Nuevos propulsores a los 75 años del primer cohete

Setenta y cinco años después del lanzamiento del primer cohete de la historia, la NASA está lista para dar un salto tecnológico capaz de revolucionar los vuelos espaciales. El pasado 2 de junio, desde la base aérea californiana de Edwards despegó un bombardero B-52 para subir a gran altura un cohete con alas Pegasus sobre el cual se había instalado el X-43, el avión hipersónico sin piloto más veloz del mundo. Se trataba del primer prototipo a escala reducida (poco más de tres metros), pero dotado de un nuevo tipo de motor scramjet con el que podía alcanzar una velocidad entre 7 y 10 veces superior a la del sonido, es decir, hasta cerca de 10.000 kilómetros por hora.

El ensayo debía durar unos diez segundos desde el momento en que el Pegasus soltaba el X-43 a 30 kilómetros de altura. Pero debido a un problema aún desconocido surgido poco después de separarse del bombardero, se perdió el control del Pegasus y fue destruido. Los ingenieros llevan 40 años haciendo experimentos para lograr un motor scramjet que, quemando hidrógeno, se alimenta con el oxígeno tomado del aire. En su interior, cuando el avión vuela a alta velocidad, se crea un flujo de gas supersónico capaz de acelerar el vehículo hasta 10 veces la velocidad del sonido. Hasta ahora se habían hecho experimentos solamente en túneles de viento en tierra.

En el futuro, un motor scramjet permitirá que los aviones reduzcan drásticamente el tiempo de los vuelos transoceánicos, y las naves espaciales podrán ir al espacio más fácilmente y con menos consumo. Un propulsor de este tipo, con las modificaciones oportunas, podrá utilizarse en órbita utilizando el oxígeno almacenado en tanques, una vez superada la atmósfera.

Pequeño y corto

En los últimos 75 años, la tecnología para salir de nuestro planeta y viajar al espacio ha seguido siendo sustancialmente la misma desde que se probó con éxito el 16 de marzo de 1926.

Aquel día de una primavera fría y todavía blanqueada por un poco de nieve, en Adburn (Massachusetts, EE UU), Robert H. Goddard lanzaba el primer cohete de combustible líquido. No era un aparato grande ni se parecía a los lanzadores de hoy: la tobera de escape estaba arriba y los depósitos de gasolina y oxígeno abajo. En total pesaba 4,5 kilogramos.

Tampoco el vuelo fue un gran viaje. Eran las 14.30 cuando el cohete se elevó apenas 12 metros, trazando en el aire un arco antes de caer a unos 60 metros de distancia. Duró todo 2,5 segundos, pero el éxito abrió la era de los vuelos espaciales que se materizalizaría el 4 de octubre de 1957 con el lanzamiento del primer Sputnik ruso.

'El profesor Goddard quiere ir a la Luna', escribían los periódicos entonces al hablar de sus experimento. Goddard enseñaba física en la Universidad Clark; de carácter hermético, temía que le robasen las ideas, pero trabajaba intensamente con su grupo de técnicos financiados en particular por la Fundación Guggenheim, en la que había encontrado un amigo y un apoyo: Charles A. Lindbergh, el hombre que había realizado el primer vuelo transoceánico.

Cuando murió, el 2 de junio de 1945 en Baltimore (EE UU), Goddard tenía 214 patentes que resolvían los problemas técnicos básicos de la tecnología de cohetes: desde el sistema de guiado giroscópico a las turbinas para los motores, desde la aerodinámica al seguimiento de la trayectoria.

En la práctica, las tecnologías esenciales se aplicaron tanto en 1969 en el gran cohete Saturno, que lanzó a los astronautas que pisaron la Luna, como en los motores de los transbordadores actuales: básicamente una cámara de combustión en la que se inyectan los propelentes que se queman generando un empuje gracias a los gases que salen por la tobera divergente (en forma de campana) de escape.

Un paso adelante En más de siete décadas se han perfeccionado los sistemas y las técnicas de control, se han mejorado las prestaciones, se ha aprendido a utilizar mejor la mezcla de hidrógeno y oxígeno, considerada la más eficaz, pero en esencia la tecnología se ha mantenido igual. Hubo que esperar a los años noventa para presenciar un paso adelante.

En la década pasada, la NASA ponía en marcha el programa X-33, un vehículo espacial experimental no tripulado que debía lograr sobre todo dos cosas: un sistema de gestión más simple que el costosísimo y complicadísimo de los transbordadores, y probar un nuevo tipo de propulsor cohete conocido como aerospike.

Aunque el pasado mes de marzo el programa fue cancelado, el nuevo propulsor aerospike ahora está listo para ser utilizado en cualquier nuevo vehículo espacial. Las ventajas que ofrece son notables: es más pequeño y menos pesado que el propulsor divergente y se puede integrar mejor en la estructura del vehículo reduciendo la resistencia aerodinámica.

Conceptualmente, el aerospike es similar a su hermanastro divergente, por lo que se refiere a turbinas e inyectores, excepto que la tobera en lugar de cerrarse de la forma tradicional, cónica, está abierta. De este modo es la presión atmosférica la que contiene y modifica la forma de los chorros del escape adaptándola mejor a medida que cambia la cota de vuelo, proporcionando así un rendimiento más elevado. Sin embargo, la tradicional forma de campana está diseñada para satisfacer un valor medio entre la presión atmosférica existente a nivel del mar y la de la cota en que el motor deja de funcionar. Así, también las prestaciones obtenidas son un compromiso.

Vehículo seguro Al tiempo que se decidía cancelar el programa X-33, la nueva Administración Bush garantizaba su apoyo al nuevo plan bautizado Space Launch Initiative, recientemente puesto en marcha y que prevé una financiación de 4.500 millones de dólares para los próximos cinco años. El objetivo es siempre el mismo: desarrollar las tecnologías necesarias para construir en la segunda mitad del decenio un vehículo seguro y económico (con un coste por kilogramo transportado diez veces inferior al actual) para sustituir a los viejos transbordadores actuales.

Con la nueva iniciativa, Estados Unidos pretende reconquistar la supremacía del transporte espacial para las necesidades estratégicas de Defensa, pero también para el mercado civil ahora congestionado por demasiada competencia rusa, china, europea y, dentro de poco, también japonesa e india. Sólo un salto tecnológico dará la victoria a Estados Unidos en este competitivo sector.