Introducción a la Ley de la Gravitación Universal

Definición de la Ley de la Gravitación Universal

La ley de la gravitación universal, formulada por Sir Isaac Newton en 1687, establece que dos cuerpos cualesquiera en el universo se atraen entre sí con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta ley es fundamental para entender y calcular las trayectorias de objetos en el espacio.

La fórmula matemática de la ley de la gravitación universal es:

​​

donde:

• F es la fuerza de atracción entre dos masas,
• G es la constante de gravitación universal (6.67430×10⁻¹¹ m³kg⁻¹s⁻²
• m₁​ y m₂ son las masas de los dos cuerpos,
• r es la distancia entre los centros de las dos masas.

1.2. Importancia de la Ley de la Gravitación Universal en la Determinación de Trayectorias

La ley de la gravitación universal es crucial para la planificación de una misión espacial por varias razones:

1. Cálculo de Órbitas: La fuerza gravitatoria determina las trayectorias orbitales de los cuerpos celestes y de las naves espaciales alrededor de planetas y estrellas. Al conocer la fuerza gravitatoria, podemos calcular las órbitas elípticas, parabólicas o hiperbólicas que describen el movimiento de una nave espacial.
2. Mecánica Orbital: La mecánica orbital, que se basa en la ley de la gravitación universal, permite calcular las velocidades y trayectorias necesarias para que una nave espacial entre y salga de órbitas alrededor de la Tierra, Marte u otros cuerpos celestes. Esto incluye maniobras como inyección transmarciana, asistencia gravitacional, y correcciones de trayectoria.
3. Maniobras de Navegación: Durante el vuelo espacial, es necesario realizar maniobras precisas para ajustar la trayectoria de la nave. Estas maniobras dependen de la comprensión de cómo las fuerzas gravitacionales de diversos cuerpos (como la Tierra, Marte, el Sol y otros planetas) afectan la nave espacial.
4. Estabilidad y Seguridad: La correcta aplicación de la ley de la gravitación universal asegura que la nave espacial mantenga una trayectoria segura y estable, evitando colisiones con otros cuerpos celestes y asegurando que llegue a su destino planificado.

1.3. Aplicación Práctica en la Misión a Marte

En una misión tripulada a Marte, la ley de la gravitación universal se aplica en varias etapas críticas:

• Lanzamiento desde la Tierra: Calcular la velocidad de escape necesaria para que la nave abandone la órbita terrestre y entre en una trayectoria hacia Marte.
• Trayectoria Interplanetaria: Determinar la trayectoria de inyección transmarciana, que es la ruta que la nave seguirá desde la órbita terrestre hasta la órbita marciana.
• Inserción en Órbita Marciana: Calcular las maniobras necesarias para que la nave entre en la órbita de Marte, utilizando la gravedad del planeta para frenar y estabilizarse en la órbita deseada.
• Aterrizaje en Marte: Planificar la trayectoria de descenso y aterrizaje en la superficie marciana, teniendo en cuenta la gravedad de Marte para asegurar un aterrizaje seguro.
• Regreso a la Tierra: Determinar la trayectoria de retorno desde Marte a la Tierra, asegurando que la nave alcance la velocidad necesaria para escapar de la gravedad marciana y llegar a la órbita terrestre.