¿Cuál ha sido la nave espacial más rápida de la historia?

Con motivo de la inserción orbital de Juno alrededor de Júpiter el pasado 5 de julio mucha gente se quedó sorprendida con la velocidad alcanzada por la sonda en la maniobra. Nada más y nada menos que 265 540 km/h, o lo que es lo mismo, ¡el 0,02% de la velocidad de la luz! La propia NASA llegó a afirmar que se trataba de la velocidad más elevada jamás alcanzada por un artefacto humano. ¿Es cierto? En realidad, el asunto es más complejo de lo que pudiera parecer a primera vista.

Juno es la sonda más rápida alrededor de un planeta (NASA).
Juno es la sonda más rápida alrededor de un planeta (NASA).

El cálculo de las velocidades de las naves espaciales suele ser fuente de malentendidos de cara al público por dos motivos principales: los sistemas de referencia y las propiedades de las órbitas. Como ya se dio cuenta un tal Galileo hace unos añitos, las velocidades dependen del sistema de referencia elegido y en el caso de una sonda espacial se suelen emplear tres sistemas de referencia. El primer es el heliocéntrico, que es el que mide los vectores con respecto al Sol. El segundo es el planetocéntrico, o sea, el que mide las velocidades con respecto al planeta de destino, en este caso Júpiter. Por último tenemos el sistema geocéntrico, que aparentemente es el más inútil de los tres para una sonda interplanetaria hasta que caemos en la cuenta que es el más sencillo de calcular usando la telemetría de la nave y, de hecho, es el que se debe tener en cuenta para las comunicaciones.

Entonces, ¿cuál era la velocidad de Juno? Bueno, la cifra de 265 540 km/h anunciada no era exacta. Durante la maniobra de inserción la máxima velocidad se alcanzó a 4400 kilómetros sobre el ecuador de Júpiter y con respecto a la Tierra fue ligeramente inferior, de 222 120 km/h (61,7 km/s, una cifra que, por otro lado, sigue siendo el 0,02% de la velocidad de la luz aproximadamente), mientras que con respecto al centro del planeta fue de 208 620 km/h (57,95 km/s) y con respecto al Sol eran 213 480 km/h (59,3 km/s).

Durante el siguiente paso por el punto de su órbita más cercano a Júpiter —denominado periastro, periápsis o perijovio según los gustos— la velocidad planetocéntrica de Juno será prácticamente igual, de 59 km/s, mientras que la velocidad geocéntrica alcanzará, ahora sí, los 265 320 km/h (73,7 km/s). Pero, ¿es la más elevada alcanzada nunca alrededor de un planeta?

Los cálculos no son nada sencillos de realizar porque las diferentes misiones espaciales lanzadas durante las últimas décadas a menudo han registrado sus velocidades máximas sin especificar el sistema de referencia o bien existe confusión al respecto. No obstante, Jonathan McDowell lo ha intentado y ha llegado a la conclusión de que, efectivamente, durante la inserción orbital del 5 de julio Juno ha sido la sonda con la mayor velocidad planetocéntrica jamás registrada (casi 59 km/s). O sea, ningún otro objeto humano se ha movido tan rápido alrededor de un planeta del sistema solar.

No obstante, no ocurre lo mismo con la velocidad geocéntrica y la heliocéntrica. Tanto los 61,7 km/s alcanzados por Juno en la inserción orbital como los 73,7 km/s que logrará el 27 de agosto con respecto a la Tierra palidecen ante los 98,9 km/s (356 040 km/h) a los que llegó la sonda alemana Helios 2 en 1989 durante su viaje alrededor del Sol. Como la sonda  ya estaba fuera de servicio quizás el récord no valga de mucho, pero si buscamos la velocidad geocéntrica máxima de una sonda en activo veríamos que la ganadora es su hermana Helios 1, que el 5 de diciembre de 1980 llegó a los 96,2 km/s (346 320 km/h) con respecto a la Tierra. Y si hablamos de velocidad heliocéntrica, la palma se la lleva una vez más la Helios 2 con 68,6 km/s alcanzados el 16 de abril de 1976.

Sonda Helios (Wikipedia).
Sonda Helios (Wikipedia).
Órbitas de la sonda alemana Helios 2 en el sistema de referencia geocéntrico (NASA/DLR).
Órbitas de la sonda alemana Helios 2 en el sistema de referencia geocéntrico (NASA/DLR).
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Órbitas de las sondas Helios en el sistema de referencia heliocéntrico (NASA).

La velocidad de Juno en Júpiter también ha sido superada por otras misiones al sobrevolar otros cuerpos del sistema solar que no son planetas. Como nos recuerda Machi en los comentarios más abajo, la sonda soviética VeGa 1 pasó en 1986 a 8 890 kilómetros del núcleo del cometa Halley a la velocidad de 285 120 km/h (79,2 km/s) con respecto al propio cometa. Es la velocidad más elevada a la que un vehículo a sobrevolado un cuerpo del sistema solar. Su hermana VeGa 2 no se quedó muy atrás y poco después también pasó por el Halley a 8030 kilómetros de distancia con una velocidad de 76,8 km/s.

Pero en realidad estas cifras son bastante engañosas por culpa de las leyes de la mecánica orbital. A las agencias espaciales la velocidad de una sonda no les importa tanto como la energía necesaria para maniobrarla (Delta-V) con el fin de llegar a su objetivo. La elevada velocidad de Juno se debe a que la órbita de la sonda tiene que pasar cerca de Júpiter para estudiar en detalle su interior. La sonda Galileo, el otro objeto humano que se ha colocado en órbita alrededor de Júpiter, no requería una órbita tan cercana para estudiar los satélites y por eso su órbita inicial tenía un perijovio de 215 000 kilómetros en vez de los 44 000 kilómetros de Juno.

En todo caso, Juno ha conseguido una velocidad tan elevada ‘gratis’ al sumergirse en el brutal pozo gravitatorio de Júpiter, así que podríamos discutir hasta qué punto tiene ‘mérito’ este récord que transcurrió en el vacío del espacio. Quizás más interesante resulte saber cuál ha sido la mayor velocidad alcanzada por una nave en contacto con una atmósfera, que fue alcanzada por la sonda atmosférica de la misión Galileo el 7 de diciembre de 1995 cuando entró en la atmósfera de Júpiter a 172 800 km/h (48 km/s). La sonda sufrió una brutal deceleración de 228 g y la temperatura del escudo térmico llegó a 16 000º C (!). Como curiosidad, el récord de velocidad de entrada en la atmósfera terrestre está en posesión de la cápsula de la misión Stardust, que regresó a la Tierra con muestras del cometa Wild 2 a una velocidad de 46 400 km/h. La nave tripulada más veloz fue el Apolo 10, que en 1969 reentró en la atmósfera a 39 900 km/h (aunque ciertamente la diferencia con el resto de misiones lunares Apolo fue mínima).

La sonda atmosférica Galileo entrando en la atmósfera de Júpiter. Es el artefacto humano más veloz que ha realizado una entrada atmosférica (NASA/JPL).
La sonda atmosférica Galileo entrando en la atmósfera de Júpiter. Es el artefacto humano más veloz que ha realizado una entrada atmosférica (NASA/JPL).
La cápsula del Apolo 10, la nave más veloz que ha realizado una reentrada atmosférica (Eureka).
La cápsula del Apolo 10, la nave más veloz que ha realizado una reentrada atmosférica (Eureka).

Pero incluso en este caso seguimos hablando de una aceleración gravitatoria ‘gratis’. El artefacto más veloz lanzado fuera de la Tierra propulsado por tecnología humana ha sido la sonda New Horizons. En 2006 un cohete Atlas V 551 logró situar esta sonda en una trayectoria de escape con una velocidad de 58 536 km/h (16,26 km/s) con respecto a la Tierra y 162 000 km/h (45 km/s) con respecto al Sol. Los 45 km/s se habían convertido un año más tarde en solo 19 km/s debido a que la velocidad en una órbita hiperbólica de escape disminuye a medida que uno se aleja del Sol. Por este motivo en este tipo de trayectorias lo importante no es la velocidad inicial o la alcanzada durante las maniobras de asistencia gravitatoria, sino la velocidad de exceso hiperbólica, que es la que alcanzará a gran distancia del Sol. Así, cuando la sonda New Horizons pasó por Plutón el año pasado la velocidad era de 14 km/s, un valor muy cerca de su velocidad de exceso hiperbólica final.

La Voyager 1 es la nave que se aleja del Sol a la mayor velocidad de escape (NASA).
La Voyager 1 es la nave que se aleja del Sol a la mayor velocidad de escape (NASA).
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Velocidad de la Voyager 2 con respecto al Sol. Se aprecia los aumentos de velocidad debidos a las maniobras de asistencia gravitatoria (NASA).

Pero la New Horizons no es la nave con la velocidad de escape del sistema solar más elevada, sino la Voyager 1, que se aleja del Sol a 17 km/s a pesar de haber partido con una velocidad menor de la Tierra. Esto se explica porque la Voyager 1 realizó maniobras de asistencia gravitatoria tanto con Júpiter como con Saturno (la Voyager 2 realizó más sobrevuelos planetarios, pero debido a la geometría de los mismos su velocidad de escape, 15,4 km/s, es inferior a la de la Voyager 1, aunque superior a la New Horizons). La Voyager 1 está destinada a mantener su récord por mucho tiempo (no hay ninguna misión que vaya a abandonar el sistema solar en las próximas décadas), pero en el futuro los récords de velocidades geocéntricas y heliocéntricas de Juno y Helios serán pulverizados por la velocidad que alcanzará la sonda Solar Probe Plus de la NASA alrededor del Sol: 720 000 km/h (200 km/s).



65 Comentarios

  1. Daniel, ¿Tú lo sabes todo o es que por algún tipo de traslación espaciotemporal tus días tienen treinta y seis horas que te permiten investigar, documentarte y escribir estos pedazo de artículos como quien lava?

  2. Hola Daniel y felicitaciones por el artículo.
    Entiendo que lo «práctico» para el control de la trayectoria de una nave interplanetaria, debería ser tomar como origen de coordenadas el Sol, ya que el origen del lanzamiento ( Tierra) y su objetivo (Jupiter) tienen órbitas definidas al rededor del Sol.

    Saludos,

    Hernán

  3. La verdadera pregunta aca es? Que tan cerca estamos de alcanzar una velocidad interestelar? Solo llegar a proxima centauri nos llevaria miles de años…

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 9 julio, 2016
Categoría(s): ✓ Astronáutica • NASA • Sistema Solar