Se supone que el camino más rápido entre el punto A y el punto B es una línea recta. Un equipo de científicos e ingenieros recientemente ha desmentido este concepto comúnmente aceptado mediante un satélite de la NASA que no se había movido más de 15 grados durante su misión de 12 años estudiando el Sol.
En lo que puede parecer contradictorio, incluso a los ingenieros, un equipo de la Escuela Naval de Postgrado (NPS) en Monterey, California, Draper Laboratory en Houston, Texas, y el Centro Espacial Goddar de la NASA en Greenbelt, Maryland, probaron que la nave espacial en realidad giraba más rápido para llegar a un objetivo particular en el cielo que cuando llevó a cabo una serie de movimientos calculados matemáticamente. Estas maniobras se parecían más a los pasos que los bailarines realizan haciendo el tango, foxtrot, o de otro baile de salón.
"Esa nave estaba bailando en el cielo", dijo Osvaldo Cuevas, el director de la misión de la Región de Transición de la NASA y Coronal Explorer (TRACE). TRACE tenía un par de piernas. Sus pasos se han trazado alrededor de la estructura de una estrella de cinco puntas. TRACE miró constantemente al Sol produciendo millones de imágenes de la corona, la atmósfera exterior del Sol que se extiende por millones de kilómetros en el espacio y es casi 200 veces más caliente que la superficie visible del Sol.
Beneficios para las misiones actuales y futuras
El experimento del giro usado primera vez era más que una actuación interesante o una cuestión teórica que planteó un concienzudo debate por parte de los investigadores. Los hallazgos del equipo son especialmente importantes para los ingenieros que diseñan naves espaciales del futuro y que observan la Tierra en la astrofísica, y los satélites de reconocimiento que deben tomar imágenes de un objeto y luego rápidamente reorientarse para observar otra en un lugar completamente diferente. Igualmente importante, el experimento demostró que las naves espaciales existentes pueden "hacer cosas para las que no están diseñadas", dijo Nazreth Bedrossian, un científico Draper, quien jugó un papel fundamental en el experimento.
"La recompensa está en la agilidad para ser capaz de recoger más datos científicos", explicó Neil Dennehy, un ingeniero del centro Goddard de la NASA. Actualmente, los ingenieros de la NASA siguen a la nave espacial de forma directa en una línea recta cuando gira en diferentes lugares en el cielo. Si bien puede ser el camino más corto, no es el más rápido, ya que el experimento lo demostró.
Aunque los resultados podrían sorprender a algunos, no sorprenden a científicos de fuentes de energía nuclear y Draper. En realidad, el descubrimiento de que una línea recta no es el camino más rápido entre dos puntos se hizo a principios de 1700 por el matemático suizo Johann Bernoulli. Descubrió que un cordón deslizante que viaje de un punto a otro se mueve más rápido si sigue una línea curva y la gravedad pueda colaborar en la aceleración.
El reto entonces no se si era más rápido el movimiento a lo largo de una trayectoria no lineal, sino más bien lo que ese camino podría parecerse. "Con los años, nos olvidamos de que la línea recta no es la mejor solución porque no sabíamos cómo calcular el camino más rápido. No teníamos las herramientas ", dijo Mark Karpenko, un científico investigador de fuentes de energía nuclear e ingeniero principal en el experimento.
Movimientos similares demostrados en la Estación Espacial
Esto era un enigma que el profesor Michael Ross resolvió cuando él y sus colegas desarrollaron un paquete de software de control óptimo, llamado "Dido", llamado así por la antigua reina de Cartago, que resolvió un problema de control incluso antes de la invención del cálculo . De hecho, Ross, Bedrossian, y su colega, Sagar Bhatt, utilizó el DIDO cuatro años antes de maniobrar la Estación Espacial Internacional en 180 grados sin gastar una gota de combustible.
"Lo que hay que destacar es que el software utilizado para la resolución de la Estación Espacial y las maniobras de TRACE es exactamente lo mismo aunque el experimento de la Estación Espacial demostró que era una maniobra con un mínimo de combustible y TRACE ha hecho una maniobra en el mínimo tiempo -. Maniobras que son bastante diferentes pero las matemáticas son similares. "
Todo lo que necesitaban era una oportunidad para demostrar las habilidades de Dido, llevando a cabo maniobras óptimas de tiempo real en un satélite.
Las estrellas se alinean a su favor. En la primavera, Dennehy NESC y Ingeniero Kenneth Lebsock se enteraron de que la Misión de Ciencia Espacial de la Oficina de Operaciones (SSMO) en Goddard planeaba retirar a TRACE en septiembre. Antes de hacerlo, la gestión de los experimentadores SSMO ofrecieron la oportunidad de utilizar la nave espacial orbital como un banco de pruebas para investigar nuevas ideas. "Hablé con la gente que trabajó en el diseño de TRACE, y les pregunté qué les gustaría hacer si ellos lo pudieran hacer todo de nuevo", recordó Lebsock. "Los chicos pensaron que sería interesante si pudiéramos hacer un enlace ascendente con los comandos de maniobra para ver si TRACE podría llevar a cabo esta actividad de forma óptiima" - un trabajo que la nave espacial no fue diseñada para hacer, y mucho menos rápidamente.
Aunque Bernoulli calculó la ruta óptima usando la gravedad para su mejor ventaja, el equipo tuvo que resolver un patrón que explota la masa de la nave y sus cuatro ruedas de reacción - un tipo de dispositivo de volante de inercia que hace girar la nave en cantidades muy pequeñas que le mantenga apuntando a una estrella . "Hemos estado trabajando en las maniobras óptimas de tiempo para otros tipos de naves espaciales, pero nunca un sistema de rueda de reacción", dijo Karpenko.
El 10 de agosto, el equipo estaba listo para comenzar la primera de sus 20 pruebas. Ingenieros de Goddard cargaron una serie de comandos en forma de órdenes, comenzando de forma conservadora con un giro de 10º y luego de vuelta a la posición inicial. En la cuarta semana, TRACE se había inclinado "más de 90 grados de la línea del Sol. Mantuvo esa posición durante unos seis minutos antes de girar para volver. "Esa maniobra fue interesante porque realmente había demostrado lo que queríamos mostrar", dijo Karpenko. "En realidad se puede reorientar la nave espacial más rápidamente que mediante las técnicas convencionales. "
"Con esto aprendimos algo nuevo", agregó Cuevas. "No sólo fueron los movimientos más rápidos que las maniobras estándar, sino también se consume menos de la mitad de la energía eléctrica de un movimiento estándar. Esto podría traducirse en ahorros significativos para la NASA, por no hablar de la mejor recopilación de datos. "
