¿Qué es una nave espacial?   Leave a comment


Una nave espacial es un vehículo diseñado para funcionar más allá de la superficie terrestre, en el espacio exterior. Las naves espaciales pueden ser robóticas o bien estar tripuladas.

Cohete ruso Protón-K despegando con el módulo Zvezda para la ISS (Baikonur, 12 de julio de 2000).

Dado el escaso desarrollo real de las naves espaciales, gran parte de las ideas y desarrollos se encuentran todavía en el ámbito de la ciencia ficción, especialmente en la llamada ciencia ficción dura.

PRIMERAS IDEAS

Aunque la idea de los viajes espaciales se remonta al menos hasta la época del antiguo imperio romano, no ocurre lo mismo con el concepto de la nave espacial, pues la inventiva humana se vio severamente condicionada por la falta de desarrollo tecnológico. Así, aunque autores desde Plutarco en el siglo I (De Facie in Orbe Lunae), hasta Kepler en el XVII (Somnium) mencionan viajes a la Luna, no son capaces de concebir un artefacto capaz de realizar el viaje, valiéndose para ello de caminos ocultos o de la intervención de espíritus.

Los primeros intentos no mágicos para alcanzar el espacio aparecen en la segunda mitad del siglo XVIII, utilizando los precarios métodos disponibles en la época. Así, en las Las aventuras del Barón Munchausen se alcanza la Luna en globo. No obstante, este relato sigue perteneciendo todavía al género de la fantasía épica. El salto de la fantasía a la ciencia ficción se producirá casi un siglo después, en la famosa De la Tierra a la Luna, publicada por Julio Verne en 1865, en la que se emplea un gigantesco cañón balístico, de nuevo con destino a la Luna. En esta novela el autor ya trata de dar solución a algunos de los problemas de su método de viaje, tales como la ausencia de oxígeno fuera de la atmósfera o la compensación de la inmensa aceleración del despegue.

Años después H. G. Wells seguiría usando el método del cañón en La guerra de los mundos (1898), pero en este caso con destino a Marte.

Es en esa época, ya en los inicios del siglo XX, cuando surgen finalmente las primeras ideas realistas sobre naves espaciales; ideas que vendrán asociadas al motor de reacción. La obra pionera en este campo es La exploración del espacio cósmico por medio de los motores de reacción, publicada por el físico ruso Konstantín Tsiolkovski en 1903. En este punto la ciencia ficción dará paso a la ciencia.

DISEÑO

El diseño de naves espaciales abarca tanto a las naves no tripuladas o robóticas (satélites y sondas) como a las tripuladas (estaciones espaciales, transbordadores y módulos).

Todas las naves espaciales hasta la fecha constan de dos partes:

  • Cohete: sección impulsora, compuesta por los motores y los depósitos de combustible, cuya misión es abandonar la atmósfera terrestre.
  • La nave en sí, que efectuará propiamente el viaje por el espacio, y que puede adoptar cualquiera de las formas anteriormente mencionadas.

SISTEMAS DE PROPULSIÓN

Los cohetes impulsores funcionan con combustible químico, ya sea sólido o líquido, mientras que las naves pueden funcionar con motores químicos, nucleares, iónicos o incluso mediante velas solares.

Siendo por el momento la propulsión química la única con referentes en la realidad práctica, debería suponerse más abundantes los ejemplos de su uso en la ciencia ficción. Pudo ser así en la ciencia ficción más temprana, antes de generalizarse el uso de la fisión atómica como fuente de energía. Cuando la energía atómica se hizo una realidad, la soñadora mente de los escritores abandonó al viejo cohete como medio de salir de la Tierra.

Aun así se ha convertido en el emblema de toda una época y autores como Ray Bradbury, en Crónicas marcianas (1950), lo asociaron a su obra de manera casi indisoluble (si bien es posible que el tremendo calor del verano del cohete no fuera producido por combustión).

Los cohetes químicos tienen una autonomía muy limitada debido a su enorme gasto de masa propelente y sería poco probable que nos llevasen mucho más allá de Marte. De hecho, sin poder desterrar totalmente este tipo de impulsor, la NASA está evaluando la posibilidad de construir un cañón electromagnético en la falda de una montaña para auxiliar en el despegue a las lanzaderas espaciales, ahorrando combustible y disminuyendo los riesgos de accidentes.

En La Luna es una cruel amante, Robert A. Heinlein, ya en 1966, utiliza una catapulta electromagnética para acelerar carga desde una base lunar a la Tierra y el mismo mecanismo es usado por Arthur C. Clarke en el relato Maelstrom II, de 1965. Estas obras, alejadas de la fantasía de las revistas de usar y tirar, pretenden abordar el tema de la colonización de cuerpos cercanos con cierto rigor científico.

Aún hoy la idea del cañón continua vigente en la forma de catapultas electromagnéticas y la llamada “propulsión a explosión atómica”, conceptualmente idéntica a la explosión química.

EJEMPLOS DE NAVES ESPACIALES

Naves Espaciales Tripuladas

El módulo de Comando/Servicio de Apolo 15 visto desde el Modulo Lunar el 2 de agosto de 1971.

Orbitales
  • Nave espacial Apolo
  • Nave espacial Gemini
  • Estación Espacial Internacional
  • Mercury Spacecraft
  • Unidad de Maniobra Tripulada La nave tripulada más pequeña
  • Mir
  • Salyut
  • Transbordador Buran
  • Shenzhou Spacecraft
  • Skylab
  • Soyuz Spacecraft
  • Transbodador espacial estadounidense
  • Voskhod Spacecraft
  • Vostok Spacecraft
Suborbital
  • SpaceShipOne (commercial) suborbital
  • X-15 suborbital

Naves Espaciales no tripuladas

El Telescopio espacial Hubble.

El vehículo de transferencia automática Julio Verne aproximándose a Estación Espacial Internacional el lunes 31 de marzo de 2008.

Vehículo de aterrizaje suave (NASA).

Concepción artística de la sonda Cassini en su maniobra de inserción en órbita alrededor de Saturno.

Artículo principal: Nave espacial robótica
Órbita terrestre
  • Vehículo de transferencia automatizado (ATV)—Nave espacial de carga no tripulada europea
  • Buran Transbordador soviético(una sola mision, no reutilizable)
  • Explorer 1 Primer satélite de los EE. UU.
  • Progress Nave espacial de carga no tripulada soviética
  • Proyecto SCORE Primer satélite de comunicaciones
  • SOHO “Solar and Heliospheric Observatory”
  • Sputnik 1 Primer satélite artificial del mundo
  • Sputnik 2 Primer satélite en órbita con un animal (perra Laika)
  • Sputnik 5 Primera cápsula del Vostok recuperada con sobrevivientes
  • STEREO Observación ambiental de la tierra
  • Syncom Primer satélite de comunicaciones geosincrónico
  • Kepler. Satélite para la búsqueda de planetas extrasolares.
Lunar
  • Clementine Misión de la marina de los Estados Unidos de América. Orbitó la Luna y detectó hidrógeno en los polos
  • Luna 1 Primer vuelo lunar
  • Luna 2 Primer contacto con la superficie lunar
  • Luna 3 Primeras imágenes del lado oscuro de la luna
  • Luna 9 Primer alunizaje
  • Luna 10 Primera orbita lunar estable
  • Luna 16 Primera recogida de muestras de la superficie lunar no tripulada
  • Lunar Orbiter Serie de exitosas naves espaciales que cartografiaron la Luna
  • Lunar Prospector Confirma la detección de hidrógeno en los polos lunares
  • SMART-1 Sonda de impacto lunar de la ESA
  • Surveyor Primer alunizaje de los EE. UU.
  • Chandrayaan-1 Primera misión lunar de la India
Interplanetario
  • Cassini-Huygens Primer satélite artificial de Saturno y aterrizaje en su luna Titán
  • Galileo Primer satélite artificial de Júpiter y sonda
  • Mariner 4 Primer acercamiento a Marte, primeras imágenes de cerca y alta resolución de Marte
  • Mariner 9 Primer satélite artificial de Marte
  • Mariner 10 Primeras fotografías detalladas de Mercurio
  • Mars Exploration Rover Sonda motorizada en Marte
  • Mars Global Surveyor Satélite artificial en Marte
  • Mars Reconnaissance Orbiter Satélite artificial monitor de clima en Marte
  • MESSENGER Primer satélite de Mercurio (llegada en 2011)
  • Mars Pathfinder Sonda motorizada en Marte
  • New Horizons Primer acercamiento a Plutón(llegada en 2015)
  • Pioneer 10 Primer acercamiento y fotos detelladas de Júpiter
  • Pioneer 11 Segunda en sobrevolar Júpiter y primer sobrevuelo cercano a Saturno
  • Pioneer Venus Primer satélite artificial y sonda de superficie de Venus
  • Venera 4 Primer descenso controlado hasta la superficie de otro planeta (Venus)
  • Viking 1 Primer descenso controlado a la superficie de Marte
  • Voyager 2 Acercamiento a Jupiter, Saturno, y primer acercamiento a Neptuno y Urano
Otros—espacio profundo
  • Cluster
  • Deep Space 1
  • Deep Impact (mision espacial)
  • Genesis
  • Near Earth Asteroid Rendezvous
  • Stardust
  • WMAP
La nave espacial más rápida
  • Helios Sondas Solares I y II (252792 km/h)
Las naves espaciales más alejadas del Sol
  • Voyager 1 at 106.3 AU En julio de 2008, alejándose a una velocidad cercana a 3.6 UA al año, 540.000.000km al año aprox.
  • Pioneer 10 at 89.7 AU En 2005, alejándose a una velocidad cercana a 2.6 UA al año, 390.000.000Km al año aprox.
  • Voyager 2 at 85.49 AU En julio de 2008, alejándose a una velocidad cercana a 3.3 UA al año. 495.000.000Km al año aprox.
La nave espacial más pesada
  • NASA STS Space Shuttle/Orbiter (109000 kg/ton)

[editar] Naves espaciales en desarrollo/propuestas

Vehículo propuesto Orión aproximándose a la Luna.

  • Orion (nave espacial)
  • Kliper “Clipper” Ruso
  • Vehículo de transferencia H-II
  • CNES Mars Netlander
  • Telescopio Espacial James Webb (demorada)
  • Proyecto Espacial Darwin
  • Herschel Space Observatory
  • Mars Science Laboratory rover
  • Shenzhou spacecraft Nave de carga
  • Terrestrial Planet Finder sonda
  • X-37
  • SpaceX Dragon] nave tripulad
  • System F6—a DARPA Fractionated Spacecraft prototipo
  • Reaction Engines Skylon con motor híbrido
  • Bussard ramjet nave espacial capaz de alcanzar velocidades relativistas.

Programas de naves espaciales cancelados/sin fondos

Primer vuelo de prueba del Delta Clipper-Experimental Advanced (DC-XA).

Multietapa
  • Project 921-3 Lanzadera China
  • Transbordador Hermes (ESA)
  • Transbordador Burán (URSS)
  • Soyuz Kontakt
  • Teledesic
  • Manned Orbiting Laboratory
  • X-20
Reutilizables (SSTO)
  • RR/British Aerospace HOTOL
  • ESA Hopper
  • McDonnell Douglas DC-X (Delta Clipper)
  • Roton Hríbrido con rotor
  • Lockheed-Martin VentureStar

LAS NAVES ESPACIALES DE FICCIÓN

Las naves espaciales han sido siempre uno de los estandartes de la ciencia ficción. La Space Opera sería un género muy mermado sin la posibilidad de efectuar vuelos interestelares y la ciencia ficción dura se encontraría privada de la colonización de otros mundos si no se pudiera contar con el viaje interplanetario.

Las naves espaciales utilizadas en uno u otro género son muy diferentes, sobre todo en cuanto a su plausibilidad y a su posibilidad de materialización con la actual tecnología. El grado de desarrollo del saber científico en el momento de realización de la obra ha marcado la evolución del concepto de nave espacial y ha diversificado los métodos de propulsión. Así nos encontramos con diferentes tipos de propulsión que se corresponden con el nivel de especulación y de conocimiento característico de cada autor.

Algunas obras representativas que tratan sobre el tema son:

  • Ptolemaios II Gundam 00
  • Julio Verne escribió De la Tierra a la Luna en 1865
  • Rama (nave espacial) en las novelas de Arthur C. Clarke y Gentry Lee
  • C-57D (El planeta prohibido)
  • Galasphere 347 (Space Patrol – serie de marionetas)
  • El UNSC Pillar of Autumn en la primera entrega del videojuego de Halo.
  • Fireball XL5
  • TARDIS (Doctor Who) – una nave temporal/espacial no convencional
  • Starship Enterprise|U.S.S. Enterprise (Star Trek)
  • Halcón Milenario (Star Wars)
  • Prometheus (Stargate SG-1)
  • Liberator (Blake’s 7)
  • Nostromo (Alien)
  • Estrella Blanca (Babylon 5)
  • LEXX – una nave espacial habitada
  • Moya (Farscape) – otra nave espacial habitada
  • Battlestar Galactica de la serie de televisión del mismo nombre.
  • Jupiter 2 (Perdidos en el espacio)
  • GSV un crucero/hábitat consciente de la serie de novelas de The Culture.
  • SDF-1 (Robotech – serie de televisión)
  • Macross de las series de anime The Super Dimension Fortress Macross.
  • MegaShip de la serie Power Rangers En El Espacio.
  • SSV Normandy del videojuego Mass Effect

Motor de fisión nuclear

Entrada la edad de oro, la mayoría de los autores se decantaron por naves de propulsión atómica para sus viajes imaginados, reflejando el auge que experimentó ese método de producción de energía en la época.

Por ejemplo, Arthur C. Clarke en El fin de la infancia (1953) muestra a dos superpotencias que compiten en la carrera espacial por conquistar la Luna mediante naves de propulsión atómica.

Sin embargo, las naves de fisión no dejan de ser en realidad motores de vapor, ya que utilizan el calor desprendido por una reacción nuclear controlada para evaporar fluido que, expulsado por las toberas de la nave, genera impulso.

Este motor duplica el rendimiento de un cohete químico y el propelente puede ser cualquier líquido susceptible de hervir. Puesto que el combustible nuclear teóricamente debe durar mucho tiempo, una nave propulsada por un motor de este tipo podría llevar a cabo un viaje de diez o doce años sin más que repostar periódicamente masa de reacción.

Sin embargo, este sigue siendo un motor muy limitado con el que no se podrían alcanzar velocidades finales superiores a unos 20 km/s.[cita requerida]

Explosión atómica: el proyecto Orión

Buscando un modo de utilizar más eficientemente la energía atómica surgió el Proyecto Orión, que consiste en utilizar una explosión atómica para producir plasma, que al chocar contra un plato en el vehículo espacial, generaría un enorme impulso.

La duración del estallido es tan breve que el plato de impulso, de acero o aluminio, apenas sufre un ligero desgaste.

El resultado es un motor con una relación de impulso miles de veces mayor que el de un motor químico. Además, necesita una masa de reacción mucho menor gracias a las altas velocidades que alcanza el plasma.

Sin embargo, un pequeño fallo en el proceso de detonación puede destruir la nave, así como todo lo que haya a su alrededor.

No obstante, la ciencia ficción ha podido soslayar estos inconvenientes. En la película Deep Impact, la nave está dotada de un sistema de propulsión Orión, y el plato de impulso se puede apreciar perfectamente en la secuencia de partida de la nave.

Naves de fusión

La fusión atómica consiste, en esencia, en fundir dos átomos de hidrógeno para formar helio, acompañado de un enorme desprendimiento de energía. Las partículas resultantes son altamente energéticas y se mueven a velocidades muy cercanas a la luz. Por tanto, ese sería el límite teórico de una nave de este tipo.

Al igual que en la fisión, las partículas expelidas que proporcionan el impulso a reacción alcanzan temperaturas muy elevadas, lo que supone un problema a la hora de buscar materiales para fabricar las toberas. Sin embargo, en la fusión se puede ajustar la reacción de modo que los subproductos de la misma sean partículas cargadas en su mayor parte, lo que permitiría encauzarlas mediante campos electromagnéticos.

Gran parte de la energía que libera la fusión debe dedicarse al mantenimiento de estos campos. Aun así, teniendo en cuenta la tolerancia biológica del ser humano a la aceleración (situado en torno a 10 g) el reactor de fusión proporciona energía más que suficiente para alcanzar este límite.

Estas naves son capaces de mantener aceleraciones sostenidas de 1 g, emulando gravedad artificial. Al cabo de menos de un año, la nave se desplazaría a un décimo de la velocidad de la luz, lo que supone una opción viable para un posible viaje interplanetario.

Motores de antimateria

Una fuente energética aún más poderosa que la fusión sería la aniquilación materia-antimateria. Un motor de antimateria, produciría teóricamente unos 20.000 billones de julios por kilogramo de combustible, lo que sería el óptimo desde un punto de vista energético para la propulsión de una nave espacial.

En la aniquilación de protones y antiprotones se generan como subproducto piones que son susceptibles de ser manejados mediante campos magnéticos para producir impulso. Estos piones se mueven prácticamente a la velocidad de la luz, por lo que la velocidad final de estas naves también sería altísima.

Como se ha mencionado antes, el exceso de energía producida se puede emplear para propulsar naves mucho mayores que las anteriores.

Sin embargo, la antimateria es difícil de producir y altamente inestable, lo que complica su uso. Autores como Joe Haldeman o Stephen Baxter han utilizado la artimaña de inventar una fuente natural de antimateria, pero ha sido más habitual encontrar el concepto asociado a usos oscuros y milagrosos, como en el caso de los motores de la nave Enterprise (de la serie Star Trek).

Agujero de gusano

Los agujeros de gusano son muy conocidos entre las películas, series y videojuegos (Star Wars o Stargate, por ejemplo), un fenómeno no comprobado científicamente que hace saltos en el espacio-tiempo.

Motores Warp

Los motores Warp o de curvatura generan una distorsión en el tejido espacio-temporal que rodea la nave, de manera que no es la nave la que surca el espacio a alta velocidad, sino el propio espacio el que estira, transportando la nave con él. Este sistema posee la ventaja de que puede burlar la limtación de la velocidad de la luz, pudiendo en teoría alcanzarse velocidades arbitrariamente altas. El inconveniente es que la cantidad de energía requerida para un viaje así sería desproporcionada.

Velas solares

Este sistema carece de motor y de propelente, y aprovechando en su lugar el viento solar o la radiación solar mediante enormes velas. Existen prototipos experimentales que confirman la validez del concepto, pero la tecnología actual carece de los materiales adecuados para hacer de este sistema un método útil. Aun así, las velas solares se emplean en numerosas obras de ciencia ficción.

 

 

Publicado noviembre 23, 2011 por Mery en Tecnología espacial

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