Tras hablar sobre lo que es la Mecánica en general, y la Mecánica Clásica en particular, en la introducción al bloque, hoy empezaremos a establecer los conceptos fundamentales con los que trabajaremos el resto del bloque (y en otros superiores basados en éste, claro). A pesar de que, en muchos casos, se trata de cosas relativamente básicas, mi intención es doble: por una parte, centrarme en la asimilación de los conceptos más allá de las fórmulas –ya que no las usaremos por ahora–; por otra, desterrar algunas ideas faltas que todos solemos tener en la cabeza. Sin más, empecemos a definir conceptos, magnitudes y unidades sin piedad.

En la entrada anterior vimos los aspectos generales que debemos tener en cuenta si queremos plantearnos enviar seres humanos a las regiones medias y exteriores del Sistema Solar. Como vimos entonces, se trata de un precario equilibrio entre tres variables fundamentales (masa, energía y tiempo), de modo que no podemos “ganar” en todos los campos: podemos tardar mucho tiempo y no gastar mucha masa ni mucha energía, como sucede con muchas sondas espaciales, podemos consumir enormes cantidades de energía y llegar antes pero no utilizar mucha masa, etc. Desde luego, si no leíste la primera parte del artículo, te recomiendo que lo hagas antes de seguir, ya que hoy nos dedicaremos a aplicar aquellas ideas generales a diseños concretos, actuales y futuros.

Cohetes

Empezaremos con el primer sistema de propulsión en el que cualquiera de nosotros piensa cuando le hablan de naves espaciales: los cohetes. Se trata de un sistema tecnológicamente muy simple y hemos dispuesto de cohetes desde hace mucho tiempo. Se trata, sin embargo, de un sistema con algunos problemas serios si pensamos en la exploración a largas distancias.

Un cohete se propulsa produciendo una gran temperatura y empleando esa temperatura para lanzar un gas lo más caliente posible hacia atrás, impulsándose así hacia delante de acuerdo con el principio de acción y reacción que mencionamos en el artículo anterior. Las diferencias entre unos diseños de cohetes y otros se limitan a cómo consiguen esas altas temperaturas, qué tipo de combustible, oxidante y propelente utilizan. La mayor parte de los cohetes actuales realizan algún tipo de reacción exotérmica, normalmente combustiones, y luego dejan salir el propelente (muchas veces el propio combustible actúa luego de propelente) a la máxima velocidad posible.

Cohete de metano-oxígeno (NASA).

Esto llega con unos días de retraso: el miércoles pasado envié el número de abril de la revista en los formatos habituales (PDF, EPUB, MOBI, FB2, HTML) a los mecenas y colaboradores, pero se me había olvidado poner este aviso. Si alguien que debería tenerlo no ha recibido el correo, que me lo diga y lo solucionamos cuanto antes. Acabo de enviar el número a los finalistas y el ganador del desafío de Fernando y el cangrejito, ¡se me había olvidado hacerlo, lo siento!

Los artículos incluidos en el número de abril:

• Desafíos - Fernando y el cangrejito
• Desafíos - Fernando y el cangrejito (solución)
• El Sistema Solar - Propulsión interplanetaria (I)
• El Sistema Solar - Propulsión interplanetaria (II) (aún sin publicar)

También acabamos de poner a la venta al público en general el número de marzo, que podéis conseguir aquí mismo. Como siempre, gracias a todos los suscriptores y quienes colaboráis en El Cedazo y que disfrutéis de la lectura en las vacances.

En la última entrada de El Sistema Solar, dedicada a la luna de Júpiter Calisto, terminamos mencionando nuestro principal problema para explorar las regiones medias del Sistema, no digamos ya las exteriores: nuestros limitados sistemas de propulsión. El artículo de hoy estará principalmente dedicado a hablar precisamente de este asunto: la propulsión para alcanzar grandes distancias dentro del Sistema Solar, los factores a tener en cuenta, las distintas opciones que tenemos, etc. Mi intención es, por un lado, tratar de vislumbrar el futuro cercano pero, por otro, no llegar “demasiado lejos”, en el sentido de no suponer avances tecnológicos casi mágicos y acabar haciendo más ciencia-ficción que divulgación.

Ya hemos hablado en esta misma serie sobre algunos aspectos relacionados con los viajes interplanetarios. En más de una ocasión hemos mencionado las órbitas de transferencia de Hohmann –a las que dedicaremos más tiempo hoy–, y un artículo estuvo dedicado específicamente al efecto Oberth de asistencia gravitatoria. Tanto entonces como ahora, por cierto, nos estamos centrando en desplazamientos interplanetarios, no en el lanzamiento de naves desde la superficie terrestre ni en viajes interestelares; aunque todos tienen muchos factores en común, hay otros aspectos en los que son muy diferentes y los problemas a resolver muy distintos. Por ejemplo, al lanzar una nave desde el suelo hacia el espacio hay una densa atmósfera, se trata de un proceso muy corto, a una distancia muy limitada del lugar de lanzamiento… mientras que los problemas que nos preocupan hoy se refieren a llegar muy, muy lejos, en el vacío interplanetario, sin atmósfera y durante tiempos muy largos, y no hace falta una fuerza enorme.

El problema es más difícil de lo que pudiera parecer en un principio. Piensa en lo siguiente: ¿cuántas misiones interplanetarias tripuladas hemos conseguido hasta el momento? Ninguna. Existen diversas razones para ello, pero el problema de la propulsión y lo relacionado con ella es fundamental, y no digamos ya si nos planteamos, como haremos hoy, el viaje a planetas bastante más alejados del nuestro que Marte o Venus. Y para entender por qué se trata de un problema sin una solución sencilla hace falta comprender las tres claves de la cuestión en cualquier viaje por el Sistema Solar: masa, energía y tiempo.

Para intentar mostrar los aspectos fundamentales del viaje interplanetario y, sobre todo, los detalles que suponen problemas considerables, permite que diseñemos y construyamos juntos una nave espacial destinada a viajes a largas distancias; se tratará de una nave lo más simple posible, y obviaremos algunas cosas sobre ella, pero espero que aclare los conceptos al convertirlos en algo concreto y que es posible imaginar, en vez de disquisiciones teóricas. Naturalmente, será una nave absurda (si no, ¿qué gracia tendría?) pero espero que útil. Estoy convencido de que al principio te parecerá todo de cajón pero que, tarde o temprano, notarás los detalles que más nos interesa revelar en esta entrada y se te encenderá la bombilla. Si ya sabes de estas cosas y quieres hincarle el diente a los diseños concretos que utilizamos y utilizaremos en el futuro, me temo que tendrás que tener paciencia y, tal vez, saltarte este artículo: esta primera parte es necesaria para que quienes no tienen demasiada idea sobre los obstáculos inherentes al viaje espacial puedan tener la base para entender la segunda parte.

Nuestra nave espacial tiene un pequeño compartimento donde viajaremos nosotros, acondicionado adecuadamente – no vamos a preocuparnos por los sistemas de soporte de vida como el reciclaje de aire, la comida, etc., ya que no es el objetivo de este artículo. Esta cabina está unida al motor, que sí es el objetivo de esta entrada. Y nuestro motor es, básicamente, un cañón de arena, que escupe arena por un tubo utilizando algún sistema mecánico, por ejemplo unas palas.

El desafío de Fernando y el cangrejito tenía dos partes; por un lado, os preguntábamos a qué distancia de sus pies ve Fernando al cangrejo, considerando al bicho como un punto. En la segunda parte le dábamos tamaño al cangrejo, y os preguntábamos de qué tamaño lo veía el niño. Tanto una cuestión como la otra se resolvían utilizando la Ley de Snell y luego dándole al tarro con la trigonometría, porque salían unas cuantas ecuaciones e incógnitas y había que buscarse la vida para resolverlas. Una vez hecho eso, hacía falta darse cuenta de un detalle puñetero que me parece muy interesante, pero vamos por partes.