AlemaniaLa historia completa de la tecnología del cohete es muy larga para cubrirla aquí. Entre la I y la II Guerras Mundiales, especialmente en los años 30, hubo activos clubs de entusiastas de los cohetes en Alemania, Estados Unidos, Rusia y otros países. Se diseñaron cohetes experimentales, se probaron, y algunas veces los hicieron volar. Algunos de los experimentos usaban combustible líquido, aunque también se desarrollaron cohetes de combustible sólido. En estos últimos, el combustible se quemaba gradualmente (como en los antiguos cohetes de pólvora), y el contenedor de combustible estaba presurizado, proporcionando el gas caliente directamente hacia la tobera De-Laval.
El semillero del estudio y uso de los cohetes fue
Alemania, donde Hermann Oberth, un rumano, promovió con pasión
la idea de los vuelos espaciales, aún cuando su tesis doctoral "El cohete en el espacio interplanetario" fue rechazado por la Universidad
de Heidelberg. Oberth era un miembro antiguo de la "Sociedad par los Viajes
Espaciales" (Verein fuer Raumschiffahrt ó VfR) formado en 1927.
En 1930 el VfR probó con éxito un motor de combustible líquido
con una tobera cónica que desarrollaba un empuje de 70 newtones
(unos 10 newtones elevan 1 kg). En 1932 volaban cohetes con motores de
600 newtones.
Denominado V-2 (arma de venganza 2) por el ejercito alemán, se enviaron cientos de ellos sobre Londres a finales de 1944, por ser un blanco lo suficientemente grande como para asegurar serios daños aún sin tener gran precisión. Debido a que estos misiles volaban mucho más rápido y más alto que cualquier aeroplano, los británicos no tenían forma de interceptarlos y bombardear sus bases de lanzamiento era también muy difícil, ya que los V-2 (como los misiles iraquíes en 1991) usaban lanzaderas móviles. El ataque solo paró cuando el ejercito alemán fue empujado más allá del alcance de los cohetes. Hoy en día se muestra un V-2 en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian Institution en Washington (foto de la derecha). En los Estados Unidos
Juntamente con Frank Malina, uno de sus estudiantes diplomados, Karmán comenzó el diseño y construcción de cohetes en el Caltech's Guggenheim Aeronautical Lab (sostenido por la familia Guggenheim, que también financió los trabajos de Goddard). Debido a que los cohetes tenían un dudosa connotación de "lejanía", prefirió referirse a sus trabajos como "propulsión a chorro". Por último, Karmán y Malina establecieron en Caltech un laboratorio dedicado a los trabajos de cohetes, el Jet Propulsion Laboratory (JPL); hoy en día el JPL es virtualmente una parte de la NASA, un gran laboratorio especializado en la exploración del sistema solar más allá de la Tierra. Otro estudiante distinguido de Karmán fue Hsue Shen Tsien, quien posteriormente volvió a China y ayudó a asentar el esfuerzo de su país en los vuelos espaciales. El grupo de Karmán construyó cohetes de combustible sólido y líquido. Durante la II Guerra Mundial uno de los problemas fue conseguir poner en vuelo hidroaviones de gran peso, Karmán y sus ingenieros resolvieron esto diseñando el cohete JATO, ó "Jet Assisted Take Off." Al principio quemaron una mezcla de brea y perclorato, un compuesto rico en oxígeno similar a los que usan los profesores de química en las demostraciones de clase para producir oxígeno: la brea era el combustible y el perclorato proveía el oxígeno. (Robert Goddard diseñó un cohete de combustible líquido JATO, pero no tuvo éxito. ) Posteriormente diseñó el "Private", de combustible sólido,
para uso militar, y uno mayor de combustible líquido, el “Corporal”.
Este último fue adaptado para la investigación a gran altura
como "WAC Corporal" (WAC por Women's Auxiliary Corps) el cual, con un empuje
de 6700 newtones, alcanzó en 1945 una altura de 70 km; posteriormente,
a partir de este, se desarrolló un cohete científico mayor,
el Aerobee.
Asimismo, Alemania desarrolló un avión ligero movido por un cohete, con motores que solo funcionaban el tiempo necesario para permitirle su elevación e interceptar a los bombarderos americanos, después de lo cual planeaba hacia la tierra y aterrizaba sin motores. Fueron, no obstante, unas armas fruto de la desesperación y la guerra terminó antes de que pudieran utilizarse. Después de la guerra, en 1947, los EE.UU. construyeron e hicieron volar un avión cohete, el X-1, que se convirtió en el primer avión en superar la barrera del sonido en vuelo de nivel, el 14 de Octubre de 1947. El X-1 se puede ver también en el museo Smithsonian. Cohetes Multietapa y TecnologíaTodos los cohetes anteriores tenían un solo motor, con el que ascendían hasta que se quedaban sin combustible. Sin embargo, una forma mejor de alcanzar gran velocidad es colocar un cohete pequeño en la parte superior de un mayor y encenderlo después de que se ha apagado el primero.Imagine que queremos usar un cohete V-2 para enviar una carga útil
pequeña, p.e. 10 kg., lo más alto posible. La carga util
normal de un V-2 era de una tonelada (1000 kg), y con ese peso era posible
alcanzar una altura de unos 100 km. Reduciendo la carga a 10 kg se podría
incrementar la altura algo más, pero no mucho, ya que el cohete
vacío, que pesa unas 3 toneladas, también es necesario elevarlo
a la misma altura.
El ejercito de los EE.UU., que después de la guerra usó
V-2 capturados para vuelos experimentales a la alta atmósfera, usó
un camino más efectivo. Reemplazó la carga por otro cohete,
en este caso un "WAC Corporal," que era lanzado desde el alto de la órbita.
Ahora el apagado V-2, que pesaba 3 toneladas, se podía dejar caer
y, usando el cohete pequeño, alcanzar una mayor altitud. Este era
el cohete "Bumper" (a la derecha) que en febrero de 1949 alcanzó
una altura de 393 km.
Hoy en día la mayoría de los cohetes espaciales usan varias
etapas, que dejan caer las etapas apagadas y continúan con y continúan
con impulsores más pequeños y ligeros. El Explorer 1, el
primer satélite artificial de los EE.UU., que fue lanzado en enero
de 1958, usaba un cohete de 4 etapas. La lanzadera espacial utiliza dos
impulsores de combustible sólido, que se dejan caer cuando se han
apagado (el desastre del "Challenger" de 1986 ocurrió cuando uno
de ellos falló).
El combustible para los motores propios de la lanzadera, hodrógeno
y oxígeno liquidos, proviene de un enorme tanque desprendible. Cuando
se va usando el combustible, la masa impulsada disminuye y, por a la 2ª
ley de Newton, la aceleración aumenta constantemente (es difícil
disminuir el empuje de los moteres, pero la lanzadera lo puede hacer de
forma limitada). Para reducir la aceleración y salvar a los astronautas
y al vehículo de una fatiga excesiva, en un punto elegido del vuelo
se apagan 2 ó 3 motores. Aún así, cuando se quema
el último combustible del tanque, la aceleración alcanza
unas 6g, empujando a cada astronauta hacia abajo con una fuerza añadida
de 6 veces el peso de su cuerpo.
Las personas que no están familiarizadas con los vuelos espaciales
raramente se dan cuenta que la mayor parte de la masa de los cohetes es
el combustible. La masa de lanzamiento del V-2 era del 75% de combustible
y el otro 25% el resto del cohete, pero como podemos ver, no era lo suficientemente
bueno para los vuelos espaciales. En un artículo de 1948 en el American
Journal of Physics, titulado "¿Podemos volar a la Luna? " los autores
contestan su pregunta con un no rotundo. Extrapolaban la tecnología
V-2 a los grandes cohetes y calculaban que el 80% del peso debería
ser combustible, y con la conclusión de que la carga útil
que se podría enviar a la Luna podrían ser 10 kg, y nunca
un ser humano.
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Sobre la vida de Wernher Von Braun--enlaces a varios sitios
Von Karmán fue solo uno de los muchos alumnos distinguidos de la Universidad de Budapest, capital de Hungría, alrededor del cambio de siglo. Se pueden encontrar más nombres y detalles en “El Fenómeno Húngaro” de Arthur O. Stinner, en el The Physics Teacher, p. 518-22, vol 35, Diciembre de 1997. Dicho sea de paso, mucho del ímpetu de esas escuelas fue debido a Lorand Eötvös, anotado anteriormente en conexión con el concepto de masa, y por su padre Joszef.
Sitio sobre la historia del estudio y uso de los cohetes
"¿Podemos volar a la Luna?" por Joseph Himpan y Rudolf Reichel, American Journal of Physics 17,251-262, 1948.
Artículo "Los años de Karmán
en el GALCIT", Ann. Rev. Fluid Mechanics, 11, p. 1-10, 1979.
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Author and Curator: Dr. David P. Stern
Last updated 13 December 2001
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