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 Experto en diseño de trayectorias, este ingeniero aeroespacial ha desarrollado el software Copérnico, que permite encontrar las rutas más rápidas y seguras para los vuelos espaciales. Hoy es la herramienta que usa la NASA en sus misiones.
Entre los espectadores de todo el mundo que vieron el impacto de la sonda LCROSS –satélite de detección y observación de cráteres lunares– contra el polo sur de la Luna el 9 de octubre de 2009, uno de los más interesados era el ingeniero aeroespacial de la Universidad de Austin, en Texas, César Ocampo. Y tenía una buena razón para estarlo: Copérnico, el software de diseño y optimización de trayectorias espaciales creado por él, fue el elegido por la NASA para trazar la ruta que siguió LCROSS en su búsqueda de hielo. “La gente me pregunta si estaba nervioso”, dice Ocampo mientras enciende su ordenador. “No tenía por qué. Mi trabajo había concluido meses antes, con el diseño de cientos de trayectorias para distintos escenarios y horarios de lanzamiento. Finalmente, la NASA escogió una. Todas eran de bucle abierto, es decir, que cuando la misión real se llevara a cabo, los directores de vuelo habrían de insertar las correcciones necesarias para mantener el rumbo”.
Ocampo puede sentirse orgulloso: Copérnico fue seleccionado mejor software del Centro Espacial Johnson entre otros programas similares y ahora es la herramienta de rutina para guiar los vuelos robóticos y tripulados, presentes y futuros de la NASA. Es un programa integral: analiza y encuentra las soluciones óptimas para resolver problemas en la ruta de las naves espaciales que viajen dentro y fuera del Sistema Solar mediante cualquier sistema de propulsión y bajo la influencia de campos de fuerza de uno o más cuerpos celestes.
Este punto es clave porque en el espacio hay muchos factores capaces de perturbar la órbita de una nave, desde la resistencia atmosférica terrestre hasta la gravedad del Sol y los planetas, la presión de la radiación solar –los fotones rebotan o son absorbidos según el tipo de superficie del satélite–, la forma de los cuerpos celestes no esféricos –planetas achatados– y los puntos de Lagrange –las posiciones en un sistema orbital donde un objeto pequeño que se ve sólo afectado por la gravedad puede quedar estacionario respecto a otros más grandes–. Todos estos efectos conspiran para desviar, acelerar o incluso casi detener un satélite en su viaje, y exigen que el diseñador de la trayectoria los tenga muy en cuenta.
Excursiones lunares a la medida
Para trazar el itinerario de LCROSS y garantizar su impacto exacto en el cráter lunar Cabeus, Ocampo tuvo que incluir en sus ecuaciones la gravedad ejercida por Júpiter. “Copérnico es muy manejable y tiene un avanzado sistema de visualización”, dice al abrir el programa. La pantalla cobra vida con una bonita animación de nuestro planeta rotando sobre un fondo negro. Una serie de trayectorias orbitales correspondientes a la Luna, la Tierra y la nave espacial se van formando en diferentes colores en función de las ecuaciones matemáticas del sistema. “El programa permite que incluso personas no expertas puedan usarlo. Por ejemplo, hace posible que una periodista científica pueda diseñar una misión”, explica el ingeniero mirándome con cierta guasa.
Y tiene razón, la entrevista se ha convertido en una clase durante la cual yo debo diseñar con su ayuda mi propia trayectoria para llegar a la Luna. En la pantalla apar cen un montón de datos ordenados por columnas. “Ahora hay que analizar muchas variables independientes –me comenta el ingeniero– para encontrar las mejores condiciones posibles para viajar a nuestro satélite, como cuándo vas a salir o, una vez en el espacio, en qué momento hay que encender y apagar los motores. Tienes que situarte alrededor de la Luna y optimizar el gasto de combustible. El sistema va a analizar todas las circunstancias con el fin de responder a tu problema y determinar la posición y la velocidad que necesita tu nave para colocarse en órbita lunar”. Inserto algunas variables en las columnas y pulso la tecla enter; casi al instante aparece un gráfico similar al de los anillos del LCROSS, pero incompleto. “El gráfico no te muestra aún la trayectoria completa porque Copérnico trabaja con segmentos, que son como bloques de construcción para que la ruta sea más exacta y menos susceptible a perturbaciones”, explica Ocampo anticipándose a mi pregunta. “Hay que planificar el viaje por partes; por ejemplo, la salida de la Tierra, la vuelta a la Luna y el regreso. De momento, cada uno de los recorridos son totalmente independientes, pero al final pediremos a Copérnico que los conecte”.
Ocampo, de 42 años, hijo de colombianos radicados en Estados Unidos, se interesó pronto por los problemas de la mecánica orbital. Cursó Ingeniería Aeroespacial en la Universidad de Colorado, gracias a las becas que consiguió, y su tesis doctoral versó sobre la optimización de trayectorias para naves espaciales mediante propulsión de baja potencia para operar en campos gravitacionales complejos. El trabajo le valió un contrato en la Hughes Space and Communications Company, la mayor empresa fabricante de satélites artificiales del momento, que precisamente desarrollaba un modelo dirigido a alcanzar su órbita final con ese sistema de propulsión.
“Cuando estaba en Hughes, también diseñé la trayectoria de rescate del AsiaSat-3, un satélite de comunicaciones que entró en una órbita errónea y no tenía combustible para llegar a su órbita final”, recuerda Ocampo. “Entonces lo dirigimos hacia la Luna con el propósito de que la sobrevolara dos veces y después usara la gravedad lunar para cambiar la órbita e impulsarse hacia su objetivo”. El logro convirtió a Ocampo en un ingeniero promesa en Estados Unidos y le abrió las puertas de la NASA. Esta colaboración le proporcionó ayuda económica para madurar las bases del software.
“Cada misión exigía una solución concreta. Por ejemplo, para planificar la ruta a Marte, recoger una muestra del planeta y volver, tuve que diseñar un programa específico; para conseguir que un cohete enviara varios satélites a diferentes órbitas, había que crear otro. Como tenía que empezar de cero cada vez, pensé que era hora de inventar un software general que pudiera dar solución a todos los problemas”. Copérnico no sólo establece transferencias de órbitas, acoplamientos, escapes, trayectorias de regreso libre o asistidas por la gravedad planetaria. Lo que ha convencido a la NASA es que es un sistema intuitivo e inteligente. Por ejemplo, la agencia espacial siempre había querido resolver la cuestión del regreso de emergencia –anytime abort–. “Si los astronautas están heridos, enfermos o no se pueden comunicar con la Tierra por cualquier motivo, necesitan un algoritmo para que la nave pueda volver por sí misma. Gracias a Copérnico, sólo tienen que poner la fecha, la posición y la cantidad de combustible, y el programa calcula la trayectoria óptima. Hemos repasado el programa dos millones de veces con distintas fechas y lugares. No puede fallar, tiene que funcionar siempre”.
Será clave incluir el factor rotatorio
A fecha de hoy y mientras los controladores de las misiones de la NASA mantienen Copérnico en marcha, Ocampo se dedica a prevenir problemas y servir de consultor o de científico jefe. Gran parte de su tiempo, aparte de las clases de mecánica orbital en la universidad, lo invierte en desarrollar fórmulas para mejorar las capacidades del programa informático.
“Es importante destacar que detrás del éxito de Copérnico hay mucha gente muy capacitada trabajando”, insiste Ocampo. “El próximo paso en la evolución de esta herramienta consiste en desarrollar un sistema que incluya el movimiento de rotación de un satélite y acoplarlo con el de la traslación. Y es que el componente rotatorio de la nave alrededor de su centro de gravedad también puede alterar su órbita”, dice el ingeniero mientras yo juego con la animación de mi viaje lunar, haciendo girar la trayectoria en la pantalla para verla desde varios ángulos.
Mientras termino mi flamante excursión Tierra-Luna-Tierra con la garantía de que mi nave espacial no ha sido desviada de su curso, César Ocampo me regala un secreto de navegación interplanetaria: “Se puede ir a cualquier lugar del Sistema Solar sólo con el combustible que se necesita para llegar a Venus. Es posible sobrevolar este planeta, pasar otra vez por la Tierra, alcanzar Júpiter y Saturno, regresar a Venus...; todo a base de usar el impulso que te proporciona la gravedad de esos planetas. Se podría viajar casi indefinidamente. Júpiter es estupendo, porque es muy masivo y te da un gran empujón”. Y añade un pero: “Hay una limitación derivada del hecho de que los planetas se estén moviendo. Mientras no estén alineados, tienes que ponerte en órbita solar. Antes, la norma era evitar trayectorias que incluyeran varios cuerpos celestes, porque suponían una gran perturbación. Pero ahora, la mentalidad es usar esos planetas para diseñar trayectorias más complejas, aparentemente caóticas. Por ejemplo, hay una ruta a la Luna de 90 días más barata en términos de combustible, pero no es directa y supone dar un rodeo de hasta casi 2 millones de kilómetros de distancia aprovechando la perturbación del Sol”.
Otro camino raro es el que siguió LCROSS. Puesto que la idea era causar un impacto con la mayor energía posible sobre la superficie lunar, había que encontrar la manera de caer perpendicularmente y no de lado. Así que la nave llegó a nuestro satélite en 5 días, pero no entró en órbita lunar hasta varias semanas después. Antes completó tres órbitas alrededor de la Tierra que colocaron a LCROSS en una posición ideal para el gran choque.
Cuando no está navegando entre ecuaciones, Ocampo viaja a Colombia para descubrir a los niños la ciencia y la astronomía. A veces lleva su telescopio para instalarlo en la plaza de algún pueblo y dejar que la gente se acerque y mire por el visor. Así conoció a su mujer, Pilar, en 1997. Ahora les lee cuentos del espacio a sus mellizas de 6 años, y afirma que cuando se retire trabajará de lleno en su fundación Stare at the Sky –Mira al Cielo–, para difundir la ciencia de forma entretenida. Si logra que los chicos se contagien con una parte del entusiasmo que me produjo haber creado mi propia ruta hacia la Luna, Ocampo habrá completado su trayectoria.
Ángela P. Swafford07/07/2010
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