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Futuro del transporte espacial I: En orbita

Área: Espacio, Tecnología — Julio 26, 2005

Este artículo inaugura una serie dedicada al transporte espacial del futuro. Los tres primeros versarán sobre transporte orbital, interplanetario e interestelar y aunque basados en la Física conocida nos permitirán soñar con un futuro de nuevas exploraciones espaciales. El último tratará sobre tecnologías mucho más especulativas.
No se tratará la colonización espacial, la creación de bases espaciales ni la terraformación planetaria. Estarán enfocados principalmente sobre los distintos métodos de propulsión que ahora mismo se están investigando.

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Lanzadera espacial (Space Shuttle). Foto:Nasa

En primero, que es este, trata sobre las nuevas tecnologías que se están desarrollando para poner objetos y personas en órbita que, como todo el mundo sabe, es el primer paso fundamental para la conquista del espacio. Sin este paso o si este paso sale muy caro todo lo demás no tiene sentido.
Para poner algo en órbita terrestre se necesita una velocidad de 7 Km/s, es decir, unas 26 veces la velocidad del sonido, y se suelen consumir unas 25 toneladas de combustible por pasajero y un cohete por vuelo. No es de extrañar que se intente rebajar este coste como sea.
Con el Space Shuttle se intento el crear una nave parcialmente reutilizable para abaratar costos, pero al final no se han alcanzado los objetivos.
De momento contamos sólo con cohetes de diversos tipos y con la lanzadera norteamericana para colocar carga y personas en órbita baja (llamada LEO) y carga en órbita geoestacionaria.
De todos son conocidos los problemas por los que la lanzadera Norteamérica ha pasado y por los que pasa actualmente. También carecemos de un potente cohete que ponga grandes cargas en órbita como el Saturno V o el Energía.

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Vehículo de exploración tripulado propuesto por Lockheed_Martin, vista interior. Foto: Lockheed_Martin
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Vehículo de exploración tripulado propuesto por Lockheed_Martin vista exterior con el módulo de propulsión enganchado. Foto: Lockheed_Martin
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Vehículo de exploración tripulado propuesto por Boeing. Foto: Boeing

Con la lanzadera con problemas para seguir dando servicio urge solventar el problema de llevar personas a órbita baja de una manera eficiente y segura. La Nasa tiene en desarrollo programas como el “Advance Space Transportation” y ya ha encargado la construcción del “Crew Exploration Vehicle” o CEV.

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Esquema del interior del Kliper. Foto: ESA – Agencia Rusa

De hecho ya ha recibido propuestas como la de Looked Martin y Boeing. Ambos sistemas se basan en la tecnología de cohetes ya existente.

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El Kliper, proyecto de vehiculo de la ESA y Rusia. Foto:ESA

Los vehículos serían colocados en el extremo superior de cohetes convencionales ya en uso o encima de otros a desarrollar.
El proyecto de Lockheed_Martin seria un “minishuttle” y el de Boeing sería más bien una capsula al estilo de los años 60 y 70.
Estos proyectos son todos norteamericanos. ¿Hay alguno en el viejo continente? ¿Estamos también diseñando el futuro?
Hace bastantes años que se canceló la lanzadera europea por problemas presupuestarios, pero esto podría empezar a cambiar.
La Esa y Rusia planean desarrollar el Kliper. Éste sería un módulo alado que se colocaría también encima de un cohete convencional como el europeo Ariane (o en un cohete ruso) y que permitiría llevar a seis tripulantes a órbita baja o a la estación espacial.
Como se puede ver, la idea es muy parecida a la del Crew Exploration Vehicle de Lockheed_Martin, un “minishuttle”.
Parece que de momento otros tipos de transporte totalmente reutilizables quedan fuera del futuro próximo, como la vieja-nueva idea de un shuttle de dos fases.

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Shuttle reutilizable de dos fases. Foto: NASA

Al parecer los costos de desarrollo de semejante par de vehículos no los puede asumir la NASA, y tampoco los plazos de entrega, estando como está necesitada de jubilar el shuttle lo antes posible.
Otro proyecto que ha sido abandonado es el del X33 al no llegar a alcanzar los objetivos. Este era un modelo a escala de otro sistema superior de un shuttle y denominado de diversas maneras.
Era un cohete alado de una sola fase que no utilizaría cohetes auxiliares de ningún tipo. Desarrollado por Lockheed_Martin bajo financiación de la NASA deglutió una cantidad de dinero pasmosa antes de ser cancelado.
Incorporaba todo tipo de nuevas tecnología incluida una tobera lineal y nuevos materiales aislantes novedosos para la reentrada de bajo mantenimiento.
Pero, ¿Cuál es el futuro? No todo han sido fracasos. Se ha conseguido, por ejemplo, desarrollar con éxito motores hipersónicos scramjet.
Estos motores consumen aire atmosférico para producir la combustión del combustible a la manera de los reactores de los aviones convencionales.

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Diseños del x33 y del hermano mayor. Foto: NASA

Pero la compresión no se realiza con turbinas sino que es la misma presión del aire y la geometría del sistema la que lo consigue. Estos motores a reacción funcionan a muy altas velocidades y mantienen ahora mismo la marca mundial de velocidad dentro de la atmósfera terrestre con casi 10 Mach (10 veces la velocidad del sonido). La ventaja fundamental es que no hay que acarrear el peso del oxigeno líquido con el vehículo, pues es consumido de la atmósfera. Obviamente no funcionan en el espacio por esa misma razón, pero la idea es usar motores cohete convencionales una vez se abandona la atmósfera.
Otra ventaja es su sencillez y su bajo mantenimiento debido a la ausencia de partes móviles como puedan ser turbinas.
Un inconveniente es que no funcionan a bajas velocidades, por lo que hay que utilizar otro sistema a ese régimen. Para la última prueba de este sistema se utilizó un cohete Pegasus lanzado desde un avión.
Otra idea sería utilizar un sistema electromagnético de aceleración.

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X43 montado en el morro de un cohete Pegasus. Foto:NASA

Estos sistemas electromagnéticos se han ensayado a escala en los laboratorios y funcionan muy bien. Hay un sistema real de 15 metros de largo en el Marshall Space Flight Center.
Los campos electromanéticos de una vía tipo Maglev acelerarían un vehículo hasta los 1000 km/h en una pista mucho más larga. Después utilizaría motores cohete y/o scramjet para alcanzar la orbita.
Vayamos un poco más lejos. Imaginemos una tecnología totalmente diferente.
Supongamos que tenemos una nave que no acarrea combustible en absoluto ni fuente de energía interna, y toda la energía es suministrada por un láser externo de gran potencia.
La nave, con forma de disco, se colocaría justo encima del haz del láser. Cubierta de un material reflectante enfocaría dicho haz justo debajo de ella. Esto calentaría fuertemente el aire atmosférico allí ubicado y su expansión propulsaría el sistema.

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Aceleración electromagnética. Foto:NASA

Conforme el disco asciende el aire es reemplazado y calentado nuevamente en un sistema de pulsos.
El disco es acelerado mientras haya haz láser y aire atmosférico disponible, y si alcanza suficiente velocidad entra en órbita. La estabilidad se consigue con una rotación muy rápida del propio disco.
Esto, que parece ciencia ficción, fue ya ensayado con éxito en 1997 a escala reducida con un disco de 15 cm y utilizando un láser de 10 kilovatios.
Utilizando un láser de 100 kilovatios se espera poner en orbita un prototipo de 1 kg de peso próximamente.
Versiones superiores se basarían en un haz de microondas del orden del Megavatio para lanzar así cargas útiles, aunque todavía no está claro que sirva para lanzar pasajeros.
De todos modos es un sistema muy barato y efectivo, siendo el coste por kilogramo en orbita muy inferior al usual.
Vamos a terminar con el sistema que entra más en el terreno de la fantasía: el ascensor espacial.

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Dibujo de una nave atmósférica impulsada por láser. Dibujo:NASA

Propuesto hace más de un siglo y posteriormente usado en novelas de ciencia ficción, el ascensor espacial consistiría en un “cable” que anclado en el ecuador llegaría hasta un satélite pesado (se ha llegado a proponer un asteroide reorbitado) en órbita geoestacionaria a 36.000 km de distancia de la superficie terrestre.
En esa órbita el satélite tarda 24 horas en completar una vuelta alrededor de la Tierra y por tanto, al igual que los satélites de comunicaciones, mantiene su posición relativa en el espacio fija respecto al observador terrestre.
La carga se mandaría allí gracias a un sistema electromagnético sujeto al cable.
De todos los sistemas sería el sistema más barato (con mucho) por carga puesta en órbita. Sin embargo, una obra tan colosal de ingeniería (y posible blanco de terroristas) es de momento irrealizable, incluyendo el precio desorbitado de la obra civil. De hecho, hasta hace poco se creía que era imposible su construcción por no existir material con el que construir un cable tan resistente. Pero posteriormente se descubrieron los nanotubos de carbono que son 100 veces más resistentes que el acero y con los que se podría realizar fisicamente.

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Dibujo de lo que sería un sistema atmosférico impulsado por un haz de microondas. Foto: NASA
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Representación artística del ascensor espacial. Foto: NASA

Los sistemas que hemos visto no son los únicos, no hemos hablado de los futuros lanzadores de carga pesada para volver a la Luna o ir a Marte, pero los diseños no son aun muy claros. Uno de ellos se basaría en usar los “boosters” y el deposito de combustible del actual shuttle.
Para ver los útimos diseños que se están planteando pinche aquí.
También es seguro que hay otros sistemas por descubrir y desarrollar.
Hemos visto el primer paso, en la próxima entrega veremos cómo planean que nos movamos dentro nuestro sistema solar.

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13 Comentarios

  1. Orígenes » Programa espacial en problemas:

    [...] y la tripulación y la nave lleguen sin problemas a tierra firme. Nuevos planes ya están sobre la mesa para reemplazar al vehículo que fue diseñado en los años 70. Ahí los dejo con las do [...]

  2. NeoFronteras » La NASA rediseña el acceso al espacio:

    [...] acceso al espacio de la NASA se conocerán más adelante este mes. Para saber más pinche aquí y aquí.

    Comentarios
    »

    [...]

  3. IRALA CESAR:

    DOS DE LOS PROYECTOS NO SON VIABLES,Y ELLO SE DEBE A GRAVES FALENCIAS EN SUS DISEÑOS,COMO TAMBIEN EN SUS SISTEMAS DE PROPULSION.

  4. Administrator:

    Argumente más su afirmación porque de otro modo es simplemente gratuita.
    Por favor, no utilice sólo mayúsculas, un comentario no es un titular, gracias.

  5. Leon:

    La alternativa del ascensor es fenomenal y algun día realizable.
    No podemos quedarnos en sistemas convencionales de transporte.

  6. Jose M. Piñeiro:

    Se os ha olvidado el metodo mas sencillo, economico y antiguo.

    La primera propuesta de usar un cañon para salir al espacio fue de Julio Verne.
    En 1960 Gerald Vincent Bull lideró el projecto HARP, un cañon químico que alcanzo el espacio (100km de altura)
    Cuando estaba trabajando en el proyecto babylon, que teoricamente pondria un satelite en orbita, fue asesinado, presuntamente por el mossad.

    Logicamente con este sistema no se pueden lanzar personas, pero no hay problema con robots, combustible u otras cargas utiles.

    Realmente no creo que haya sistema mas economico de ponerse en órbita.

    Ver:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Babylon
    http://en.wikipedia.org/wiki/Gerald_Bull

  7. Luis Gracia:

    Hola. Soy nuevo en esto de las ciencias físicas, pero me parece formidable la alternativa de transporte utilizando la energía electromagnética, para ser sincero, si pudiéramos desarrollar un dispositivo que permita crear un campo repelente de la gravedad terrestre, libre de inercia y capaz de alcanzar velocidades inimaginables, siguiendo los insondables parámetros de la física, o por que no, intentar romperlos, sería una alternativa para destetarnos de los hidrocarburos que diariamente acribillan nuestro planeta. De la misma forma, la actual tecnología permite que creemos colchones magnéticos que permiten levitar objetos; si pudiéramos regular esa levitación para crear vías o canales que nos facilitarían el transporte y acortar distancias, reduciendo los costos ocasionados por tecnologías obsoletas y contaminantes.
    Ojalá nuestros científicos tengan esa visión humanitaria y no meramente comercial para, de una vez por todas, despegar de este estancamiento tecnológico y subdesarrollo que viven más de 70% de la población mundial.
    Gracias por permitir expresar mi humilde opinión sobre este interesante tema.

  8. Administrator:

    Por desgracia la física impide la mayor parte de lo dice. La conservación de la inercia es algo fundamental en física. En cuanto al electromagnetismo me temo que no es mágico. Aunque recientemente se ha propuesto un sistema magnético para cambiar la órbita de los satélites artificiales muy lentamente.

  9. chorete:

    Creo que fue en el 70 que abandoné la NASA por estar en desacuerdo con los despilfarros y rigideces estructurares.
    La aventura político- mediática de la Luna nos privó a los más serios del JPL de fondos importantes. Claro que también influyó el gran desencanto de Marte. A pesar de las advertencias de los mejores científicos, todavía albergábamos la esperanza de ver algunos matojos y algún que otro bicho raro con su consabida trompetilla. Pero cuando un compañero me dio la primera serie de fotos sacadas del ordenador y estaba claro de que aquello era un Planeta Muerto, pensé que si Marte era el más prometedor, entonces era mejor apagar e irse. La exploración del Sistema Solar iba ser muy aburrida.
    No sé si la siguiente idea es mía o de otros o mía y de otros o de otros y mía, es igual. Pero es el ascensor el que más me gusta. Se pone en orbita baja un anillo alrededor de la Tierra, con una velocidad ligeramente superior a la de su órbita para que se tense.
    Unos trenes de alta velocidad circularían muy bien en el vacío y de ellos cuelgan cables geoestacionarios. No me acuerdo bien si esto funcionaba en el Ecuador o había alguna otra pega. La deformación del anillo soportante sería una catenaria especial para campos no uniformes. Un bonito tema para entretenerse.
    Chorete

  10. pepe:

    ¡Qué calidad esta explicación!

  11. jose:

    Es muy bueno sus informaciones, pero carecen de sencillez, quizas por lo científico que resulta. Espero que nos tomen en cuenta a nosotros los mexicanos en sus proyectos.
    Gracias.

  12. jose:

    Sin duda alguna los progresos en sus vehículos alcanzara primero a las personas del primer mundo o sea los americanos pero con el tiempo quizás al resto de la humanidad.
    Hasta pronto.

  13. victor:

    yo digo: por que gastan tanto dinero en combustible, no hay una forma mas eficiente de propulsar una nave ,hay otra forma de que los transbordadores despegen de otra forma diferente hay motores de motores ionicos o motores de fuerza antigravitacional de acuerdo con la ley de gravitacion universal con esa fuerza la nave puede llegar a velocidades soprendentes hasta incluso puede llegar a la velocidad luz y todo eso funciona a energia solar yo me imagino que para el futuro habra en el cielo flotas de naves 100% mas avanzadas que ahora y colonias en todo el espacio gracias me llamo victor villalba tengo 13 años chau

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