Cum știu navele spațiale cu ce viteză se deplasează în vidul cosmic? 

Pe Pământ, este ușor să afli cu ce viteză te deplasezi, deoarece ai puncte de referință nenumărate, dar în spațiu aceasta reprezintă o adevărată provocare fizică — și se pare că există cel puțin trei metode sigure de a o calcula, transmite revista Wired.

Înainte de a trece la navele spațiale, este util să facem distincția între doi termeni: viteză scalară și viteză sau vector viteză. Viteza scalară se referă pur și simplu la distanța parcursă într-un anumit interval de timp — de exemplu, 50 de kilometri pe oră. Viteza adaugă o direcție la această valoare. Acest lucru contează deoarece un bondar care zboară haotic între două puncte poate parcurge o distanță mult mai mare decât distanța în linie dreaptă dintre ele.

Pentru a obține viteza precisă, micșorezi intervalele de timp dintre măsurători cât mai mult posibil, transformând o traiectorie de zbor curbată într-o serie de segmente de linie minuscule. Viteza este, de asemenea, întotdeauna relativă față de un sistem de referință — un biciclist care pedalează cu 6,4 km/h pe un vas de croazieră ce se deplasează cu 16,1 km/h merge cu 22,5 km/h față de apă dacă amândoi se îndreaptă în aceeași direcție și cu doar 9,7 km/h dacă bicicleta se întoarce.

Viteza Doppler

Cea mai comună metodă folosită pentru urmărirea navelor spațiale se bazează pe efectul Doppler. Când se apropie un tren, undele sonore se aglomerează, ridicând tonul; pe măsură ce trece, acestea se întind, coborându-l. Același principiu funcționează și cu undele radio. Stațiile de la sol pot reflecta un fascicul radio de pe o navă spațială și pot compara frecvența transmisă cu cea reflectată.

O transmisie la 100 MHz care se întoarce la 1,00001 x 10⁸ Hz, de exemplu, indică faptul că nava se apropie cu 1.000 de metri pe secundă. Rețeaua Deep Space Network a NASA poate măsura viteza navelor spațiale cu o precizie de până la sutimi de milimetru pe secundă folosind această metodă.

Limita este că aceasta captează doar mișcarea direct către sau departe de observator — dar utilizarea mai multor stații terestre rezolvă această problemă. De asemenea, necesită contact în linie dreaptă, motiv pentru care Orion a intrat pentru scurt timp în „întuneric” când a trecut în spatele Lunii.

Măsurarea inerțială

O navă spațială își poate monitoriza propria viteză și intern. Giroscopurile și accelerometrele de la bord măsoară accelerația — rata de schimbare a vitezei. Deoarece nu se poate simți viteza constantă, ci doar schimbările acesteia, conform primului principiu al lui Newton, aceste instrumente înregistrează fiecare impuls de accelerație, apoi le însumează pornind de la o viteză inițială cunoscută.

Dacă o mașină accelerează cu 2 m/s² timp de cinci secunde, aceasta reprezintă un câștig de viteză de 10 m/s; o accelerare ulterioară de 1 m/s² timp de cinci secunde adaugă încă 5 m/s, ducând totalul la 15 m/s. Dezavantajul este că erorile mici se acumulează în timp, astfel încât sistemul necesită recalibrare periodică în raport cu o metodă externă.

Navigație optică

În cele din urmă, navele spațiale pot naviga vizual — nu urmărind trecerea stelelor (acestea sunt mult prea îndepărtate pentru asta), ci localizând obiecte cunoscute din sistemul solar, ale căror poziții se schimbă previzibil în timp. Măsurând unde apar aceste obiecte în raport cu nava spațială din mai multe puncte de observație, controlorii pot triangula poziția.

Luați două citiri de poziție cu un interval de timp cunoscut între ele și veți obține o viteză. Este, în esență, același principiu pe care îl foloseau marinarii din vechime când măsurau unghiul stelei Polaris deasupra orizontului pentru a-și stabili latitudinea — doar că este aplicat într-un mediu mult mai gol și mai complex.

Te-ar putea interesa și: Vehiculul produs de om ajuns cel mai departe de planetă: Când se va situa sonda Voyager 1 la o zi-lumină de Pământ și cât ar mai putea funcționa?