Las exploraciones del espacio

Konstantin Tsiolkovski, precursor de la astronáutica, resumió el impulso hacia la exploración del espacio con una frase concisa: «La Tierra es la cuna de la mente, pero uno no puede vivir en la cuna para siempre». Este aserto de Tsiolkovski viene a reconocer en el ser humano un espíritu de descubrimiento innato que le motiva continuamente a ampliar los horizontes de sus conocimientos y de su entorno vital.

Según los expertos, la especie humana actual surgió hace más de 200.000 años en las sabanas de África. Desde aquel hábitat primordial, oleadas sucesivas de grupos humanos partieron en todas direcciones para poblar la totalidad de los continentes. Primero a pie, después con la ayuda de animales de carga o sobre carromatos, con frágiles embarcaciones que fueron ganando en tamaño y seguridad y, finalmente, con vehículos autopropulsados, domeñó la práctica totalidad de la superficie terrestre apta para su desarrollo.

Este avance continuo experimentó periodos puntuales de mayor impulso, siempre en pos de ampliar la capacidad de recursos y de satisfacer la insaciable curiosidad de la especie. Modernamente, la colonización de América por los europeos y la época de los grandes descubrimientos geográficos ofrecen ejemplos esclarecedores sobre la dinámica y las consecuencias de estos notables movimientos de población.

Actualmente, el anhelo de expansión de la especie humana apunta a un nuevo objetivo: el espacio exterior. Aunque costoso y complicado, este proceso se inició con entusiasmo a mediados del siglo xx con un doble objetivo sustancial: ampliar las fronteras habitables de la especie y continuar con la incesante búsqueda de recursos.

Tabla 1. Cronología esencial de la exploración del espacio.

Camino del espacio

La exploración del espacio consiste en una indagación del entorno exterior a la atmósfera terrestre mediante vehículos fabricados por el hombre. Desde los inicios de la especie, el ser humano ha extendido continuamente los horizontes de su hábitat. A partir de la segunda mitad del siglo xx, este empuje descubridor le ha llevado más allá de la atmósfera, primero con lanzamientos de cohetes y satélites no tripulados y después con viajes a la Luna y los planetas hasta los límites exteriores del Sistema Solar. La tabla 1 ofrece un resumen de los principales acontecimientos de esta vertiginosa carrera.

En los inicios del siglo xxi el hombre había ya pisado el satélite lunar y enviado naves robóticas a la superficie de los planetas Marte y Venus y a satélites tan lejanos como Titán, la mayor luna de Saturno. Había indagado también en las entrañas de los cometas y los asteroides con sondas interplanetarias y situado en órbita multitud de satélites artificiales, telescopios de observación astronómica y sondas científicas con el propósito de profundizar en los secretos del espacio y de la propia Tierra.

En estas empresas, las maniobras de lanzamiento y de reentrada en la atmósfera plantean retos científicos y tecnológicos de indudable dificultad. En la primera mitad del siglo xx se disponía ya de conocimientos teóricos suficientes para comprender la esencia física de estos procesos. No obstante, fue preciso el desarrollo de los cohetes impulsados por combustible líquido para lanzar un objeto artificial con la altura y velocidad necesarias para que no volviera a caer sobre la superficie.

Ciencia, ingeniería y política se aliaron para impulsar definitivamente los proyectos espaciales tras el fin de la Segunda Guerra Mundial. Derrotada Alemania y destruido o confiscado su arsenal militar, sólo los Estados Unidos y la Unión Soviética contaban con la tecnología y los recursos necesarios para construir cohetes balísticos de la potencia necesaria. Otros países tecnológicamente avanzados hubieron de aguardar varias décadas para sumarse a la vanguardia de la carrera aeroespacial. Así, tras una fase de enfrentamiento político y militar, se respira en la actualidad un espíritu de mayor cooperación materializado en varios proyectos multinacionales de gran envergadura, como la Estación Espacial Internacional (iss, por sus siglas en inglés).

La Estación Espacial Internacional, o ISS, es uno de los mayores proyectos de investigación espacial de carácter multinacional. Las imágenes recogen dos aspectos de sendas recientes instalaciones en ella: lanzamiento del Zvezda, módulo que se acopló en 2000 a la ISS, y fotografía tomada desde la propia estación de la instalación del módulo Strella 1 en 2002.

La Estación Espacial Internacional, o ISS, es uno de los mayores proyectos de investigación espacial de carácter multinacional. Las imágenes recogen dos aspectos de sendas recientes instalaciones en ella: lanzamiento del Zvezda, módulo que se acopló en 2000 a la ISS, y fotografía tomada desde la propia estación de la instalación del módulo Strella 1 en 2002.

A continuación se hará un breve repaso de los grandes tipos de proyectos que se han acometido en el marco de esta disciplina.

Del satélite artificial a las estaciones espaciales en órbita

El primer éxito resonante de la astronáutica correspondió a la misión soviética Sputnik 1, que puso en el espacio al primer hombre, Yuri Gagarin. Esta misión había estado precedida por otras anteriores de vuelos experimentales, primero mediante astronaves robotizadas de funcionamiento automático y después con animales a bordo, incluidos mamíferos como monos y perros.

En aquellos primeros momentos no se conocía la respuesta de los organismos superiores a las especiales condiciones del entorno espacial. La pérdida de la pesantez, dada la disminución del campo gravitatorio terrestre al alejarse más de 100 km de su superficie, tiene efectos biológicos, médicos e incluso psicológicos que era preciso comprobar. Aunque los astronautas cuentan con una preparación física y mental extraordinaria, el ambiente en el que habían de introducirse exigía todo tipo de precauciones. El estudio de este fenómeno concentró una parte importante de los esfuerzos de estos primeros vuelos experimentales.

Desde que comenzaron a ponerse en órbita, los satélites artificiales han proporcionado imágenes tanto del espacio como de la propia Tierra. La fotografía muestra una fotografía tomada por satélite de la península de Florida y la isla de Cuba.

Más adelante, aparte de los satélites artificiales puestos en órbita con diversos fines, la astronáutica evolucionó en grado suficiente para enviar naves a la Luna y los planetas cercanos. Las primeras de estas naves eran máquinas robotizadas que actuaban como sondas de exploración para ensayar los modos de «asirse» a las órbitas de los planetas y de rodearlos a la vez que tomaban fotografías y mediciones de los mismos, o incluso de aprovechar el impulso de su campo gravitatorio y reencaminarse hacia lugares más alejados del Sistema Solar.

Paralelamente, se desarrollaron técnicas de presurización de las cabinas y los trajes de los astronautas que les permitieran no sólo viajar a bordo de las naves espaciales, sino incluso abandonarlas para efectuar reparaciones en las mismas, acoplamientos con otras naves o incluso, como en el caso de los Apolo, paseos por la superficie lunar. El envío de hombres al espacio exigía una tecnología útil para propulsar las naves fuera de la atmósfera y medios seguros de hacerlas volver indemnes a la Tierra.

En un principio, los daños sufridos por las astronaves que se recuperaban de vuelta a la Tierra eran tales que las dejaban inservibles para futuras misiones. Un siguiente paso consistió en diseñar naves espaciales reutilizables, como los transbordadores espaciales estadounidenses Enterprise, Challenger, Discovery, Atlantis y Columbia. El primero de ellos fue lanzado al espacio en 1981, en la celebración del vigésimo aniversario del histórico primer vuelo de Gagarin. Estos vehículos se diseñaron según un fundamento de despegue vertical, acoplados a un cohete de lanzamiento, y de aterrizaje sobre una pista al modo de un avión convencional.

Varios accidentes mortales (el Challenger en 1986 y el Columbia en 2003) y numerosos incidentes pusieron en riesgo la viabilidad de estos transbordadores, que en los inicios del siglo xxi resultaban esenciales para el éxito de otra gran empresa aeronáutica en curso: la Estación Espacial Internacional. Tales transbordadores y los cohetes rusos Soyuz eran imprescindibles para elevar los módulos de esta estación hasta su órbita terrestre, transportar a las tripulaciones de relevo y abastecer de víveres, repuestos e instrumental científico a los astronautas en órbita.

De este modo, la aventura espacial ha estado repleta de éxitos muy notables, salpicados de fracasos sonoros y accidentes trágicos. La ingente financiación necesaria para mantener sus programas ha suscitado a veces críticas en las poblaciones que los sostienen y ciertas vacilaciones en las autoridades políticas. Como respuesta, los defensores de la exploración espacial aducen que esta actividad reporta ventajas directas para la humanidad en su conjunto: al ampliar las fronteras del conocimiento y favorecer la experimentación científica promueven, en definitiva, una mejora en la calidad de vida de los seres humanos.

Propulsión, lanzamiento y aterrizaje

Las naves espaciales son máquinas preparadas, evidentemente, para el vuelo. Sin embargo, presentan particularidades propias que las diferencian de los aviones que se desplazan dentro de la atmósfera. Estas naves inician su viaje con una fase de propulsión y lanzamiento, seguida de la toma de rumbo (por ejemplo, en las sondas interplanetarias) o de órbita (en los satélites artificiales o estaciones orbitales) y, en la fase final y en los casos pertinentes, la reentrada en la atmósfera y el aterrizaje.

Las técnicas de presurización aplicadas a los trajes de los astronautas permitieron que éstos pudieran abandonar las naves. Durante los diversos proyectos Apolo, por ejemplo, los tripulantes pisaron el suelo lunar, como se muestra en la fotografía correspondiente a la misión Apolo 16.

La propulsión está garantizada por medio del uso de cohetes de combustible sólido o líquido. En esta etapa pueden utilizarse varias fases, cada una con su combustible propio, de manera que, al agotarse, la fase se separa del cohete y facilita un reimpulso del mismo. El lanzamiento de una astronave es una operación compleja que se inicia desde plataformas específicas donde se ubican y examinan cuidadosamente tanto las naves como los cohetes. Es muy importante que la magnitud de propulsión sea la necesaria para dotar a la nave de la velocidad de escape del campo gravitatorio terrestre y facilitar su posterior puesta en órbita o rumbo hacia su destino.

Desde la década de 1980 comenzaron a emplearse vehículos espaciales con posibilidad de reutilización para varias misiones. En su despegue, estas naves se acoplaban a un cohete de lanzamiento, como puede apreciarse en la fotografía de una de las salidas del transbordador Atlantis.

Cuando es necesaria la recuperación de la nave, bien por llevar tripulación o por aportar muestras o material valioso a la Tierra desde el destino de su misión, la operación de reentrada en la atmósfera y de aterrizaje conlleva una problemática especial. En la práctica, la capa atmosférica actúa como un medio elástico para las naves que regresan del espacio anterior: si entran en la misma con un ángulo demasiado plano, podrían rebotar contra ella; si el ángulo es excesivamente vertical, se calentarían en exceso y podrían llegar a destruirse.

Para facilitar la maniobra de reentrada en la atmósfera es preciso ralentizar la nave y corregir su ángulo de incidencia. Además, se han diseñado estructuras externas de protección con materiales especiales que actúan como un escudo térmico de protección. En los transbordadores y lanzaderas espaciales estos escudos están constituidos por chapas de cerámica soldadas al fuselaje.

Maniobra de aterrizaje de una misión del transbordador Columbia. El sistema de frenado en tierra se potencia con la utilización de paracaídas.

Finalmente, el acceso de estas astronaves a la superficie adopta varias formas. Una muy común en naves poco gobernables consiste en dejarlas caer sobre el océano, como sucedía en las misiones Apolo. Esta solución amortigua el impacto, pero exige la estrecha cercanía de unidades navales para recoger a la tripulación. En cambio, las astronaves soviéticas recuperadas aterrizan en tierra firme y los transbordadores espaciales estadounidenses utilizan las pistas de diversas instalaciones militares del país.