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lunes, julio 04, 2005

Maniobrando en el espacio (y en el supermercado)

El otro día, mientras hacía la compra y el carrito se iba llenando cada vez más de cosas y haciéndose más pesado, inevitablemente me acordé de cómo se muestran normalmente el movimiento de vehículos espaciales en las películas, y qué poco realistas son. "Este hombre ha perdido el juicio" pensaréis, ¿qué tienen que ver las naves espaciales con los carritos del super? Pues mucho, ya lo veréis.

En la inmensa mayoría de las películas, las naves espaciales pequeñas se mueven como si fueran aviones. Hacen picados, realizan curvas y se inclinan a la vez, realizando todo tipo de maniobras típicas de una avioneta o de un avión de combate. Dado que estamos acostumbrados a ver estos movimientos en documentales, películas o incluso en vivo, inconscientemente nos parece normal que una nave espacial realice los movimientos de la misma manera.

Pero esos movimientos sólo se pueden realizar dentro de un fluido, en este caso, la atmósfera. ¿Y por qué? Bueno, porque los motores de un avión, sean helices o turbinas, sólo ejercen su fuerza hacia atrás, de forma que el avión se ve empujado hacia delante (con algunas excepciones, como ciertos aviones de combate que pueden despegar y aterrizar verticalmente). Algunos cazas pueden mover ligeramente sus toberas, y un avión con varios motores puede jugar con la potencia de cada uno de ellos para alterar la dirección de este empuje, pero la forma de maniobrar con un avión es con sus alerones. Debido a la velocidad con la que se mueve un avión, al inclinar un alerón, el propio aire ejerce un fuerza sobre el mismo, haciendo que el avión gire, se incline, cabecee, lo que sea. Podemos experimentar fácilmente con este efecto, sacando la mano por la ventanilla cuando viajamos en coche por carretera (y no conducimos nosotros, claro). Si ponemos el brazo y la palma de la mano completamente horizontales, podremos mantener la posición sin problemas. Pero si inclinamos la palma, en seguida notaremos cómo la fuerza del aire nos la empuja hacia arriba o hacia abajo (depende de cómo la inclinemos).

En el vacío del espacio, no hay aire ni ningún tipo de fluido que nos pueda ayudar a maniobrar de esta manera. Si queremos maniobrar, tendrá que ser siempre a base de motores. Y debido a la Primera Ley de Newton, si queremos cambiar la dirección, deberemos ejercer una fuerza tanto en la dirección hacia la que queremos ir como en la dirección contraria a la que vamos. Supongamos por ejemplo que queremos realizar un giro de 90º hacia la derecha. Si orientamos las toberas de forma que la nave gire sobre sí misma esos 90º, lo único que habremos hecho es eso: que la nave rote, pero seguiremos viajando en la misma dirección (y además, de lado). Además, antes de completar el cuarto de vuelta, hay que apagar las toberas y encender las contrarias para detener la rotación. Si no, nuestra nave rotaría indefinidamente. Si en vez de rotar, encendemos nuestras toberas del lado izquierdo, o si tras la rotación encendemos las traseras, la dirección de nuestra nave variará, pero no habremos conseguido cambiarla en 90º, ya que nuestra velocidad en esa dirección no varía. Tal vez nos encontremos con que hayamos variado el rumbo en 30º, en 45º, en 60º, pero nunca llegaríamos a los 90º así. Para hacerlo, deberíamos ejercer una fuerza que "frenara" la nave en la dirección anterior. Así, podríamos primero encender las toberas delanteras, detenernos, rotar, y luego acelerar en la nueva dirección. O también podríamos rotar 135º y utilizar nuestras toberas traseras. una vez en la dirección adecuada, rotaríamos 45º en sentido contrario y ya estaríamos mirando hacia la dirección del movimiento. Captura de pantalla del videojuego AsteroidsDe hecho, seguro que los que hayan jugado a videojuegos tipo Asteroids o Star Control, en los que la nave que controlamos sigue más o menos ese comportamiento (salvo por la rotación y la existencia artificial de una velocidad máxima), habrán utilizado ese tipo de maniobras para girar con rapidez.

Y el que no haya jugado con esos juegos, siempre puede experimentar con el carrito del super, bien cargado. Las cuatro ruedas de esos carritos se pueden orientar en cualquier dirección (si no es así, no nos vale). Si lo llevamos bien cargado de cosas (así la masa será demasiado grande para que el rozamiento influya demasiado), el comportamiento del carrito será muy similar al de una nave en el espacio. Si estamos parados, deberemos empujar con fuerza para empezar a moverlo, pero una vez en marcha, apenas tendremos que empujar. Sólo lo justo para vencer el rozamiento de las ruedas, si están bien engrasadas, claro. Si queremos girar para meternos en otro pasillo, o bien nos detenemos primero y empujamos el carrito en la otra dirección, o bien giramos más de lo necesario y empujamos con fuerza. Si simplemente intentamos girar como si fuéramos en un coche, veríamos que lo único que hemos conseguido es rotar el carrito, que se sigue moviendo en la misma dirección.

Antes he mencionado el rozamiento de las ruedas del carrito. En el espacio no hay rozamiento, por lo que una vez estemos viajando en la dirección deseada y a la velocidad requerida, no necesitaremos seguir "empujando" la nave. Este es otro fallo habitual (que ya comenté en un envío dedicado a Misión a Marte). Normalmente, en las películas, vemos que la nave de turno tiene unas toberas en la parte trasera, que están siempre encendidas. Otro ejemplo son algunos episodios de Star Trek: La Nueva Generación, en los que al Enterprise le fallan los motores y se detiene. Y eso no es así. Mientras se ejerza fuerza sobre la nave, ésta acelerará. Y si se detienen los motores, la nave viajará a velocidad constante. Un error similar ocurre también en Deep Impact, cuando los astronautas se posan en el cometa. En un momento dado, los de la nave tienen que acercarse para recojerlos, y de pronto Robert Duval detiene la nave diciendo que no pueden gastar más combustible. Pues precisamente es deteniendo la nave como se gasta combustible, no dejando que se mueva por su propia inercia.

Foto de una X-Wing, de la saga Star WarsSupongo que esta forma de ver las naves en el espacio, maniobrando como si fueran aviones en una atmósfera (algunos diseños son incluso aerodinámicos, cuando no es necesario), se lo debemos a George Lucas y su saga de La Guerra de las Galaxias. Cuando rodó la primera película de la serie, no quería que se pareciese a lo que era la ciencia ficción cinematrográfica hasta entonces, con planos fijos de una nave poco ágil. Quería mucho más dinamismo. Así que hizo que el equipo de rodaje y efectos especiales vieran documentales de la segunda guerra mundial, para intentar plasmar esos movimientos en las batallas espaciales. Y lo consiguió, pasando a la historia del cine por ello.

Pero mientras que en la saga de Lucas estas piruetas se pueden más o menos justificar alegando que después de todo es más fantasía heróica que ciencia ficción, y que la tecnología de esa galaxia muy lejana no tiene por qué coincidir en absoluto con la que podamos conocer o especular (tenemos robots con sentimientos, espadas de luz, armas que hacen saltar un planeta entero por los aires), en muchas otras películas se cometen esos mismos errores, estando ambientadas en un futuro más o menos cercano, o incluso en la actualidad.

De hecho, creo que tan sólo la película 2001: Una Odisea en el Espacio (y su secuela 2010: La Odisea Continua), y la premiadísima y excelente serie de TV Babylon 5 (por desgracia, no muy conocida aquí en España, donde ha sido maltratada por TVE y por la propia distribuidora), han reflejado el movimiento en el espacio con corrección, aunque en el caso de Babylon 5 eso sólo se puede apreciar con las naves terrestres, sobre todo con los Starfurys
Foto de un Starfury, de la serie de TV Babylon 5

30 comentarios:

  1. Venga Alf, dales un respiro. Al menos no han sacado ningún helicóptero al espacio. :)
    Saludos

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  2. También está gracioso cuando explotan en el espacio y (1)arden (2)la explosión suena.

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  3. Se observa en las Starfurys y tambien a veces en las Estrella Blanca, sobre todo hacia el final de la cuarta temporada.

    Pero Babylon 5 tambien tiene algunos fallos, aunque no estoy seguro de que sean fallos. (aparte de una traducción espantosa). Alguna vez hay gravedad cuando no debería haberla. ¿una nave de carga necesita girar para que los paquetes estén a una confortable 1 g?

    Un detalle que me llamo la atención (no sé si es fallo o no) tiene que ver con la descompresión:
    En cualquier escena en Marte, en el exterior de las cúpulas, el unico equipo que llevan es mucha ropa de mucho abrigo y una mascara que cubre la cara para respirar. ¿podrían respirar?

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  4. Lo de las explosiones en el espacio, no es del todo imposible. Una nave debe tener una buena provisión de oxígeno en tanques. Durante algunos segundos (o menos) tal vez ese oxígeno pueda alimentar una bola de fuego antes de dispersarse demasiado.

    El sonido siempre lo he considerado parte de "la banda sonora ambiental" como los "huuuush" de patadas y puñetazos o los chirridos de ruedas en un coche que aparca :-)

    En Babylon 5 sólo recuerdo haber visto el interior de naves de carga en dos ocasiones (ambas en la 4ª temporada). En una había gravedad (y se veía que la nave tenía una sección rotatoria) y en otra no. Tal vez haya cargeros que también lleven pasajeros, o las cargas necesitan estar sometidas la mayor parte del tiempo a gravedad terrestre por el motivo que sea (¿un cargamento de cerdos para un matadero?)

    En Marte hay muy poquita presión atmosférica comparada con la de la Tierra. Según la wikipedia hay entre 0,7 y 0,9 Kilopascales, que sería entre 0,007 y 0,009 atmósferas terrestres. Sin un traje presurizado (como el de los astronáutas) una persona no podría sobrevivir. Habrá que suponer que dado que lleva mucho tiempo colonizado, han empezado a terraformarlo y a aumentar la presión atmosférica introduciendo diversos gases. La trilogía de Marte Tricolor, de Kim Stanley Robinson, cuenta muy bien cómo terraformar Marte hasta hacerlo totalmente habitable, con ecosistema propio (eso sí, me pareció aburridísimo en muchos capítulos).

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  5. Pregunta: ¿cuál es el mínimo número de motores que debería tener una nave espacial para poder aplicar fuerzas en todas las direcciones de modo que se pudiera comportar de un modo similar a un avión en la tierra?

    Supongamos que tenemos un mega-ultra-ordenador que puede controlar los motores para que estos se enciendan y apaguen de la forma adecuada (eso es, tenemos a R2D2 como copiloto).

    En un mundo de 2 dimensiones, más sencillo, necesitaríamos 3 dispuestos a 120º (para compensar cualquier dirección, si no me equivoco. Aunque, eso sí, antes de girar habría que frenar "en seco".

    En el de 3 dimensiones calculo que 4 (hacia los vértices de un tetraedro).

    Ay, sigo intentando construir la nave y el presupuesto es corto: menos dinero, menos motores.

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  6. Algunos comentarios, pero antes quiero felicitar a Alf: leo el blog siempre que puedo, es muy interesante y está fantásticamente documentado.

    -No recuerdo que haya naves en B5 sin sección rotatoria y que tengan gravedad sin justificación: las Minbari tienen motores gravitatorios y creo que magnéticos, los Narn van bien ataditos, los Centauri tiene también mucha tecnología... Pero sí que es posible que en algún episodio, por error o falta de presupuesto, la pifiaran.
    Respecto a los giros en el espacio: igual. Los Humanos y Narn no tienen tanta tecnología y van a base de cohetes de direccionamiento, pero el resto alterna con otras cosas.
    Sobre lo de Marte y la presión... yo diría que justificación de guión por falta de presupuesto :P

    -La trilogía de Marte de Robinson: El primer tomo excelente, el resto lleno de morralla, capítulos aburridísimos que no conducen a nada. Pese a todo, el final me resultó muy triste. Tarde o temprano todos morirían de viejos, peeero les había cogido cariño, sobre todo a Maya. Y Boone y Arkadi mis favoritos.
    Es CF hiperrealista :)

    -Desde Babylon 5 se ve más a menudo naves que giran como deben girar. Incluso en las últimas pelis de Star Trek se puede ver, no en el Enterprise pero sí en otras naves pequeñas.

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  7. Sin duda, está claro porque te voto todos los días. ^^

    Chapeau.

    B5 rules, hoy me he comprado la peli River of Souls, a ver que tal.

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  8. Tenías que ver la cara que pone el profesor de Mecánica del Vuelo cuando habla del Halcón Milenario esquivando asteroides en el espacio, jeje

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  9. Ferre, supongo que con cuatro motores dispuestos en los vértices de un tetraedro podrás viajar en cualquer dirección... siempre que te de igual que el morro de la nave no mire hacia la dirección del movimiento. habría que añadir más motores para que el vehículo rotase. Si el presupuesto es un problema, haz como en muchos proyectos de desarrollo de software. Pasa del análisis y copia algo que ya funcione :-) (como un Starfury, que creo que son 16 motores)

    Sobre la trilogía de Marte... pues yo recuerdo que odiaba a Maya. Me parecía un neurótica insegura que no sabía qué quería. Mi personajes favoritos eran Nadia, por su humanidad y Sax (creo que se llamaba así) porque se dedicaba exclusivamente a la ciencia y pasaba bastante de temas políticos. Arkadi y Boone también, lástima que saliesen tan poco.

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  10. ¿De 4 pasamos a 16? ¡Ni que los regalaran! Nada, nada, decidido, mi nave no tendrá morro (con el mío ya le llega), esférica, para que no se note y hala, a surcar la inmensidad.

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  11. Para maniobrar una nave basta con dos motores... siempre que puedas montarlos sobre base asteroide, es decir que puedas orientarlos en cualquier dirección. Eso sí: No deberían ser muy grandes. ¿Reduce algo tu presupuesto, ferre?.

    En cuanto a que las naves espaciales no necesitan tener formas aerodinámicas... depende de la velocidad a que vayan a viajar. El espacio dista mucho de estar vacío si viajas a velocidades que sean una fracción apreciable de la de la luz. En "Cánticos de la lejana Tierra" el inevitable Clarke lo describe muy bien.

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  12. Y se me olvidó una recomendación: Si queréis saber qué es manejarse en el espacio teniendo en cuenta la inercia y el giro con cohetes, el simulador de naves Homeplanet es una maravilla en todos sus aspectos (bueno, quizá es bastante complicadete): es ruso, así que gráficos impresionantes y nada de consumir recursos; es barato, muy barato; es realista; y bebe de Babylon 5 en cuanto a puertas de salto. De hecho, algunos de los que hicieron el juego en sus ratos libres intentaban sacar uno de B5 :P

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  13. xac mazo, por tu habilidad para ahorrar dinero, acabas de ganarte el puesto de "Contable Espacial" del proyecto "Seat 600 Galáctico". Sin sueldo; como nuevo contable, estarás conmigo que hay que seguir ahorrando hasta el último céntimo ;-)

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  14. Ja, ja. Vale ferre. Las condiciones laborales excelentes, el sueldo espléndido... lo pensaré. Entretanto te recomiendo que consideres la posiblidad de ponerle un motor a vapor a tu 600. Mas barato, imposible.

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  15. El que haya jugado al Kasteroids que viene con KDE sabrá lo chungo que es maniobrar en el espacio :-(

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  16. Creo que es necesario que una nave capaz de surcar el espacio tenga una silueta aerodinámica: así podrá maniobrar con facilidad si vuela en el seno de una atmósfera.

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  17. Tü mismo lo has dicho: "si vuela en el seno de una atmósfera".

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  18. Pues lo de la propulsion a vapor no es ninguna tonteria.

    Solo necesitas un sistema que proporcione energia para calentar agua y lanzar el chorro de vapor por las toberas.

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  19. Hola.
    Acabo de descubrir este blog y llevo un par de horas leyéndolo. Me parece magnífico. He recordado algunas cosas que había olvidado, y he aprendido algunas que desde hacía tiempo había querido conocer; además de descubrir algunas muy interesantes de las que no tenía ni idea.

    Quisiera saber si en la hipotética costrucción de naves espaciales (sobre todo de naves pequeñas que deban ser muy maniobrables), el uso de giroscopios podría tener alguna utilidad. Veo que hablas bastante de la necesidad de usar toberas para propulsar y girar la nave; pero nada de giroscopios. Digo yo que podría ser una alternativa que incluso ahorrara combustible.

    Un saludo.

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  20. Creo que no se les llama giroscopios, sino ruedas de inercia, o almacenadores de inercia, o algo así, pero sé a qué te refieres.

    Y sí, tienes razón. Un artilugio de esos permitiría ahorrar combustible en las rotaciones. De hecho, creo que se utiliza en la actualidad en algunos satélites.

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  21. Puesto que no encuentro el trackback, lo pongo aqui

    http://geekwars.wordpress.com/2008/08/15/aerodinamica-espacial-en-la-ciencia-ficcion/

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  22. Para producir un giro en el espacio se necesitan 2 motores, situados en extremos opuestos del cuerpo y accionados en sentidos opuestos, generando así un momento angular.

    Una nave necesitaría capacidad de giro en los 3 ejes espaciales, así que se necesitarían un total de 6 motores para orientarse en la dirección correcta, además del motor principal para ejercer el movimiento.

    Si además hablamos de un caza, habrá que darle una rápida capacidad de maniobra. Entonces sería recomendable instalar 2 motores para girar en un sentido y otros 2 para girar en el sentido opuesto. Eso supone un total de 12 motores para los 3 ejes espaciales, más el motor principal.

    La nave tendría 4 alas, formando una cruz, con 2 motores en cada ala, uno enfocado hacia adelante y otro hacia atrás. Los otros 4 motores irían en el cuerpo principal y serían para rotar la nave, muy útiles para el aterrizaje.

    El motor principal nos lo podemos ahorrar, utilizando los 4 motores traseros de las alas para ejercer el impulso. Otro diseño que también funcinaría sería poner las 4 alas en X, como la de la foto del starfurius, accionando 4 motores en cada giro.

    Muy bueno el blog. Lo he descubierto hoy y me está enganchando.

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  23. cuando uno ve las imágenes de la NASA antes de que se enciendan los motores,las misiones Apollo, se ve una lluvia de chispas laterales que son para encender los gases de hidrógeno y oxígeno que llevan los cohetes, eso no es posible en el espacio, porque aunque tengan tanques de hidrógeno y oxígeno, no pueden encender chispas en el vacío porque es necesario el oxígeno para la combustión, y si hubiera como dicen, hidrógeno en el espacio interestelar, se encendería con las chispas y quemaría todo, por eso concluyo que la NASA miente y nunca fueron al espacio ni maniobraron nada y menos mandaron una bala de cobre para cambiar la trayectoria de un cometa, lo que ocurrió es que dejaron ese cobre orbitando y cayó, lo vieron en Buenos aires

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    1. En nuestra atmósfera también hay hidrógeno, y no se incendia todo al encender un mechero. En cualquier caso, la concentración del hidrógeno en el espacio es extremadamente baja. Como de una molécula por metro cúbico.

      Por cierto, sabes que existen satélites de comunicaciones y meteorológicos ¿no? ¿Cómo crees que llegaron allí arriba?

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  24. vea el video, por favor: https://youtu.be/XDckR4IZ1sQ
    La famosa bala de cobre de Bush esa cosa verde que vimos el año pasado en Buenos Aires, que quedó en órbita y cayó en la atmósfera y se incendió por la fricción en la termósfera y en la caída. La NASA es una estafa.

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    1. ¿? ¿Qué tendrá que ver el tocino con la velocidad? ¿Qué tiene que ver la caída de un meteorito con no sé qué bala? ¿Y qué tiene que ver con la NASA?

      ¿?

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  25. vea el video, por favor: https://youtu.be/XDckR4IZ1sQ
    La famosa bala de cobre de Bush esa cosa verde que vimos el año pasado en Buenos Aires, que quedó en órbita y cayó en la atmósfera y se incendió por la fricción en la termósfera y en la caída. La NASA es una estafa.

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  26. vea el video, por favor: https://youtu.be/XDckR4IZ1sQ
    La famosa bala de cobre de Bush esa cosa verde que vimos el año pasado en Buenos Aires, que quedó en órbita y cayó en la atmósfera y se incendió por la fricción en la termósfera y en la caída. La NASA es una estafa.

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    1. Por favor, agradecería que no publicaras el mismo comentario una y otra vez.

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