La exploración espacial

Flechas de fuego y cohetes de pólvora

El primer cohete fue una flecha que no necesitaba arco. Los alquimistas chinos habían anotado una receta de pólvora en 1044, en el manual militar Wujing Zongyao, y en menos de dos siglos alguien ató un tubo de bambú lleno de pólvora al astil de una flecha y dejó que la combustión hiciera de impulso. Las crónicas del asedio mongol de Kaifeng, en 1232, describen lanzas de fuego y bombas de «trueno que sacude el cielo»; los historiadores debaten cuándo exactamente la flecha de fuego se convirtió en un verdadero cohete, impulsado por sus propios gases y no mero portador de llama, pero en el siglo XIV los ejércitos chinos, árabes e indios las lanzaban en andanadas desde bastidores.

El arma maduró en el sur de la India. Los ejércitos de Hyder Ali y de su hijo Tipu Sultán, gobernantes de Mysore, usaban cohetes con carcasa de hierro en lugar de papel o bambú: un tubo de unos 200 milímetros de largo y de 40 a 50 de diámetro, atado a una vara de bambú de hasta un metro, con un alcance de uno o dos kilómetros. El hierro soportaba más presión que el cartón, así que los cohetes llegaban más lejos y golpeaban más fuerte. Los relatos británicos cifran el cuerpo de coheteros de Tipu en varios miles de hombres, y en Pollilur, en 1780, una andanada hizo estallar, según se cuenta, un carro de municiones de la Compañía de las Indias Orientales y ayudó a desbaratar la columna. Tras la caída de Srirangapatna en 1799, cohetes de Mysore capturados fueron enviados al Arsenal Real de Woolwich.

¿Sabías que los famosos cohetes de William Congreve se copiaron de los ejemplares de Mysore enviados a Woolwich? Mejoró la carcasa y la vara, pero la idea del cohete de hierro era india.

Los cohetes Congreve entraron en servicio británico en 1806. La versión de 32 libras pesaba unos 14,5 kilos y alcanzaba cerca de 2,7 kilómetros, más que la mayoría de los cañones de campaña de la época, y la Royal Navy disparó unos 300 sobre Copenhague durante el bombardeo de septiembre de 1807, cuando la ciudad ardió tres días. Siete años después, en la noche del 13 al 14 de septiembre de 1814, el buque lanzacohetes HMS Erebus disparó Congreves contra Fort McHenry, en el puerto de Baltimore. Francis Scott Key lo observó desde un barco parlamentario y escribió sobre «el rojo fulgor de los cohetes»; el verso se convirtió en el himno nacional estadounidense. El fuerte resistió, lo que dice mucho: los cohetes eran aterradores y tremendamente imprecisos.

Esa imprecisión explica por qué el cohete de pólvora se estancó durante un siglo. Un cohete estabilizado con vara se bambolea, su pólvora arde de forma irregular y un viento lateral lo manda a cualquier parte. El diseño giroestabilizado de William Hale, de 1844, que desviaba parte del escape por orificios inclinados para que el cohete girase como una bala de fusil, ayudó, pero en la década de 1860 la artillería rayada alcanzaba sus blancos a mayor distancia y con mucha más precisión, y las tropas de coheteros se disolvieron discretamente. El límite de fondo era químico: la pólvora negra da un impulso específico de solo unos 80 segundos, la cuarta parte de lo que entrega un motor de líquidos moderno, de modo que ningún cohete de pólvora podía cargar mucho ni subir alto.

El cohete de pólvora demostró el principio y luego pasó cien años como bengala de señales y lanzacabos para botes salvavidas. Hizo falta un combustible nuevo, y unos cuantos soñadores obsesivos, para convertirlo en vehículo.

Imaginar el viaje

Mucho antes de que nadie pudiera dejar el planeta, ya se escribían las crónicas del viaje. Luciano de Samósata, satírico sirio-griego del siglo II, envió en su Historia verdadera un barco a la Luna a lomos de un torbellino y encontró al rey de la Luna en guerra con el rey del Sol por la colonización del Lucero del Alba; avisó de que cada palabra era mentira. Catorce siglos después, Johannes Kepler escribió el Somnium, un sueño en el que un demonio lleva a un viajero a la Luna durante un eclipse. Kepler, que acababa de formular las leyes del movimiento planetario, lo usó para describir cómo se vería el cielo desde la Luna, con la Tierra colgada inmóvil y girando una vez al día. Publicado en 1634, cuatro años después de su muerte, cuenta como la primera ciencia ficción basada en astronomía real.

El siglo XVII añadió los vehículos. El hombre en la Luna de Francis Godwin (1638) usaba una bandada de gansos amaestrados; Cyrano de Bergerac, en una sátira publicada en 1657, probó frascos de rocío calentados por el sol y luego, casi de pasada, un bastidor con petardos que se encendían por fases. Era una broma, y también el primer cohete espacial de la literatura.

Luego llegó Julio Verne, que hizo las cuentas. En De la Tierra a la Luna (1865), el Gun Club de Baltimore funde un cañón de 274 metros, la Columbiad, en el suelo del centro de Florida y dispara hacia la Luna un proyectil de aluminio con tres hombres. Verne eligió Florida por su cercanía al ecuador; calculó una velocidad inicial de unos 11 kilómetros por segundo, cercana a la verdadera velocidad de escape; y en la continuación la cápsula ameriza en el Pacífico para ser recogida por un buque de guerra estadounidense, el USS Susquehanna. Un siglo después, Apolo lanzó a tres hombres desde Florida en una cápsula de aleación de aluminio a poco menos de 11 kilómetros por segundo y los devolvió a un amerizaje en el Pacífico junto a un portaaviones. El módulo de mando del Apolo 11, Columbia, tomó su nombre en parte del cañón de Verne.

¿Sabías que el cañón de Verne habría matado a su tripulación dentro del tubo? Alcanzar la velocidad de escape en 274 metros supone una aceleración de más de 20.000 g, cuando un humano entrenado tolera unos 9.

H. G. Wells tomó el otro camino en Los primeros hombres en la Luna (1901), con una sustancia que apantalla la gravedad llamada cavorita y una Luna llena de selenitas insectoides, y Georges Méliès fundió ambos libros en Viaje a la Luna en 1902, catorce minutos de decorados pintados que terminan con una cápsula clavada en el ojo de la Luna. Fue Wells, no Verne, quien atrapó a la generación siguiente: Robert Goddard leyó La guerra de los mundos de adolescente, y Hermann Oberth leyó a Verne a los once años y pasó la vida comprobando sus cálculos.

El patrón importa porque no dejó de repetirse. Konstantín Tsiolkovski escribió novelas espaciales junto a sus ecuaciones; Wernher von Braun escribió una novela marciana en 1949; Arthur C. Clarke propuso el satélite de comunicaciones en una revista en 1945. La ficción no solo predijo el vuelo espacial: reclutó a quienes lo construirían.

Tsiolkovski y la ecuación del cohete

Konstantín Tsiolkovski perdió casi todo el oído a los diez años por la escarlatina, fue rechazado en la escuela y aprendió física por su cuenta en las bibliotecas de Moscú, comiendo pan negro para poder pagar los libros. Desde 1892 enseñó aritmética y geometría en Kaluga, una ciudad de provincias a 150 kilómetros al suroeste de Moscú, y en un taller de su casa calculó, sobre el papel, cómo abandonar la Tierra. Su cuaderno fecha el resultado clave el 10 de mayo de 1897. En 1903 la revista Naúchnoie Obozrenie publicó su artículo La exploración del espacio cósmico por medio de aparatos a reacción, y casi nadie lo leyó.

Lo que había hallado se llama hoy la ecuación del cohete: el cambio de velocidad que un cohete puede lograr es igual a su velocidad de escape de gases multiplicada por el logaritmo natural de su masa inicial dividida por su masa final. Escrita entera: Δv = ve ln(m0/m1). Se deduce directamente de las leyes de Newton, y un matemático británico, William Moore, había derivado una versión en 1810 para los cohetes Congreve, pero Tsiolkovski fue el primero en apuntarla hacia el espacio y ver lo que implicaba.

El logaritmo es la parte cruel. La velocidad orbital es de unos 7,8 kilómetros por segundo, y la gravedad y la resistencia del aire durante el ascenso añaden otro 1,5 aproximadamente, así que un cohete necesita unos 9,4 kilómetros por segundo de Δv. Un motor de queroseno expulsa sus gases a unos 3 kilómetros por segundo. Divida, tome la exponencial, y la masa inicial debe ser 23 veces la final: el 96 por ciento del vehículo en la rampa tiene que ser propelente, dejando un 4 por ciento para depósitos, motores, estructura y carga útil. Nadie sabe construir un depósito tan ligero. Las respuestas de Tsiolkovski, en 1903, son las dos que siguen valiendo. Usar el escape más rápido posible, por lo que propuso quemar hidrógeno líquido con oxígeno líquido, una pareja que no voló hasta 1963. Y tirar los depósitos vacíos por el camino. Su artículo de 1929 sobre los trenes de cohetes describía etapas que arden por turnos y se desprenden, de modo que cada etapa posterior empieza la ecuación de nuevo con un vehículo más ligero.

¿Sabías que Tsiolkovski construyó el primer túnel de viento de Rusia en 1897, en su propia casa, y probó en él formas a escala con un ventilador que fabricó él mismo?

También dibujó la cabina presurizada, la esclusa, el traje espacial, el invernadero de ciclo cerrado y la estación orbital, y escribió ciencia ficción, En la Luna en 1893 y Más allá del planeta Tierra en 1920, para llevar las ideas a lectores que nunca abrirían una revista de física. En una carta de 1911 escribió la frase que todas las agencias espaciales citan desde entonces: la Tierra es la cuna de la humanidad, pero no se puede vivir en la cuna para siempre. Murió en Kaluga en septiembre de 1935. El Sputnik se lanzó veintidós años después, en el centenario de su nacimiento, en un cohete de etapas diseñado por ingenieros que habían crecido con sus folletos.

La ecuación no ha cambiado. Todo lanzador que vuela hoy, del Soyuz a la Starship, es una discusión con ese logaritmo, y las etapas son la única respuesta que se ha encontrado.

El combustible líquido de Goddard

El 16 de marzo de 1926, en un campo de coles nevado de la granja de su tía Effie en Auburn, Massachusetts, Robert Goddard encendió un cohete alimentado con gasolina y oxígeno líquido. Ardió 2,5 segundos, subió 12,5 metros y cayó 56 metros más allá en el campo helado, a una velocidad media de unos 96 kilómetros por hora. Cuatro personas miraban: Goddard, su esposa Esther con una cámara de cine a la que se le acabó la película, su ayudante Henry Sachs y un colega de la Universidad Clark, Percy Roope. Fue el primer vuelo de un cohete de propelente líquido, y no parecía nada: un bastidor de tres metros de tubos finos con un pequeño motor arriba y los depósitos debajo. Goddard creía que un motor por encima de los depósitos lo haría estable, como tirar de un carro; no es así, como pronto descubrió. La fecha, las cifras y la fotografía de Goddard junto al bastidor proceden de su meticuloso diario.

Goddard, profesor de física en la Universidad Clark de Worcester, perseguía aquello desde un día de 1899 en que, con diecisiete años y subido a un cerezo, imaginó un aparato capaz de ascender hasta Marte. Patentó el cohete de combustible líquido y el de etapas múltiples en 1914, y su artículo de 1919 para la Smithsonian, Un método para alcanzar altitudes extremas, mencionaba en una nota que un cohete podría llevar pólvora de flash hasta la Luna. El New York Times publicó el 13 de enero de 1920 un editorial burlándose de que le faltaba «el conocimiento que se reparte a diario en los institutos», ya que todo el mundo sabía que un cohete necesita aire contra el que empujar. La tercera ley de Newton dice lo contrario. El periódico publicó una rectificación el 17 de julio de 1969, mientras el Apolo 11 iba camino de la Luna.

¿Sabías que tras un ruidoso vuelo de 1929 en Auburn, que atrajo a bomberos y periodistas, un titular local anunció que el «cohete lunar» de Goddard había fallado su objetivo por 238.799 millas y media?

Las burlas, y la prohibición de nuevos lanzamientos en Massachusetts, lo volvieron reservado. Charles Lindbergh se interesó y, desde 1930, la familia Guggenheim financió el traslado de Goddard a Roswell, Nuevo México, donde en una década de trabajo discreto resolvió la mayoría de los problemas del cohete moderno: guiado giroscópico con aletas móviles en el chorro, turbobombas, refrigeración regenerativa de la cámara, empuje orientable. En marzo de 1935 uno de sus cohetes superó la velocidad del sonido, y en 1937 otro alcanzó unos 2,7 kilómetros. Solicitó u obtuvo 214 patentes, muchas a título póstumo a través de Esther, y cubren casi cada pieza de un V-2 o de un Saturno V.

Sin embargo, su influencia sobre quienes construyeron esas máquinas fue pequeña, porque publicó muy poco. Los ingenieros alemanes de Peenemünde trabajaban a partir del libro de Oberth y de sus propias pruebas; cuando más tarde vieron sus patentes, Wernher von Braun dijo que Goddard había ido por delante de todos. Goddard murió en agosto de 1945, tres meses después de que cayera el último V-2.

El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Maryland, lleva su nombre. El campo de coles es hoy un campo de golf con un pequeño monolito, más o menos la atención que recibió en vida.

Oberth y las sociedades de cohetería

El cohete entró en los años veinte en forma de libro. Hermann Oberth, un sajón de Transilvania que había leído a Verne a los once años, presentó en 1922 una tesis sobre cohetes en Heidelberg y fue rechazada; la publicó por su cuenta en 1923 como Die Rakete zu den Planetenräumen, El cohete hacia los espacios planetarios, 92 densas páginas que demostraban que un cohete de propelente líquido podía dejar la Tierra, llevar personas y sobrevivir al viaje. Se agotó, y logró lo que los pioneros anteriores no habían conseguido: creó un público lector, que en una década se organizó en clubes en tres continentes, y los clubes disparaban cohetes.

La Verein für Raumschiffahrt alemana, la Sociedad para los Viajes Espaciales, se fundó en Breslau en julio de 1927 y en 1930 tenía ya un hogar: el Raketenflugplatz, un polvorín abandonado en Berlín-Reinickendorf alquilado por Rudolf Nebel. Klaus Riedel construía los motores, Willy Ley escribía la publicidad y un estudiante de ingeniería de diecinueve años llamado Wernher von Braun se presentó a ayudar. Sus cohetes Mirak y Repulsor, poco más que un motor y un par de depósitos, alcanzaban alrededor de un kilómetro; en 1932 la sociedad contaba 87 vuelos y 270 encendidos estáticos. Johannes Winkler, primer presidente de la VfR, había hecho volar el primer cohete de líquidos de Europa, el HW-1, cerca de Dessau el 14 de marzo de 1931. Entonces llamó a la puerta el ejército alemán, el club se disolvió en 1934 y von Braun se fue a trabajar para él.

¿Sabías que la cuenta atrás la inventó un director de cine? Fritz Lang añadió «zehn, neun, acht...» a La mujer en la Luna en 1929 para crear suspense, y los lanzamientos reales la adoptaron.

El propio Oberth había pasado 1929 como asesor científico de la película de Lang, que mostraba un cohete de dos etapas, literas para la aceleración y la ingravidez a bordo, y prometió al estudio un cohete real para el estreno. Resultó herido en una prueba y el cohete nunca voló, pero la película llegó a públicos que el libro no podía alcanzar. En Nueva York, el editor de ciencia ficción David Lasser y el periodista G. Edward Pendray fundaron la American Interplanetary Society el 4 de abril de 1930; su segundo cohete voló desde Staten Island el 14 de mayo de 1933 hasta unos 75 metros antes de que reventara el depósito de oxígeno. En Moscú, el Grupo para el Estudio del Movimiento a Reacción, GIRD, se formó en 1931 en torno a Friedrich Zander, Mijaíl Tijonrávov y un diseñador de aviones de 24 años, Serguéi Koroliov. Su GIRD-09, que quemaba gasolina gelificada con oxígeno líquido, subió unos 400 metros sobre Najábino el 17 de agosto de 1933, el primer cohete soviético de líquidos; ese otoño el GIRD y el laboratorio de Valentín Glushkó en Leningrado se fusionaron en un instituto estatal. La British Interplanetary Society, fundada en Liverpool en 1933 por Philip Cleator, no podía disparar cohetes por la Ley de Explosivos de 1875, así que diseñó sobre el papel y produjo en 1939 el primer estudio serio de un módulo de alunizaje.

El patrón se repite en las cuatro ciudades: un libro, un club, un campo, un cohete tosco y después el Estado. Los aficionados demostraron que los cohetes de líquidos eran reales y formaron a quienes los industrializarían. Oberth vivió hasta los noventa y cinco años, lo bastante para ver despegar el Apolo 11 junto a su antiguo alumno von Braun.

Desde entonces, cada lanzamiento empieza con el diez de Fritz Lang.

El V-2

A las 15:58 del 3 de octubre de 1942, un cohete A-4 se elevó desde el Banco de Pruebas VII de Peenemünde, en la isla báltica de Usedom, subió a 84,5 kilómetros y cayó al mar a 190 kilómetros. Dos intentos anteriores aquel verano habían fallado; este funcionó, y Walter Dornberger, el oficial del ejército al mando, dijo esa noche a sus ingenieros que habían abierto la puerta al viaje espacial. La máquina que describía es la que la historia llama V-2, por Vergeltungswaffe, «arma de represalia», un nombre que el ministerio de propaganda le colgó en 1944.

Medía 14 metros de alto y 1,65 de diámetro y pesaba 12,5 toneladas cargado, de las que 8,8 eran propelente: una mezcla de etanol al 75 por ciento con agua, y oxígeno líquido, alimentados por una turbobomba movida con vapor de peróxido de hidrógeno. El motor daba unas 25 toneladas de empuje, 245 kilonewtons, durante unos 65 segundos, al cabo de los cuales el misil viajaba a unos 1.600 metros por segundo, cuatro veces y media la velocidad del sonido. Tres giróscopos medían su actitud; aletas de grafito en el chorro y pequeños timones en las cuatro aletas lo guiaban; un acelerómetro o un haz de radio cortaba el motor a la velocidad prevista. La ojiva llevaba 738 kilos de amatol. En un disparo operativo la trayectoria culminaba cerca de los 88 kilómetros y el vuelo completo hasta un blanco a 320 kilómetros duraba unos cinco minutos, llegando a velocidad supersónica y sin aviso. Cada una de estas cifras está en los registros de pruebas de Peenemünde que cayeron en manos aliadas en 1945.

¿Sabías que un lanzamiento vertical de prueba, el 20 de junio de 1944, alcanzó 176 kilómetros, el primer objeto fabricado por el ser humano que cruzó la línea de Kármán y entró en lo que hoy se define como espacio?

Los jefes del programa eran Dornberger y Wernher von Braun, director técnico a los treinta años. Después de que la RAF bombardeara Peenemünde en agosto de 1943, la producción se trasladó bajo tierra al Mittelwerk, túneles en la colina de Kohnstein cerca de Nordhausen, donde los prisioneros del campo de concentración de Mittelbau-Dora montaban los misiles entre frío, polvo y hambre. Se construyeron unos 6.000 V-2. Los historiadores calculan que unos 20.000 prisioneros murieron en Dora y sus subcampos, más que las aproximadamente 9.000 personas que el V-2 mató en sus objetivos, y las cifras no se discuten: murió más gente construyendo el V-2 que a causa de él.

Los ataques empezaron el 8 de septiembre de 1944, sobre París por la mañana y sobre Chiswick, en el oeste de Londres, a las 18:43, donde murieron tres personas en Staveley Road. De unos 3.170 cohetes lanzados en combate, Amberes recibió cerca de 1.600 y Londres unos 1.350, incluido un único impacto en unos almacenes Woolworths de New Cross que mató a 168 compradores. Alrededor de un tercio de los lanzamientos fallaron. El último cayó el 27 de marzo de 1945. Como arma fue un fracaso estratégico, que costó a Alemania más que a los aliados; como máquina fue el antepasado de todos los misiles balísticos y lanzadores construidos en los quince años siguientes, por ambas superpotencias.

El V-2 es el punto donde se encuentran las dos historias del vuelo espacial, la ingeniería y el balance moral, y ninguna puede contarse sin la otra.

Paperclip y la cosecha soviética

El V-2 no terminó en 1945; se repartió. En las últimas semanas de la guerra, los ejércitos estadounidense, británico y soviético corrieron hacia el Mittelwerk, sus misiles y la gente que los entendía, y las partes que cada uno se llevó marcaron el ritmo de la década siguiente. El 2 de mayo de 1945, Magnus, el hermano menor de Wernher von Braun, bajó en bicicleta por una carretera bávara para encontrar a un soldado estadounidense y entregar al equipo; von Braun ya había elegido a su captor, moviendo hacia el sur a unos 500 ingenieros y 14 toneladas de documentos por delante del Ejército Rojo. El ejército estadounidense llegó a los túneles del Mittelwerk, cerca de Nordhausen, el 11 de abril y, antes de entregar la zona a los soviéticos el 1 de junio, su Special Mission V-2 sacó piezas para un centenar de misiles en 341 vagones de tren.

La Operación Paperclip, el programa que llevó científicos alemanes a Estados Unidos, trasladó a 118 miembros del equipo de cohetes a Fort Bliss, Texas, a finales de 1945, von Braun entre los siete primeros en llegar. En el campo de pruebas de White Sands, en Nuevo México, volvieron a montar V-2 para equipos estadounidenses; el primer lanzamiento, el 16 de abril de 1946, falló; el segundo, el 10 de mayo, alcanzó 112 kilómetros. El 24 de octubre de 1946 un V-2 con una cámara de cine de 35 milímetros subió a 105 kilómetros y trajo las primeras fotografías de la Tierra desde el espacio, fotogramas granulados que mostraban la curva del planeta. Sesenta y siete V-2 volaron desde White Sands hasta 1952, con instrumentos y, en dos ocasiones, monos.

¿Sabías que el primer lanzamiento desde Cabo Cañaveral, el Bumper 8 del 24 de julio de 1950, fue un V-2 con una segunda etapa WAC Corporal? Un Bumper anterior había alcanzado 393 kilómetros en febrero de 1949, un récord que duró años.

Gran Bretaña, sin presupuesto para un programa de misiles, llevó a cabo en su lugar la Operación Backfire: en Cuxhaven, en octubre de 1945, equipos alemanes bajo supervisión británica lanzaron tres V-2 al mar del Norte para que el procedimiento quedara filmado y documentado. La Unión Soviética, que llegó a un Mittelwerk vaciado, montó lo que pudo con los alemanes que se habían quedado, entre ellos Helmut Gröttrup, jefe del grupo de guiado del V-2. En la noche del 22 de octubre de 1946, en la Operación Osoaviajim, tropas de seguridad soviéticas despertaron a unos 2.200 especialistas alemanes y a sus familias y los subieron a trenes hacia el este. El grupo de Gröttrup pasó seis años en una isla del lago Seliguer, consultado pero apartado del trabajo real. El equipo de Serguéi Koroliov lanzó su primer V-2 de fabricación alemana desde el nuevo polígono de Kapustin Yar el 18 de octubre de 1947, hizo volar la copia soviética, el R-1, el 10 de octubre de 1948, y lo alargó en el R-2, con el doble de alcance, para 1950. Los alemanes volvieron a casa desde 1951; los soviéticos ya no los necesitaban.

El balance es desigual pero no simple. Los estadounidenses se quedaron con los jefes y los papeles; los soviéticos, con la fábrica, los ingenieros de producción y una década de práctica dura, y aun así llegaron primero a la órbita. Los cohetes de ambas naciones en los años cincuenta, el Redstone igual que el R-5, eran V-2 que habían crecido.

Media programa de misiles capturado, resultó, bastaba para empezar una carrera espacial.

Cómo funciona un cohete

Un cohete es una máquina para arrojar masa por detrás lo más rápido posible. La tercera ley de Newton hace el resto: cada kilo de gas caliente lanzado hacia atrás empuja el vehículo hacia delante con la misma fuerza, en el aire o en el vacío, y el vacío es de hecho mejor, porque no hay atmósfera que presione sobre la salida de la tobera. El empuje es el caudal másico multiplicado por la velocidad de escape. La primera etapa del Saturno V quemaba unas 13 toneladas de propelente por segundo y las expulsaba a unos 2,6 kilómetros por segundo, lo que da unos 34 meganewtons, suficiente para levantar 2.900 toneladas a 1,2 veces su peso.

El segundo número que importa es el impulso específico, la velocidad de escape dividida por la gravedad, medido en segundos: cuántos segundos puede un kilo de propelente producir un kilo de empuje. Lo fija la química. Los propelentes sólidos, como en los aceleradores del transbordador espacial, dan unos 240 segundos y un empuje enorme; el queroseno con oxígeno líquido, como en el F-1, unos 300 en el vacío; los hipergólicos, que arden al contacto, usados por el Protón y por la mayoría de propulsores de naves, algo más; el metano con oxígeno del Raptor de SpaceX, unos 350; el hidrógeno y oxígeno líquidos del RS-25 del transbordador, unos 452, lo mejor de cualquier motor químico, a cambio de un combustible tan ligero que sus depósitos son inmensos.

Meter los propelentes en la cámara es lo difícil. Una cámara trabaja a 70 bares en el F-1 y a más de 250 en el RD-180 ruso, así que las turbobombas, turbinas movidas por gas caliente, tienen que empujar más que eso: la del F-1 entregaba 41 megavatios, tanto como los motores de un gran buque. De dónde sale ese gas caliente define el ciclo del motor. Un motor de generador de gas, como el F-1 o el Merlin, quema un poco de propelente en un combustor aparte y vierte el escape fuera, simple y algo derrochador. Un motor de combustión escalonada, como el RS-25 o el RD-180, envía ese escape a la cámara principal para quemarlo de nuevo, ganando eficiencia y complejidad. El Raptor usa combustión escalonada de flujo completo, con cada gramo de propelente pasando antes por una turbina.

¿Sabías que la tobera en forma de campana la inventó en 1888 el ingeniero sueco Gustaf de Laval para turbinas de vapor? Su forma convergente-divergente acelera el escape más allá de la velocidad del sonido.

La tobera convierte presión en velocidad. El gas alcanza Mach 1 en la garganta estrecha y sigue acelerando mientras la campana se ensancha, saliendo a Mach 3 o más; un motor de vacío tiene una campana mayor porque no hay aire que empuje el chorro hacia dentro. Todo esto combate pérdidas: la órbita baja requiere 7,8 kilómetros por segundo de velocidad pero unos 9,4 de Δv total, y la diferencia se la comen la gravedad durante el ascenso, la resistencia del aire y el guiado, razón por la que los cohetes se inclinan tan pronto como se atreven.

El F-1 daba 6,77 meganewtons a nivel del mar, el RD-180 3,83, el RS-25 1,86, un Raptor 3 unos 2,75; los cohetes más pesados de hoy simplemente montan más. Cada uno es una explosión controlada mantenida estable durante minutos, y que funcionen es el milagro discreto de todo el negocio.

Llegar a la órbita

Una órbita es una caída que no deja de fallar. Isaac Newton dibujó la imagen en la década de 1680: un cañón en una montaña alta dispara cada vez más rápido, cada bala cae más lejos, hasta que una va tan deprisa que el suelo se curva bajo ella tan rápido como cae, y vuelve a golpear al artillero por la espalda. Nada sostiene un satélite. La Estación Espacial Internacional, a 400 kilómetros de altura, está cayendo todo el tiempo; simplemente se mueve de lado a 7,7 kilómetros por segundo y el planeta se curva para apartarse de su camino. La ingravidez a bordo es la de un ascensor al que se le ha roto el cable.

La altura es barata y la velocidad es cara. Alcanzar los 100 kilómetros, la línea de Kármán que el organismo de récords usa como frontera del espacio, cuesta unos 1,4 kilómetros por segundo en vertical; la órbita cuesta 7,8 en horizontal, y esa velocidad es el 95 por ciento de la energía. Por eso un cohete sube solo brevemente antes de inclinarse en un giro gravitatorio, cambiando altitud por velocidad en cuanto deja atrás el aire denso.

¿Sabías que el giro de la Tierra regala 465 metros por segundo a un lanzamiento hacia el este desde el ecuador? Así, el puerto espacial europeo de Kourou, a 5 grados norte, puede poner una o dos toneladas más en órbita geoestacionaria que Baikonur, a 46 grados.

Esa bonificación explica el mapa. Kourou en la Guayana Francesa, Cabo Cañaveral a 28 grados, Sriharikota a 13, Wenchang a 19: los sitios de lanzamiento se arriman al ecuador y disparan hacia el este sobre el agua. Baikonur, a 46 grados en Kazajistán, saca del giro solo 320 metros por segundo, y Plesetsk, a 63, unos 210; y la ISS orbita a 51,6 grados de inclinación porque es el ángulo más bajo que Baikonur puede alcanzar sin dejar caer etapas gastadas sobre China.

La órbita elegida depende del trabajo. La órbita baja, por debajo de 2.000 kilómetros, es para estaciones y la mayoría de satélites; la órbita heliosíncrona, una trayectoria casi polar a unos 700 kilómetros que pasa por cada lugar a la misma hora local, es para la observación de la Tierra; la órbita geoestacionaria, a 35.786 kilómetros sobre el ecuador, es donde el periodo de 24 horas del satélite iguala el giro terrestre y queda colgado sobre un punto. La órbita soviética Molniya, una elipse de 12 horas inclinada 63,4 grados, se demora sobre el Ártico, que los satélites geoestacionarios no pueden ver. Llegar a ella son dos pasos: el lanzador deja el satélite en una larga elipse de transferencia y en su extremo el propio motor del satélite la redondea, la transferencia de Hohmann que Walter Hohmann calculó en 1925, con un coste de unos 2,4 kilómetros por segundo más.

Lo que sube baja, despacio. Incluso a 400 kilómetros hay aire suficiente para arrastrar la ISS unos 2 kilómetros al mes hacia abajo, así que se la reimpulsa varias veces al año; el Sputnik duró 92 días, el Skylab cayó sobre Australia Occidental en 1979 y la Mir fue dirigida al Pacífico en 2001. Por encima de unos 1.000 kilómetros un satélite permanecerá siglos, que es el comienzo del problema de la basura espacial. La órbita no es un lugar sino una velocidad, y cada lanzamiento es una discusión sobre cómo comprarla barata.

Koroliov y von Braun

La carrera espacial la dirigieron dos ingenieros que nunca se conocieron y que no podrían haber sido presentados. Uno era un nombre que conocía el mundo entero: Wernher von Braun, barón, presentador de televisión, padre del Saturno V. El otro era un secreto de Estado. Hasta el día siguiente a su muerte, en enero de 1966, los periódicos soviéticos llamaron a Serguéi Koroliov únicamente el Diseñador Jefe, y cuando el comité Nobel preguntó a quién honrar por el Sputnik, Nikita Jrushchov respondió que el logro pertenecía a todo el pueblo soviético.

Koroliov, nacido en Zhitómir en 1907, era un diseñador de aviones que dirigió el primer vuelo de un cohete de líquidos del GIRD en 1933. En junio de 1938, durante las purgas de Stalin, fue detenido con cargos fabricados, golpeado hasta romperle la mandíbula y condenado a diez años. Pasó el invierno de 1939 a 1940 en la mina de oro de Maldiak, en Kolymá, donde el escorbuto le quitó casi todos los dientes y estuvo a punto de quitarle la vida; las cartas de su madre y el diseñador de aviones Andréi Túpolev lograron que lo trasladaran a una oficina de diseño penitenciaria, una sharashka, donde trabajó bajo vigilancia hasta 1944. Enviado a Alemania en 1945 a estudiar el V-2, sacó de la copia R-1 el R-5, primer misil nuclear soviético, y luego el R-7, el cohete de 280 toneladas y 32 motores que voló el 21 de agosto de 1957, lanzó el Sputnik seis semanas después y a Gagarin en 1961, y cuyos descendientes aún llevan tripulaciones a la estación. Dirigió el programa a base de encanto, intimidación y un corazón debilitado por los campos, y murió en una mesa de operaciones a los 59 años.

¿Sabías que la forma del R-7, un cuerpo central con cuatro aceleradores laterales, existe porque a Koroliov le ordenaron cargar una bomba de hidrógeno de tres toneladas antes de que los físicos la redujeran? Aquel exceso se convirtió en el cohete espacial.

Von Braun, nacido en Wirsitz en 1912, ingresó en el partido nazi en 1937 y en las SS en 1940, donde llegó a comandante; los registros muestran que visitó el Mittelwerk y conocía las condiciones de los prisioneros. Dijo después que no podría haber hecho nada; los historiadores juzgan que eligió no intentarlo. Una breve detención por la Gestapo en 1944, por hablar de vuelos espaciales y no de armas, y su rendición a los estadounidenses permitieron reinventarlo. En Estados Unidos construyó el Redstone, el Júpiter y el Juno I que puso en órbita el Explorer 1 el 31 de enero de 1958, después de que el Vanguard de la Armada estallara en televisión. Vendió el espacio al público en Collier's y en tres programas de Disney desde 1955, el primero de los cuales, Man in Space, reunió a unos 40 millones de espectadores. Desde Huntsville, Alabama, dirigió el Saturno V y lo vio volar trece veces sin un fallo.

Cada uno sabía del otro y vivía la carrera como un duelo: los ingenieros de Koroliov estudiaban los planos del Saturno en la literatura estadounidense abierta; von Braun presionó a Washington tras el Sputnik señalando a un rival al que no podía nombrar. La muerte de Koroliov dejó el cohete lunar soviético en manos más débiles; von Braun dejó la NASA en 1972, cuando se canceló la línea Saturno, y murió en 1977.

La carrera fue entre dos hombres tanto como entre dos sistemas, y el que la ganó sigue siendo el más difícil de juzgar.