El tren de proyectiles con destino a la Luna

Ilustracin del dibujante Henri de Montaut (1830-1890) y del grabador Francois Pannemaker(1822-1900) de la edicin del 31 de julio de 1868 de la novela De la Tierra a la Luna de Julio

Verne (wikipedia).

Para volar no necesitas alasRicardo Prez

Resumen

Todas las noches que el cielo se despeja, podemos mirar las estrellas y la Lunainmerasas en la oscuridad de ese vaco por el que tambin viajamos montados enla Tierra. Con la imaginacin fue posible crear cohetes para realizar viajesespaciales y mandar sondas a explorar planetas; ese sueo que comenz comoficcin y se mantiene vivo en estos das .....

1Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

Entre ficcin y realidadEs aventurado afirmar desde cundo el cosmos nos provoca fascinacin; tenemosa los babilonios con sus calendarios lunares, a los griegos con las teoras deluniverso, y tambin la invencin del astrolabio, que aunque no se sabe ni quin nidnde se invent, s se sabe que fue perfeccionado por los rabes. Coprnico,Kepler, Galileo, Newton, entre otros, estudiaron los cuerpos celestes; se invent eltelescopio y se pudo ampliar nuestro horizonte ms all de la Tierra.

Kepler, adems de sus contribuciones cientficas escribi una novela titulada Elsueo, que se public hasta despus de su muerte. En ella describe cmo atravs de un viaje onrico, producto de un conjuro, se llega a la Luna, un lugarhabitado por criaturas adaptadas a la vida lunar. Galileo tambin contribuy aincrementar el inters por el espacio al plasmar en un lenguaje poco tcnico, en1610, sus observaciones con el telescopio en un tratado titulado El mensajerosideral, donde menciona que en la Luna existen irregularidades orogrficassimilares a las de la Tierra, por ello entre la gente comenz a surgir la idea de vidaextraterrestre. El planeta Urano fue hallado por William Herschel en su bsquedade vida fuera de la Tierra. Tambin, a travs de la ficcin se han imaginado viajesespaciales y un ejemplo de esto es la novela de Julio Verne titulada De la Tierra ala Luna que se public en 1865. Verne relata cmo al fabricar un can gigante,se enva un proyectil a la Luna, lo cual no es precisamente la forma en que hoy enda se hacen los viajes espaciales.

El visionarioKonstantin E. Tsiolkovsky es considerado el pionero de la astronutica, imagin laforma de realizar viajes espaciales y sus ideas no distan mucho de la forma actualde realizarlos debido a que sus ideas fueron visionarias. l fue quien propusoutilizar cohetes multi etapas y la construccin de lo que ahora conocemos comoestaciones espaciales. Tsiolkovsky naci en 1857 en una provincia de Rusia. A laedad de 16 aos su padre lo envi a Mosc a estudiar con la esperanza de queingresara a una escuela tcnica, y cada mes le enviaba de 10 a 15 rublos para sumanutencin; pero Tsiolkovsky gastaba la mayor parte del dinero en libros ysustancias qumicas para experimentos. Debido a problemas auditivos, tuvo queaprender ciencias por cuenta propia en la Biblioteca Nacional de Rusia bajo la guade Nikolai Fyodorov, un filsofo que tena ideas futuristas sobre la colonizacin del

2Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

espacio; estas ideas filosficas forman parte del movimiento conocido comocosmismo. Entre las preocupaciones de los cosmistas se encontraba lasobrepoblacin de la Tierra y planteaban como solucin explorar y colonizar elespacio.

Eran muchos los estudiantes que por diversas razones no podan asistir a cursosregulares y formaban grupos informales de estudio, stos fueron de muchautilidad para el surgimiento de nuevas ideas cientficas y filosficas en Rusia. En1877 Tsiolkovsky regres a su provincia para ensear aritmtica y geometra,luego ampli sus cursos a la enseanza de fsica y a temas ms avanzados comola aerodinmica. Tsiolkovsky abogaba por combinar la enseanza a nivel tericocon la experimentacin, as sus alumnos podan aprender aplicaciones prcticasde lo visto en clase. Les mostraba algunos inventos y mquinas en su casa ycontinuamente se le vea caminando con ellos explicndoles principios cientficosde la naturaleza. Como educador utiliz mtodos poco convencionales, como eltrabajo en grupo para que los alumnos se ensearan unos a otros segn lo quems supiera cada cual.

El principio bsico: conservacin de momentoLas ideas de Tsiolkovsky fueron de avanzada. Por ejemplo en 1882 mand unmanuscrito a la Sociedad Rusa de Fsica-Qumica, donde analizaba los efectos dela gravedad sobre los seres humanos. En 1883, en su manuscrito titulado EspacioLibre, analiz la dinmica de los cuerpos en el espacio, en ausencia de fuerzasgravitacionales y sin la resistencia del aire. En este trabajo explic que la nicamanera de realizar viajes espaciales sera posible slo si exista prdida de masamediante la propulsin de partculas. Esto se debe a la conservacin demomento. Podramos pensarlo del siguiente modo: si el lector estuviera en untrineo cargado con costales de naranjas, sin perros que lo jalaran y sin poderempujarlo tampoco, la nica manera de lograr que avanzara, sera aventandonaranjas en direccin contraria a aquella en la que se desea avanzar. El momentoes una cantidad que se define como el producto de la masa de un objeto por suvelocidad (mv). Antes de aventar las naranjas, el momento de todo el sistema(trineo con naranjas, Mv=0) es cero, porque est en reposo. Al comenzar a arrojarnaranjas con cierta velocidad, stas adquieren momento (-mv) hacia atrs. Paraque se conserve el momento de todo el sistema, el trineo debe avanzar y sumomento ser igual en magnitud y con signo contrario (positivo, hacia adelante)

3Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

al momento generado por el hecho de aventar naranjas, de este modo la sumadel momento, generado por arrojar naranjas ms el momento del trineoavanzando es cero; entonces el momento es igual al inicial y existeconservacin de momento. De igual forma sucede con un cohete, al quemar elcombustible expele muchas partculas con gran energa producto de lacombustin y el cohete se eleva.

Dibujo hecho a mano por Konstantin E. Tsiolkovsky

Cohete de combustible lquido. En el diagrama de Tsiolkovsky, se muestran dos compartimentos,en uno de ellos hay hidrgeno y en el otro oxgeno, ambos en estado lquido. La punta del cohetela pens para los tripulantes y debajo de la cabina se produce la mezcla y la combustin entre eloxgeno e hidrgeno. Por el tubo se expele el producto de la combustin que impulsa al cohete.

Los cohetes son aerodinmicosUna dcada despus de publicar Espacio Libre, Tsiolkovsky comenz a construirtneles de viento en su laboratorio para probar los efectos de la resistencia delaire sobre algunos objetos. Los tneles de viento consisten en cuartos cerradosdonde se pone a prueba la aerodinmica, desde una pelota de golf hasta un avincualquiera. Para ello se generan corrientes de aire lo ms uniformes posibles. Conla finalidad de analizar la trayectoria que sigue la corriente de aire, se marcanlneas de corriente utilizando, por ejemplo, humo que seguir la trayectoria delviento; al encontrarse con algn objeto tratan de rodearlo.

4Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

Por el simple hecho de ir cortando el viento se genera una fuerza de arrastrecontraria a la direccin de desplazamiento, la cual se trata de reducir cambiandola forma del objeto para gastar menos combustible o para alcanzar mayoresvelocidades en un avin o algn otro vehculo. Tsiolkovsky estudi estoinicialmente con placas planas, cilindros, esferas y public sus resultados en 1898en la revista rusa Herald of Experimental Physics and Elementary Mathematics.

Dibujo hecho a mano por Konstantin E. Tsiolkovsky

Diagrama del dispositivo para los experimentos sobre la resistencia del aire

La publicacin ms importante de Tsiolkovsky sali en 1903, se titulInvestigation of World Spaces by Reactive Vehicles; en ella present la idea deutilizar cohetes como medio para viajar al espacio, adems expuso una frmulapara calcular la trayectoria de un cohete considerndolo como un sistema demasa variable por ir eyectando el producto de la combustin de los motores. En1912, en una edicin posterior de este trabajo, ampli sus resultados proponiendoformas para que un cohete venciera la resistencia del aire y al final de la mismaedicin comparti algunas ideas sobre los viajes espaciales, haciendo mencinsobre la posibilidad de expandirse en el espacio para proveerse de recursos, coneste fin plante establecer estaciones interestelares.

Tsiolkovsky fue un gran divulgador de la ciencia y de los avances tecnolgicos enRusia. Escribi novelas de ciencia ficcin, y confiesa que se inspir con las novelasde Julio Verne. En sus clases, en su trabajo cientfico, y en los panfletos que

5Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

escribi, propag las ideas de los viajes espaciales e impuls a nuevasgeneraciones de ingenieros y fsicos a que lograran avances en este campo.

Los cohetes despeganEl desarrollo ms fuerte en el diseo y operacin de los cohetes surgi desdeantes del inicio de la segunda guerra mundial. Los alemanes, despus de laprimera guerra se vieron limitados para producir artillera pesada por el tratadode Varsovia, y pensaron en los cohetes como un medio para lanzar bombas alargas distancias sin violar el tratado. A finales de la segunda guerra los alemaneslanzaron alrededor de dos mil misiles contra los aliados, no eran muy precisosporque an no se inventaba un sistema de guiado y navegacin para los cohetes;pero lograron captar la atencin de los Estados Unidos, que a finales de lasegunda guerra se hicieron de la planta donde se construan los cohetes blicosalemanes y de varios cientficos en este campo. Los soviticos tambin hicieron lopropio.

Durante la guerra fra entre los Estados Unidos y la Unin Sovitica se inici lacarrera espacial. Se cre la NASA despus de que los soviticos enviaran el primersatlite artificial, el Sputnik. En la carrera espacial los Estados Unidos enviaron elprimer satlite de comunicaciones, Echo I, y tambin mandaron al primer serhumano a la Luna, cumpliendo la fantasa que muchos aos atrs slo era ficcin.Pero los soviticos comenzaron a trabajar en lo que hoy conocemos comoestaciones espaciales para extender la presencia humana al espacio. VladimirTitiv y Musa Manarov fueron los primeros en pasar ms de un ao en la estacinMir. Luego de esto los Estados Unidos comenzaron a trabajar en su propiaestacin espacial. Al final colaps la Unin Sovitica y se pudo abrir una etapa decooperacin entre ambos pases para desarrollar la Estacin EspacialInternacional.

Durante la carrera espacial el desarrollo de satlites de telecomunicaciones quehan servido como sistemas de navegacin, transmisin de seales de radio,televisin y comunicacin mvil, cambiaron la dinmica del mundo entero. Ahoraes posible mantener un monitoreo constante de las condiciones climatolgicas yampliar la bsqueda y manejo de recursos naturales. Por todo esto para cualquierpas sera deseable entrar en esta industria debido a los avances que conlleva, de

6Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA

no hacerlo la brecha entre pases punteros en esta rea con los que an no la hanimpulsado, ser cada vez mayor y los costos para un pas sin este desarrollo seirn incrementando. La vulnerabilidad al carecer de tecnologa propia entelecomunicaciones es un tema alarmante que debe ser considerado con todaseriedad.

Bibliografa

1. John Lear, El sueo de Kepler, Direccin General de Divulgacin de la Ciencia, UniversidadNacional Autnoma de Mxico, Mxico, 2005.

2. Arthur C. Clarke, Interplanetary flight: An introduction to astronautics, Harper & Brothers,Gran Bretaa, 1956.

3. James T. Andrews, Red cosmos: K.E. Tsiolkovsky, grandfather of soviet rocketry, Texas A&MUniversity Press, EU, 2009.

4. Jerry Jon Sellers, Understanding space: An introduction to astronautics, Mc Graw Hill, EU,2004.

5. Science Fiction Encyclopedia: www.sf-encyclopedia.com

7Para volar no necesitas alas / CIENCIORAMA