Rumbo al cosmos (29 page)

Veamos cómo se traduce esto en una comparación entre avión y cohete: un avión comercial suele volar a unos 800 km/h; en cambio, un satélite en una órbita circular de 200 km lleva una velocidad de 28000 km/h. Traducido en términos energéticos, la diferencia es de… ¡1225 veces superior!

Imagen: Las enormes necesidades energéticas de las misiones espaciales obligan a utilizar gigantescos mastodontes llenos de combustibles como lanzadores. En la imagen, el Saturn V, de 110 metros de altura, el cohete encargado de enviar al hombre a la Luna. (
Foto: NASA
)

Cuestión de velocidades y de masas

En resumen, entre un avión comercial y un vehículo en órbita a 200 km de altura tenemos una diferencia de 20 veces en energía potencial, y 1225 veces en energía cinética; en total, resulta que se necesita 1245 veces más potencia para ir al espacio que para volar. Pero quizás la conclusión más importante de esta comparativa es que la contribución de la energía potencial es mínima en términos relativos: lo realmente costoso es acelerarlo, no subirlo.

Aún así, cualquiera firmaría ahora mismo porque el viaje espacial fuera “sólo” 1200 veces más costoso que el vuelo en avión. Porque la realidad es que, en términos económicos, lo es mucho más. Y lo cierto es que os hemos engañado un poco, y en términos energéticos la diferencia también es superior a esas 1200 veces que acabamos de obtener.

Lo que hemos hecho aquí es una comparativa excesivamente simplificada, en la que estamos contemplando la energía necesaria para colocar un objeto de un peso dado en vuelo atmosférico o en órbita alrededor de la Tierra, pero sin considerar el vehículo que debe transportarlo. Pero para suministrar esa energía, hay que aportar combustibles que irán en el vehículo, lo cual supone más peso, un peso adicional que también hay que elevar y acelerar. Debido a la gran diferencia energética entre ambas misiones, el peso de combustible para la misión orbital será al menos mil veces superior al de la misión atmosférica; pero como ese combustible también hay que elevarlo y acelerarlo durante buena parte de la trayectoria, necesitaremos más combustible adicional sólo para ello, con lo que entramos en un círculo vicioso que hace que la diferencia real entre una misión y otra sea enormemente superior a esas 1200 veces obtenidas cuando consideramos únicamente el objeto final, y no su vehículo.

Aún así, el combustible es barato en comparación con lo que cuesta el vehículo propiamente dicho. A nadie se le ocurriría utilizar un avión para un solo vuelo, y en realidad eso es exactamente lo que hacemos con cada misión espacial: enormes y complejísimos vehículos con las más modernas tecnologías son convertidos en chatarra con el único objetivo de poner a su pasajero en órbita alrededor de la Tierra. No es de extrañar que el sueño de alcanzar un lanzador espacial completamente reutilizable (y que no requiera ser prácticamente revisado pieza a pieza tras la misión) siga siendo la panacea de cara al abaratamiento del acceso al espacio, aunque la experiencia del Space Shuttle haya demostrado que no es tarea fácil.

En cualquier caso, y por mucho que avance la tecnología y por mucho que se empeñen los soñadores futuristas, volar al espacio nunca será, ni de lejos, tan sencillo como volar en avión: las leyes de la física no cambiarán por mucho que nos esforcemos.

Muchos años antes de que la era espacial se hiciera realidad, ya se pensaba que el futuro de los viajes espaciales se basaría en el concepto de avión espacial: un vehículo con forma de avión que despegaría y aterrizaría de forma convencional, pero con capacidad para viajar también por el espacio. En la actualidad, a pesar de múltiples planes fallidos, el avión espacial aún se considera el Santo Grial de la exploración espacial, a menudo semioculto bajo las siglas SSTO.

En este acrónimo se encierra una aparente contradicción con lo que ha venido siendo el diseño de los lanzadores espaciales desde el Sputnik hasta nuestros días. La idea del “
Single Stage To Orbit
”, o llegar a la órbita y volver con un vehículo íntegro, va en contra del concepto de lanzador por etapas en el que se va liberando masa muerta durante el ascenso para así aligerar el vehículo. Parece, por tanto, un paso atrás en este sentido. Sin embargo, no debemos olvidar que el lanzador por etapas casi puede considerarse desechable por definición, dada la dificultad que supone hacer que todas esas etapas desechadas retornen intactas a la Tierra y sean recuperadas fácilmente. Si queremos tener un vehículo totalmente reutilizable, lo más sencillo (al menos en teoría) es diseñar un vehículo compacto, integral, que vuelva a la Tierra en la misma configuración que partió de ella. O, como mucho, que en la etapa inicial despegue ayudado por un avión nodriza. Es decir, estamos hablando de hacer un avión espacial.

En realidad, el concepto SSTO no implica necesariamente un diseño del tipo “avión espacial”, pues un vehículo de etapa única bien podría despegar y aterrizar también de forma vertical; pero en general, la mayor parte de los conceptos de este tipo de vehículos optan por una configuración tipo avión, por una razón muy sencilla: que las alas son una forma económica de ganar altura durante la fase atmosférica del vuelo con un consumo de propulsante tremendamente inferior al requerido por un ascenso vertical. Si la naturaleza nos ofrece gratis una fuerza ascensional sin más que añadir a nuestro vehículo unos apéndices llamados “alas”, a priori será más económico esto que utilizar la fuerza bruta para ascender en vertical impulsado por un chorro de gases; aunque diseñar un vehículo con alas capaz de resistir después las cargas de la reentrada, no es tan sencillo… Para soportar mejor la etapa más crítica de la reentrada en la atmósfera es mucho más fácil diseñar un cuerpo compacto que uno con alas, al ser más rígido y soportar por ello mejor los esfuerzos de las grandes deceleraciones a que se ve sometido el vehículo durante esta fase. Pero nadie dijo que hacer un avión espacial fuese fácil…

Respirando aire

Al igual que el concepto tipo avión suele ser una configuración muy común en los diseños SSTO, también lo es el hecho de aprovechar el oxígeno del aire para alimentar los motores durante las fases atmosféricas del vuelo, eliminando así la necesidad de tener que cargar con oxígeno líquido para esa etapa. Esto puede conseguirse sin más que incorporar al vehículo unos motores de reacción más o menos similares a los que equipan los aviones que conocemos, aunque tiene el inconveniente de tener que añadir este tipo de motores además de los motores cohete que más tarde se utilizarán para seguir impulsando al aparato en las fases más altas de su vuelo. Lo importante es que el peso de estos motores adicionales compense el ahorro que supone el no cargar con el oxígeno necesario para esa parte del vuelo (más la masa de los depósitos asociados).

Por otra parte, lo ideal es aprovechar la etapa atmosférica, con su oxígeno gratuito, para acelerar al vehículo a la máxima velocidad posible, y eso supone un grave problema para los turborreactores habituales; para operar a estas altas velocidades se requiere utilizar lo que se conoce en inglés como “scramjets”, o estatorreactores de combustión supersónica. Se trata de utilizar el concepto estatorreactor, una especie de tubo hueco sin partes móviles que, por efectos aerodinámicos, permite una compresión en su interior del aire que entra a alta velocidad por su toma delantera; a medio camino por el interior se procede a quemar combustible en el seno de este aire comprimido, con lo que los gases de la combustión salen a gran velocidad por la tobera posterior proporcionando empuje. Un concepto muy sencillo y conocido desde hace décadas, pero que se complica cuando se utiliza a muy altas velocidades, cuando el aire recorre el aerorreactor a velocidad supersónica por su interior. Mantener una combustión estable en estas condiciones no es nada fácil, y éste es un campo en el que en la actualidad se está investigando con interés en varios países, como Estados Unidos, Rusia o la India, por ejemplo.

De hecho, en la India se ha desarrollado un concepto que va aún más allá: no se trata sólo de utilizar el oxígeno atmosférico para alimentar los motores a reacción durante las primeras fases del vuelo, sino que podemos utilizar ese mismo oxígeno del aire para alimentar los motores cohete más adelante. ¿Cómo? Pues montando una pequeña fábrica de oxígeno líquido en el interior del vehículo. Así, el aparato despegaría sin un solo gramo de oxígeno líquido en sus depósitos; después, a gran altura, cuando ya se haya aligerado peso al haberse gastado buena parte del combustible durante el vuelo, se empezará a tomar oxígeno del aire, a licuarlo y a almacenarlo en los depósitos para utilizarlo después en el motor cohete. Si las máquinas encargadas de realizar la licuefacción son lo suficientemente livianas, ésta sería una buena forma de aligerar la masa al despegue y aumentar, por tanto, la eficiencia del sistema.

Múltiples aplicaciones

Sea cual sea la forma de llevarlo a la práctica desde un punto de vista tecnológico, lo que está claro es que el avión espacial tendría múltiples aplicaciones, siempre que se consiguiera el objetivo de hacerlo suficientemente económico, por supuesto.

Por una parte, tendríamos el uso espacial ya comentado, como paso adelante en la búsqueda del abaratamiento del acceso al espacio. Es decir, se trataría de dar un paso más allá del Shuttle, con un vehículo totalmente reutilizable (el Shuttle sólo lo es parcialmente, pues el depósito central se pierde en cada uso) y más económico. Dicha economía habría que buscarla principalmente a través de la reutilización total y de la utilización de esa etapa de propulsión atmosférica ya comentada; aunque, naturalmente, también habría que solucionar los grandes problemas que tiene hoy el Shuttle: sus tremendos costes de revisión y mantenimiento, y su fiabilidad.

Pero si pensamos en un “verdadero” avión espacial, su utilización como lanzador sería sólo una de las opciones posibles. Otra sería su uso justamente como eso, como avión hipersónico, para desplazarse a enormes velocidades de un punto a otro del planeta surcando no el aire, sino el espacio. Algo así como el Concorde pero llevado a su máxima expresión, un medio de transporte capaz de ir de Madrid a Tokio en un par de horas. El jet-lag sería de órdago, pero las ventajas, innegables.

Aunque quienes de verdad parecen mostrar un continuo interés hacia los “aviones espaciales” son los militares. Desde los orígenes del concepto hasta nuestros días, la posible utilización bélica de estos ingenios ha sido uno de los principales argumentos para mantener viva la idea. Desde el “Bombardero de América” de la Alemania nazi (rebautizado luego con el más políticamente correcto nombre de “Bombardero antipodal”, cuando sus creadores pasaron a trabajar con los aliados tras el fin de la guerra) hasta las posibles capacidades bélicas que los rusos temían pudiera tener el Space Shuttle, la posibilidad de elevar los grandes bombarderos estratégicos hasta fuera de la atmósfera terrestre, siempre ha estado en la mente de los altos mandos militares. Estos bombarderos orbitales mantendrían prácticamente la misma capacidad de respuesta rápida que los clásicos misiles intercontinentales, pero con varias ventajas adicionales: entre otras, la posibilidad de cambiar de órbita a mitad de camino, bien por una redefinición del objetivo a bombardear o, más útil aún, para engañar al enemigo o confundir sus sistemas de defensa; o también, la posibilidad de suspender el ataque en el último momento, por ejemplo.

También la observación y el reconocimiento sobre territorio ajeno resulta un buen argumento para que los militares defiendan un vehículo de estas características. Y es que, aunque estas tareas ya se llevan a cabo de forma bastante satisfactoria por parte de los llamados “satélites espía”, también es cierto que al país observado le puede resultar relativamente sencillo ocultar algunos de sus mayores secretos a estos ingenios espaciales, al ser perfectamente conocidas sus horas de paso en función de la órbita del satélite. Un avión espacial, sin embargo, puede llevar a cabo este reconocimiento desde el espacio sin aviso previo, en respuesta a una necesidad puntual, y con la capacidad comentada de cambiar de órbita “sobre la marcha” para así sorprender al enemigo.

Todas estas posibilidades civiles y militares, unidas a su teórica ventaja económica sobre vehículos espaciales convencionales, convierten al avión espacial tipo SSTO en lo que decíamos al comienzo: el Santo Grial de la astronáutica. Sin embargo, al igual que esta copa sagrada, su búsqueda se está convirtiendo en larga y, hasta ahora, infructuosa. Los motivos pueden ser variados, desde que la tecnología actual no esté preparada aún para dar respuesta a las complejas necesidades de este tipo de sistemas, siendo necesaria mucha más investigación en ciencia y tecnología básicas antes de poder dar el paso, hasta que se esté enfocando el problema desde puntos de vista equivocados o erróneos. Pasando por motivos mucho más prosaicos, como que muchos proyectos han arrancado para luego desaparecer de nuevo sometidos a los vaivenes políticos o presupuestarios. A pesar de todo, a lo largo de las últimas décadas casi siempre ha habido algún proyecto de “avión espacial” o similar sobre las mesas de los ingenieros espaciales de medio mundo, una situación que aún persiste a día de hoy. En un próximo artículo daremos un repaso a los más importantes de estos proyectos.