Astronáutica CIENCIA

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Ciencia

Del griego astron, astro, y nautikee, náutica, es la ciencia y tecnología de los viajes espaciales.

1. Historia. Así como puede asegurarse que la Astronomía es tan antigua como el hombre mismo, no ocurre otro tanto con la A. La idea de trasladarse a otras partes del Universo debió surgir en el hombre cuando asemejó los astros que veía en el cielo con el mundo en que haBitaba, El poderoso estímulo que la contemplación del firmamento supuso en la curiosidad científica de la mente griego, desarrolló gradualmente una serie de especulaciones astronómicas y filosóficas que son formas rudimentarias de viajes espaciales. Así, los mitos de Faetón, y de Dédalo e Icaro, junto con la obra de Luciano de Samosata Vera Historia, pueden considerarse como los primeros antecedentes de la A.

Hasta el Renacimiento no aparecen nuevas señales de la inquietud del hombre por desplazarse a los mundos circundantes. Dos pueden ser los fenómenos que expliquen esta tendencia: por un lado, el nacimiento de la ciencia moderna que, con los grandes genios de la Astronomía, redujo a la Tierra a ser un punto insignificante del gigantesco cosmos; y, por otro, la aparición del Humanismo, que reemplazó el dogmatismo teocéntrico por la filosofía antropocéntrica. El Universo y el hombre pasaron a ser los objetivos más importantes en la exploración filosófica. Como consecuencia de esta doble corriente, tuvo lugar el nacimiento de un nuevo género literario: la fantasía científica, que tuvo cultivadores tan señalados como los poetas Giordano Bruno y Cyrano de Bergerac, el abate Godwin e incluso científicos como Kepler. Posteriormente, Kirchner, Fontenelles y Verne continúan esta tradición, que con, Wells y Tolstoi se entronca con el nacimiento de la nueva cienciaficción.

Las primeras investigaciones científicas dentro del campo de la A. fueron realizadas por el hoy considerado como padre de la misma: el ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkowski (1857-1935). En sus trabajos, publicados entre 1895 y 1930, abarcó áreas tan dispares como la utilización de propulsantes líquidos en los ingenios espaciales y la regeneración del oxígeno en las cápsulas estancas mediante plantas. Otros adelantados en la investigación espacial fueron: Hermann Ganswindt (1856-1934), que ideó un sistema rotatorio para la creación de una gravedad artificial de aplicación a los viajes espaciales; Robert EsnaultPelterie (1881-1957), que vaticinó el empleo de la energía nuclear en los viajes interplanetarios y a quien se atribuye la invención de la palabra A.; Robert H. Goddard (1882-1945), que construyó y lanzó en 1926 el primer cohete de propulsante líquido; Hermann Oberth (n. 1894), que estudió el multiescalonamiento y la deflexión de las trayectorias ascensionales, etc. En la actualidad, el trabajo en equipo y el secreto en que se mantienen ciertas innovaciones, hacen difícil aislar las contribuciones individuales al avance de la A. Hay que citar, sin embargo, a Wernher von Brunn (n. 1912; v.) y a Leónidas Sedov (1907), por cada una de las dos grandes potencias en esta rama de la Ciencia.

El 4 oct. 1957, en el centenario del nacimiento de Tsiolkowski, se abría la era del espacio con el lanzamiento y puesta en órbita del satélite ruso Sputnik I, y el 12 abr. 1961 el vuelo orbital de Yuri Gagarin en el Vostok I marcaba el principio de los vuelos tripulados. Desde entonces se han ido multiplicando, los avances tecnológicos, dirigidos principalmente a la conquista de la Luna, sueño de la Humanidad desde los tiempos remotos. Estos avances tecnológicos se pueden resumir en: aterrizaje suave en la Luna, satelización de ingenios en nuestro satélite natural, reconocimiento de los planetas Marte y Venus, etc., entre las misiones no tripuladas. En cuanto a los vuelos tripulados, las etapas más espectaculares han sido: verificación de las maniobras de encuentro (rendezvous) y atraques espaciales; realización de misiones extravehiculares por parte de la tripulación y, sobre todo, la llegada a nuestro satélite de los primeros hombres (v. tabla).

2. Mecánica orbital. El movimiento de un cuerpo material en el espacio exterior está regido por las leyes de la gravitación universal (v.). En ausencia de fuerzas propulsoras (que, en general, actúan sólo en una pequeña parte de la trayectoria), las de gravitación son, prácticamente, las únicas fuerzas que modifican el movimiento del cuerpo (cohete, satélite o sonda) fuera de la atmósfera terrestre. La fuerza de gravitación entre dos cuerpos es atractiva y su intensidad es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. Es’ decir,

mm

F=G

siendo: F, fuerza que actúa sobre cada uno de los dos cuerpos; G, constante universal de gravitación; m y M, masas de los dos cuerpos; d, distancia entre ellos. (En el caso de ser los cuerpos esferas homogéneas, la distancia d es la existente entre sus centros).

Esta fuerza F produce sobre cada uno de los dos cuerpos una aceleración igual al cociente entre la fuerza y la masa correspondiente (segunda ley de Newton) de forma que la aceleración de cada uno de ellos es proporcional a la masa del otro. Cuando uno, de los cuerpos tiene una masa mucho mayor que la del otro, p. ej., la Tierra y un satélite artificial (v.), su aceleración será despreciable y no habrá variación de su movimiento. En cambio, el satélite tendrá una: aceleración proporcional a la masa de la Tierra, llamada aceleración de la gravedad. En estas condiciones, el movimiento relativo entre el satélite y la Tierra es el mismo que si el centro de la Tierra estuviera fijo en el espacio. Estos movimientos se conocen con el nombre de movimientos keplerianos y su estudio lleva a la consecuencia de que las trayectorias seguidas por el móvil son cónicas (circunferencias, elipses, parábolas o hipérbolas) y, excepcionalmente, rectas. En cada caso particular, la trayectoria que sigue el móvil depende de las condiciones iniciales. Sea, p. ej., S un vehículo (fig. 1) que posee, en la posición representada, una velocidad vo perpendicular a la línea ST, y que está sometido a la aceleración de la gravedad de la Tierra, T. Sea ro la distancia inicial ST. Si vo es cero, la trayectoria de S será la recta SA, que es la que siguen, aproximadamente, los cohetes de sondeo. Si la velocidad vo es menor que ,lAbIro, las trayectorias serán: o bien los arcos de elipses SB o bien las elipses completas SC. El primer caso corresponde a las trayectorias seguidas por los proyectiles balísticos intercontinentales, y el segundo, a los satélites artificiales con el apogeo (mayor distancia a la Tierra) en el punto_ S.

Si la velocidad vo es igual a >/Fs/ro (velocidad circular u orbital) la trayectoria será la circunferencia SI) y la seguirán los satélites de órbita circular. Si la velocidad vo está comprendida entre 1/~/ro y V21i/ro las trayectorias serán elipses como la SE, correspondientes a los satélites con el perigeo (menor distancia a la Tierra) en el punto S. Si la velocidad vo es igual a ,/t./ro (velocidad parabólica o de escape) la trayectoria será la parábola SF. En este caso, el vehículo escaparía de la influencia terrestre y quedaría orbitando alrededor del Sol, convertido, por tanto, en un planeta artificial. Si la velocidad vo es mayor que >,/2t./ro, las trayectorias son hipérbolas como la SG, y son las seguidas por las sondas espaciales para los viajes interplanetarios. Todas estas trayectorias (órbitas) son relativas al centro de la Tierra; realmente, las trayectorias con respecto a otros sistemas, el Sol, p. ej., de un satélite artificial terrestre no serían cónicas, sino curvas más complejas.

Un concepto interesante es el de velocidad característica, definida como la velocidad con la que ha de salir un cuerpo de la superficie terrestre para cumplir una misión determinada. Así, p. ej., para un satélite orbitando a una cierta altura, la velocidad característica será la suma de la circular correspondiente más la necesaria para llevarlo a dicha altura. En la fig. 2 se representan las velocidades circulares y características para satélites terrestres de órbita circular en función de las alturas. La mínima velocidad característica de satelización (la circular correspondiente a altura cero=7,91 Km/seg.) recibe el nombre de primera velocidad cósmica, y a la mínima velocidad característica de escape (la parabólica correspondiente a altura cero=11,91 Km/seg.) se la conoce como segunda velocidad cósmica.

El movimiento de las sondas lunares o interplanetarias no responde al esquema simple de los movimientos keplerianos puros (con un solo centro de atracción) como en el caso de los satélites, sino que al ser varios los centros importantes de atracción (Tierra, Sol, planetas) el movimiento es más complejo. En tales casos la trayectoria se puede suponer dividida en zonas, en cada una de las cuales el tratamiento es distinto. Así, en el caso de una sonda lunar el movimiento comienza por ser kepleriano, pues es la Tierra el único centro importante de atracción. Después hay una zona donde las atracciones de la Tierra y el Sol son del mismo orden de magnitud y hay que estudiar el movimiento a partir del llamado "problema de los tres cuerpos". A continuación, las atracciones del Sol, la Tierra y la Luna son comparables, por lo que el problema se complica aún más, y, finalmente, la única atracción importante es la de la Luna, por lo que se puede tratar otra vez como kepleriano, pero con relación a la Luna.

3. Propulsión y guiado. La obtención de las velocidades características propias de los vuelos espaciales se realiza a partir de los sistemas de propulsión. En general, todo sistema de propulsión se basa en el principio de la acción y reacción de Newton o tercera ley de la Mecánica (v.). En los vehículos aéreos y marítimos, la propulsión se obtiene eyectando en sentido contrario al movimiento una cierta cantidad de masa fluida a una gran velocidad. Tal es, p. ej., el sistema empleado por los aviones (tanto de hélice como de reacción) y por los vehículos espaciales. Pero entre éstos y aquéllos hay una diferencia sustancial: mientras que los sistemas empleados en la navegación aérea necesitan del aire atmosférico, tanto para el funcionamiento del motor como para el suministro de la masa fluida a eyectar, los sistemas usados en la navegación espacial han de ser autónomos, puesto que el medio donde se mueven es el vacío. Estos sistemas de propulsión autónomos reciben el nombre genérico de cohetes (v.), y los utilizados en la navegación espacial se pueden dividir en tres grandes grupos: de propulsión química, de propulsión nuclear y de propulsión iónica. Los primeros consiguen la energía necesaria mediante la combustión de sustancias almacenadas en el propio vehículo, y los gases resultantes de la combustión son utilizados como materia a eyectar. En la propulsión nuclear, la generación de energía se produce en un reactor nuclear (v.). Este reactor no genera ninguna masa que pueda ser expelida, por lo que necesita alguna sustancia (agua o hidrógeno líquido) que pueda ser calentada por él y eyectada posteriormente. La propulsión iónica utiliza su fuente de potencia, que puede ser un reactor nuclear, para producir una energía eléctrica que ioniza las moléculas de la sustancia a eyectar, que es cesio, generalmente.

Hasta hoy el único sistema en estado operacional es el químico, en su doble división de propulsantes sólidos y líquidos. Puesto que las características de estos propulsantes son insuficientes para la consecución de las velocidades requeridas en las misiones espaciales mediante cohetes ordinarios, es preciso recurrir a la disposición multiescalonada o de varias etapas. Con esta disposición (fig. 3), cada unidad propulsiva (escalón) se separa del resto del cohete una vez que ha agotado su combustible, produciendo la consiguiente pérdida de peso muerto.

Todas las misiones espaciales, ya sean satelitarias; lunares o interplanetarias, requieren no sólo disponer de la energía necesaria para conseguir las velocidades características, sino también deflectar convenientemente las trayectorias en sus partes propulsadas, mediante la adecuada programación de maniobras. Esta programación se realiza a partir de la trayectoria óptima calculada teóricamente y va, por lo general, almacenada en el propio vehículo. La trayectoria real diferirá de la teórica a causa de múltiples perturbaciones y será preciso corregirla continuamente o en distintos momentos. A este proceso de corrección se le llama guiado, y consta de las siguientes fases: a) Determinación de la posición real del vehículo. b) Comparación con la trayectoria teórica. c) Cálculo de las maniobras necesarias. d) Actuación sobre los órganos de mando. La primera fase se realiza, generalmente, bien por medios inerciales (acelerómetros situados en una plataforma estabilizada por giróscopos), o bien por medios radioeléctricos (reflexión de ondas emitidas desde estaciones en tierra). Las fases intermedias precisan de la ayuda de calculadores electrónicos para realizar casi instantáneamente los cálculos necesarios, y la última fase es, en esencia, un sistema de pilotaje automático del tipo aeronáutico.

4. Sioastronáutica. El mantenimiento de la vida humatIa fuera de la Tierra y la determinación de la posible existencia de vida en otros astros son los dos objetivos más importantes de la bioastronáutica. Las investigaciones llevadas a cabo en los vuelos orbitales tripulados han permitido obtener datos muy importantes sobre la adaptación del hombre en el espacio exterior; la influencia de la falta de peso y el peligro de las radiaciones han sido cuidadosamente estudiados. Pero los viajes interplanetarios exigirán varios meses o años de permanencia en el espacio y habrá que resolver los problemas derivados de tan larga duración, tales como los de habitabilidad de la cápsula y el control psicológico de los tripulantes. Entre las necesidades que habrá que cuidar en la cápsula están: regeneración del oxígeno y del agua, control de la presión y de la temperatura, manutención e higiene de la tripulación, etc. En cuanto al control psicológico de los astronautas, los problemas más importantes son los debidos a la claustrofobia y a la interadaptación de las particularidades psíquicas de los distintos miembros de la tripulación. El conjunto de tales problemas ha obligado

a pensar en soluciones que rozan el terreno de la pura especulación, tales como la de someter a los astronautas a una especie de catalepsia artificial mediante un profundo descenso de la temperatura, etc.

Hasta ahora, poca luz han dado las investigaciones sobre la existencia de vida extraterrestre. Este tema, tan debatido en épocas anteriores, sigue siéndolo en la actualidad; aunque en algunos ambientes se considera muy probable la existencia de formas de vida en otros planetas, dado que existen miles de millones de galaxias, formadas con miles de millones de estrellas rodeadas de planetas. Nada parece obstar a que existan creaturas corporales con vida fuera del planeta Tierra. Sin embargo, las exploraciones realizadas primero en la Luna, y después de diferentes formas en varios planetas del sistema solar no han dado resultado positivo alguno (v. t. EXOIIOLOGÍA; BIOLOGÍA ESPACIAL).

5. Repercusiones de las actividades espaciales. La A. está destinada a la expansión del género humano por el Universo. En los primeros años de existencia real ha demostrado la posibilidad de tal expansión, a la vez que ha contribuido al desarrollo de técnicas aplicables al progreso de la Humanidad en todos los órdenes. Cada vez se aparta más del terreno de la fantasía científica para convertirse en un motor que impone un ritmo acelerado a todas las ramas del saber humano. El desarrollo de las ciencias y tecnologías espaciales es, pues, un fenómeno irreversible que responde a la búsqueda de lo desconocido, inherente a la condición humana y base de todo conocimiento. No es correcto, por tanto, considerar la aventura espacial como un programa de competición deportiva, sino como el medio de que dispone el hombre actual para impulsar los conocimientos de la Humanidad en todas direcciones. Esta índole universal de la investigación del espacio está caracterizada por la optimización que exige en todos los órdenes y que se deriva de su colocación en la vanguardia del espectacular progreso científico y técnico de nuestros días. La exploración del espacio, primer objetivo de la A., presenta dos aspectos: uno científico, cuyas consecuencias directas no son previsibles (como sucede con toda investigación pura) y otro técnico, en el que los progresos son más visibles. A continuación se analizan las repercusiones que la exploración del espacio ha ejercido sobre algunas ramas de la ciencia, la técnica y la sociología.

Astronomía. La posibilidad de colocar el instrumental científico de observación fuera de la atmósfera terrestre ha sido el sueño de los astrónomos de todas las épocas. Ahora es ya una realidad gracias a los dispositivos automáticos de apuntado, montados sobre plataformas estabilizadas en globos, cohetes y satélites. Las observaciones realizadas con estos medios superan ampliamente a las efectuadas desde la superficie de nuestro planeta al eliminar el molesto velo de la atmósfera. Las investigaciones sobre el Sol, principalmente, han experimentado un gran avance. Pero quizá el paso más trascendental ha sido la conversión de la Astronomía de ciencia de observación en ciencia experimental, con capacidad para provocar fenómenos. El envío de las sondas lunares ha permitido: conocer mejor los movimientos de nuestro satélite, extremadamente complejos; observar su cara oculta; recoger muestras de su superficie, etc. Las investigaciones experimentales sobre Marte han llevado, entre otras, a las siguientes consecuencias: inexistencia de campo magnético, presencia de oxígeno en su atmósfera, y proceso evolutivo más semejante al de la Luna que al terrestre. De Venus se han determinado la composición, presión, densidad y temperatura de su atmósfera.

Meteorología. Los sistemáticos sondeos meteorológicos realizados en todo el mundo desde el advenimiento de la era espacial y la información transmitida por los satélites meteorológicos han revolucionado el arte del pronóstico del tiempo. Las fotografías transmitidas a tierra de formación de nubes han permitido detectar ciclones, tifones,

huracanes y tormentas con suficiente antelación como para tomar las medidas de protección necesarias. Se realizan esfuerzos para establecer el pronóstico atmosférico a escala mundial con tres días de anticipación, lo que originará incalculables beneficios. Por otra parte, el estudio de la física atmosférica en la estratosfera, por determinación de vientos y temperaturas, permitirá una planificación óptima de rutas aéreas para los vuelos supersónicos futuros de las compañías comerciales.

Comunicaciones. Es en este campo donde las realizaciones conseguidas resultan más familiares, puesto que las transmisiones intercontinentales y transoceánicas de conversaciones telefónicas y de programas de televisión se encuentran ya en estado operacional. Baste recordar a este respecto, que la llegada del hombre a la Luna fue seguida, en directo, por millones de televidentes de todo el mundo. Estos éxitos han sido posibles gracias al enorme avance que realizó la electrónica para resolver los problemas derivados de la telemedida (transmisión a distancia de medidas realizadas a bordo) y del guiado de los vehículos lanzadores de satélites. Como ha reconocido la UNESCO, a las comunicaciones espaciales se abren perspectivas infinitas, tanto para la intensificación de los intercambios culturales, como para la difusión en masa de la enseñanza a escala continental o mundial. Existe el proyecto de establecer una red mundial de documentación mediante satélites, con acceso directo y rápido desde cualquier parte del mundo a cualquier tipo de información, lo que originará repercusiones culturales inmediatas.

Medicina y Biología. Durante los vuelos espaciales tripulados, los astronautas son vigilados permanentemente, pues los datos clínicos registrados se envían por telemedida a las estaciones terrestres. El esfuerzo realizado en este sentido ha abierto gran número de posibilidades de aplicación general, entre las que se encuentran: empleo de sondas y captadores extremadamente miniaturizados, capaces de registrar datos desde el interior del cuerpo humano, con la consiguiente ayuda para la diagnosis; transmisión a distancia de informaciones clínicas, de aplicación en regiones inhóspitas o en hospitales cuyo personal facultativo sea escaso como sucede en algunos países subdesarrollados; nuevas concepciones sobre el metabolismo humano a partir de los efectos fisiológicos observados en los astronautas; aplicación a la instrumentación quirúrgica de las nuevas técnicas criógenas y esterilizantes; nuevas soluciones de la higiene del trabajo en lugares estancos, como minas, submarinos, etc.

Alimentación y agricultura. La solución de los problemas referentes a los viajes interplanetarios tendrá aplicación inmediata en cuanto a conservación, tratamiento y almacenamiento de alimentos y en cuanto a la dieta mínima óptima. Por otra parte, la detección de incendios forestales, descubrimiento de plagas del campo, estimación de los recursos acuáticos del subsuelo, investigaciones sobre las sequías, estudios oceanográficos para la detección de bancos de pesca, etc., misiones éstas que pueden realizar los satélites geodésicos, deben contribuir a un desenvolvimiento de las zonas subdesarrolladas.

Cibernética. El fabuloso mundo de los calculadores electrónicos ha tenido un espectacular avance ’debido a las necesidades espaciales. Procesos tales como el cálculo de órbitas, operación de lanzamiento, trayectografía, tratamiento de la información, manejo de datos, análisis de resultados, etc., además de las ya indicadas de programación de maniobras y guiado, no serían posibles sin el uso de los calculadores, tanto analógicos como digitales. A su vez, las aplicaciones de estos "cerebros" fuera del campo espacial, han invadido todo tipo de actividades en el comercio, la industria, la administración, la gestión, etc.

Sociología y política. Los gobiernos de todos los países desarrollados del mundo, conscientes de la tremenda importancia de la exploración espacial, cultivan en la medida de sus posibilidades la ciencia y tecnología del espacio. Los considerables recursos que han puesto en juego los Estados Unidos y la Unión Soviética imposibilitan el mantenimiento de igual ritmo por parte del resto de los países. Las principales naciones europeas decidieron asociarse a fin de realizar conjuntamente la labor que sale fuera de las posibilidades individuales. Así, p. ej., ESRO (European Space Research Organization) y EUROSPACE (Agrupación Industrial Europea de Estudios Espaciales) responden a esta decisión de colaboración europea. Por su parte, los científicos de todo el mundo se agrupan en organizaciones que promueven el intercambio internacional de experiencias e ideas, como COSPAR (Committee on Space Research) y la Federación Astronáutica Internacional (IAF). Es de desear que los trascendentales programas venideros de la conquista del espacio se realicen bajo los auspicios de una verdadera y total colaboración internacional.

Numerosos países pertenecientes a las Naciones Unidas se han adherido al "Tratado sobre los principios que rigen las actividades de los Estados en la exploración y uso del espacio exterior, incluyendo la Luna y demás cuerpos celestes", cuyo art. 1 establece que la exploración espacial debe hacerse para el beneficio e interés de todos los países en condiciones de igualdad y será de la incumbencia de toda la Humanidad. También se establece que el espacio exterior, la Luna y demás cuerpos celestes no podrán ser objeto de apropiación nacional y su utilización será exclusivamente para usos pacíficos.

Quizá el verdadero problema planteado por la A. sea el creciente desfase entre los logros conseguidos y la comprensión y asimilación por parte de la sociedad de nuestros días de lo que estos logros representan.

V. t.: CAMPOS, TEORÍA DE; GRAVITACIÓN UNIVERSAL; PLANETAS II; SATÉLITES.

T. ELICES CONCHA,

BIBL.: Ciencia y Tecnología del Espacio, ed. INTAET, Madrid 1961; P. MATEU SANCHO, Iniciación a la Astronáutica, Barcelona 1968; K. A. EHRICKE, Space flight, I (Environment and Celestial Mechanics), PrincetonLondres 1959; P. DAMBLON, El Espacio, Salamanca 1967 (divulgación para adolescentes).