Cohetes espaciales: así despegan las naves que nos llevarán a la luna y más allá

Los cohetes espaciales son uno de los ejemplos más claros del progreso humano. Gracias a estas obras de ingeniería se han podido recabar datos de incalculable valor sobre el espacio y los límites que rigen la realidad. Sin embargo, las lanzaderas espaciales aún no están a la altura de la ciencia ficción, pero siguen desarrollándose cada vez más. A continuación, todos los datos que debe saber sobre ellas:

Teoría básica: ¿Qué es un cohete?

Ya que el término cohete se emplea de manera indistinta en tantas áreas de la ingeniería mecánica, balística y aeroespacial, conviene hacer una aclaración. Un cohete es un vehículo que se impulsa a través de un motor cohete, es decir, un motor que expulsa una gran cantidad de masa hacia una dirección para moverse en sentido contrario, aprovechando la fuerza ejercida.

La mayoría de los cohetes aprovechan procesos de ignición en sus motores, casi siempre a base de gases de combustión.

Cohetes espaciales y sus funciones

Un cohete espacial es un vehículo capaz de llevar una carga a la órbita terrestre o hacia el espacio exterior. Muchos de estos vehículos acaban su vida útil al dejar su carga en el espacio, por lo que también son conocidos como lanzaderas, lanzador, vehículos de lanzamiento espacial o vectores de cohetes.

Las lanzaderas forman parte de un sistema de lanzamiento espacial más grande donde se incluyen las bases de lanzamiento, el equipo logístico y demás estructuras.

Funcionamiento

El principio de funcionamiento es relativamente fácil de entender, aunque complejo de desarrollar y aplicar.

Una de las cámaras del cohete, conocida como la recámara de ignición, alberga una gran cantidad de combustibles y oxidantes. Al realizar el proceso de ignición, estos generan gases que comienzan a expandirse dentro de la recámara generando una gran cantidad de energía violenta resultante.

Todo el gas de ignición se deja escapar de manera controlada por un conducto el cual ejerce una gran fuerza sobre el cohete. Es la salida de estos gases la que provoca la propulsión.

Función de los cohetes espaciales

Los lanzadores espaciales tienen muchas funciones. En línea general, estos sirven para llevar sondas al espacio, posicionar satélites artificiales, ubicar naves espaciales en la órbita y asistir a los astronautas en su ascenso hasta una estación espacial o el objetivo concreto de su misión.

Los cohetes no son naves espaciales en sí mismos. Es decir, que no pueden navegar y recorrer el espacio como lo hacen los cohetes espaciales animados.

Partes de un cohete espacial

No todos los cohetes espaciales son iguales, pero podemos distinguir algunas partes básicas en la mayoría de ellos. Todo cohete tiene:

Carga significativa

Todo cohete tiene una carga significativa que se encuentra en la punta superior del vehículo y contiene a los equipos que se pretenden llevar al espacio exterior.

La carga significativa suele ser muy pequeña en comparación con la totalidad del lanzador.

Aquí se encuentra la tripulación, los satélites, las naves espaciales, los vehículos de navegación espacial, los módulos de servicio, algunos estabilizadores, reservas adicionales de combustible y el módulo térmico de calentamiento junto a la cápsula de salida.

El módulo térmico suele dejarse al cruzar la atmosfera, ya que este sirve para resistir el paso una primera vez.

Secciones de combustión

El resto del cohete alberga los tanques de combustible, que pueden ser diferentes mezclas de compuestos químicos encargados de provocar las potentes reacciones que propulsarán el vehículo hacia el espacio. Usualmente un combustible y un comburente.

A medida que el lanzador espacial se eleva y las secciones inferiores se vacían, van perdiendo utilidad y entorpecen el vuelo, por lo que son liberadas como desecho.

Algunos cohetes no poseen tanques extendidos, aunque el principio de desecho de carga es casi siempre el mismo.

A las partes desechables del cohete se les llama “etapas”. Un cohete puede ser de una, dos o tres etapas.

Historia de los cohetes espaciales

Si rastreamos el uso y aplicación de los cohetes, como herramientas o como vehículos, podemos fácilmente adentrarnos en una historia de data de hace más de dos mil años en el pasado. Aunque sea difícil realizar un resumen detallado y a profundidad al mismo tiempo, ciertamente podemos dividir esta evolución del cohete rumbo a las aplicaciones espaciales en tres etapas:

Desarrollos primitivos del cohete

Los primeros cohetes fueron desarrollados en China, aproximadamente en el siglo I después de Cristo.

Aunque no hay una forma de atribuirle este descubrimiento a una persona en particular, los registros sugieren la existencia de fuegos artificiales antiguos, empleados como parte esencial de las celebraciones y festivales. Estos dispositivos cumplen con la teoría general de los cohetes modernos.

Si flexibilizamos un poco más la escala, podemos mencionar a Arquitas de Tarento. Este filósofo griego fue capaz de diseñar, 400 a.C., un ave de madera capaz de mantenerse en el aire de manera autónoma utilizando presión de vapor.

La de Arquitas, sería la primera evidencia antigua de un cohete. Aunque la versión china era más sofisticada y acercada a la versión moderna.

Los primeros diseños que inspiraron el futuro

China fue famosa por la fabricación de sus sofisticados cohetes. Con el tiempo, no se tardaron en aplicarlos a nivel militar y las grandes potencias imitaron sus descubrimientos.

Así comienza una larga carrera balística para el cohete, antes de que el ser humano se planteara siquiera el objetivo realista de ir al espacio.

Un poco antes de iniciar la Segunda Guerra Mundial (o en proceso) científicos como Konstantin Tsiolkovsky, Robert Goddard y el alemán Hermann Oberth ya estaban sentando las primeras bases de los viajes espaciales.

Por su parte, Tsiolkovsky diseñó las primeras fórmulas matemáticas relacionadas con los cálculos de vuelo, basándose en la masa y la velocidad estimada de los cohetes. Así como cientos de trabajos científicos relacionados a los viajes al espacio.

Goddard desarrolló los primeros modelos reales de cohetes con potencial espacial e incentivó el desarrollo de tecnología en esta área. Mientras que Oberth descubriría cómo hacer un cohete espacial por fases factible.

Finalmente, el cohete A4 se lanzó por primera vez en 1942. Siendo el primer equipo de tecnología en dar un vuelo suborbital.

Los cohetes espaciales

Siguiendo con la línea de tiempo de los cohetes espaciales, al terminar la Segunda Guerra Mundial, las potencias alrededor del mundo se embarcaron en una lucha por demostrar su superioridad, en este caso, proponiéndose un hito histórico: Conquistar el espacio.

La llamada Carrera Espacial inicia con el lanzamiento de la Sputnik 1, el primer satélite artificial de toda la historia perteneciente a la Unión Soviética, el mayor creador de naves espaciales en los 60.

Esto inició una fricción silenciosa entre Estados Unidos y la URSS por el posicionamiento tecnológico. Motivados por los logros de sus adversarios, E.E.U.U. lanza el satélite Explorer 1 poco tiempo después.

Años más tarde comenzarían los primeros vuelos de animales, iniciando con Laika, por parte de los soviéticos; contestado con Ham, el primer mono en ir y volver del espacio, por parte de Estados Unidos.

Esto continúo hasta que, finalmente, Yuri Gagarin se convierte el primer ser humano en llegar al espacio, a bordo del primer cohete espacial tripulado exitoso, la nave soviética Vostok 1, seguido de Alan Shepar, 23 días después por parte de USA.

A partir de entonces los cohetes siguen perfeccionándose para conseguir hitos cada vez más ambiciosos, como el Apolo I que llevó al primer hombre a la luna o las primeras fotos de cohetes espaciales traídas por el Voyager 1.

Tipos de cohetes y sus nombres

Existen múltiples tipos de cohetes espaciales. Estos varían dependiendo de sus características físicas y del tipo de uso que se les dará.

Con respecto a su arquitectura de propulsión:

Dependiendo del tipo de la distribución de las fases tenemos:

• Cohetes monolíticos: Estos cohetes poseen una única fase. Es decir, todo el tanque de combustible que sirve para el despegué inicial es desechado por completo en una sola pieza.
• Cohetes multi-fases: Desecha partes de su sistema de propulsión a medida que asciende.

Con respecto a su arquitectura de combustible:

Dependiendo del tipo o gestión de combustible tenemos:

• Cohetes de combustible líquido: Los combustibles y oxidantes se mezclan en la cámara de combustión a través de válvulas.
• Cohetes de combustible sólido: Los combustibles y oxidantes se encuentran ya mezclados dentro de la cámara de combustión.

Con respecto al tipo de carga que maneja:

Dependiendo de su objetivo de uso, en cuanto a carga útil se dividen en:

• Cohetes de carga pesada: Pueden cargar entre 20 mil y 50 mil kg hasta el exterior. El Ariane 5 y el Proton-M son dos nombres de cohetes famosos de esta categoría.
• Cohetes de carga súper pesada: Pueden cargar más de 50 mil kg al exterior. Algunos nombres de los cohetes espaciales de carga súper pesadas en desarrollo son el Falcon Heavy y el Vehículo de lanzamiento STI.

Con respecto a la durabilidad del modelo:

Según las veces que se pueda reutilizar el diseño tenemos:

• Cohetes de lanzamiento descartable: Están diseñados para realizar un único vuelo.
• Cohetes de lanzamiento reutilizable: Están diseñados para realizar más de un viaje durante su periodo de vida útil.

Apenas unas decenas de años han pasado desde que se desarrollaron los primeros cohetes espaciales. Ahora, se puede volar al espacio y regresar en las lanzaderas espaciales SpaceX de forma segura, con una frecuencia rentable que roza la factibilidad comercial. Tal vez, en algunos años más, las historias que hablaban de fantasiosos cohetes espaciales para niños dejen de serlo cuentos y se conviertan en realidad.