, 3 el despegue en Marte y 4 la llegada a la Tierra y fin del viaje.


6- Los datos así obtenidos corresponden a valores medios. Las órbitas de tercer y el cuarto planeta son casi casi circulares pero no son concéntricas, por lo que los resultados dependen de las posiciones de los planetas en cada fecha. Los valores obtenidos se pueden optimizar según la fecha, por un método iterativo sencillo y un gráfico real a escala..




Aunque ya he dicho que no es el objetivo, no me queda más remedio que concretar los datos de la película que, en mi humilde opinión no encajan:

Algunos hoy son imposibles, pero en un futuro, quién sabe:
-La corta estancia en Marte (32 días previstos y en realidad 18) y la larga duración del viaje de vuelta de la nave Hermes de casi 12 meses, quizás podrían justificarse por tener que utilizar otras trayectorias sin respetar las ventanas de Hohmann, y ser posibles con propulsión iónica.

 Pero hay dos datos que parecen definitivos:
- Según el protagonista cuando se queda solo en Marte, si le oyesen y supiesen que estaba vivo, tardarían 4 años en rescatarlo en una misión tripulada. Actualmente se podrían llegar antes de 3 años, suponiendo la ventana de lanzamiento en la peor fecha posible. (menos de 26 meses esperando la siguiente ventana + 9 meses de viaje)

- Varias veces se menciona la duración del viaje de 414 días, incluso para la misión Ares 5 que se lleva a cabo años después de esta historia al final de la película, donde todo está previsto con antelación, sin agobios. Eso no tiene lógica, porque si ahora se hacen viajes en 258 días, no tiene ningún sentido hacerlos más largos. Un viaje imprevisto, sin esperar la mejor ventana, puede tener una trayectoria extraña y durar 414 días, pero uno que ya estaba previsto 5 años antes no.

Quizás haya alguna razón para utilizar esas cifras, pero se me escapa. No creo que sea solo para poder cultivar patatas porque la espera sería larga. 

Si después de admirar los preciosos paisajes de Marte estás pensando en unas próximas vacaciones en el planeta rojo, o te ha gustado eso de de plantar patatas allí con abono natural, calcula tú mismo-a las fechas de tu viaje con las indicaciones que puedes encontrar en
                                         http://www.aulaastronomia.es/marte.htm , 
como ya lo hicieron algunas de mis aventajadas antiguas alumnas de 4º de ESO; pero no se te ocurra guiarte por la agencia que organizó los viajes de la película, porque utiliza publicidad engañosa: la duración de la estancia, la del viaje e incluso las fechas de salida y llegada no son ciertas.

De todas formas tengo que confesar que yo todavía no he ido nunca a Marte, que no soy experto en estos viajes y puede que haya algún factor que se me haya pasado; que no he comprobado in situ estos métodos de cálculo, y que tampoco he suscrito ninguna póliza de seguros que cubra repatriaciones si alguien acaba en un lejano asteroide por seguir mis instrucciones. No admito reclamaciones porque hasta las mejores agencias a veces te cambian de hotel o de vuelo.

2 comentarios:

  1. En esta página explican muy bien las trayectorias planetarias de la novela (la película tiene más licencias):

    https://www.insidescience.org/content/inside-spaceflight-martian/3251

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  2. Muy agradecido. Me hubiera encantado que hubiera aparecido un gráfico de ese tipo en la película, con la situación de la nave de vez en cuando. No habría costado mucho, aunque me imagino que en general a la gente no le interese.
    Aún no he leído la novela, pero cuando lo haga tendré a mano el gráfico.
    De todas formas hay que decir que todos nos tomamos licencias o simplificaciones y también ahí hay una licencia o error de concepto, que posiblemente no le quite validez: Las órbitas reales no son así. Ya hablaré de eso.
    Lo dicho, muchísimas gracias, para mí es toda una joya.

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