Las misiones espaciales están repletas de pequeños detalles y tecnicismos que son clave para que todo salga bien. Cada tornillo, pieza, cable y componente tiene un rol vital en la misión.
Todas las misiones que trabajan en una misión tienen que tener todo eso en cuenta, además de muchos otros parámetros, si quieren que todos los aspectos de la misión salgan tal como se había planeado.
Una de las partes más importantes de la planificación en una misión son los cálculos. Son necesarios para absolutamente todo: desde el diseño de la nave hasta la cantidad de cargamento que puede ir a bordo.
Por supuesto, gran parte de la creación de una nave y de la planificación depende de cálculos de todo tipo. Ayudan a mantener la precisión en todo momento, y permiten crear los parámetros de seguridad necesarios para el trayecto.
Dentro de todos los cálculos que deben realizarse antes de una misión, hay uno en particular en el que probablemente no hayas pensado. Es algo tan básico que es muy fácil pasarlo por alto.
Y es que toda nave necesita combustible para despegar, llegar al espacio, y realizar maniobras en torno a nuestro planeta. Sin ello, como es lógico, no habría posibilidad de realizar misión alguna.
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Pero cargar un cohete con combustible no es tan simple como el repostaje de un coche. Diferentes cohetes requieren combustibles totalmente distintos, y el propio peso del cohete determina en gran medida la cantidad de combustible necesaria para la misión.
Además, cuando los cohetes llevan algún tipo de cargamento a bordo, como por ejemplo un satélite o una sonda, la energía necesaria para alzar el vuelo con esas toneladas extra a bordo es mucho mayor.
Pero cargar cantidades excesivas de combustible, con el riesgo de llevar muchísimo de sobra, tampoco es una opción. A fin de cuentas, el combustible también es peso añadido, y no es algo que pueda dejarse al azar.
Por lo tanto, calcular el combustible que requieren los cohetes en cada misión es un trabajo que no puede tomarse a la ligera. Y no es nada sencillo; hay numerosas variables a tener en cuenta para cada proyecto.
Tipos de combustible de cohetes
Una de las primeras decisiones que deben tomar los ingenieros involucrados en la planificación es el tipo de combustible que va a utilizar la nave elegida para la misión en la que trabajan actualmente.
Si fuera algo como un coche, la decisión sería tan sencilla como elegir entre gasolina o diesel. Pero las aeronaves, por suerte o por desgracia, son mucho más complejas que cualquier vehículo que circula una carretera.
Así que, a la hora de pensar cuánto combustible va a hacer falta para que la nave viaje al espacio, el primer paso es decidir entre las múltiples opciones de combustible para cohetes que hay disponibles.
A rasgos generales, los combustibles para aeronaves se pueden dividir en dos grandes categorías: líquidos y sólidos. Dentro de estas categorías hay numerosos combustibles de diferentes composiciones, cada uno con propiedades y características particulares.
A la hora de decidir entre ambas categorías, se tienen en cuenta diferentes factores. El peso y el espacio que ocupa cada combustible, por ejemplo, son uno de los primeros elementos que se valoran.
A rasgos generales los combustibles más densos ocupan menos espacio, y por tanto pueden almacenarse en tanques más pequeños. La misma cantidad (en lo referente a peso) de combustible líquido, es menos densa, por lo cual ocupa un espacio mucho mayor.
Por otra parte, la seguridad también es extremadamente importante a la hora de escoger combustible para una nave. Cualquier tipo de combustible, sea de vehículos terrestres o de aeronaves, suele ser tóxico, corrosivo, altamente reactivo o todo ello a la vez.
Esos factores son muy comunes en la mayoría de combustibles, especialmente en los más eficientes. Pero hay otras características que no son tan comunes y que, por razones de seguridad, tienden a evitarse a menos que se disponga de los medios adecuados para contrarrestar los riesgos que suponen.
Por ejemplo, aunque la corrosión es una característica común, hay algunos combustibles que son tan corrosivos como para que solo algunas sustancias especiales sean capaces de soportarlos.
Y otros son reactivos hasta el punto de llegar a arder espontáneamente si entran en contacto con el aire, con cualquier materia orgánica, o incluso con la mayoría de metales más comunes.
Ventajas y desventajas
Todas estas características que hemos mencionado pueden darse tanto en combustibles líquidos como en combustibles sólidos. Más allá de eso, cada categoría tiene sus ventajas y desventajas propias.
Y por supuesto, en cada misión debe valorarse minuciosamente cuáles son las necesidades de la nave y qué tipo de carga va a ir a bordo durante el viaje. Así que es importante tener cada pequeño detalle en cuenta.
Por un lado, la gran mayoría de combustibles líquidos requieren motores mucho más complejos para procesar adecuadamente las reacciones químicas entre el combustible y el oxidante que lo hace arder. Pero al mismo tiempo el combustible líquido resulta mucho más potente que el sólido.
Por otro lado, los combustibles sólidos no requieren procesos complejos para reaccionar, y apenas requieren mantenimiento. Pero requieren condiciones de almacenamiento muy controladas, a salvo de cambios de temperatura y otros elementos.
Entonces, ¿qué combustible suele elegirse para las misiones espaciales? Lo más habitual es que los cohetes carguen con una combinación de ambos tipos de combustible para aprovechar las ventajas que presenta cada uno. Y cada uno se usa en diferentes partes del vuelo.
El combustible sólido normalmente se utiliza en el despegue y las primeras fases del vuelo. Este combustible se consume rápidamente, y generalmente los depósitos en los que se almacenaba se desprenden del cohete principal.
Después de aligerar la nave, llega el turno del combustible líquido. Este combustible permite que la nave continúe su vuelo en vertical durante todo el tiempo necesario para lograr llegar al espacio.
Generalmente en las naves se incluyen varias secciones con combustible líquido, usualmente con compuestos distintos. Esto permite una propulsión eficiente tanto dentro de la atmósfera terrestre como en el espacio.
Por otra parte, muchas naves modernas también incluyen propulsores iónicos. Estos motores, que funcionan a base de gas ionizado gracias a corrientes eléctricas, no son muy potentes, pero son idóneos para la propulsión en el espacio exterior.
No obstante, aunque en la actualidad ese sistema también forma parte de la propulsión de muchas naves, vamos a dejarlo de lado para los cálculos generales. Para saber cuánto combustible hace falta para mover una nave nos centraremos exclusivamente en los tipos de combustible que mencionábamos antes.
Hora de hacer cálculos
Sabiendo todos los detalles sobre tipos de combustible y de motores, sobre los criterios que se usan para elegir una opción u otra, y el uso que se le da a cada uno dentro de una nave, el paso final es saber cuánto combustible hace falta para el vuelo.
Y lo cierto es que la respuesta no es nada sencilla debido a la gran cantidad de variables que hay que tener en cuenta. A rasgos generales, en cada vuelo se carga una cantidad de combustible completamente distinta.
Esto se debe principalmente a que cada cohete requiere unos mínimos concretos de combustible para poder despegar. Y dependiendo de la carga que vaya a bordo en la misión, puede necesitarse una mayor cantidad de combustible para poder alzar el vuelo.
Además, la eficiencia de los motores causa unas diferencias drásticas en la cantidad de combustible que requieren los cohetes en cada etapa del viaje. Consecuentemente, los cohetes de hace unas décadas consumían muchísimo más combustible que los de ahora.
Así que, estrictamente hablando, no se puede determinar una cantidad concreta única de combustible para los vuelos de cohete. Sencillamente la carga de combustible varía en cada vuelo.
Pero lo que sí podemos hacer es echar un vistazo a los datos de algunas de las naves más importantes de las últimas décadas, y hacernos una idea de la cantidad de combustible que gastan todos estos cohetes.
Uno de los cohetes más legendarios que podemos analizar es el Saturno V de la NASA. Esta nave fue la responsable de llevar a Buzz Aldrin y Neil Armstrong a la Luna en el año 1969.
Con sus más de 110 metros de altura, y en torno a 3.300 toneladas de peso, el cohete Saturno V tiene el honor de ser el cohete más grande y más pesado construido hasta la fecha.
Aunque quizá señalar sus dimensiones como algo digno de honor es poco acertado. A fin de cuentas, levantar algo tan monstruosamente grande del suelo requiere muchísima energía, por lo que el diseño no es muy eficiente.
Por esta razón, la cantidad de combustible que hizo falta para que el Saturno V despegara fue enorme. La nave contaba con varios depósitos de combustible de queroseno y de hidrógeno líquido, además de tanques cargados de oxígeno líquido, necesario para poder quemar el combustible en el espacio.
Solo para el despegue y los primeros segundos de vuelo, el Saturno V utilizó 770.000 litros de queroseno, además de 1.204.000 litros de oxígeno líquido para poder llevar a cabo la combustión del queroseno.
Una vez alzado el vuelo, entra en juego la segunda fase del cohete. Esta sección del Saturno V utilizaba 984.000 litros de hidrógeno líquido como combustible, que reacciona gracias a otros 503.000 litros de oxígeno líquido.
Finalmente, la última sección del Saturno V, encargada de alejarse de la órbita terrestre en dirección a la Luna, requirió 252.750 litros de hidrógeno líquido, en conjunto a 73.280 litros de oxígeno líquido para la combustión.
Es decir, a lo largo de todo el vuelo, este cohete utilizaba 2.006.750 litros de combustible, y 1.780.280 litros de oxígeno líquido que, como ya mencionábamos antes, es el oxidante necesario para la reacción del combustible.
Otro programa espacial del que tenemos bastantes datos respecto al consumo de combustible es el Programa Space Shuttle. Lógicamente en todas las misiones de los Shuttle la cantidad de combustible utilizada fue distinta, ya que la carga de la nave variaba en cada misión.
En su tanque exterior, fácilmente reconocible por su gran tamaño y su característico color naranja, se cargaban en torno a 227.000 litros de combustible, compuesto de hidrógeno y oxígeno líquido.
La pareja de cohetes aceleradores sólidos de los Shuttle, por su parte, llevaba una carga más alta, gracias a la mayor densidad del combustible sólido. Entre los dos cohetes, se sumaba un total de 1.000.000 kg de combustible.
¿Y qué pasa entonces con las naves más modernas? Gracias al avance de la tecnología y las técnicas de ingeniería, ahora es posible hacer cohetes de menor tamaño, con diseños y motores mucho más eficientes que los de las naves del pasado.
Consecuentemente, esto se traduce en un consumo de combustible mucho menor que el de los Shuttle o el Saturno V. Además, muchos de los cohetes que se usan en la actualidad utilizan combustibles que son de por sí más eficientes, por lo que no es necesario usar tanto combustible en el vuelo.
Como ejemplo del consumo de combustible en naves modernas, podemos tomar los cohetes Falcon 9 de la compañía estadounidense SpaceX. Estos cohetes utilizan una mezcla de queroseno y oxígeno líquido en todas sus etapas.
Y el total de combustible cargado en sus tanques es de apenas 287.320 litros. Una cantidad ínfima, especialmente si lo comparamos con las cifras de los cohetes que mencionábamos anteriormente.
Por supuesto. no todas las naves que se usan hoy en día utilizan la misma cantidad de combustible para despegar que los Falcon 9, ya que cada cohete, dependiendo de su diseño y su carga, requerirá un volumen de combustible diferente.
Los cohetes Ariane 5 de la ESA, y los Soyuz de Roscosmos son considerablemente más pequeños que los Falcon 9, por lo que utilizarán mucho menos combustible que las naves americanas.
En resumen, no es posible dar una cifra concreta de combustible para todos los cohetes. Pero puedes estar seguro de que siempre son varios cientos de miles de litros. A fin de cuentas, desafiar la gravedad de la Tierra no es una tarea fácil.