11 mayo 2016

La forma más extraña de viajar a la Luna

En 1961, el presidente Kennedy embarcó a los Estados Unidos en una de las mayores aventuras de la Humanidad: viajar a la Luna. El problema era cómo lograrlo, porque sólo un cohete monstruoso sería capaz de lanzar la carga útil necesaria para poder llegar hasta nuestro satélite. Varios grupos trabajaron para encontrar el diseño óptimo del nuevo lanzador lunar, denominado Nova. Entre las numerosas propuestas, la más descabellada fue sin duda la del JPL (Jet Propulsion Laboratory), consistente en un cohete gigante de combustible sólido.
Maqueta de un cohete Nova gigante de combustible sólido (NASA).
Para los que no vean nada extraño en esta idea, debemos recordar que los cohetes de combustible sólido son muy poco eficientes (tienen un impulso específico muy bajo) y poco seguros, ya que su empuje apenas se puede modificar una vez encendidos. De hecho, se puede decir que la astronáutica como ciencia moderna nació cuando se relegaron los tradicionales cohetes de combustible sólido (pólvora y derivados) a un segundo plano en favor de los lanzadores que hacían uso de combustible líquidos, más versátiles y eficientes, aunque mucho más complejos y costosos. Precisamente sería la enorme complejidad asociada a un cohete Nova de combustible líquido lo que impulsaría al JPL a realizar esta propuesta. Las empresas Boeing Company y Space Technologies Laboratories estudiarían en agosto de 1961 la viabilidad de este diseño por encargo del Comité Golovin de la NASA.
Alunizando mediante el método del ascenso directo (NASA).
En 1961 se suponía que los astronautas viajarían a la Luna mediante lo que se suele denominar un ascenso directo, es decir, la nave viajaría directamente desde la superficie terrestre a la lunar, sin acoplamientos intermedios. Este método competía con el EOR (Earth Orbit Redezvous), que consistía en acoplar varias partes de la nave en órbita baja antes de partir hacia la Luna. El método EOR permitía usar cohetes mucho más pequeños, pero las incertidumbres teóricas asociadas a los acoplamientos en órbita baja provocaron que la NASA se decantase por el ascenso directo casi desde el primer momento. Curiosamente, en la URSS el método EOR gozó de mucha mayor popularidad que en los EEUU, y eso a pesar de que en 1961 los soviéticos disfrutaban de una clara ventaja en materia de lanzadores.
Distintos métodos para alcanzar la Luna: directo, EOR y LOR (NASA).
En cualquier caso, el “monstruo del JPL” debía ser capaz de colocar 70 toneladas en una trayectoria de escape lunar, esto es, acelerar la carga hasta alcanzar los 11 km/s. El único inconveniente es que, como ya hemos comentado, el combustible sólido es extremadamente poco eficiente, lo que implica que es necesario un vehículo más grande para poner en órbita la misma carga útil. Por eso, con el fin de alcanzar las prestaciones de esta misión, el Nova de combustible sólido usaría cuatro etapas (frente a las tres del Saturno V). Además, tendría una masa al lanzamiento superior a las 14000 toneladas y una capacidad en órbita baja de 250 toneladas (el Saturno V no llegaba a las 120 toneladas).
El Nova de combustible sólido (derecha) comparado con un cohete de combustible líquido (izquierda) y el monumento a Washington (centro, de 170 m de altura) (NASA).
Otra comparación entre diseños de combustible sólido y líquido (NASA).
Características del cohete Nova de combustible sólido (NASA).
Para montar este leviatán, se decidió que lo mejor sería construir una rampa flotante en Cabo Cañaveral, algo que ya se había considerado en otros diseños. El cohete estaría formado por la unión varias unidades de combustible sólido denominadas “Tipo A” y “Tipo B”. Siete unidades Tipo A, más grandes, se unirían para formar la primera etapa. La segunda fase nacería de la unión de tres unidades Tipo A. Por contra, la tercera etapa estaría compuesta por seis unidades Tipo B, mientras que la cuarta etapa sería una única unidad de Tipo B. Las tres primeras etapas se usarían para alcanzar la órbita baja, mientras que la cuarta pondría la carga útil en una trayectoria translunar.
El Nova de combustible sólido se montaría sobre el agua (NASA).
Montaje del lanzador a partir de las distintas unidades (NASA).
Los dos tipos de motores, A y B (NASA).
Esquema de las instalaciones requeridas en Cabo Cañaveral (NASA).
Interesante gráfica de 1961 donde se comparan las tasas de éxito de los cohetes de combustible sólido (gráfica superior) y líquidos (inferior). Vemos como en esa época los cohetes de combustible líquido tenían una importante propensión a fallar en sus primeras misiones (NASA).
La nave Apolo, que aún no se había terminado de concretar, se posaría en la superficie lunar usando combustibles sólidos o hipergólicos con una tripulación de tres personas. En esta etapa del programa, aún no se había planteado la necesidad de construir un módulo lunar.
Propuesta de diseño de la compañía Convair para la nave Apolo de 1961 de ascenso directo (NASA).
Cúmulo de cohetes de combustible sólido usados para lanzar el satélite Explorer (NASA).
Diseños más refinados de cohetes Nova con etapas de combustible sólido (NASA).
Aunque se seguirían estudiando durante algún tiempo propuestas que usaban etapas de combustible sólido, finalmente sería seleccionado el diseño del grupo liderado por Wernher von Braun, del Centro Marshall de la NASA. El Nova de von Braun usaba combustible líquido y era más modesto que otros diseños, pero aún así se trataba de una bestia con ocho motores F-1 en su primera etapa y capaz de levantar más de 150 toneladas en órbita baja. Sin embargo, von Braun trabajó también en los Saturn C-3, C-4 y C-5, cada uno con tres, cuatro y cinco motores F-1 respectivamente. Poco después, la NASA anunciaría su intención de emplear el método LOR (Lunar Orbit Rendezvous) para las misiones Apolo, lo que permitiría usar un cohete menos potente. El lanzador seleccionado, el Saturn C-5, sería bautizado oficialmente como Saturn V y terminaría siendo casi tan potente como algunas propuestas del Nova.
El Nova de von Braun comparado con el Saturn C-4 y C-5 (NASA).
Pero lo que más llama la atención de este y otros conceptos similares es el espíritu de ambición y superación de la época. Aquí estamos en 1961, cuando el cohete más potente de los EEUU apenas podía lanzar un puñado de toneladas en órbita baja, y unos tipos discuten seriamente sobre la posibilidad de construir y lanzar un vehículo espacial gigante en menos de cuatro años. Increíble. Algo me dice que ese espíritu no volverá jamás.
Más información:
Tomado de: http://danielmarin.naukas.com/2011/02/16/la-forma-mas-extrana-de-viajar-a-la-luna/