Cohete para niños
Un cohete es un vehículo que se mueve gracias a la fuerza que produce al expulsar rápidamente gases de combustión desde un motor cohete. Algunos cohetes se usan con fines militares y se les llama misiles. La diferencia no es el tamaño, sino que un misil es un cohete militar que puede ser dirigido para alcanzar un objetivo.
Los cohetes militares suelen usar un tipo de combustible sólido y no siempre tienen sistemas de guía. Los cohetes que llevan una carga especial pueden ser lanzados desde aviones hacia objetivos fijos, o desde tierra hacia otros objetivos terrestres. En el pasado, existían cohetes sin guía que llevaban cargas especiales para atacar formaciones de bombarderos en vuelo. En el ámbito militar, se prefiere la palabra misil cuando el arma usa combustible sólido o líquido y tiene un sistema de guía.
En todos los cohetes, los gases de combustión provienen de un combustible que se guarda dentro del cohete antes de ser liberado. La fuerza que impulsa a los cohetes se debe a la aceleración de estos gases, siguiendo la tercera ley del movimiento de Newton.
Existen muchos tipos de cohetes, desde pequeños modelos de juguete hasta los enormes cohetes espaciales Saturno V que se usaron en el programa Apolo para ir a la Luna.
Los cohetes se usan para acelerar, cambiar de órbita, regresar a la Tierra, aterrizar en lugares sin atmósfera (como la Luna), y a veces para suavizar un aterrizaje con paracaídas justo antes de tocar tierra (como en las naves Soyuz).
Contenido
¿Cómo funcionan los cohetes?
Muchos cohetes actuales obtienen su fuerza de reacciones químicas, usando un motor de combustión interna. Un motor cohete químico puede usar combustible sólido, líquido o una mezcla de ambos. Una reacción química comienza entre el combustible y el oxidante en una cámara especial llamada de combustión. Los gases calientes resultantes se aceleran a través de una tobera (o varias) en la parte trasera del cohete. La aceleración de estos gases empuja el motor y hace que el vehículo se mueva, según la tercera Ley de Newton.
Tipos de cohetes por su combustible
No todos los cohetes usan reacciones químicas. Los cohetes de vapor, por ejemplo, liberan agua muy caliente a través de una tobera. Esta agua se convierte instantáneamente en vapor a alta velocidad, empujando el cohete. Aunque el vapor no es el combustible más eficiente, es simple y seguro, y el agua es barata y fácil de conseguir. Se han usado cohetes de vapor en vehículos terrestres y se probó uno pequeño en 2004 para llevar un satélite. Hay ideas para usar cohetes de vapor en viajes interplanetarios, calentando el agua con energía solar o nuclear.
Los cohetes que obtienen calor de una fuente diferente al combustible, como los cohetes de vapor, se llaman motores de combustión externa. Otros ejemplos incluyen la mayoría de los diseños de cohetes de propulsión nuclear. Usar hidrógeno como combustible en estos motores permite alcanzar velocidades muy altas.
Velocidad y uso en el espacio
Debido a su capacidad para alcanzar velocidades muy altas (más de 10 veces la velocidad del sonido), los cohetes son muy útiles cuando se necesita mucha velocidad, como para llevar objetos a una órbita (que requiere unas 25 veces la velocidad del sonido). La velocidad que puede alcanzar un cohete se calcula con la ecuación del cohete de Tsiolkovski.
Los cohetes son esenciales cuando no hay otras cosas (como tierra, agua o aire) o fuerzas (gravedad, magnetismo, luz) que un vehículo pueda usar para moverse, como ocurre en el espacio. En estas situaciones, el cohete debe llevar todo el combustible que necesita.
Para que un cohete funcione bien, la relación entre el peso del combustible y el peso total del cohete es muy importante. Por ejemplo, para combustibles como oxígeno líquido y keroseno, esta relación es de aproximadamente 20 a 1.
A menudo, la velocidad necesaria para una misión no se puede lograr con un solo cohete porque el peso del combustible, la estructura, la guía y los motores es demasiado. Este problema se resuelve usando varias etapas: cada etapa se desprende una vez que ha usado su combustible, lo que reduce el peso del cohete y aumenta su eficiencia.
Normalmente, la aceleración de un cohete aumenta con el tiempo (incluso si la fuerza de empuje es constante) porque el cohete se vuelve más ligero a medida que quema su combustible. La aceleración puede cambiar bruscamente cuando una etapa se separa y comienza la siguiente.
Historia de los cohetes
Orígenes antiguos
El descubrimiento de la pólvora por los antiguos alquimistas chinos taoístas llevó al desarrollo de los cohetes. Al principio, se usaban en ceremonias religiosas y eran los precursores de los fuegos artificiales. Después de mucha investigación, se adaptaron para usarse como artillería en guerras entre los siglos X y XII.
Algunos de los primeros cohetes chinos se usaban en la Gran Muralla China por soldados de élite. La tecnología de los cohetes llegó a Europa gracias a las tropas mongoles de Genghis Khan y Ogodei Khan, quienes la aprendieron de los chinos. También los otomanos contribuyeron a su difusión en el sitio de Constantinopla en 1453. Durante varios siglos, los cohetes fueron vistos como curiosidades en Occidente.
Durante más de 200 años, el libro Artis Magnae Artilleriae pars prima ("El gran arte de la artillería, Primera parte") del noble polaco-lituano Kazimierz Siemienowicz fue un manual básico de artillería en Europa. Este libro incluía diseños para fabricar cohetes, bolas de fuego y otros dispositivos de pirotecnia. Tenía un capítulo detallado sobre cómo construir cohetes para usos militares y civiles, incluyendo cohetes de múltiples etapas y cohetes con aletas estabilizadoras.
A finales del siglo XVIII, las tropas del Sultán Tipu en la India usaron cohetes con estructura de hierro contra los británicos. Los británicos se interesaron en esta tecnología y la desarrollaron durante el siglo XIX, siendo William Congreve una figura clave. El uso de cohetes militares se extendió por Europa. En la Batalla de Baltimore en 1814, se lanzaron cohetes al Fuerte McHenry, un evento que inspiró el himno de los Estados Unidos, The Star-Spangled Banner.
Los primeros cohetes eran poco precisos. Para mejorar esto, William Congreve añadió un largo bastón en la cola del cohete (similar a los cohetes de feria actuales). Más tarde, William Hale en 1844 mejoró el diseño para que el cohete girara sobre su propio eje como una bala, lo que eliminó la necesidad del bastón y los hizo más rápidos y precisos.
Cohetes modernos y la era espacial
En 1903, el profesor Konstantín Tsiolkovski (1857-1935) publicó un trabajo científico importante sobre vuelos espaciales. La ecuación del cohete de Tsiolkovski, que explica cómo funciona la propulsión de cohetes, lleva su nombre. Él propuso usar oxígeno e hidrógeno líquidos como combustible y diseñó estructuras para aumentar la eficiencia de los cohetes.
Los cohetes modernos mejoraron mucho cuando Robert Hutchings Goddard añadió una tobera especial (llamada Tobera de Laval) a la cámara de combustión del motor. Esta tobera transformaba el gas caliente en un chorro de gas a muy alta velocidad, duplicando la fuerza de empuje y la eficiencia.
En 1923, Hermann Oberth (1894-1989) publicó su libro El cohete en el espacio planetario, que fue el primer trabajo científico serio sobre el tema en recibir atención internacional.
Durante los años 1920, surgieron muchas organizaciones que investigaban sobre cohetes en varios países. A mediados de los años 20, científicos alemanes empezaron a experimentar con cohetes de combustible líquido que podían alcanzar grandes distancias y altitudes. Un grupo de ingenieros aficionados formó la Sociedad Alemana de Cohetes en 1927 y en 1931 lanzaron un cohete de propulsión líquida.
Entre 1931 y 1937, se realizó un extenso trabajo científico sobre el diseño de motores cohete en Leningrado (hoy San Petersburgo), bajo la dirección de Valentín Glushkó. Se crearon más de 100 motores experimentales.
En 1932, el ejército alemán se interesó en los cohetes. Las restricciones del Tratado de Versalles limitaban el acceso de Alemania a armas de largo alcance. Viendo el potencial de los cohetes, el ejército apoyó la investigación. Wernher von Braun, un joven científico, se unió al equipo y desarrolló cohetes de largo alcance para ser usados en la Segunda Guerra Mundial por la Alemania Nazi, como los cohetes V-2.
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La producción de los cohetes V-2 comenzó en 1943. Estos cohetes representaron un gran avance. Tenían un alcance de 300 km y llevaban una carga de 1000 kg. Eran muy avanzados para su época, con bombas de turbinas y guía inercial. Miles de ellos fueron lanzados contra las naciones aliadas, principalmente Inglaterra, Francia y Bélgica. Aunque no podían ser interceptados, su sistema de guía y su carga convencional no los hacían muy precisos contra objetivos militares.
Al final de la Segunda Guerra Mundial, equipos científicos y militares de Rusia, Reino Unido y Estados Unidos compitieron por obtener la tecnología y el personal del programa alemán de cohetes. Los Estados Unidos lograron capturar a muchos científicos alemanes, incluyendo a von Braun, y los llevaron a Estados Unidos como parte de la Operación Paperclip. Allí, los mismos cohetes que se habían usado en la guerra se convirtieron en vehículos de investigación para desarrollar nuevas tecnologías. El V-2 evolucionó al Cohete Redstone, usado en las primeras fases del programa espacial.
Después de la guerra, los cohetes se usaron para estudiar las condiciones a grandes alturas, transmitiendo datos de temperatura, presión atmosférica y rayos cósmicos. Estas investigaciones continuaron en Estados Unidos con von Braun y otros científicos.
De forma independiente, las investigaciones continuaron en la Unión Soviética bajo el liderazgo de Serguéi Koroliov. Con ayuda de técnicos alemanes, el V-2 fue copiado y mejorado, dando lugar a los misiles R-1, R-2 y R-5. Más tarde, se desarrollaron nuevos motores que formaron la base de los primeros ICBM, como el cohete R-7. Los cohetes R-7 pusieron en órbita el primer satélite, al primer hombre en el espacio y realizaron las primeras pruebas en la Luna. Todavía se usan hoy en día. Estos logros atrajeron la atención de los políticos, quienes invirtieron más dinero en futuras investigaciones.
Los cohetes se volvieron muy importantes para usos militares con los misiles balísticos intercontinentales (ICBM). Los gobiernos se dieron cuenta de que no podían defenderse de un cohete con una carga especial una vez lanzado, por lo que se empezaron a fabricar masivamente con este fin.
En China, los cohetes se desarrollan en un nuevo centro espacial en Wenchang, en la isla de Hainán. En 2016, se lanzaron los primeros cohetes Larga Marcha CZ-5 y CZ-7.
Regulación de los cohetes
Según las leyes internacionales, el país propietario de un vehículo lanzado es responsable de cualquier daño que pueda causar. Por eso, algunos países exigen que los fabricantes y quienes lanzan cohetes sigan regulaciones específicas para proteger a las personas y propiedades que puedan verse afectadas por un vuelo.
En los Estados Unidos, cualquier lanzamiento que no sea amateur ni parte de un proyecto gubernamental debe ser aprobado por la Administración Federal de Aviación.
En Argentina, los lanzamientos experimentales se regulan según las recomendaciones de la ACEMA (Asociación de Cohetería Experimental y Modelista de Argentina).
El futuro de los cohetes
- Propulsión espacial termonuclear: Se han desarrollado cohetes con esta tecnología, pero aún no se han usado. Prometen ser muy eficientes para los viajes interplanetarios.
- Propulsión nuclear de pulso: Es un concepto de cohete que podría proporcionar una gran fuerza de empuje y velocidades altísimas.
- Motores de iones: Son otro tipo de motores que se parecen a los cohetes y se están usando cada vez más. Utilizan energía eléctrica, en lugar de química, para acelerar sus reacciones.
Véase también
En inglés: Rocket Facts for Kids
