El tiempo aproximado que tarda un cohete en llegar al espacio es de 10 minutos, pero a nosotros solo nos tomará cinco minutos conocer su funcionamiento y algunos de los retos a los que se enfrentan. ¿Estas listo? ¡Empecemos! Los cohetes cuentan con tres partes principales: El motor, que genera el empuje para elevar la nave. Los tanques que almacenan el propelente, es decir el combustible y el oxidante que alimentan al motor y por último la carga útil, que puede ser una sonda o satélite para misiones no tripuladas o una nave espacial con astronautas, cuando la misión sea tripulada.
Aunque su descripción parece simple, elevar un objeto fuera del planeta es una labor monumental, que solo se puede lograr si los cohetes cuentan con una gran cantidad de propelente en su interior. ¿Te puedes imaginar esta cantidad? para que te des una idea, el Falcon 9 de SpaceX tiene una longitud de 70 metros y en su interior alberga una nave espacial, que llamamos carga útil y que mide 8.1 metros, si realizamos la resta de estas longitudes, nos encontramos con más de 50 metros disponibles para el almacenamiento de muchas toneladas de propelente, sin olvidar claro, que en este espacio también se encuentran otros elementos del motor.
¡Asombroso! Y es que escapar de la gravedad que ejerce la Tierra requiere muchísima energía, puesto que debemos mover grandes masas en muy pocos segundos a una altura que supere los 100 km. Esto nos lleva a plantear el primer reto: ¿Cual es la velocidad que requiere un cohete para salir al espacio? Primero necesitamos imaginarnos lanzando una pelota al cielo. Sabemos que en algún momento caerá al suelo por efecto de la gravedad, pero si de pronto la lanzáramos con tanta fuerza que alcance una velocidad de 11.2 km/s esta saldría disparada al espacio de manera que la gravedad de la Tierra ya no la afectaría y nunca más volvería caer al suelo, pero !ojo¡, ahora la pelota orbitaría alrededor del sol, este concepto se conoce como velocidad de escape y todos los cuerpos celestes tienen una distinta. Si estuvieras en la luna y quisieras escapar de su gravedad solo necesitas una velocidad de 2.38 km/s, mientras que en el caso de Marte tendrías que alcanzar una velocidad de aproximadamente 5.03 km/s.
Entendiendo este concepto ahora necesitas saber que para llegar al espacio no siempre hay que alcanzar esta velocidad ni escapar por completo de la gravedad que ejerce nuestro planeta, ya que en muchas misiones solo se requiere orbitar la Tierra, esto quiere decir que las naves salen de la atmósfera y llegan hasta el espacio pero no escapan de la fuerza de gravedad y su limitante es que no podrán conocer otros planetas o galaxias, sino que se encuentran atrapadas girando alrededor de nuestro planeta, en estas misiones basta con alcanzar y mantener velocidades aproximadas a los 7.8 km/s como en el caso de algunos satélites o de la Estación Espacial Internacional.
Ahora que sabes las velocidades que deben alcanzar estas astronaves, será más fácil comprender porque durante los lanzamientos observamos que al cabo de unos pocos minutos se desprenden algunos de sus componentes, de forma que al espacio solo llega la carga útil, pero nunca el cohete completo; no como lo vimos en la plataforma de lanzamiento. Empecemos por recordar que la mayor parte de la masa del cohete es propelente, esta masa en un principio se encuentra de manera líquida, sólida o en una combinación de ambas dentro de los tanques, pero mientras el cohete despega veremos como el propelente se transforma en unos pocos segundos, por reacción química, en un chorro de gas brillante que es expulsado de la nave para generar el empuje necesario que la eleve. Teniendo esta idea en mente, resulta necesario preguntarnos si los cohetes tienen más de un motor y que sucede cuando el propelente se termina. Bien, como seguro ya lo imaginaste se necesitan muchos motores para mover la nave y poder llevar algo de carga útil al espacio ¿pero cómo los distribuimos? ¡Adivinaste! En etapas. Una etapa cuenta con uno o varios motores y es en la primera donde encontraremos la mayor parte de ellos, esto se debe en gran medida al peso, debido a que el propelente se estará expulsando y los tanques se irán vaciando hasta el punto en que se haya consumido, cuando esto ocurre la primera etapa se desprende y la segunda comienza a propulsar la nave, contando con menos motores debido a que la masa que mueve es menor a la inicial, lo que le permite alcanzar una altura mayor de manera más sencilla que la primer etapa. Como ejemplo tenemos al Falcon 9 con 9 motores en su primer etapa y uno en la segunda, mientras el Saturn-V posee 5 en la primera y segunda etapa y uno en la tercera. Ahora bien, necesitamos acoplar todas las etapas en una sola nave, a la que llamamos cohete multietapa o lanzador espacial, pero descuida que tu puedes seguir diciéndoles simplemente cohetes.
(B): Etapa II acoplándose a etapa I, durante la misión Apolo 4, año 1967.
Imágenes: NASA/Archivo Apolo.
Si te preguntas qué es lo que sucede con las etapas una vez que se han desprendido, tienes que saber que hasta hace unos años eran desechables, haciendo que el costo para lanzar un cohete fuera muy alto debido a que se tenían que fabricar todos los componentes para cada nuevo lanzamiento. Esto dio un giro cuando se recuperó la primer etapa del cohete Falcon 9 y se pudo reutilizar en otras misiones, esto significa un gran avance, debido a que se disminuyen los costos en los lanzamientos haciendo más cercano el sueño del turismo espacial.
Algunos otros cohetes famosos son: el Soyuz de 2 etapas, que pertenece a Rusia y que ha servido para llevar a muchos astronautas hasta la Estación Espacial Internacional, así como el Ariane 5 operado por la Agencia Espacial Europea y que cuenta con 2 etapas.
Todo lo mencionado anteriormente resulta muy interesante porque solo hasta este momento nos podemos imaginar lo complejo que resultar diseñar y construir un cohete para llevar cosas al espacio. Aún faltan muchos otros misterios que resolver sobre el funcionamiento de estas naves, pero lo dejaremos para un nuevo artículo.
Escrito por: Ana C. Vázquez S.
Imagen de portada: Despegue del Saturn-V para la misión Apollo IV.