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Capítulo 2

UN POCO DE HISTORIA

LA CIENCIA DEL MOVIMIENTO EN EL ESPACIO

Desde que el hombre es hombre –o incluso desde antes– hemos mirado hacia el cielo y nos hemos preguntado qué eran todos aquellos objetos que bailaban allí de día y de noche alrededor de nosotros. Algunos pueblos, al no poder explicar lo que eran, los transformaron en dioses –como hicieron los egipcios con el sol; y otros hombres, aun sin poder explicar su movimiento, lo comprendieron y llegaron a poder predecirlo–. Esto queda demostrado por algunos vestigios prehistóricos, como el monumento Stonehenge en Inglaterra.

Observando el cielo nocturno, nuestros antepasados prehistóricos se dieron cuenta de que había dos tipos de objetos. Los primeros parecían estar fijos en la bóveda celeste y no se des plazaban los unos con respecto a los otros, y reaparecían cada noche casi exactamente en el mismo lugar, aunque su posición variara ligeramente a lo largo de las estaciones del año: eran las estrellas. Las variaciones en las posiciones de las estrellas durante el año sirvieron a nuestros antepasados para orientarse –imaginaron las constelaciones– y les permitieron anticipar el frío y el calor al usar este movimiento previsible como calendario. Entre las estrellas «fijas» se deslizaban otros objetos que se desplazaban más rápidamente y que tenían movimientos que parecían más irregulares: son los planetas –del griego planetes, viajeros.

El matemático griego Ptolomeo (100?-170? d. C.) fue uno de los primeros que consiguió describir de manera detallada el movimiento de los cuerpos celestes. Su teoría geocéntrica explica el movimiento de las estrellas, del Sol, de la Luna y de los planetas alrededor de la Tierra, que estaba fija –evidentemente– en el centro del universo. Esta teoría se adapta perfectamente a las observaciones que cualquier persona puede hacer mirando al cielo. Era la explicación más lógica y evidente ya que la Tierra no parecía moverse. Pese a concordar perfectamente con las observaciones, Ptolomeo tuvo que utilizar complicadas formas matemáticas para explicar el movimiento tan irregular de los planetas «alrededor de la Tierra».

Hubo que esperar casi 1.500 años para que las ideas de Ptolomeo fueran cuestionadas. En su libro De Revolutionibus Orbium Coelestium, Nicolás Copérnico (1473-1543) explicó su teoría heliocéntrica, según la cual la Tierra y los otros planetas giraban alrededor del Sol, mientras que la Luna lo hacía alrededor de la Tierra. De esta forma, la Tierra dejaba al Sol la plaza de «centro del Universo», lo cual suponía una gran revolución con respecto a las ideas fi losóficas de la época, que consideraban al hombre como el centro de todo. Las implicaciones de esta teoría causaron muchos problemas a algunos de los científicos que intentaron defenderla, como Galileo Galilei (1564-1642), quien con su telescopio observó por primera vez las lunas de Júpiter, y corroboró la idea de que no todos los cuerpos celestes giraban alrededor de la Tierra. Galileo tuvo que renunciar a sus ideas frente a un tribunal de la Inquisición ante el cual hubo de afirmar que la Tierra no se movía. Según cuenta la leyenda, una vez perdonado por el tribunal, Galileo susurró: «Y a pesar de todo, se mueve».

Johannes Kepler (1571-1630) contribuyó de manera decisiva a la teoría heliocéntrica al enunciar sus tres leyes que describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol. La primera ley de Kepler manifiesta que los planetas giran alrededor del Sol siguiendo una órbita en forma de elipse (un círculo al que se le ha estirado uno de sus diámetros), con el Sol situado en uno de los focos de la elipse. La segunda ley indica que el planeta se moverá más rápidamente cuando esté más cerca del Sol, y más lentamente cuando se encuentre más lejos. La tercera ley de Kepler concluye que el tiempo que necesitará un planeta para dar una vuelta alrededor del Sol dependerá –según una fórmula matemática conocida– de la distancia entre éste y el planeta.

Las leyes de Kepler fueron demostradas matemáticamente por la ley de la gravitación universal de Isaac Newton (16421727). Según cuenta la leyenda –una vez más– al joven Newton le cayó una manzana sobre la cabeza mientras leía apoyado en un manzano en la Universidad de Cambridge, en Inglaterra. Tras este incidente, verdadero o no, Newton escribió Principios Matemáticos de Filosofía Natural, en el que explicó por qué la manzana había caído y sobre todo que todos los cuerpos del universo se atraen entre ellos.

Aunque las leyes de Kepler y de Newton serían más tarde corregidas por la ley de la relatividad de Albert Einstein para los movimientos a gran velocidad (cercanos a la velocidad de la luz, de 300.000 kilómetros por segundo), estas leyes que describen el movimiento de los planetas son las que utilizan hoy en día los ingenieros para calcular las trayectorias de cohetes y satélites en el espacio. Pero una vez que se conocieron las leyes fundamentales que regían el movimiento en el espacio aún hubo que esperar cierto tiempo para que la tecnología necesaria estuviera disponible.

LOS PIONEROS DE LOS COHETES

Volvamos un poco hacia atrás en el tiempo. Como vimos en el capítulo anterior, para llegar al espacio hay que alcanzar velocidades de decenas de miles de kilómetros por hora. Para esto necesitamos los cohetes. Miremos hacia atrás para saber de dónde vienen.

Los cohetes utilizan el principio de la propulsión a reacción, basado en la tercera ley de Newton descrita en el capítulo anterior. Pero a pesar de que fue enunciada en el siglo XVII, esta ley fue aplicada muchos siglos antes. Probablemente los primeros cohetes aparecieron en China a partir de los siglos X u XI, ya que en esta época se conocieron en aquel lugar los principios de fabricación de la pólvora, ingrediente imprescindible para los primeros cohetes. En un principio, pequeños cohetes de pólvora se unieron a las flechas para aumentar su alcance. Como a lo largo de toda su historia, muchas de las tecnologías del espacio nacieron con fines militares.

Con la expansión de la China y las exploraciones de los europeos hacia el extremo oriente, los principios de la pólvora y de los cohetes llegaron hasta occidente. Durante varios siglos esta tecnología fue utilizada casi exclusivamente con fines militares, aunque también aparecieron en Europa, a partir del siglo XVII, los fuegos artificiales, que utilizaban estas mismas técnicas.

Habrá que esperar hasta la segunda mitad del siglo XIX para que los hombres empiecen a imaginar la aplicación de las leyes de Newton y la propulsión por reacción para escapar de la Tierra y viajar al espacio. Uno de los primeros en proponer naves para viajar a otros planetas fue el ruso Konstantin Tsiolkovski (1857-1935). Sus diseños de cohetes proponían por primera vez la sustitución de la pólvora por un combustible y un comburente líquidos, oxígeno e hidrógeno, que, como veremos más tarde, son utilizados hoy en día en los cohetes más modernos.

Fue en esta misma época, en 1865, cuando Julio Verne publicó De la Tierra a la Luna, una obra de ciencia ficción premonitoria de lo que debía ocurrir poco más de cien años después. En 1898, H. G. Wells publicó La guerra de los mundos, otra novela de ciencia ficción que relata la llegada de los habitantes de Marte, los marcianos, a la Tierra. Estas obras contribuyeron a despertar el interés del público y de algunos científicos por el espacio.

Si Tsiolkovski imaginó los primeros cohetes a combustible líquido, fue el estadounidense Robert Goddard (1882-1945) el primero que consiguió construirlos y hacerlos volar. Físico inspirado por la lectura de Julio Verne y H. G. Wells, Goddard comprendió que la única forma de viajar al espacio sería la utilización de cohetes. Propuso la utilización de cohetes con varias fases para alcanzar el espacio, un principio utilizado todavía hoy, como veremos en el próximo capítulo. Tras haber empezado por experimentar con cohetes de pólvora, el 16 de marzo de 1926 Goddard lanzó en Massachusetts el primer cohete con combustible líquido, que pesaba tan sólo 5 kilos. Utilizando oxígeno y gasolina, el vuelo no superó los 2,5 segundos y alcanzó una altura de 12,5 metros y una velocidad media de 96 kilómetros por hora, para caer a 56 metros del lugar del despegue. Pese a que este vuelo no parece muy espectacular, fue el primero de la historia y abrió el camino hacia el futuro. Al final de su vida, después de un centenar de vuelos, Goddard ya había construido y lanzado cohetes capaces de alcanzar casi 3 kilómetros de altura y velocidades alrededor de los 1.000 kilómetros por hora. Además, el físico americano desarrolló los primeros cohetes con turbo-compresores y los primeros sistemas de estabilización del vuelo utilizando giroscopios –técnicas imprescindibles que veremos más tarde –. Robert Goddard puede considerarse como el padre de las lanzaderas modernas.

En Europa, algunos de los pioneros fueron Hermann Oberth (1894-1979) en Alemania y Robert Esnault-Pelterie (18811957) en Francia. La contribución más importante de este último fue la invención de la navegación por inercia. Aunque en su época las capacidades de las calculadoras no permitieron su aplicación, esta técnica se aplica hoy en día para la navegación de prácticamente todas las lanzaderas existentes. Oberth construyó los primeros cohetes con combustible líquido en Alemania, pero su contribución más importante a las técnicas del espacio fue el establecimiento de las formulas físicas y matemáticas que rigen los cohetes. A diferencia de Goddard en EE. UU., quien basó su trabajo en los ensayos y las pruebas en vuelo, Oberth hizo un trabajo teórico muy importante para calcular las trayectorias óptimas de los cohetes, el consumo de combustible, la velocidad de salida de los gases y el número óptimo de fases de un cohete, entre otros.

Una vez más en la historia que nos llevará al espacio, el tra bajo de Oberth fue utilizado primero con fines militares. Durante la Segunda Guerra Mundial la tecnología para llegar al espacio dará un paso de gigante en Alemania, aunque por desgracia esta tecnología será aplicada en un principio a la fabricación de misiles. El cohete V2, desarrollado para el ejército alemán y probado por primera vez en el otoño de 1942, es el antepasado directo de todas las lanzaderas que existen hoy en día. Con una longitud de 14 metros y casi 13 toneladas al despegue, el V2 se convertirá en el primer objeto fabricado por el hombre que supere la velocidad del sonido. Utilizando etanol y oxígeno, el cohete alcanzaba una velocidad máxima de 5.800 kilómetros por hora.

Figura 2. El V2, antepasado de las lanzaderas actuales.

Tras el final de la Segunda Guerra Mundial, EE. UU. y la URSS se dieron cuenta de la importancia militar de la tecnología de los cohetes y se apresuraron a recuperar a todos los científicos e ingenieros alemanes que habían desarrollado el cohete V2. A partir de ese momento, los dos países van a emprender una larga competición para mejorar los cohetes y poder utilizarlos en conjunción con las tecnologías nucleares emergentes. Es el comienzo de la Guerra Fría.

En paralelo, otra carrera más pacífica aplicará la tecnología de los cohetes para intentar llegar al espacio. A ambos lados del telón de acero, dos nombres destacan por estar asociados con todos los éxitos de la carrera espacial: Wernher von Braun (19121977), en EE. UU., y Serguei Pavlovich Koroliev (1907-1966), en la URSS. Como muchos otros científicos alemanes, von Braun emigró a EE. UU. después de la Segunda Guerra Mundial. Von Braun, que anteriormente había trabajado en el desarrollo del V2 alemán, es responsable del lanzamiento del primer satélite norteamericano, así como del desarrollo del cohete Saturno, que llevará a los astronautas del programa Apolo a la Luna. Por su parte, Koroliev participó en el lanzamiento del primer satélite artificial de la Tierra, así como en el lanzamiento del primer hombre al espacio y en las primeras misiones interplanetarias.

Durante los diez años que siguieron al final de la Segunda Guerra Mundial, estadounidenses y soviéticos trabajaron principalmente en la puesta a punto de misiles intercontinentales capaces de alcanzar objetivos cada vez más lejanos, partiendo del cohete V2. Una vez que estos cohetes estuvieron disponibles, no fue muy difícil adaptarlos para llegar al espacio. A partir de 1955, ambos países afirmaron sus intenciones de enviar satélites al espacio.

LA ERA ESPACIAL

Fue la URSS la que el 4 de octubre de 1957 puso en órbita alrededor de la Tierra el primer satélite artificial de la historia: Sputnik-1. La era espacial había comenzado. Con un peso de 84 kilos, Sputnik era una esfera de 58 centímetros de diámetro con cuatro antenas. El primer satélite dio vueltas alrededor de la Tierra durante varios meses, en una órbita entre 200 y 900 kilómetros de altura, emitiendo una señal de radio: un «bip-bip» que todo el mundo pudo oír y que demostró la superioridad de la URSS –al menos en ese momento– en la carrera espacial. Un mes después, el 3 de noviembre de 1957, los soviéticos se distanciaron aún más al enviar al espacio a Laika, una perra que demostró que los seres vivos podían sobrevivir en el espacio.

Figura 3. Sputnik-1, el primer satélite artificial.

Unos meses más tarde, el 31 de enero de 1958, EE. UU. consigue poner en órbita su primer satélite: Explorer-1. Con un peso de tan sólo 14 kilos, Explorer dio vueltas a la Tierra en una órbita más alta –hasta 2.500 kilómetros de altura– y detectó por primera vez los cinturones de van Allen –zona con una gran cantidad de partículas energéticas producida por el contacto del viento solar con el campo magnético de la Tierra.

Capaces de lanzar satélites al espacio, las superpotencias se concentraron en el lanzamiento de los primeros hombres. Una vez más, los soviéticos se adelantaron a los americanos. El 12 de abril de 1961, Yuri Gagarin (1934-1968) se convirtió en el primer ser humano en alcanzar el espacio y entrar en órbita. Tras dar una vuelta alrededor de la Tierra a bordo de la cápsula Vostok-1, Gagarin aterrizó sano y salvo en la estepa siberiana. Después de este éxito, los soviéticos consiguieron otras dos primicias mundiales: el 16 de junio de 1963 Valen-tina Tereshkova se convierte en la primera mujer en el espacio; dos años más tarde, el 18 de marzo de 1965, Alexei Leonov será el primer hombre en salir al espacio fuera de la nave que lo transportaba.

Figura 4. Yuri Gagarin, primer hombre en el espacio.

Mientras tanto, los estadounidenses, sorprendidos por los avances tecnológicos de la URSS, intentan organizarse para hacerles frente. El presidente Eisenhower crea en julio de 1958 la NASA (siglas en inglés de Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio) para unificar todos los esfuerzos realizados hasta entonces por varios organismos y por el Ejército. En respuesta al vuelo de Gagarin, Alan Shepard será el primer estadounidense en salir al espacio el 5 de mayo de 1961. Pero su vuelo será únicamente suborbital –no llegará a ponerse en órbita alrededor de la Tierra, sino que subirá hasta 187 kilómetros de altura y volverá a bajar–. Habrá que esperar hasta el 20 de febrero de 1962 para que el vuelo de John Glenn demuestre la capacidad de EE. UU. para enviar astronautas al espacio algo más de unos minutos. De esta forma, Glenn será el primer norteamericano en órbita y más tarde también se convertirá en el ser humano más viejo en viajar al espacio, después de participar en octubre de 1998, a los 77 años de edad, en la misión STS-95 del transbordador americano, durante el primer vuelo del primer astronauta español, Pedro Duque.

Tras haber sido superados por los soviéticos en el acceso al espacio, el presidente Kennedy pronunciará el 25 de mayo de 1961 un discurso clave para la historia de la era espacial:

(...) este país debe comprometerse en conseguir el objetivo, antes del final de esta década, de enviar un hombre a la Luna y traerlo de regreso a la Tierra sano y salvo (...).

Estas palabras desencadenarán una serie de programas de preparación que conducirán hasta las misiones Apolo.

El programa Mercury había comenzado en 1961 con el objetivo de poner un hombre en el espacio. Iniciado con el corto vuelo de Shepard, los vuelos se alargarán después del discurso de Kennedy, para demostrar que era posible permanecer en el espacio durante mucho tiempo. Limitada por las prestaciones de los misiles reconvertidos en lanzadera, la cápsula Mercury podía transportar un solo astronauta y llegó a permanecer en órbita hasta 34 horas. El relevo de Mercury llegará con el programa Gemini a partir de 1965. La cápsula Gemini, más grande, podía transportar dos astronautas y permaneció en el espacio hasta 4 días. Más importante aún, este programa realizó muchas de las pruebas que serían necesarias para el éxito de la misión Apolo: se comprobaron las capacidades de maniobra de los astronautas en el espacio fuera de la cápsula y, sobre todo, se realizaron varios encuentros en el espacio, entre cápsulas Gemini y otros cohetes, maniobras que serán imprescindibles para el viaje a la Luna.

DE LA TIERRA A LA LUNA

Los soviéticos fueron los primeros en enviar sondas a la Luna: primer impacto sobre el satélite (1959), primer aterrizaje suave sobre éste (1966) y primer satélite puesto en órbita a su alrededor (1966). Pero su avance sobre EE. UU. se redujo considerablemente a partir de 1966, después de la muerte de Koroliev, padre de la astronáutica soviética. En ese momento el programa estadounidense se acelera con el final del programa Gemini y el comienzo del programa Apolo, que empezó con el desarrollo del potente cohete Saturno.

Figura 5. Despegue de la lanzadera Saturno V con la misión Apolo 11. © NASA.

La lanzadera Saturno fue y sigue siendo una de las más gran des jamás construidas, con 110 metros de altura (incluyendo las tres fases de la lanzadera y el vehículo Apolo) y más de 2.700 to neladas al despegue. No sólo por esto las misiones Apolo fue ron grandes proezas tecnológicas, sino que además la gran can ti dad de maniobras en el espacio necesarias para la misión aumentaban considerablemente la probabilidad de fracaso. En el despegue, el cohete Saturno levantaba al vehículo Apolo, que se componía de tres módulos: el módulo de mando, donde iban los astronautas durante el despegue y durante la entrada en la atmósfera al regreso; el módulo de servicio, que contenía lo necesario (combustible, oxígeno, baterías, agua, etc.) para el viaje de ida y vuelta, y el módulo lunar, con el que dos de los tres astronautas iban y volvían a la superficie a partir de la órbita lunar, donde les esperaba el tercer astronauta en el módulo de mando.

A pesar del éxito del programa, éste empezó de forma dramática con la muerte de tres astronautas en un incendio de la cápsula durante un ensayo en el área de lanzamiento de Apolo

1. Después de este accidente se hicieron varias mejoras, entre ellas la de rellenar la cápsula con nitrógeno y oxígeno, mezcla menos inflamable que el oxígeno puro que se había utilizado hasta entonces. Se llevaron a cabo varios vuelos sin tripulación para verificar todos los componentes. Más tarde, las misiones Apolo 7 hasta Apolo 10, ya tripuladas, verificaron progresivamente todas las maniobras, y llegaron hasta ponerse en órbita alrededor de la Luna, pero sin aterrizar.

El 16 de julio de 1969 despegaba de Cabo Cañaveral, en Florida, la misión Apolo 11, con los astronautas Neil Armstrong, «Buzz» Aldrin y Michael Collins. Cuatro días más tarde, mientras Collins los esperaba en órbita alrededor de la Luna dentro del módulo de regreso, Armstrong y Aldrin se posaron sobre la superficie de la Luna a bordo del módulo lunar. Neil Armstrong, que fue el primero en marcar su huella sobre la su perficie polvorienta de la Luna, mientras millones de telespectadores lo observaban en directo desde la Tierra, pronunció la famosa frase: «Es un pequeño paso para un hombre, y un salto enorme para la humanidad».

Figura 6. Buzz Aldrin en la Luna, delante del módulo lunar. © NASA.

Después de esta primera misión, otras seis naves serán lanzadas, hasta Apolo 17 en diciembre de 1972, con el objetivo de explorar la superficie lunar y de traer muestras de regreso a la Tierra. Sólo Apolo 13 sufrirá un accidente en vuelo que impedirá llevar a cabo la misión, epopeya que Ron Howard llevará a las pantallas de cine en 1995. Tras seis días de incertidumbre y de trabajo de los equipos de seguimiento de la NASA, los astronautas consiguieron regresar sanos y salvos. Después de tan sólo seis misiones, la exploración de la Luna cesó. El objetivo principal, poner un hombre sobre la Luna antes que los soviéticos, había sido conseguido: en el contexto de la época, ya no tenía sentido seguir gastando dinero «únicamente» por razones científicas. De este modo, el 14 de diciembre de 1972, durante la misión Apolo 17, Gene Cernan fue el undécimo y último hombre en caminar sobre la superficie de la Luna. Desde entonces no hemos vuelto.

EL ESPACIO DESPUÉS DE APOLO

Tras la decepción de haber sido batidos en la carrera lunar, los soviéticos decidieron concentrarse en la construcción de estaciones espaciales, verdaderos laboratorios volantes, en órbita alrededor de la Tierra. Por su parte, los estadounidenses se concentraron en el desarrollo de un sistema de transporte espacial que debía ser revolucionario: el transbordador espacial.

Figura 7. La Tierra sobre el horizonte de la Luna, visto por los astronautas de Apolo. © NASA.

Y al mismo tiempo otros países emprendían la marcha hacia el espacio, primero los europeos y más tarde los japoneses, los chinos, los indios y los brasileños. El espacio se globaliza progresivamente y un nuevo ímpetu aparece. Pero antes de ver hacia dónde nos dirigimos en la conquista del espacio, veamos cuáles son los sistemas que nos permiten ir y permanecer en el espacio y para qué los utilizamos: cohetes, lanzaderas, satélites, sondas, estaciones espaciales y naves tripuladas.