Elementos orbitales keplerianos y perturbaciones orbitales

Elementos Orbitales Keplerianos: Definición y Perturbaciones

Los elementos keplerianos son un conjunto de parámetros que describen la forma, el tamaño y la orientación de una órbita celeste, así como la posición de un objeto a lo largo de esa órbita en un momento dado. A continuación, se detallan los principales elementos y las perturbaciones que pueden afectar a una órbita.

Elementos que definen la forma y el tamaño de la elipse

• Excentricidad (e): Indica cuánto se desvía la órbita de una forma circular. Una excentricidad de 0 representa un círculo perfecto, mientras que valores cercanos a 1 indican una elipse muy alargada.
• Semieje mayor (a): Es la mitad de la distancia más larga a través de la elipse. Para una órbita circular, el semieje mayor es simplemente el radio de la órbita. Se calcula como a = (r_a + r_p) / 2, donde r_a es la distancia al apoapsis (punto más lejano) y r_p es la distancia al periapsis (punto más cercano).

Elementos que definen la orientación del plano orbital

• Inclinación (i): Es el ángulo entre el plano orbital y un plano de referencia (generalmente el plano ecuatorial de la Tierra). Se mide en el nodo ascendente.
• Longitud del nodo ascendente (Ω): Es el ángulo desde una dirección de referencia (el equinoccio vernal) hasta el nodo ascendente. El nodo ascendente es el punto donde la órbita cruza el plano de referencia de sur a norte.

Otros elementos orbitales

• Argumento del periapsis (ω): Es el ángulo medido desde el nodo ascendente hasta el periapsis. Indica la orientación de la elipse dentro del plano orbital.
• Anomalía media en la época (M₀): Especifica la posición del satélite en un tiempo específico (época). Junto con los otros elementos, permite calcular la posición del satélite en cualquier momento.

Tipos de órbita según la inclinación

• Órbita progresiva: Tiene una inclinación mayor que 0° y se mueve en el mismo sentido de rotación que la Tierra.
• Órbita regresiva: Tiene una inclinación menor que 0° y se mueve en sentido contrario a la rotación de la Tierra.

Perturbaciones Orbitales

Aunque las leyes de Kepler describen las órbitas como planas, fijas y caracterizadas por parámetros constantes, en realidad, las órbitas se ven afectadas por perturbaciones. Estas perturbaciones son el resultado de varias fuerzas que actúan sobre el satélite, además de la atracción gravitacional de un cuerpo esférico y homogéneo.

Causas de las perturbaciones orbitales

• Componentes no esféricas de la atracción terrestre: La asimetría de la Tierra produce asimetrías en el campo gravitacional, lo que causa variaciones en la longitud del nodo ascendente, el argumento del periapsis, la inclinación, la anomalía media, la velocidad del satélite y la longitud de los satélites geoestacionarios (GEO).
• Atracción del Sol y la Luna: Esta atracción causa variaciones en la inclinación, especialmente en los satélites GEO.
• Presión de la radiación solar: Su principal efecto es modificar la excentricidad de la órbita, que evoluciona con un período de un año. Los satélites en órbitas bajas también se ven afectados.
• Rozamiento aerodinámico: Reduce el semieje mayor debido a la pérdida de energía en la órbita. Una órbita circular se mantiene, pero pierde altitud y aumenta su velocidad.

Efectos de las perturbaciones en órbitas GEO

• Desplazamiento Este-Oeste: Desplazamiento en el plano Este-Oeste respecto a la posición nominal (punto fijo en el cielo) debido a la modificación de la distancia radial.
• Desplazamiento Norte-Sur: Desplazamiento en la dirección Norte-Sur con respecto al plano ecuatorial.
• Modificación de los parámetros orbitales: Modificación del semieje mayor (a), la excentricidad (e) y la inclinación (i), lo que hace que la órbita deje de ser geoestacionaria.