Cohetes: definición, tipos, historia y cómo funcionan
Un cohete es un vehículo o dispositivo propulsado por un motor cohete que expulsa gases a gran velocidad por su parte trasera, produciendo empuje según el principio de acción y reacción. Un cohete puede ser un misil, una nave espacial, una aeronave u otro vehículo. Algunos cohetes grandes son vehículos de lanzamiento y otros están tripulados (por ejemplo, el Saturno V). Otros, como los misiles, son no tripulados. ("Tripulado" significa que hay una persona dentro; "no tripulado" significa que la máquina vuela sin persona).
Tipos de cohetes
- Vehículos de lanzamiento: cohetes diseñados para llevar cargas (satélites, sondas, naves tripuladas) desde la superficie terrestre hasta el espacio. Pueden ser de varios estadios (etapas) y algunos modernos son reutilizables.
- Propulsores eléctricos: como los propulsores iónicos, generan empuje mediante la aceleración de iones. Tienen un empuje relativamente bajo pero un consumo de combustible muy eficiente, por lo que se usan en el espacio exterior después de que otro cohete los coloque en órbita.
- Cohetes militares: incluyen misiles balísticos y de crucero, diseñados para alcance, precisión y velocidad. Muchos son no tripulados y guiados por sistemas de navegación.
- Fuegos artificiales y cohetes pirotécnicos: versiones pequeñas usadas con fines recreativos o ceremoniales, impulsadas por fuego y pólvora.
- Cohetes de control de actitud: pequeños propulsores usados para orientar y maniobrar satélites y naves en órbita.
Historia breve
El cohete fue inventado por los chinos al utilizar la pólvora. Los primeros dispositivos eran rudimentarios, con forma de flecha o tubos llenos de pólvora que se empleaban como armas o para espectáculos. Con el tiempo se desarrollaron avances en propulsión, combustible y guiado. En el siglo XX la tecnología de cohetes experimentó una rápida evolución que permitió lanzamientos orbitales y misiones tripuladas. Yuri Gagarin fue un cosmonauta soviético que, el 12 de abril de 1961, se convirtió en el primer ser humano en volar al espacio exterior a bordo del cohete R-7 lanzado por la Unión Soviética.
Cómo funcionan
El principio básico es la acción y reacción (tercera ley de Newton): el motor quema combustible para producir gases calientes que se expanden y salen por la tobera trasera; la expulsión de masa genera un empuje hacia adelante. Los elementos clave son:
- Motor cohete: puede ser de combustible sólido, combustible líquido o eléctrico. Los motores químicos producen grandes cantidades de gas caliente rápidamente.
- Combustible: el sólido es sencillo y fiable; el líquido ofrece mayor rendimiento y control (se puede detener y reencender), pero su manejo es más complejo y caro. Muchos lanzadores combinan ambos tipos en distintas etapas.
- Toberas y cámaras de combustión: diseñadas para maximizar la expansión de los gases y convertir la energía térmica en empuje.
- Etapas (staging): los cohetes más eficientes usan varias etapas que se desprenden cuando agotan su combustible, reduciendo masa y permitiendo alcanzar mayor velocidad.
- Sistemas de guiado y control: giroscopios, sensores, ordenadores y aletas o vectores de empuje mantienen la trayectoria deseada.
Combustibles y propulsión
La mayoría de los cohetes siguen utilizando combustible sólido en aplicaciones donde la simplicidad y la almacenabilidad son prioritarias. Los cohetes más grandes y los lanzadores orbitales tienden a usar combustible líquido (como hidrógeno líquido y oxígeno líquido, o keroseno y oxígeno líquido) porque permiten una combustión más eficiente y mayor rendimiento específico. Algunos sistemas combinan ambos tipos:
- Etapas de combustible sólido como impulso inicial por su alto empuje y simplicidad.
- Etapas superiores de combustible líquido para inserciones precisas en órbita o maniobras en el espacio.
Rendimiento y velocidades
El empuje del motor debe superar el peso del vehículo en la Tierra para que el cohete despegue. Algunos cohetes superan la velocidad del sonido (Mach 1 ≈ 1.225 km/h), y los vehículos que alcanzan la órbita baja de la Tierra requieren velocidades del orden de 30.000 km/h (≈19.000 mph). La potencia necesaria depende de la masa, la aerodinámica y la trayectoria.
Usos principales
- Colocar satélites en órbita para comunicaciones, observación, navegación y ciencia.
- Misiones tripuladas y sondas interplanetarias.
- Fuegos artificiales y entretenimiento pirotécnico.
- Armamento y misiles militares.
- Maniobras y control de actitud en el espacio exterior.
Tripulación, seguridad y diseño
Los cohetes tripulados, al igual que otras máquinas voladoras tripuladas, están diseñados para limitar la aceleración y las vibraciones para proteger a la tripulación. Se incorporan sistemas de aborto, escudos térmicos y estructuras redundantes. En cambio, los cohetes no tripulados no están sujetos a los mismos límites humanos y pueden operar con aceleraciones y perfiles más agresivos.
Impactos y desafío técnicos
El lanzamiento de cohetes plantea retos ambientales (emisiones, residuos de etapas, contaminación acústica) y técnicos (coste, seguridad, reutilización). Manejar combustibles líquidos criogénicos exige instalaciones y procedimientos complejos. La recuperación y reutilización de etapas ha reducido costes recientes, pero sigue siendo un área activa de innovación.
Ejemplos históricos y actuales
El cohete Saturno V es un ejemplo emblemático de vehículo de lanzamiento tripulado utilizado en las misiones Apolo. Yuri Gagarin viajó al espacio en un cohete R-7, marcando un hito histórico. Hoy en día coexistenn múltiples diseños comerciales y gubernamentales de lanzadores, desde pequeños cohetes para satélites hasta grandes lanzadores para misiones interplanetarias.
Futuro
Las líneas de desarrollo incluyen motores más limpios y eficientes, combustibles verdes, propulsión eléctrica y nuclear para misiones profundas, y la creciente reutilización de etapas para reducir costes. La combinación de tecnologías permitirá misiones cada vez más ambiciosas y accesibles.
En resumen, los cohetes son dispositivos fundamentales para la exploración espacial, aplicaciones militares y entretenimiento pirotécnico. Su diseño abarca desde soluciones simples y robustas hasta sistemas complejos y controlados pensando en la seguridad, la eficiencia y la misión.
Lanzamiento del Apolo 15 a la Luna.
Pioneros
- Konstantin Tsiolkovsky
- Robert H. Goddard
- Wernher von Braun
- Hellmuth Walter
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un cohete?
R: Un cohete es un misil, nave espacial, avión u otro vehículo que es impulsado por un motor cohete.
P: ¿Todos los cohetes se lanzan desde tierra?
R: La mayoría de los cohetes pueden lanzarse desde tierra porque el empuje del motor es mayor que el peso del vehículo en la Tierra. Algunos son demasiado débiles y pesados para elevarse por sí mismos y necesitan otros cohetes para llevarlos al espacio exterior.
P: ¿Cómo se originaron los cohetes?
R: Los primeros cohetes los inventaron los chinos utilizando pólvora y tenían forma de flecha. No eran muy rápidos. La mayoría de los cohetes actuales siguen funcionando con fuego, donde los gases de escape calientes se expanden y salen disparados por la parte trasera, propulsándolo hacia delante.
P: ¿Qué tipo de combustible utilizan la mayoría de los cohetes?
R: La mayoría de los cohetes utilizan combustible sólido para hacer fuego, sin embargo los más grandes utilizan combustible líquido ya que hace un fuego más caliente para que el cohete sea más potente. Sin embargo, manipular el combustible líquido de forma segura puede ser difícil y caro, por lo que algunos vehículos de lanzamiento de satélites utilizan tanto combustible sólido como líquido.
P: ¿Qué usos tienen los cohetes?
R: Los cohetes tienen muchos usos, como el lanzamiento de satélites a órbita, los espectáculos pirotécnicos, los sistemas de armamento y el control de movimientos en el espacio exterior.
P: ¿Quién era Yuri Gagarin?
R: Yuri Gagarin fue un cosmonauta soviético que se convirtió en el primer ser humano en volar al espacio exterior el 12 de abril de 1961 en un cohete R-7 lanzado por la Unión Soviética.
