Cuando el sol no se pone en la ISS

Por Daniel Marín, el 9 junio, 2014. Categoría(s): Astronáutica • ISS • Sondasespaciales ✎ 6

Se suele decir que un astronauta en el espacio contempla al día unas 16 puestas de sol y sus respectivos amaneceres. Y suele ser cierto. No en vano, un vehículo espacial en órbita baja a unos 28000 km/h, velocidad más que suficiente para dar una vuelta alrededor de nuestro planeta en un tiempo récord. Sin embargo, aunque la velocidad cambia ligeramente con la altura orbital -más elevada cuanto más baja es esta última-, el número de puestas de sol y amaneceres desde la órbita varía enormemente. Tanto, que en determinadas ocasiones el sol directamente no se pone visto desde la órbita, un fenómeno que podemos ver perfectamente en el siguiente vídeo tomado hace unos días por el astronauta Reid Wiseman:

La explicación de esta anomalía se denomina ángulo beta (beta angle), que no es otra cosa que el ángulo formado por los rayos del sol y el plano orbital de la ISS. La estación espacial está situada en un plano orbital con una inclinación de 51,6º con respecto al ecuador, pero evidentemente la propia inclinación del ecuador con respecto al sol varía entre 23,5º y -23,5º. A esto debemos añadir que el plano de la órbita de cualquier satélite en órbita baja precesiona por culpa de las irregularidades del campo gravitatorio terrestre -principalmente, del ‘bulto’ ecuatorial-, que provoca que el plano precesione entre uno y varios grados al día (4º al día para la ISS). Por supuesto, además hay que tener en cuenta que a corto plazo el efecto más importante es el de la rotación terrestre. Es decir, si la ISS está pasando sobre ti en estos momentos, el siguiente paso orbital lo hará más al oeste por culpa de la rotación terrestre. Si ahora pasa sobre ti, mañana pasará sobre tu cabeza veinte minutos antes por culpa de la precesión o regresión nodal.

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Ángulo beta (NASA).
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Cuando la órbita de la ISS es casi paralela al terminador el sol no se pone visto desde la ISS.
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Precesión orbital de un satélite. En rojo, el paso actual. En azul, la siguiente órbita (NASA).

Teniendo esto en cuenta el ángulo beta puede variar entre unos 75º y -75º según la época del año. La variación del ángulo beta es una superposición de dos funciones sinusoidales. La oscilación de menor longitud de onda varía con una frecuencia de unos dos meses y está causada por la precesión del plano orbital. La oscilación mayor tiene un periodo de un año y su variación se debe obviamente al cambio estacional de la inclinación del eje terrestre con respecto al sol. Cuando el ángulo supera los 69º la ISS vuela casi paralela al terminador -la línea que separa el día de la noche- y por lo tanto el sol nunca se pone para ella. El pasado 1 de junio la estación superó los 69º y la tripulación de seis personas -tres rusos, dos norteamericanos y un alemán- han podido disfrutar de este espectáculo. El miércoles pasado el ángulo beta alcanzó los 74º. En teoría, la iluminación completa de un satélite sólo se consigue con un ángulo beta de 90º, pero dependiendo de la altura de la órbita se puede dar a ángulos beta menores, como es el caso de la ISS. 

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Ejemplo de la variación del ángulo beta de la ISS (NASA/ESA).

 

Estos ángulos beta excesivos tienen lugar entre dos y cuatro veces al año, dependiendo de la órbita de la ISS y evidentemente también afecta a todos los satélites que están en órbita baja. De hecho, a veces resulta interesante tener un ángulo beta constante, sobre todo si queremos realizar observaciones de la Tierra con las mismas condiciones de iluminación, como es el caso de los satélites situados en órbitas heliosíncronas. Pero para la ISS los ángulos beta excesivos traen de cabeza al control de tierra, ya que generan diferencias térmicas excesivas en la estructura de la estación, especialmente en los paneles solares. Mientras el transbordador espacial estuvo en servicio no se podían llevar a cabo misiones a la ISS cuando el ángulo beta superaba los 60º para evitar este tipo de problemas.

A diferencia de otros satélites, la ISS no puede girar sobre sí misma para redistribuir el exceso de temperatura (aunque lo podía hacer durante los primeros años). La estación ‘vuela’ casi siempre con el segmento norteamericano en la parte frontal y mostrando la misma sección hacia la Tierra, un modo que se denomina LVLH (Local Vertical, Local Horizon). Si el ángulo beta es excesivo, se puede reorientar la estación en el modo XPOP (X-axis Perpendicular to the Orbital Plane, es decir, la parte trasera de la ISS -o sea, el segmento ruso- queda apuntando hacia el Sol) o YVV (la ISS vuela con los paneles solares de estribor por delante).

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Orientación normal de vuelo de la ISS (NASA/ESA).

Y, por si nos hemos quedado con ganas de ver más vídeos de este tipo, ahí va otro de otra temporada de altos ángulos beta del año pasado:

[youtube]http://youtu.be/rQjz-axT0G8[/youtube]

Más información:



6 Comentarios

  1. “A esto debemos añadir que el plano de la órbita de cualquier satélite en órbita baja precesiona por culpa de las irregularidades del campo gravitatorio terrestre -principalmente, del ‘bulto’ ecuatorial-”

    Espero que eso se te colara y no tengas una idea tan equivocada de lo que es la precesión! El suelo se mueve bajo tuyo (y no tu plano orbital), porque la tierra rota. Así que una vez cada 24 horas, un punto cualquiera de la superficie (si está lo suficientemente cerca del ecuador, claro) queda justo alineado con tu plano orbital, sea cual sea tu plano orbital. Si tienes un período orbital de digamos una hora, eso significa que tu “ground track” pasará por 48 sitios diferentes del ecuador al día (De sur a norte y viceversa).

    Bien cierto es que las irregularidades del campo gravitatorio terrestre perturban las órbitas, pero esos efectos son mucho más sutiles, y se resumen muy someramente en que es imposible para un satélite mantener una inclinación pequeña (Creo recordar que órbitas de menos de 10º de inclinación empiezan a ser tan inestables que duran menos de meses a esa inclinación).

    Interesante entrada por cierto, siempre mola cuando pones historietas que la mayor parte de la gente desconoce.

    1. Pues sí, se me quedó en el tintero una frase entera y de ahí el lío. Pero te equivocas en que el bulto ecuatorial no afecta a las órbitas. El bulto causa precisamente la precesión nodal que permite que un satélite en órbita heliosíncrona rote su plano 1º al día. Para un satélite en órbita baja y con una inclinación media como la ISS la precesión nodal es de unos 4º al oeste por día. ¡No es en absoluto despreciable!

      1. Hombre, comparado con 360/24=1º/hora, pues si, al menos un orden de magnitud despreciable respecto a la precesión inducida por la rotación de la tierra. Que ojo, las irregularidades gravitatorias tiran satélites al suelo en meses, y hay que tenerlas muy en cuenta, no digo que no. Pero claramente ahí había un error que ya veo corregido perfectamente.

        Así que retiro toda objeción y añado que es un muy interesante post, como nos tienes acostumbrados. De hecho,aunque conozco todos los efectos en cuestión, incluidos los límites térmicos de la ISS, es la primera vez que veo un día sin puesta de sol filmado desde órbita! Y eso que era consciente que hay un período de tiempo en el que está el 100% de su órbita iluminada, pero no se me ocurrió sumar 2+2 y pensar que eso implica que el sol hace un círculo en el cielo como en los polos en verano. Facepalm! ^^’

  2. Interesante entrada como siempre Dani.A menudo nos olvidamos que vivir en el espacio es un trabajo duro y no es tan bonito como sale en las películas. Lo digo por que será dificil descansar una vez terminada tu jornada de trabajo entre el ruido de los sistemas de ventilación por ejemplo.

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