Los primeros experimentos con cohetes y la exploración de la atmósfera marcan el inicio de una fascinante aventura que llevaría a la humanidad, siglos después, al espacio exterior. Aunque los cohetes como tecnología parecen cosa moderna, sus orígenes se remontan a tiempos antiguos, cuando pueblos como los chinos ya experimentaban con pólvora y lanzaban proyectiles rudimentarios en celebraciones y batallas. Estos cohetes primitivos, aunque simples y de alcance limitado, representaban un primer paso en la idea de propulsar objetos a través del espacio. Con el tiempo, el conocimiento sobre la combustión, el empuje y la aerodinámica se fue perfeccionando, hasta que, en el siglo XX, científicos y pioneros decidieron llevar estos experimentos a alturas mayores, alcanzando poco a poco la atmósfera terrestre y sentando las bases de la futura astronáutica.
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- Los primeros cohetes y experimentos en la atmósfera
- La Segunda Guerra Mundial y el avance de la tecnología de cohetes
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Los cohetes en la antigüedad y el nacimiento de la propulsión
Los primeros cohetes de la historia aparecieron en China hacia el siglo XIII, durante la dinastía Song. La pólvora, inventada por alquimistas chinos siglos antes, se utilizaba para propulsar pequeñas flechas y proyectiles en una forma rudimentaria de cohete. Estos dispositivos eran básicamente tubos llenos de pólvora, que al encenderse expulsaban gases calientes hacia atrás y generaban una fuerza de empuje que impulsaba el proyectil hacia adelante. Aunque estos cohetes no tenían la potencia ni la estabilidad de los modernos, eran efectivos en el campo de batalla y en ceremonias.
En otros lugares del mundo, como el mundo islámico y la India, se desarrollaron tecnologías similares. Se utilizaban principalmente con fines militares y de entretenimiento, pero el principio básico de la propulsión por reacción ya estaba presente. Estos cohetes primitivos inspiraron a generaciones futuras, aunque pasarían varios siglos antes de que se entendiera la física subyacente que permitiría mejorar su diseño. La idea fundamental del empuje —la tercera ley de Newton, que establece que a toda acción corresponde una reacción— fue finalmente formulada en el siglo XVII y sentó las bases científicas para el desarrollo de cohetes cada vez más avanzados.
La teoría de Newton y sus implicaciones para la cohetería
Isaac Newton, en el siglo XVII, proporcionó una descripción matemática del movimiento y formuló las leyes que lo gobernaban, incluyendo la famosa tercera ley. Esta ley es esencial para el funcionamiento de un cohete, ya que el empuje que lo impulsa hacia arriba es el resultado de la reacción producida al expulsar gases a alta velocidad en sentido opuesto. Sin esta comprensión, los cohetes habrían seguido siendo herramientas rudimentarias y poco eficientes, limitadas a aplicaciones menores.
Las leyes de Newton hicieron posible una aproximación científica al diseño de cohetes y plantearon preguntas sobre la posibilidad de superar la atracción gravitatoria terrestre mediante el uso de una propulsión adecuada. Aunque en la época de Newton no se disponía de los materiales o la tecnología para construir cohetes potentes, sus principios teóricos sirvieron de base para los futuros pioneros de la astronáutica, quienes comprenderían que, mediante una adecuada combinación de combustibles y diseño, sería posible alcanzar grandes alturas e incluso el espacio.
Konstantin Tsiolkovsky: el pionero de la astronáutica moderna
Uno de los nombres clave en la historia de los cohetes es el de Konstantin Tsiolkovsky, un científico ruso autodidacta que, a finales del siglo XIX y principios del XX, sentó las bases de la teoría de la cohetería espacial. Tsiolkovsky desarrolló la ecuación de los cohetes, una fórmula matemática que describe cómo la velocidad final de un cohete depende de la velocidad de expulsión de sus gases y de la masa del combustible. Su famosa ecuación del cohete, que sigue siendo fundamental en la ingeniería espacial moderna, describe la relación entre la masa inicial y final de un cohete, la velocidad de escape de los gases y el impulso que se necesita para escapar de la gravedad terrestre.
Para Tsiolkovsky, el objetivo último era alcanzar el espacio exterior, y en sus escritos, se refería al espacio como el «camino hacia el futuro de la humanidad». Fue uno de los primeros en imaginar cohetes de múltiples etapas, donde cada sección del cohete se desprende a medida que se agota su combustible, permitiendo que la siguiente etapa continúe el ascenso con menos peso. Aunque nunca construyó un cohete, las ideas de Tsiolkovsky fueron revolucionarias, y su trabajo teórico sirvió de inspiración para las futuras generaciones de ingenieros y científicos que llevarían la teoría a la práctica.
Robert Goddard: el primer vuelo de un cohete de combustible líquido
Mientras que Tsiolkovsky desarrollaba la teoría de los cohetes en Rusia, en Estados Unidos, el físico e ingeniero Robert Goddard trabajaba en el desarrollo práctico de cohetes. A diferencia de los cohetes de pólvora utilizados en la antigüedad, Goddard fue pionero en el uso de combustible líquido, una innovación que cambiaría la historia de la astronáutica. En 1926, Goddard lanzó el primer cohete de combustible líquido en Auburn, Massachusetts, un logro que muchos consideran el primer paso hacia la exploración espacial.
El uso de combustible líquido en lugar de pólvora o combustibles sólidos representaba una ventaja significativa, ya que permitía un mayor control sobre la velocidad de expulsión de los gases y, por lo tanto, sobre el empuje del cohete. El cohete de Goddard, aunque modesto en tamaño y alcance, demostró que era posible construir un dispositivo capaz de volar a gran altura y que podría mejorarse para llegar más allá de la atmósfera. Goddard continuó trabajando en sus cohetes durante años, desarrollando técnicas de estabilización y control, aunque su trabajo no fue plenamente valorado en su tiempo. Sin embargo, su legado y sus patentes influyeron profundamente en el desarrollo de los cohetes modernos.
Hermann Oberth y la consolidación de la teoría de los cohetes
En Alemania, el ingeniero y físico Hermann Oberth también fue un pionero en el desarrollo de cohetes y en la teorización de vuelos espaciales. Oberth, quien desde joven mostró un gran interés por la posibilidad de explorar el espacio, publicó en 1923 su obra «Die Rakete zu den Planetenräumen» (El cohete hacia el espacio interplanetario), donde desarrollaba los principios básicos de la astronáutica. Oberth defendía el uso de cohetes de múltiples etapas y estudiaba las posibilidades de construir una nave espacial que pudiera viajar a otros planetas.
El trabajo de Oberth no solo se centraba en los cohetes como tecnología, sino que también abordaba los desafíos médicos y técnicos de los vuelos espaciales tripulados, una visión que resultaba extremadamente avanzada para su época. A diferencia de Tsiolkovsky, quien no tuvo los medios para construir cohetes, Oberth fue capaz de experimentar y, junto con sus estudiantes, contribuyó al desarrollo de cohetes experimentales en Alemania. Uno de sus alumnos más destacados, Wernher von Braun, se convertiría en una figura clave en la historia de la astronáutica y jugaría un papel esencial en la construcción de los cohetes que llevarían a la humanidad a la Luna.
Los cohetes V-2: los primeros en alcanzar la frontera del espacio
Durante la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de los cohetes experimentó un avance significativo, aunque en un contexto bélico. En Alemania, Wernher von Braun, influido por los trabajos de Oberth, lideró el desarrollo de los cohetes V-2, los primeros misiles balísticos que alcanzaron la frontera del espacio exterior. El V-2, un cohete de combustible líquido diseñado como arma de largo alcance, podía alcanzar alturas superiores a los 100 kilómetros y fue el primer objeto humano en cruzar la línea de Kármán, el límite reconocido del espacio.
A pesar de su propósito destructivo, los V-2 fueron un logro tecnológico sin precedentes que demostró que era posible alcanzar el espacio con un cohete. Tras la guerra, von Braun y otros científicos alemanes fueron llevados a Estados Unidos en la operación Paperclip, donde continuarían su trabajo en el desarrollo de cohetes con fines pacíficos y en proyectos de exploración espacial. El V-2, aunque fue concebido como un arma, abrió las puertas a la investigación astronáutica y fue el precursor de los cohetes utilizados en las primeras misiones espaciales.
Experimentos en la atmósfera y la carrera hacia el espacio
Con el final de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de los cohetes experimentó un impulso en Estados Unidos y la Unión Soviética, que competían por alcanzar la supremacía en el ámbito espacial. En Estados Unidos, el equipo de von Braun trabajó en el desarrollo de cohetes más potentes, mientras que en la Unión Soviética, el ingeniero Serguéi Koroliov lideraba el programa espacial soviético. Los primeros experimentos en la atmósfera terrestre con cohetes reutilizados y modificados, muchos de ellos basados en el diseño del V-2, permitieron a ambas naciones probar las capacidades de los cohetes en altitudes cada vez mayores.
Estos experimentos demostraron los desafíos de volar en la alta atmósfera, donde las bajas presiones y las altas temperaturas ponían a prueba los materiales y la estabilidad de las naves. También fue en esta etapa cuando se desarrollaron los primeros sistemas de control y telemetría, que permitían monitorear y guiar los cohetes durante el vuelo. La experiencia acumulada en estas pruebas sería fundamental para las futuras misiones espaciales, ya que proporcionó un conocimiento detallado de las condiciones y los riesgos de volar a grandes alturas y permitió perfeccionar las tecnologías de propulsión y de navegación.
Los vuelos de prueba y las primeras cargas científicas
A finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950, los vuelos de prueba con cohetes comenzaron a llevar cargas científicas para estudiar las capas superiores de la atmósfera y los efectos de la radiación en los equipos. Estos cohetes, conocidos como cohetes sonda, eran lanzados a altitudes suborbitales y permitían recoger datos que eran inaccesibles desde la superficie terrestre. Las misiones con cohetes sonda proporcionaron información crucial sobre la composición de la atmósfera, la densidad del aire y los niveles de radiación en altitudes elevadas, y contribuyeron al desarrollo de los instrumentos que serían necesarios para la exploración espacial.
Algunos de estos cohetes sonda también llevaron animales, como moscas y monos, para estudiar los efectos de la aceleración y la radiación en organismos vivos. Estos experimentos fueron precursores de las misiones tripuladas y permitieron evaluar los riesgos y las medidas de protección necesarias para los futuros astronautas. Los vuelos de prueba y las cargas científicas representaban un paso intermedio entre la tecnología de los cohetes y la verdadera exploración espacial, y su éxito alentó a ambas superpotencias a iniciar la carrera hacia el espacio.
