Un cohete lleva el nombre de una bobina de costura. La palabra proviene del italiano rocchetto, que significa bobina, porque las versiones iniciales se parecían a las bobinas en forma de huso utilizadas para enrollar hilo. Es una historia de origen extraña para una máquina que terminó llevando humanos más allá de la atmósfera.
En esencia, un cohete es simple: un vehículo alargado que quema el combustible que lleva consigo para acelerar, sin necesidad de aire circundante. Esta única decisión de diseño es lo que separa un cohete de un reactor a chorro, y es la razón por la cual los cohetes pueden volar donde los reactores no pueden: a través del vacío del espacio, donde el motor de un cohete en realidad funciona mejor que a nivel del mar.
La historia del cohete se extiende mucho más allá de la Era Espacial. Se extiende a través de arsenales chinos, campos de batalla indios, cabañas de troncos rusas y búnkeres de misiles alemanes antes de dejar la atmósfera intencionalmente. Aquí está cómo un fuego artificial en forma de bobina se convirtió en una nave espacial.
No un Reactor a Chorro con un Mejor Equipo de Marketing
Los motores a reacción respiran. Extraen oxígeno del aire circundante y lo mezclan con combustible para quemar. Un cohete, en cambio, empaqueta tanto el combustible como el oxidante en su propio cuerpo, por lo que nunca necesita inhalar nada. Esta única diferencia es lo que permite a un cohete volar a través del vacío del espacio, donde no hay aire para respirar.
La parte contraintuitiva es lo que sucede con el rendimiento una vez que desaparece el aire. Los motores de cohetes no solo toleran el vacío, en realidad funcionan más eficientemente allí que en la atmósfera. Cualquier cosa diseñada para funcionar bien en tierra resulta funcionar aún mejor una vez que la deja, lo cual es lo opuesto a casi cualquier otro tipo de motor que los humanos han construido.
Nacido en la Dinastía Song de China
Los cohetes construidos para la guerra y la celebración se remontan al menos al siglo XIII en China, lo que hace que el cohete sea una de las armas más antiguas aún en uso activo hoy, solo dirigidas a algo mucho más ambicioso ahora. Según el historiador Joseph Needham, la marina de la dinastía Song ya tenía cohetes organizados lo suficiente para usarlos en un ejercicio militar documentado en 1245.
Esa fecha es importante porque significa que los cohetes de pólvora eran parte de un arsenal militar estatal siglos antes de que Europa tuviera cualquier equivalente, con su origen como herramienta naval y de campo de batalla firmemente arraigado en la China Song.
El Dragón que Disparaba Desde el Agua
Los cohetes modernos casi siempre vuelan en etapas, desprendiendo tanques de combustible vacíos mientras suben para que el vehículo siga siendo más ligero y más rápido. Esa idea no es una invención del siglo XX. Un manual militar chino del siglo XIV llamado Huolongjing describe un dispositivo llamado "dragón de fuego que emerge del agua", que es el cohete multietapa más antiguo conocido, construido para ser utilizado por la marina china.
El nombre por sí solo sugiere la lógica del diseño: un cohete que se suponía que parecía que explotaba bajo el agua, usando una etapa para empezar a moverse y una segunda para continuar, la misma lógica en etapas que cada cohete multietapa construido desde entonces ha seguido en una forma u otra.
Carcasas de Hierro de un Reino Indio
Durante siglos después de los primeros cohetes chinos, la mayoría de los cuerpos de cohetes estaban hechos de papel o metal delgado que podría romperse bajo presión. Eso cambió a fines del siglo XVIII, cuando el Reino de Mysore, bajo el gobierno de Hyder Ali, construyó los cohetes Mysorean, los primeros cohetes con carcasa de hierro exitosos en la historia.
Una carcasa de hierro permitió a un cohete mantener una presión interna más alta sin fallar, lo que significaba más empuje y más alcance. Cuando el diseño llegó a Gran Bretaña, inspiró el programa de cohetes Congreve, cuyo modelo más grande, la Carcasa de 32 libras, llevaba un palo de 15 pies de largo solo para mantenerlo volando recto. Una innovación de campo de batalla india se había convertido, en una generación, en una característica de la artillería europea.
Una Idea Griega Dos Mil Años Demasiado Temprano
El dispositivo más antiguo conocido para demostrar los principios básicos detrás del vuelo de cohete no era un arma en absoluto. Alrededor del 400 a.C., el pitagórico griego Arquitas construyó un pájaro de madera, lo suspendió en alambres y lo propulsó a través de ellos usando vapor como la fuerza motriz.
No llegó ni de cerca al espacio, y nadie construyó sobre la idea durante mucho tiempo. Pero el principio subyacente, que expulsar un chorro de gas en una dirección empuja un objeto en la otra, es exactamente en lo que aún confía cada motor de cohete químico hoy. Arquitas llegó a ello mucho antes de que alguien tuviera pólvora para intentarlo.
El Hombre que Diseñó el Viaje Espacial en Papel
Mucho antes de que cualquier cohete dejara la atmósfera, un maestro de escuela en la Rusia provincial trabajó en las matemáticas de cómo uno eventualmente podría. Konstantin Tsiolkovsky es considerado el padre del vuelo espacial, y fue también la primera persona en concebir el ascensor espacial, una idea a la que llegó en 1895 después de ver la Torre Eiffel recién construida.
Su documento más importante, sobre la exploración del espacio con dispositivos impulsados por cohetes, apareció en mayo de 1903, décadas antes de que cualquier gobierno tuviera la ingeniería o el dinero para probar sus ecuaciones. Resolvió la física de la cohetería orbital con poco más que una pizarra, en un país que no lanzaría nada a la órbita durante otro medio siglo.
Un Arma que Alcanzó el Espacio Accidentalmente
El primer cohete en dejar la atmósfera a propósito fue diseñado para destruir ciudades, no para explorarlas. Lanzando el vuelo de prueba MW 18014 el 20 de junio de 1944, el V-2 cruzó la línea de Kármán y se convirtió en el primer objeto hecho por humanos en alcanzar nunca el espacio.
Ese hito llegó en medio de una campaña de bombardeo. A partir de septiembre, la Wehrmacht disparó más de 3.000 de estos misiles a ciudades aliadas, golpeando primero Londres, luego Amberes y Lieja. La misma ingeniería que tocó por primera vez el espacio era, en ese momento, una herramienta de terror, un recordatorio sombrío de que los caminos militar y científico de la cohetería nunca han estado completamente separados.
Por Qué los Cohetes Vienen en Etapas
El escalonamiento no es solo una curiosidad histórica del Huolongjing, sigue siendo el principio de funcionamiento detrás de alcanzar órbita. Entre 1948 y 1950, los ingenieros probaron la serie RTV-G-4 Bumper en White Sands, luego en Cabo Cañaveral, construyendo los primeros cohetes multietapa de alta velocidad de la era moderna. Uno de ellos alcanzó una altitud de 393 kilómetros sobre White Sands el 24 de febrero de 1949, la mayor altura que cualquier cohete había alcanzado allí.
La física detrás del escalonamiento es sencilla: soltar el peso muerto a mitad del vuelo permite que los motores restantes aceleren un vehículo más ligero. La primera etapa del Saturno V, por ejemplo, tenía que levantar la masa total de todo lo que estaba por encima, y aun así logró una relación de masa de aproximadamente 10 e impulso específico de 263 segundos, números que muestran por qué los ingenieros siguen buscando la etapa más ligera posible que siga siendo estable.
Extrayendo Cada Joule del Escape
La estructura seca de un motor de cohete, todo lo que queda una vez que se agota el propelente, es a menudo solo del 5 al 20% de la masa de lanzamiento total del vehículo. Este pequeño fragmento de hardware, no el combustible que lleva, es lo que termina dominando el costo de un programa de cohetes, porque construir tanques y motores que sean a la vez ligeros y fuertes es mucho más difícil que llenarlos con propelente.
Obtener lo mejor de ese hardware se reduce a la boquilla. Las boquillas de cohetes utilizan formas cuasiabáticas con alta relación de expansión que enfrían y aceleran el gas de escape, logrando una eficiencia energética de hasta el 70%. La elección del combustible también importa: el hidrógeno y el oxígeno juntos proporcionan el impulso específico más alto de cualquier combinación de propelente químico en uso, pero la densidad del hidrógeno es solo aproximadamente una catorceava parte de la del agua, por lo que los motores que lo queman necesitan bombas turbo más grandes y pesadas que afectan la relación empuje-peso, un compromiso visible cuando se compara un motor como el RS-25 con un diseño alimentado más denso como el NK-33.
Ninguno de estos compromisos ha desaparecido en un siglo de cohetería. Cada lanzamiento sigue siendo una negociación entre el peso muerto que un vehículo puede desprender, qué tan eficientemente su boquilla puede moldear el escape, y qué tan denso es un combustible que se atreve a quemar, los mismos compromisos que un oficial de arsenal chino y un maestro de escuela ruso ya estaban rodeando hace mucho antes de que cualquiera de ello tuviera un nombre en inglés.