Aprende sobre cohetes y lanzamientos

Desde que se inventó la pólvora en China hace más de siete siglos, se han enviado cilindros al espacio con ayuda de explosiones controladas. Estas naves y sus motores, llamados cohetes, han sido utilizados para hacer fuegos artificiales, señales de alarma y armas de guerra.
Pero desde la década de 1950, los cohetes también nos han permitido poner robots, animales y personas en órbita alrededor de la Tierra, e incluso más allá.

¿Cómo funcionan los cohetes?

Por más tentadora que sea la lógica, los cohetes no actúan "empujando el aire", ya que también funcionan en el vacío del espacio. Más bien, los cohetes utilizan el movimiento de un objeto o la potencia que tiene un objeto en movimiento.

Si, sobre un grupo de objetos, no actúa ninguna fuerza externa, la cantidad de movimiento combinado del grupo debe permanecer constante a lo largo del tiempo. Imagina que estás parado en una patineta sosteniendo una pelota de básquet. Si lanzas la pelota en una determinada dirección, tú y la patineta rodarán en la dirección contraria para conservar la cantidad de movimiento. Cuanto más rápido lances la bola, más rápido rodarás en la dirección opuesta.

Los cohetes funcionan expulsando el escape caliente que actúa de igual modo que la pelota. Las moléculas del gas de escape no pesan mucho individualmente, pero salen de la boquilla del cohete muy rápido, lo que les da un gran impulso. Como resultado, el cohete se mueve en la dirección opuesta del escape con el mismo empuje total.

Los cohetes producen escape quemando combustible en un motor. A diferencia del motor a reacción de los aviones, los cohetes están diseñados para funcionar en el espacio: no tienen tomas de aire y traen sus propios oxidantes, sustancias que cumplen el papel del oxígeno en la quema de combustible. El combustible y el oxidante de un cohete – o propelente – pueden ser sólidos o líquidos. Los propulsores laterales del Transbordador espacial utilizaban propelentes sólidos, mientras que muchos cohetes modernos usan propelentes líquidos.

¿Cuáles son las etapas de un lanzamiento de cohete?

Los cohetes grandes con destino al espacio hoy tienen al menos dos etapas, y las secciones van apiladas en un armazón cilíndrico compartido. Cada etapa tiene sus propios motores y puede haber un número diferente de estos: la primera etapa del cohete Falcon 9 de SpaceX tiene nueve motores, mientras que la primera etapa del cohete Antares de Northrop Grumman tiene dos.

La primera etapa de un cohete saca al cohete de la atmósfera inferior, a veces con la ayuda de refuerzos laterales adicionales. Dado que la primera etapa debe levantar el cohete entero, la carga (o carga útil) y todo el combustible no utilizado, es la sección más grande y potente.

Cuanto más rápido vaya un cohete, mayor resistencia al aire encontrará. Pero cuanto más alto viaje, más delgada será la atmósfera. Si tenemos en cuenta estos dos factores, podemos decir que, a lo largo de un lanzamiento, la tensión de un cohete aumenta y luego disminuye, y llega a alcanzar una presión máxima conocida como max Q. Para el Falcon 9 de SpaceX y el Atlas V de United Launch Alliance, el punto max Q ocurre entre los 80 y 90 segundos después del despegue, en altitudes de entre 11 y 14 km.

Una vez concluida la primera etapa, el cohete enciende la segunda etapa. En esta etapa hay mucho menos que transportar, y no hay que atravesar el grosor de la atmósfera baja, por lo que generalmente cuenta con un solo motor. También es en esta etapa donde los cohetes sueltan el carenado, la tapa puntiaguda en la punta del cohete, que protege la carga (carga útil) durante la primera fase del lanzamiento.

Históricamente, la mayoría de las partes descartadas de un cohete se soltaban, caían a la Tierra y acababan quemándose en la atmósfera. Pero a partir de la década de 1980 con el transbordador espacial de la NASA, un grupo de ingenieros diseñó piezas de cohetes recuperables y reutilizables. Hay compañías privadas, como SpaceX y Blue Origin, que incluso construyen cohetes con las primeras etapas que vuelven y caen en la Tierra. Cuanto más se puedan reutilizar las partes de un cohete, más económicos serán los lanzamientos.

¿Cuáles son los diferentes tipos de cohetes?

Así como existen muchas formas y tamaños de automóviles, también existen distintos tipos de cohetes, según la función que cumplan.

Los cohetes sonda se lanzan bien alto con arcos balísticos, y están en el espacio de 5 a 20 minutos antes de volver a la Tierra. Se utilizan principalmente para experimentos científicos que no requieren gran permanencia de tiempo en el espacio. Por ejemplo, la NASA usó un cohete sonda en septiembre de 2018 a fin de probar paracaídas para futuras misiones a Marte. 

Los cohetes suborbitales, como el New Shepard de Blue Origin, son lo suficientemente fuertes como para permanecer en el espacio por un tiempo determinado, ya sea para experimentos científicos o para el turismo espacial. Los cohetes de clase orbital tienen potencia suficiente como para poner objetos en órbita alrededor de la Tierra. Según el tamaño de la carga útil, también pueden lanzar objetos más allá de la Tierra, por ejemplo, sondas científicas (o automóviles deportivos).

Para llevar satélites a una órbita o más allá de esta, se requiere de una potencia extrema. Un satélite sólo permanecerá en una órbita circular a 800 km de la superficie de la Tierra, si acelera a más de 27000 km por hora. Durante las misiones Apollo, el cohete más poderoso de todos, Saturn V, puso más de 13600 kg de carga útil en órbita terrestre baja.

Por ahora, el Falcon Heavy de SpaceX y el Delta IV Heavy de United Launch Alliance son los cohetes más potentes del mundo, pero se están construyendo otros aún más grandes. Una vez que el Space Launch System (Sistema de Lanzamiento Espacial) de la NASA supere las demoras y costos excesivos, será el cohete más potente que jamás se haya construido. Mientras tanto, el SpaceX está creando una versión de prueba del Starship, enorme cohete anteriormente conocido como BFR (Big Falcon Rocket). Rusia también ha anunciado su objetivo de lanzar un “súper cohete" en 2028.

Mientras que algunos fabricantes de cohetes se hacen cada vez más grandes, otros se resisten a crecer para dedicarse a atender el auge de los satélites de fabricación económica, de un tamaño similar al de un refrigerador. El cohete Electron de Rocket Labs puede poner pocos cientos de kg en órbita de la Tierra baja, pero dado el tamaño pequeño de los satélites que transporta, no necesita mucho más.

¿Qué es una plataforma de lanzamiento?

Una plataforma de lanzamiento es una plataforma desde donde se lanza un cohete. Se encuentran en instalaciones denominadas complejos de lanzamiento o puertos espaciales. 

Una plataforma de lanzamiento típica cuenta con una plataforma y una estructura de soporte, un armazón metálico donde se apoya el cohete de forma vertical antes del lanzamiento. La matriz de cables del soporte proporciona la potencia, líquidos refrigerantes y propelente de relleno necesarios. La estructura también ayuda a proteger el cohete de las radiaciones.

Los diferentes complejos de lanzamiento utilizan distintas formas de colocar los cohetes en las plataformas. En el Kennedy Space Center (Centro Espacial Kennedy) de la NASA, el transbordador espacial se montó verticalmente y se llevó a la plataforma de lanzamiento en un crawler, un transporte de oruga utilizado para mover cohetes. El programa espacial ruso transporta los cohetes de forma horizontal en trenes, y una vez en la plataforma, los colocan en posición vertical.

Las plataformas de lanzamiento también tienen características para minimizar daños. Cuando un cohete se enciende por primera vez, las válvulas que recubren la plataforma de lanzamiento disparan al aire cientos de miles de chorros de agua en torno al escape, lo que ayuda a disminuir el ruido ensordecedor del cohete. Las trincheras debajo de la plataforma de lanzamiento conducen el escape del cohete hacia afuera y lejos de la nave, para que las llamas no envuelvan al cohete.

¿Dónde se lanzan los cohetes?

Hay muchos sitios de lanzamiento en todo el mundo, cada uno con sus ventajas y desventajas. En general, cuanto más cerca esté un sitio de lanzamiento del ecuador, más eficiente será. Esto se debe a que, a medida que el planeta gira, el Ecuador se mueve más rápido que los polos de la Tierra. Para los sitios de lanzamiento en latitudes más altas, es más fácil poner satélites en órbitas que pasen por los polos.

Entre 1957 y 2017, 29 puertos espaciales colocaron satélites o humanos en órbita. Muchos de los sitios aún están activos, incluidas las únicas tres instalaciones que han puesto personas en órbita. Y se están por implementar más puertos espaciales, tanto públicos como privados. En 2018, la firma estadounidense de Nueva Zelanda Rocket Labs puso en órbita satélites que fueron lanzados desde su propia plataforma privada en la península Mahia de Nueva Zelanda.

¿Dónde puedo ver un lanzamiento de cohete?

En los Estados Unidos, el Kennedy Space Center de la NASA suele ofrecer acceso a los turistas. La Wallops Flight Facility (Centro de vuelo Wallops) de la NASA en Virginia también permite observarlos. El puerto espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) en la Guayana Francesa está abierto para quien quiera visitarlo, pero recomienda anotarse con antelación. Los turistas pueden visitar el Cosmódromo de Baikonur de Kazajstán, el centro de los programas espaciales soviéticos y rusos, pero únicamente reservando un tour. Las instalaciones vigiladas. (Observa las imágenes de las aldeas cerca del cosmódromo de Plesetsk en Rusia, donde se recuperan cohetes descartados).

Si no puedes visitar un puerto espacial físicamente, no te preocupes: muchas agencias públicas y compañías privadas ofrecen transmisiones en vivo de sus lanzamientos.