Astronáutica para niños

La astronáutica es la ciencia y la práctica de viajar más allá de la atmósfera terrestre, es decir, en el espacio exterior. Se trata de enviar objetos artificiales, con o sin personas a bordo, al espacio.

Esta disciplina estudia cómo se mueven las naves en el espacio, cómo se navega, cómo se explora y cómo los seres humanos pueden sobrevivir fuera de la Tierra. También incluye el diseño y la construcción de vehículos espaciales y los cohetes lanzadores que los ponen en órbita o los llevan a otros planetas, lunas, asteroides, cometas o cualquier otro lugar del cosmos.

La astronáutica es un campo muy amplio y complejo porque las máquinas deben funcionar en condiciones muy difíciles. Para lograrlo, colaboran muchas áreas de la ciencia y la tecnología, como la astronomía, las matemáticas, la física, la ingeniería de cohetes, la robótica, la electrónica, la computación, la bioingeniería, la medicina y la ciencia de materiales. Gracias a la astronáutica, junto con la astronomía y la astrofísica, han surgido nuevas ciencias como la astrodinámica (el estudio del movimiento de objetos en el espacio), la astrogeofísica (el estudio de la física de los cuerpos celestes) y la astroquímica (el estudio de la química en el espacio).

Historia de los viajes espaciales

Robert Goddard con uno de sus cohetes (1926).

Desde hace mucho tiempo, los seres humanos han soñado con volar. Una de las primeras historias sobre un vuelo es el mito griego de Ícaro, quien intentó escapar de Creta con alas hechas de plumas y cera. En la literatura, Cyrano de Bergerac en su libro Historia cómica de un viaje a la Luna (1650) fue de los primeros en describir el uso de cohetes para viajar a la Luna. Más tarde, Julio Verne en su famosa novela De la Tierra a la Luna (1866) también imaginó un viaje lunar, aunque con ideas que no eran del todo científicas. Estas historias despertaron mucho interés y dieron origen a la ciencia ficción, un género literario que a menudo se inspira en los viajes espaciales.

A finales del siglo XIX, ingenieros y científicos de todo el mundo comenzaron a trabajar en diseños de máquinas que pudieran volar. Entre ellos, destacan el peruano Pedro Paulet (1874-1945), el ruso Konstantín Tsiolkovski (1857-1935), el estadounidense Robert Goddard (1882-1945) y el rumano Hermann Oberth (1894-1989). Ellos sentaron las bases de la astronáutica moderna.

En 1927, se fundó la Sociedad Astronáutica en Polonia, donde participaron científicos importantes como Hermann Oberth y Werner von Braun. Un gran avance en la astronáutica fue la creación de los cohetes V2, que se usaron con fines militares. Estos cohetes sirvieron de modelo para los ingenios espaciales que la Unión Soviética y Estados Unidos desarrollarían después de la Segunda Guerra Mundial.

Durante la década de 1950, Estados Unidos y la Unión Soviética compitieron por ser los primeros en poner un satélite artificial en órbita. El 4 de octubre de 1957, los soviéticos lanzaron el Sputnik 1, un evento que marcó el inicio de la era espacial. Esta competencia, conocida como la carrera espacial, llevó a otros logros importantes. En 1961, el cosmonauta soviético Yuri Gagarin fue el primer ser humano en el espacio. Y en 1969, los astronautas estadounidenses Neil Armstrong y Buzz Aldrin, de la misión Apolo 11, fueron los primeros en llegar a la Luna.

Hitos en los lanzamientos espaciales

Aquí puedes ver algunos de los primeros lanzamientos espaciales importantes por país:

Primeros lanzamientos, por país

País	Fecha	Hito
Alemania	20 de junio de 1944	Cohete V2, el primer vuelo suborbital de la historia.
Unión Soviética	4 de octubre de 1957	Cohete R-7, con el lanzamiento del Sputnik 1.
Estados Unidos	31 de enero de 1958	Cohete Jupiter C, con el lanzamiento del Explorer 1.
Francia	26 de noviembre de 1965	Cohete Diamant, con el lanzamiento del Asterix A1.
España	19 de julio de 1969	Cohete INTA-255, en un vuelo suborbital.
Japón	11 de febrero de 1970	Cohete L-4S, con el lanzamiento del Ohsumi.
China	24 de abril de 1970	Cohete Larga Marcha 1, con el lanzamiento del DFH 1.
Reino Unido	28 de octubre de 1971	Cohete Black Arrow, con el lanzamiento del Prospero X-3.
India	18 de julio de 1980	Cohete SLV, con el lanzamiento del Rohini RS-1.
Brasil	02 de abril de 1993	Cohete VS-40, en un vuelo suborbital.
Ucrania	21 de abril de 1999	Cohete Dnepr-1, con el lanzamiento de UoSAT-12.
Argentina	6 de junio de 2007	Cohete Tronador I, en un vuelo suborbital de demostración.

Diseño de vehículos espaciales

Al diseñar una nave espacial, hay que considerar varios aspectos: el entorno en el que se moverá (la atmósfera o el vacío del espacio exterior), su propósito (transportar carga o personas, investigar, comunicar, etc.), el sistema de propulsión que usará y los combustibles que necesita, y las fuerzas gravitatorias que afectan sus trayectorias.

Tipos de vehículos espaciales

Los vehículos espaciales se clasifican según su utilidad:

• Satélites artificiales: Orbitan la Tierra para cumplir una función específica, como el Sputnik I, el primer objeto puesto en órbita por el ser humano.
• Astronaves: Son naves tripuladas (con personas a bordo) que tienen su propio sistema de propulsión para moverse en el espacio o en la atmósfera, como los transbordadores o los módulos del programa Apolo.
• Sondas espaciales: Son naves no tripuladas que se envían a investigar el espacio profundo, ya sea dentro o fuera de nuestro Sistema Solar. Un ejemplo son las sondas del programa Viking de la NASA, que exploraron Marte.
• Estaciones espaciales: Son complejos que orbitan la Tierra y pueden albergar a varias personas por largos periodos, como la estación soviética Salyut 1 o la Estación Espacial Internacional.

Materiales de fabricación

Escudo térmico del Mars Science Laboratory (2011)

La estructura de una nave espacial debe ser muy resistente para soportar las aceleraciones del lanzamiento, el impacto de micrometeoritos y la fuerza de los vientos solares. Estas fuerzas podrían dañar o destruir la nave. Por eso, se usan materiales especiales que pueden soportar las condiciones extremas del despegue, la navegación y el reingreso a la atmósfera. Los diseñadores usan programas de computadora avanzados para simular cómo se comportarán los materiales bajo estas condiciones.

Los materiales deben ser muy resistentes a los impactos, al calor extremo, a las presiones y vibraciones del despegue, y deben absorber al máximo las radiaciones espaciales dañinas. Al mismo tiempo, deben ser capaces de captar la energía lumínica con paneles solares. Un desafío importante es que los materiales deben ser lo más ligeros posible para reducir el consumo de combustible. Cuanto menos pese la nave, menos combustible se necesita y más lejos puede viajar. Por ejemplo, los transbordadores de la NASA eran muy pesados, lo que limitaba sus viajes a la órbita terrestre y les impedía ir a la Luna. El objetivo es que los materiales sean muy fuertes y funcionales, pero también muy ligeros.

Las naves que operan en ambientes muy hostiles, con temperaturas o presiones extremas, necesitan una tecnología especial. Por ejemplo, las sondas soviéticas Venera, que exploraron Venus a partir de 1961, fueron diseñadas con materiales que podían resistir temperaturas tan altas que derretirían el plomo, permitiéndoles operar en la superficie venusiana por algunas horas.

Forma de las naves espaciales

Las naves espaciales deben atravesar la atmósfera tanto al despegar como al regresar, si el planeta tiene atmósfera. Para esto, necesitan una forma que les permita ser aerodinámicas. Elementos como estabilizadores, superficies de control, escudos térmicos y paracaídas se usan para controlar la nave en el aire y protegerla a altas velocidades.

Si una nave solo va a viajar en el espacio exterior, su forma no necesita ser aerodinámica, ya que no hay aire. Para cambiar de dirección en el espacio, se usan pequeños cohetes de control, motores optimizados para el vacío y maniobras de asistencia gravitatoria (usando la gravedad de los planetas). Las estaciones espaciales son un buen ejemplo de naves sin forma aerodinámica, ya que su función es solo operar en el espacio.

La utilidad de una nave espacial también influye en su forma, peso y tamaño. Los satélites, por ejemplo, tienen una gran variedad de formas: esféricas, cilíndricas, cónicas, etc. Las sondas, astronaves y estaciones espaciales suelen tener estructuras características como paneles solares, antenas, cohetes, tanques de combustible, bodegas de carga y, en el caso de los transbordadores, alas.

El diseño de una nave que despega directamente de la Tierra debe soportar las fuertes tensiones de los cohetes. También debe tener suficiente espacio para almacenar combustible, dependiendo de la misión. Una nave tripulada para explorar un cuerpo celeste suele tener más espacio de almacenamiento que una no tripulada, ya que debe regresar a la Tierra. Las naves no tripuladas, en cambio, pueden aprovechar mejor los impulsos gravitatorios y a menudo son desechables. El diseño también considera el tipo de combustible; hasta ahora, se usan combustibles químicos que ocupan un cierto volumen.

La cantidad y calidad del combustible, así como el sistema de propulsión, dependen del peso total de la nave. Cuanto más pesada sea la nave, más combustible se necesitará. Por eso, el diseño debe optimizar el volumen y los materiales para soportar la fuerza necesaria para llegar al espacio.

Sistemas operativos

Toda nave espacial tiene sistemas operativos básicos:

• Propulsión: Generalmente con cohetes.
• Navegación: Con sistemas computarizados, giróscopos y sistemas de alarma.
• Energético: Para almacenar y distribuir la energía eléctrica (baterías, paneles solares).
• Comunicación: Con sistemas de radio y antenas.

Las naves tripuladas tienen sistemas adicionales para la supervivencia humana:

• Control de temperatura, humedad, presión y suministro de aire.
• Provisión de alimentos y líquidos.
• Espacio interior suficiente para trabajar y descansar.
• Sistema de acceso y salida para los astronautas.
• Sistema de acoplamiento para unirse a otros vehículos en el espacio.
• Un sistema de aterrizaje eficiente, con paracaídas o alas y trenes de aterrizaje.

Comunicaciones

La comunicación espacial permite enviar información desde y hacia la Tierra, o entre naves en el espacio. La telemetría espacial se encarga de rastrear el movimiento de las naves, predecir sus posiciones y transmitir datos. Las ondas de radio son fundamentales para la comunicación espacial. La distancia entre la nave y la Tierra afecta el tiempo que tardan los mensajes en llegar. Para misiones a mundos lejanos, se usan sistemas computarizados y robóticos cada vez más autónomos para compensar la lentitud de las comunicaciones.

Propulsión espacial

Motor cohete SuperDraco de la compañía SpaceX en un banco de pruebas (2014)

El principal medio de propulsión para las naves espaciales, especialmente al despegar, es el uso de cohetes con combustibles especiales. Una vez en órbita, las naves pueden usar el impulso inercial (como una honda) para dirigirse al espacio profundo, hacia la Luna, otros planetas o fuera del Sistema Solar.

Los cohetes básicos tienen una forma cilíndrica con dos depósitos: uno para el combustible (como hidrógeno líquido) y otro para el comburente (como oxígeno líquido). Cuando se encienden, ambos se mezclan en una cámara de combustión inferior. Los gases producidos son expulsados por una tobera. Gracias al principio de acción y reacción, la expulsión de los gases en una dirección impulsa la nave en la dirección opuesta. La velocidad de la nave depende de la velocidad de expulsión de los gases, que aumenta al calentarse y disminuir su densidad.

Los combustibles más comunes son la hidrazina, el queroseno, el hidrógeno líquido y el amoniaco líquido. Los oxidantes más usados son el oxígeno líquido, el peróxido de nitrógeno y el peróxido de hidrógeno.

Para lograr el empuje necesario, los lanzamientos suelen usar un sistema de cohetes en varias etapas. Estas etapas se van desprendiendo a medida que agotan su combustible. Los cohetes aceleran fuertemente al inicio, mientras su masa disminuye. Este diseño se vio en los enormes cohetes Saturno V (de tres fases), capaces de llevar 130 toneladas a una órbita baja y 45 toneladas a la Luna. Un avance posterior fue el sistema de los transbordadores espaciales, con dos cohetes laterales y un gran depósito central que alimentaba el motor de las lanzaderas.

Actualmente, las naves usan combustibles químicos (líquidos o sólidos) para propulsarse. Sin embargo, estos combustibles solo sirven para periodos cortos de aceleración. Un futuro prometedor es la propulsión iónica, que permite aceleraciones más largas para viajes de mayor distancia, con un costo menor y la posibilidad de alcanzar grandes velocidades.

Otros sistemas de propulsión están en investigación teórica, como la propulsión lumínica (usando rayos de luz), la propulsión con velas solares (captando el viento solar) o la propulsión nuclear (usando explosiones nucleares controladas). Esta última ha sido prohibida por acuerdos internacionales. Estos proyectos teóricos tienen el desafío de que las aceleraciones son muy lentas, lo que los hace más adecuados para viajes en el espacio profundo que para lanzamientos desde la Tierra.

Mientras no se descubra un principio de propulsión completamente nuevo, la propulsión con cohetes y combustibles químicos seguirá siendo el principal método para lograr una aceleración rápida de las naves espaciales.

Velocidades y trayectorias

Este tema se refiere a las velocidades que las naves espaciales deben alcanzar para despegar de la Tierra o de otro cuerpo celeste, para mantenerse en una órbita segura, o para llegar a otros planetas o salir del Sistema Solar. También incluye el cálculo y seguimiento de los movimientos orbitales de las naves, las diferentes alturas de las órbitas y la determinación de las trayectorias más eficientes para ahorrar combustible y tiempo en los viajes a los planetas. Además, se calcula la trayectoria de reentrada de las naves a la atmósfera terrestre.

Velocidades cósmicas

Existen varias velocidades importantes para las naves:

• Velocidad de satelización (7,9 km/s): Es la velocidad mínima para que una nave se mantenga en una órbita circular alrededor de la Tierra sin caer. Si la velocidad aumenta, las órbitas se vuelven más elípticas.
• Velocidad parabólica (11,2 km/s): A esta velocidad, la nave se libera de la atracción de la Tierra y entra en la órbita del Sol, como un pequeño asteroide.
• Velocidad hiperbólica (42 km/s): A esta velocidad, la nave puede liberarse de la atracción del Sol y escapar del Sistema Solar.

Cuanto más cerca de la Tierra orbite una nave, más rápido debe moverse para mantener su órbita; de lo contrario, caerá. Por eso, la vida útil de una nave en órbita depende de la altura que alcance.

Las órbitas de los satélites pueden ser en cualquier dirección respecto al Ecuador terrestre, pero se prefieren trayectorias específicas para facilitar su seguimiento desde las estaciones en Tierra.

Para explorar la Luna, las naves deben alcanzar un punto de equilibrio entre la atracción de la Tierra y la Luna. La velocidad para llegar a este punto es de 10,9 km/s, lo que permite a las naves orbitar la Luna sin estrellarse o pasar de largo. Como la Luna tiene menos gravedad que la Tierra, su velocidad de escape es de 2,3 km/s.

Las velocidades y trayectorias para explorar otros cuerpos del Sistema Solar son más complejas de calcular. Hay que considerar el movimiento de la Tierra, la atracción gravitatoria del Sol y de los planetas, la distancia al cuerpo a explorar, la velocidad de esos cuerpos y la capacidad de combustible de la nave. En general, es más fácil explorar los planetas interiores que los exteriores. Para los planetas interiores, las naves aprovechan la gravedad del Sol. Para los exteriores, deben vencer esa fuerza y la de otros cuerpos, lo que requiere más combustible y cálculos de trayectoria complejos. Las trayectorias elegidas suelen ser más largas, pero más eficientes en cuanto a combustible. Las naves que van a los mundos exteriores, lanzadas hacia el Este, aprovechan la fuerza de rotación de la Tierra (unos 1.670 km/h) sumada a su propio impulso.

Antes de iniciar el viaje, las naves suelen ser colocadas en una órbita terrestre llamada de aparcamiento.

El mejor momento para viajar a los planetas interiores (como Venus) es cuando están en conjunción, es decir, entre la Tierra y el Sol. Para los planetas exteriores (como Marte), el mejor momento es cuando están en oposición, es decir, al lado opuesto del Sol respecto a la Tierra.

Navegación

Durante el viaje espacial, las naves deben controlar su ruta constantemente con la ayuda de potentes computadoras, tanto a bordo como en Tierra. Es sorprendente lo que se logró en cálculo y control antes de la invención de los microprocesadores, con computadoras de procesamiento y memoria limitados. En órbita alrededor de la Tierra, el horizonte del planeta sirve como referencia para la orientación. En el espacio profundo, la computadora de la nave se guía usando referencias estelares, siendo la estrella Canopus la más utilizada.

Un sistema de alarma es muy importante en toda la navegación, despegue y aterrizaje. Su función es avisar a los tripulantes o a las computadoras a bordo (siguiendo órdenes desde Tierra) si hay que corregir la posición, trayectoria, impulso o movimiento, activar protocolos de misión, detectar fallos o, en el peor de los casos, alertar de un peligro. Los sistemas de alarma en Tierra y en la nave están conectados, pero a medida que la nave se aleja, el sistema interno de la nave se vuelve más autónomo.

Técnicas de lanzamiento

Las técnicas de lanzamiento implican controles muy cuidadosos de los sistemas de la nave, una cuenta regresiva y un control preciso de las condiciones del tiempo atmosférico. Una vez que termina la cuenta, se enciende la fase inicial de los cohetes. Este momento es muy emocionante, especialmente para las tripulaciones. La nave acelera con impulsos constantes para alcanzar la velocidad necesaria. Las fuertes tensiones, el ruido y los movimientos ponen a prueba la resistencia de los materiales y el entrenamiento de los astronautas. Una vez que la nave llega a las capas superiores de la atmósfera, la fricción, el ruido y el movimiento disminuyen. Las diferentes secciones de la nave se van desprendiendo, y la nave entra en la órbita asignada.

Se han propuesto otras técnicas de lanzamiento teóricas:

• Catapulta electromagnética: Acelerarían las naves usando largas rampas de lanzamiento y el principio del electromagnetismo, como un "cañón espacial".
• Ascensor espacial: Un sistema de anclaje puesto en órbita.
• Lanzadera tipo avión: Una nave que despegue como un avión convencional o que sea lanzada a una órbita baja por un avión de gran altura.

Reentrada

La fase de regreso a la Tierra presenta otros desafíos. Primero, hay que encontrar el ángulo correcto para reingresar a la atmósfera, que es como un "corredor" de entrada. El ángulo no puede ser ni muy inclinado ni muy vertical. Si es muy vertical, la nave chocaría con la capa de aire, aumentando la fricción y el calor, lo que la destruiría. Si es demasiado inclinado y a mucha velocidad, la nave rebotaría en las capas superiores y pasaría de largo. A menor velocidad, rebotaría pero entraría más allá del punto deseado. Con el ángulo y la velocidad correctos, la nave cortará las capas atmosféricas, disminuirá su velocidad y reducirá la fricción y el calor. Antes de reingresar, la nave enciende sus cohetes de frenado para reducir drásticamente su velocidad y altura. Durante este proceso, la nave debe girar para ofrecer su lado más resistente a la zona de fricción. Afortunadamente, las naves tienen un eficiente escudo térmico que disipa el calor.

Hasta ahora, se han usado dos métodos de aterrizaje para las naves, especialmente las tripuladas:

• Uso de paracaídas a unos 15 km de altura, seguido de un amerizaje (aterrizaje en el agua, usado por EE. UU.) o un descenso directo en tierra (usado por la Unión Soviética).
• Uso del método aeronáutico de planeo (transbordadores de EE. UU.) seguido de un aterrizaje en una pista convencional.

Un momento de gran incertidumbre durante el reingreso es el paso por la "franja de silencio", que dura unos cinco minutos. En esta región de la atmósfera, las comunicaciones por radio con el control en tierra se interrumpen por completo.

Exploración tripulada

El objetivo principal de una misión tripulada es llevar a los seres humanos al espacio de forma segura, permitirles trabajar y navegar, y traerlos de vuelta a la Tierra sanos y salvos. La supervivencia humana en el espacio depende de crear un ambiente seguro dentro de las naves, durante el despegue, la navegación, la exploración (como el alunizaje), el trabajo fuera de la nave y el reingreso. Este ambiente debe recrear al máximo las condiciones que el cuerpo humano encuentra en la Tierra: presión, temperatura, humedad, aire para respirar, alimentos, líquidos, higiene, eliminación de desechos, ejercicio, descanso y sueño. Para lograr esto, la bioingeniería debe considerar los factores hostiles del espacio que no existen en la Tierra: el vacío, las grandes variaciones de temperatura, la radiación solar y los rayos cósmicos, los micrometeoritos, la falta de gravedad, la alteración de los ciclos de día y noche. A esto se suma el espacio reducido en el que los astronautas deben trabajar y la convivencia obligada. Un factor clave es el diseño interior y exterior de las astronaves y estaciones espaciales, así como el diseño de los trajes espaciales.

Para enfrentar las difíciles condiciones del despegue, el espacio y el reingreso, los astronautas se someten a programas de entrenamiento muy rigurosos. Estos programas simulan diversas situaciones: la respuesta a la aceleración extrema, la ingravidez, la navegación, el confinamiento, la convivencia, el trabajo, el mantenimiento, cómo enfrentar situaciones inesperadas y el reingreso a la atmósfera. Solo las personas más aptas física y psicológicamente son seleccionadas para las misiones.

Despegue

El primer desafío de un viaje espacial es el despegue. Mientras no se descubra o invente algo diferente, la forma más efectiva de lanzar una nave al espacio seguirá siendo la aplicación de una gran fuerza. Por lo tanto, los astronautas deben soportar las fuertes tensiones de una aceleración violenta. En esta fase, es fundamental usar trajes y asientos especiales para reducir los efectos de la aceleración.

Entorno espacial

Efectos de la ingravidez

Aterrizaje de la nave Soyuz con la Expedición 61 a bordo (2020).

El segundo problema es la ingravidez (falta de gravedad). La ingravidez obliga al cuerpo humano a adaptarse, especialmente los sistemas cardiovascular, óseo y muscular. Durante viajes largos, la ingravidez puede causar la pérdida de tejido óseo y muscular, lo que afecta incluso al corazón. Estos efectos negativos se combaten con rutinas de ejercicio rigurosas, que ayudan a contrarrestar la pérdida de tejido.

La ingravidez hace que funciones básicas como comer y beber sean complejas, ya que las partículas y los líquidos flotan libremente dentro de la nave. Por eso, los alimentos y líquidos se preparan de forma especial (compactos, sellados). Otro desafío es la eliminación de los desechos del cuerpo, que suelen ser procesados, almacenados y sellados para su análisis posterior.

La ingravidez también complica el trabajo extravehicular de los astronautas. Es muy difícil moverse en gravedad cero, ya que existe la posibilidad de alejarse accidentalmente, el cuerpo tiende a girar al trabajar con herramientas, y los medios de locomoción son limitados. A esto se suma la rigidez del traje espacial.

Además de sobrevivir a la misión, los astronautas deben readaptarse a las condiciones de la Tierra. Para ello, siguen programas médicos de apoyo para que sus cuerpos recuperen sus capacidades después de la atrofia durante la misión.

Radiaciones dañinas

Otra preocupación es la radiación solar y cósmica, que son dañinas para la salud. Aunque las naves y los trajes espaciales tienen revestimientos que absorben la radiación, el cuerpo humano está expuesto a niveles más altos que en la Tierra, con consecuencias a largo plazo que aún se investigan.

Micrometeoritos y basura espacial

El impacto de los micrometeoritos es otra preocupación, ya que pueden perforar el casco de la nave o dañar los instrumentos. Las paredes de las naves ofrecen cierta protección, pero no contra objetos más grandes que podrían impactar a velocidades muy altas. Afortunadamente, la probabilidad de ser impactado por un meteorito grande es muy baja debido a la inmensidad del espacio. Un peligro mayor son los desechos espaciales, que son miles de objetos que orbitan la Tierra, restos de misiones anteriores. Esta "chatarra espacial" puede ser desde una tuerca hasta el tamaño de un autobús (como satélites viejos). Aunque no se han reportado accidentes graves, no se pueden descartar. Las agencias espaciales rastrean los objetos grandes, pero hay miles que no se detectan. Aunque la mayoría caen en la atmósfera, otros permanecerán en órbita por miles de años. La basura espacial está aumentando y, si no se toman medidas, representa una amenaza para la navegación orbital futura.

Sistemas de soporte vital

Aire y agua

Como no hay atmósfera en el espacio, todo el aire y los líquidos deben llevarse desde la Tierra. Los sensores a bordo monitorean constantemente los niveles de oxígeno y dióxido de carbono, así como la presión. El dióxido de carbono se absorbe con materiales especiales. Desde la década de 1960, se han probado técnicas para generar oxígeno a partir de un ciclo natural, usando algas resistentes a los rayos cósmicos, como la alga chlorella, que es fácil de cultivar, se reproduce rápido y se puede comer. Además, el agua usada se recicla durante las misiones.

Temperatura ambiental

Es necesario mantener la temperatura ambiente alrededor de los 20 °C. El sistema eléctrico es clave para calentar o extraer el calor interno. Las grandes variaciones de temperatura en el exterior obligan a usar materiales de revestimiento especiales: refractarios al calor cuando la nave está expuesta al Sol y que impidan la disipación del calor interno. Es útil que las naves giren lentamente sobre sí mismas para evitar el sobrecalentamiento. También se puede usar una capa de fluidos entre las paredes exteriores e interiores para absorber el calor. Además, las naves tienen mecanismos para absorber energía solar y transmitirla al interior para usarla cuando orbitan el lado oscuro de la Tierra.

Incluso en el interior de naves no tripuladas, se debe mantener una temperatura y atmósfera adecuadas para evitar el mal funcionamiento de los instrumentos.

Trajes espaciales

El traje espacial es muy importante para la supervivencia humana. Está compuesto por cuatro partes principales: el casco, el cuerpo del traje, los guantes y el sistema de supervivencia (reservas de aire, batería, sistema de comunicación, etc.), que se lleva en la espalda como una mochila. El traje está hecho de varias capas de materiales que mantienen la presión del aire, la temperatura interna, controlan la humedad, absorben las radiaciones dañinas, protegen de micrometeoritos y, a veces, recogen los desechos orgánicos. Sin embargo, el traje es rígido y limita la movilidad. Usar el traje ayuda a soportar mejor las tensiones del despegue y el aterrizaje, el trabajo fuera de la nave (mantenimiento, experimentos) o la exploración de la superficie lunar. Además, es la mejor garantía de supervivencia en situaciones extremas.

Estabilidad mental

Los astronautas deben adaptarse a trabajar en espacios pequeños. Al principio de la exploración espacial, la movilidad era muy limitada. Con el programa Apolo, el espacio disponible aumentó un poco, pero fue con el desarrollo de las estaciones espaciales y los transbordadores que los astronautas tuvieron más espacio, lo que les permitió trabajar con más comodidad, tener algo de privacidad y hacer ejercicio. Aun así, los espacios habitables siguen siendo reducidos.

La presencia de compañeros ayuda a los astronautas a manejar la sensación de soledad y lejanía en el espacio, pero también los obliga a convivir con personas de diferentes personalidades. La selección de equipos de trabajo muy unidos y profesionales ayuda a enfrentar posibles problemas de convivencia, especialmente en misiones largas. La estabilidad psicológica de los astronautas es un objetivo clave del programa de supervivencia espacial, permitiéndoles tener momentos de ocio y comunicarse con sus familias en Tierra.

La supervivencia humana requiere mucha iniciativa y trabajo en equipo en situaciones inesperadas o de peligro extremo, como el accidentado viaje del Apolo XIII. Esta astronave, en misión a la Luna, sufrió graves problemas, obligando a su tripulación a usar toda su inteligencia para regresar a salvo a la Tierra. Los astronautas son conscientes de que están solos y que las soluciones a los problemas dependen de ellos. También es difícil para los astronautas adaptarse a nuevos patrones de sueño, ya que el ciclo natural de día y noche se rompe. En la medida de lo posible, se intenta mantener ciclos de 24 horas, estableciendo horarios de descanso, trabajo y recreación.

Exploración y asentamientos espaciales

La idea de establecer asentamientos en el espacio a largo plazo se plantea como una forma de asegurar el futuro de la civilización y evitar su desaparición. El físico Stephen Hawking apoyó esta idea, señalando la necesidad de explorar el espacio para asegurar la supervivencia de la humanidad. A corto plazo, la exploración espacial ha traído muchos beneficios tecnológicos, en investigación y en el desarrollo de nuevos productos que usamos a diario. Aunque la inversión inicial es alta, a largo plazo, la actividad espacial puede ser muy rentable.

Las acciones para explorar y ocupar el espacio cercano han sido impulsadas por diversos intereses: prestigio político, fines militares, necesidades tecnológicas de industrias, comunicaciones, observación geográfica o del clima, y el avance del conocimiento científico. Estos intereses se han concretado en las siguientes acciones generales de exploración y asentamiento:

1. Una verdadera "carrera espacial" entre EE. UU. y la Unión Soviética en la década de 1960 para ser los primeros en lograr hitos como el primer objeto en órbita, el primer ser humano en el espacio, la primera caminata espacial, el primer objeto lanzado a otro cuerpo celeste, etc. Destacaron las naves de los programas soviéticos Vostok, Vosjod y Soyuz, y las estadounidenses Mercury, Gémini y Apolo.
2. La creación de una gran red de satélites que orbitan la Tierra con múltiples propósitos: militares (Samos, Vela), de telecomunicaciones (como Telstar, Eco), de navegación aérea (como Transit), de observación geográfica y climática (como Nimbus, Tiros), de experimentación biológica (Bios, Cosmos), astronómicos (como Explorer), entre otros.
3. La exploración efectiva de la Luna con misiones tripuladas (Apolo) y la exploración de otros cuerpos del Sistema Solar con misiones no tripuladas, como las sondas Lunar Orbiter (EE. UU.), Luna (URSS), Mariner (EE. UU.), Mars (URSS), Pioneer (EE. UU.). Destacan las naves Voyager 1 y Voyager 2 (EE. UU.), los objetos artificiales más lejanos de la Tierra, que ya son sondas interestelares.
4. La puesta en órbita de observatorios espaciales para la investigación astronómica y astrofísica (por ejemplo, el telescopio espacial Hubble).
5. La experimentación con nuevas sustancias y materiales, y con seres vivos, con o sin aplicación industrial.
6. La realización de muchos experimentos científicos en diferentes campos que solo se pueden hacer en microgravedad o gravedad cero.
7. La investigación sobre el comportamiento humano en el espacio durante largos periodos de tiempo.
8. Investigación y puesta en marcha de naves espaciales que han facilitado el acceso al espacio: los transbordadores espaciales.
9. La difusión del conocimiento obtenido por las agencias espaciales y la aplicación por la industria de los productos tecnológicos derivados de la astronáutica, que son de uso masivo en la actualidad. La difusión del conocimiento ha llevado a varios países y agencias a colaborar, lo que ayuda a reducir costos.
10. Preparación de planes para re-explorar la Luna con vuelos tripulados, instalar una base permanente en ella, explorar directamente Marte con una misión tripulada, etc., junto con la investigación de las posibilidades económicas que ofrece la exploración y el asentamiento en el espacio.
11. Creación de las estaciones espaciales, un paso clave en el asentamiento, ya que significan la presencia permanente del ser humano en el espacio. Desde la década de 1970, se ha trabajado para crear y mantener estaciones espaciales que orbitan la Tierra, y se ha investigado intensamente sobre la supervivencia humana por largos periodos en el espacio. A finales de los años 60, los soviéticos comenzaron a construir estaciones espaciales, logrando acoplar sus satélites Cosmos. A principios de los 70, completaron la Salyut 1, a la que siguieron otras siete. Más tarde, los rusos diseñaron la estación MIR, una nave avanzada que prestó muchos servicios. Por su parte, los estadounidenses respondieron con la estación Skylab, aunque luego se dedicaron al programa de transbordadores. A partir de 1998, las principales agencias espaciales decidieron unir esfuerzos para construir la actual Estación Espacial Internacional.

Las estaciones han permitido crear ambientes más amplios y cómodos para los astronautas, y realizar experimentos científicos sin las limitaciones de tiempo de las astronaves. Las estaciones son puntos de observación directa de las condiciones climáticas y otras características de la Tierra. La estancia en las estaciones ha permitido estudiar en detalle el comportamiento psicológico y fisiológico de los humanos, tanto en soledad como en compañía. Se vislumbra la posibilidad de usar las estaciones como puertos de embarque hacia otros mundos del Sistema Solar.

La presencia humana permanente en el espacio plantea nuevos desafíos y preguntas sobre los costos y beneficios del asentamiento, sobre la fisiología humana y su capacidad de adaptación al espacio y a otros mundos, sobre las posibilidades reales de ocupar la Luna y Marte, y sobre las futuras posibilidades de autosuficiencia de estos asentamientos.

La investigación espacial en el mundo

Despegue de un cohete Ariane.

Además de los programas espaciales ya establecidos de Estados Unidos, la URSS, Japón y Europa (a través de la Agencia Espacial Europea), a partir de los años 80 han surgido programas espaciales en países en desarrollo. Esto incluye naciones con cierta tradición como China (la tercera agencia espacial en realizar misiones tripuladas, después de Estados Unidos y Rusia) o la India (que tiene sus propios lanzadores de satélites), así como otras que han comenzado recientemente. Destacan los programas espaciales de Brasil, México, Chile y Argentina.

Para algunos países en desarrollo, los satélites artificiales han sido la forma más sencilla de mejorar sus redes de telecomunicaciones internas, especialmente en aquellos con orografía difícil u otras razones que complican los medios de comunicación tradicionales. Ejemplos de esto son los satélites domésticos que usa Indonesia o la serie de satélites compartidos por las naciones árabes (Arabsat).

Países hispanos

México

En la segunda mitad del siglo XX, el presidente Adolfo López Mateos emitió un decreto el 31 de agosto de 1962 para crear la Comisión Nacional del Espacio Exterior (CONEE). Esta comisión, adscrita a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, tenía como objetivo fomentar la investigación, explotación y uso pacífico del espacio exterior. La CONEE continuó con trabajos en cohetería, telecomunicaciones y estudios atmosféricos en el país.

Actualmente, México cuenta con ocho satélites y la empresa Satmex. La Agencia Espacial Mexicana (AEM) es una agencia creada el 31 de julio de 2010, encargada de los asuntos espaciales. Este proyecto busca agrupar y coordinar las actividades espaciales de México.

España

Argentina

Uruguay

Agencias espaciales

Galería de imágenes

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  Módulo lunar de la misión Apolo 11, en su trayectoria hacia el alunizaje (1969)

• 

  El satélite Sputnik 1, en 1957.

Véase también

En inglés: Astronautics Facts for Kids