Gravedad y vuelo parabólico

La Estación Espacial Internacional (ISS) es un centro de investigación en la órbita terrestre, cuya administración, gestión y desarrollo está a cargo de la cooperación internacional. El proyecto funciona como una estación espacial permanentemente tripulada, en la que rotan equipos de astronautas e investigadores de las cinco agencias del espacio participantes: la NASA, laAgencia Espacial Federal Rusa, la Agencia Japonesa de Exploración Espacial, la Agencia Espacial Canadiense y la Agencia Espacial Europea (ESA). Está considerada como uno de los logros más grandes de la ingeniería.

La altura a la que orbita la estación es de unos 400 km solamente y en un día da unas 15 vueltas y media a la tierra. La gravedad de la Tierra es sólo un poco más débil en la altitud de la ISS que en la superficie. Sin embargo, los objetos en órbita están en un continuo estado de caída libre, lo que resulta en un aparente estado de ingravidez. De acuerdo con la fórmula que ya vimos en el post dedicado a la gravedad en la tierra, g es inversamente proporcional a la distancia que nos separa del centro de esta.

El dibujo que e muestra a continuación muestra como el peso mg (100 kg) de una persona, decrece según se aleja del centro de la tierra. En la superficie su peso es de 980 N . Cuando se encuentra al doble de distancia su peso es cuatro veces menor (245 N). La fuerza de la gravedad decrece con el cuadrado de la distancia.

Cuando la persona se encuentra a una distancia del centro 100 veces superior, su peso es de solo 10 elevado a -4, lo que representa unos 0,098 N, o lo que es lo mismo, un peso equivalente al de un saltamontes en la superficie de la tierra. Por supuesto la masa de esta persona seguirá siendo de 100 kg en cualquier parte del universo. Una cosa es la masa y otra el peso. Los astronautas que viven en la Estación Espacial Internacional, donde la gravedad es el 89% de la que hay en la superficie de la Tierra, no flotan porque esta allí no exista, sino porque se encuentran constantemente cayendo dentro del pozo gravitacional que crea nuestro planeta en el espacio circundante. Lo mismo le pasa a la Tierra, que está cayendo al orbitar alrededor del Sol.

La gravedad en la tierra (como no es redonda) varía desde los 9,78 m/seg^2 en el ecuador, hasta los 9,83 m/seg^2 en los polos. Existe una diferencia de 0,05 m/seg^2, aunque esta diferencia es debida a dos cosas. Por una parte en los polos estamos mas cerca del centro de la tierra, pero por otra, no existe fuerza centrípeta debido a la rotación de esta. En el ecuador estamos a más distancia del centro de la tierra, pero esto solo representa 0,02 m/seg^2. El resto (0,03 m/seg^2) es el efecto de sufrir la fuerza centrípeta, con lo que llegamos a alcanzar esa diferencia de 0,05 m/seg^2.

Para entrenar a los astronautas en ambientes de ingravidez se se suelen utilizar tanques de agua y también vuelos parabólicos. 

Un vuelo parabólico es una técnica de vuelo en la que un avión preparado para ello (la cabina del pasaje se vacía y se acolcha, al menos en parte) desciende de forma controlada para que en su interior se consiga un estado similar al de la caída libre en el vacío. Esta maniobra permite simular un efecto de microgravedad durante periodos cortos de tiempo en el interior del aparato. El vuelo parabólico se utiliza habitualmente para entrenar a los cosmonautas que viajarán más adelante al espacio.

Al llegar a los 6000 metros de altitud, aproximadamente, el avión sostiene (o la inicia, si es el caso) una ascensión en ángulo de 47º, lo que provoca una sensación de sobregravedad en su interior de entre 1,8 y 2 g. Al alcanzar a unos 8000 m se cambia la trayectoria, empieza un descenso de inclinación progresiva durante el que la potencia de los motores baja hasta un mínimo que se usa para contrarrestar la resistencia del aire. La sensación de gravedad baja a valores próximos a cero. Tras unos segundos de bajada el avión va elevando progresivamente el morro, con lo que la sensación de gravedad aumenta paulatinamente, los motores van incrementando potencia para nivelar el aparato sobre los 6000 m y se vuelve a ascender, volviendo a sufrir un efecto de sobregravedad, y así alternativamente.

La atracción gravitatoria terrestre, en realidad, en ningún momento desaparece, la Tierra continúa ejerciendo su atracción, pero al no oponerse ninguna fuerza a esta atracción mientras se cae (y acelerando a 9,8 m/s² cada segundo), se deja de sentir. Es como si se cayera en el vacío, haciendo el avión de protección contra la fricción con el aire (que limita la velocidad en un salto de paracaidismo). Cada parábola descrita dura alrededor de un minuto, durante el que se consiguen, por este orden, unos 10 segundos de sobregravedad y otros 10 s de microgravedad. En un vuelo de este tipo se suelen realizar entre 25 y 40 parábolas antes de volver al vuelo estabilizado.

En Europa estos vuelos los realiza la Agencia Espacial Europea en colaboración con Novaspace. Los aviones empleados son el Airbus A300 y el Ilyushin. La NASA utiliza el McDonnell Douglas C9 (que recientemente reemplazó al KC-135) y la Zero-Gravity Corporation (o Zero-G) usa un Boeing 727 modificado.

A continuación un estupendo vídeo de 12 minutos sobre el tema rodado por EURONEWS

Enlaces de interés para el que se atreva y se lo pueda pagar:

http://www.migflug.com/en/jet-fighter-flights/flying-with-a-jet/zero-gravity-in-the-usa.html

http://www.s-3.ch/en/home

http://www.spaceadventures.com/experiences/zero-gravity-flight/

...y para terminar un poco de cine clásico con un Fred Astaire que se sube literalmente por las paredes sin gravedad en Royal Wedding de 1951. ¿Sabes cómo se hicieron estos efectos especiales si no existían los efectos digitales?

...interesante. No hacen falta efectos digitales de última generación. 

La solución (seguro que ya lo has adivinado) en el siguiente vídeo