Este artículo se publica en colaboración con The Conversation.
Los seres humanos siempre serán exploradores. Hemos estudiado bastante bien nuestro planeta, nuestro pequeño punto azul, en busca de respuestas y solo hemos encontrado más preguntas. ¿Por qué estamos aquí? ¿Cómo llegamos hasta aquí? ¿Qué significa todo esto?
Ya hemos dado los primeros pasos fuera del sistema solar. Pero los viajes espaciales baratos y asequibles serían revolucionarios y darían paso a tecnologías que todavía ni siquiera hemos imaginado. Los cambios sociales y económicos que trajo internet palidecerían en comparación.
Pero aquí está el detalle: no llegaremos a las estrellas en un cohete. Los cohetes son una forma terrible de llegar al espacio.
La órbita es un acto de equilibrio
Existe un dicho en la mecánica orbital: llegar a órbita equivale a estar a mitad de camino de cualquier lugar. La órbita es la forma más sencilla de permanecer de forma permanente en el espacio. Es un gran primer paso para dejar atrás la gravedad terrestre.
Estar en órbita significa estar en equilibrio, entre la gravedad que te empuja hacia abajo y tu propio impulso que te lanza al espacio exterior. Mantienes la misma altura al girar alrededor de la Tierra porque avanzas tan rápido que la Tierra se aleja por debajo de ti a la misma velocidad con la que caes hacia ella. Reducir un poco la velocidad te devuelve a las hoscas ataduras de la gravedad. Pero si aceleras un poco más, puedes abandonar la Tierra por completo.
La órbita es la puerta de entrada al sistema solar, a la galaxia y al universo. Por desgracia, esta puerta resulta estar a unas 100 millas del suelo y moviéndose a unas 20.000 mph.
Los cohetes son ineficientes
Llegar a órbita en un cohete equivale a decidir viajar de Estados Unidos al Reino Unido, subirse a una catapulta y lanzarse a través del Atlántico. Solo que la catapulta cuesta cientos de millones de dólares y explota después de usarla una sola vez.
En esencia, un cohete es un enfoque de fuerza bruta. Se apunta en la dirección deseada y luego se libera de forma rápida una gran cantidad de energía bajo él (se hace explotar el combustible con oxígeno) hasta que la fuerza de la explosión impulsa el cohete hacia arriba. Esto es muy ineficiente. Junto con su combustible, los cohetes también deben transportar todo el oxígeno que necesitan para quemarlo.
Ser tan ineficientes implica que la única forma de llevar toda la carga a la altura y velocidad necesarias mediante un cohete es desprenderse de los depósitos de combustible vacíos en cuanto se agotan. Por esta misma razón, los cohetes se construyen por etapas; es decir, se dividen en secciones. Cuando una sección se queda sin combustible, se puede soltar el peso de su contenedor vacío.
Muy poca parte del cohete llega realmente a órbita, y la mayoría de las piezas se estrellan, se queman o flotan sin rumbo en el espacio. No se puede reutilizar porque apenas se logra llevarlo allí, y mucho menos recuperarlo.
La reutilización ofrece más rendimiento por cada dólar invertido
A pesar de las ideas populares sobre la ciencia de los cohetes, un cohete no es realmente más complejo ni más caro que un avión transatlántico moderno. Comparemos un avión (A330-200F) y un cohete (Falcon Heavy).
Ambos transportan cantidades similares de carga y su coste de fabricación es relativamente parecido. Sin embargo, el precio de trasladar una tonelada es claramente muy diferente según el medio que se elija. Un avión se utiliza miles de veces, por lo que el coste puede repartirse entre múltiples vuelos.
Está claro que trasladar cosas al espacio sería mucho más barato en un avión. El problema es que no se puede volar un avión hasta el espacio. Los aviones, como cualquier otro objeto que vuela, tienen alas. Las alas son muy eficientes para convertir energía en sustentación: al avanzar, el ala empuja el aire hacia abajo y, por reacción, se eleva. Pero las alas (y los aviones) necesitan aire para volar, y en el espacio no hay aire.
Esto es, por supuesto, lo que hace especial a un cohete. Llegar a órbita (y más allá) exige volar muy alto y muy rápido en un lugar sin aire, algo que solo los cohetes pueden hacer.
Recientemente, la empresa privada de tecnología espacial SpaceX empezó a trabajar en propulsores de aterrizaje reutilizables con el fin de reducir el coste de cada vuelo. En esencia, se diseñan las piezas que normalmente se desprenderían para que conserven suficiente combustible y puedan aterrizar de nuevo en la plataforma de lanzamiento.
Pero incluso si se logra aterrizar la etapa propulsora, necesitará una inspección muy costosa antes de poder volver a volar. Los cohetes caminan por una línea muy fina entre volar y explotar. Ya es bastante difícil lograr que funcionen una sola vez, y mucho más decenas o quizás cientos de veces.
Los cohetes simplemente no llevarán a la humanidad a las estrellas, del mismo modo que nadie cruza el Atlántico en catapulta. Necesitamos una especie de híbrido entre avión y nave espacial: un vehículo reutilizable diseñado para muchos viajes.
El proyecto SKYLON
Por suerte, es posible que pronto exista precisamente un vehículo así. Una empresa británica llamada Reaction Engines trabaja en lo que llama el avión espacial SKYLON. Afirma que podrá reutilizarse hasta 200 veces y que puede transportar 15 toneladas de carga a órbita terrestre baja, todo ello por un coste bajo, muy bajo, de unos 100.000 dólares estadounidenses por tonelada. Para poner en perspectiva, equivaldría a unos 10.000 dólares por persona, en función del peso. Eso es comparable al precio de un billete de primera clase, de ida, con salida y llegada el mismo día, de Nueva York a Londres, solo que, ya sabes, al espacio y de regreso.
El proyecto SKYLON depende del desarrollo de su motor SABRE. Este motor singular funciona como motor de avión o como motor de cohete. El vehículo puede despegar de una pista como un avión (lo que resulta eficiente) y volar tan alto y tan rápido como sea posible. Después, el avión SKYLON cambia sus motores al modo cohete para el resto del trayecto.
El diseño muestra suficiente potencial como para que tanto la Agencia Espacial Europea como la Agencia Espacial del Reino Unido han invertido recientemente en el concepto. La empresa afirma que los vuelos de prueba podrían producirse para 2019.
Ser más eficiente significa que es posible llevar toda la nave y parte de la carga a órbita y de regreso sin tener que desprender nada durante el trayecto. Poder aterrizar el vehículo completo significa que puede volver a usarse, lo que permite repartir el coste de su fabricación entre muchos vuelos, igual que con un avión.
Un mundo nuevo y valiente
A primera vista, este tipo de tecnología podría parecer solo una mejora incremental. Pero en realidad podría cambiar el mundo. Cada año se realizan unos tres mil millones de viajes de pasajeros y se transportan 50 millones de toneladas de carga por avión. En este momento, hay alrededor de 10.000 aviones volando en todo el mundo. Es muy probable que ahora mismo no haya ningún cohete en vuelo, ya que solo se lanzaron 92 cohetes en todo el mundo en 2014.
Imagine un mundo en el que, cada año, se realicen miles de millones de viajes espaciales y millones de toneladas de carga viajen de la Tierra al espacio y viceversa. Abrir el acceso a las estrellas a toda la humanidad supondrá un cambio enorme para nuestra especie. No tenemos idea de qué tecnologías vendrían después, pero abandonar este planeta es probablemente nuestra única oportunidad de salvarlo.
Más allá de eso, explorar lo que hay ahí fuera plantea enormes interrogantes. ¿Y si hay vida en cada rincón de nuestro sistema solar? ¿Qué significaría eso para nosotros, para la religión, para nuestra propia definición de lo que significa ser humano y estar vivo?
Son el proyecto SKYLON y otros como él los que nos acercarán a las respuestas, sean cuales sean, que guardan las estrellas.
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Leon Vanstone es becario postdoctoral en aeromecánica en la Universidad de Texas en Austin.
Imagen: El sol está a punto de salir sobre el océano Pacífico Sur en esta colorida escena fotografiada por un miembro de la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional, que orbita la Tierra. NASA/Handout vía Reuters.
