Cohete

Un cohete Redstone del estadounidense Proyecto Mercury.

Un cohete es un vehículo, aeronave o nave espacial queobtiene su empuje por la reacción de la expulsión rápidade gases de combustión desde un motor cohete. A ciertostipos de cohete se los denomina misil y en este cambiode nombre no interviene el tamaño o potencia, sino quegeneralmente se llama misil a todo cohete de uso militarcon capacidad de ser dirigido o manejado activamentepara alcanzar un blanco.Para esos usos militares, los cohetes suelen usarpropelente sólido y no usan ningún tipo de guía. Los cohe-tes equipados con cabezas de guerra (en forma de mi-sil) pueden ser disparados por aviones hacia objetivos fi-jos tales como edificios, o pueden ser lanzados por fuer-zas terrestres hacia otros objetivos terrestres. Durante laGuerra Fría existían cohetes no guiados que portaban unacarga nuclear, estaban diseñados para atacar formacionesde bombarderos en vuelo. En el argot militar se prefierela palabramisil en lugar de cohete cuando el arma usa pro-pelente sólido o líquido y tiene un sistema de guía (estadistinción no se suele aplicar a los vehículos civiles).En todos los cohetes, los gases de combustión están for-mados por propelente, el cual se lleva en el interior delcohete antes de su liberación. El empuje de los cohetesse debe a la aceleración de los gases de combustión (ver

tercera ley del movimiento de Newton).Hay muchos tipos diferentes de cohetes, su tamaño puedevariar desde los pequeños modelos de juguete que puedencomprarse en tiendas, hasta los enormes Saturno V usa-dos por el programa Apolo.Los cohetes se usan para acelerar, cambiar las órbitas, ór-bitas de reentrada, para el aterrizaje completo si no hayatmósfera (e.j. aterrizaje en la Luna), y algunas veces pa-ra suavizar un aterrizaje con paracaídas justo antes delimpacto en tierra (véase Soyuz).Muchos de los cohetes actuales obtienen su empuje dereacciones químicas (motor de combustión interna). Unmotor cohete químico puede usar propelente sólido, lí-quido o una mezcla de ambos. Una reacción química seinicia entre el combustible y el oxidante en la cámara decombustión, y el resultado son los gases calientes que seaceleran a través de una tobera (o toberas) en la parte fi-nal del cohete. La aceleración de estos gases a través delesfuerzo del motor (empuje) en la cámara de combustióny en la tobera, haciendo que el vehículo se mueva (deacuerdo con la tercera Ley de Newton).No todos los cohetes usan reacciones químicas. Los cohe-tes de vapor, por ejemplo, liberan agua supercalentadaa través de una tobera donde instantáneamente se pro-yecta en un vapor de alta velocidad, empujando al cohe-te. La eficiencia del vapor como propelente para coheteses relativamente baja, pero es simple y razonablemen-te seguro, y el propelente es barato y se encuentra encualquier parte del mundo. Muchos cohetes de vapor sehan usado en vehículos terrestres pero un pequeño cohe-te de vapor se probó en el año 2004 llevando un satéliteUK-DMC (Reino Unido). Hay propuestas para usar loscohetes de vapor para transportes interplanetarios usandoenergía solar o nuclear como fuente de calor para vapo-rizar agua recogida alrededor del sistema solar.Los cohetes en los cuales el calor se proporciona de otramanera que no sea un propelente, tales como los cohetesde vapor, se clasifican dentro de los motores de combus-tión externa. Otros ejemplos de combustión externa encohetes incluyen la mayor parte de los diseños de cohetesde propulsión nuclear. El uso de hidrógeno como prope-lente para motores de combustión externa proporcionamuy altas velocidades.Debido a su altísima velocidad (mach ~10+), los cohetesson especialmente útiles cuando se necesitan altas veloci-dades, como para llevar objetos a una órbita (mach 25).Las velocidades que puede alcanzar un cohete se puedencalcular con la ecuación del cohete de Tsiolskovski, que

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2 1 HISTORIA

proporciona el diferencial de la velocidad ('delta-v') entérminos de la velocidad y masa iniciales a la masa final.Los cohetes se deben usar cuando no hay otras sustan-cias (tierra, agua o aire) o fuerzas (gravedad, magnetismo,luz) que un vehículo pueda usar para propulsarse, comoocurre en el espacio. En estas circunstancias, es necesariollevar todo el propelente que se necesite usar.Las relaciones típicas de masa para vehículos son de20/1 para propelentes densos tales como oxígeno líqui-do y keroseno, 25/1 para monopropelentes densos co-mo peróxido de hidrógeno, y 10/1 para oxígeno líquido ehidrógeno líquido. No obstante, la relación de masa de-pende en gran medida de muchos factores tales como eltipo de motor del vehículo y sus márgenes de seguridadestructurales.Frecuentemente, la velocidad requerida (delta-v) parauna misión es inalcanzable por un sólo cohete porque elpeso del propelente, la estructura, la guía y los motores esdemasiado para conseguir una relación mejor. Éste pro-blema se soluciona frecuentemente con las etapas: en ca-da etapa se va perdiendo peso lanzando la parte ya con-sumida o utilizada, incrementando la relación de masa ypotencia.Típicamente, la aceleración de un cohete aumenta con eltiempo (incluso si el empuje permanece constante) ya queel peso del cohete disminuye a medida que se quema sucombustible. Las discontinuidades en la aceleración suce-den cuando las diferentes etapas comienzan o terminan,a menudo comienzan con una menor aceleración cuandose dispara cada nueva etapa.

1 Historia

1.1 Orígenes de los cohetes

El descubrimiento de la pólvora por los antiguos alqui-mistas chinos taoístas y sus usos para distintos tipos dearmas (flechas de fuego, bombas y cañones), derivaronen el desarrollo de los cohetes. Inicialmente se inventa-ron para ceremonias religiosas que estaban relacionadascon la veneración a los dioses chinos en la antigua religiónchina. Fueron los precursores de los actuales fuegos arti-ficiales y, después de intensivas investigaciones, se adap-taron para su uso como artillería en las guerras sucedidasdesde el siglo X hasta el XII.Algunos de los antiguos cohetes chinos estaban situadosen la fortificación militar conocida como la Gran MurallaChina, y los empleaban los soldados de élite chinos. Latecnología de los cohetes se empezó a conocer en Europagracias a su uso por las tropas mongoles de Genghis Khany Ogodei Khan cuando conquistaron Rusia, Europa deleste y parte de Europa central (Austria entre otros). Losmongoles habían robado la tecnología de los chinos cuan-do conquistaron la parte norte de China y adquirieronmás

conocimientos sobre la misma gracias a los expertos mer-cenarios chinos que trabajaron para su ejército. Además,la difusión de los cohetes en Europa se vio influenciadapor los otomanos en el sitio de Constantinopla en el año1453, aunque es muy probable que los otomanos estuvie-ran influenciados por las invasiones mongolas de los siglosanteriores. De cualquier manera, durante varios siglos loscohetes se tomaron como curiosidades por los occidenta-les.Durante más de dos siglos, el trabajo del noble polaco-lituano Kazimierz Siemienowicz Artis Magnae Artilleriaepars prima (“El gran arte de la artillería, Primera parte”,también conocida como “El arte completo de la artille-ría”) se usó en Europa como un manual básico de artille-ría. El libro proveía los diseños estándares para fabricarcohetes, bolas de fuego y otros dispositivos de pirotecnia.Contenía un largo capítulo sobre calibración, construc-ción, producción y propiedades de los cohetes tanto parausos militares como civiles, incluyendo cohetes de múlti-ples etapas, baterías de cohetes y cohetes con aletas esta-bilizadoras en forma de delta en lugar de las típicas varasde guía.Al final del siglo XVIII las tropas del Sultán Tipu delReino de Mysore usaron satisfactoriamente cohetes conestructura de hierro en la India contra los británicos du-rante las guerras entre ambos. Los británicos mostraronun gran interés en la tecnología y la desarrollaron duran-te todo el siglo XIX. El personaje más importante de estaépoca fue William Congreve. Desde entonces el uso decohetes en usos militares se extendió por toda Europa.En la Batalla de Baltimore, en 1814, se lanzaron cohetesal Fuerte McHenry por los barcos lanzadores de cohetescomo el HMS Erebus, descritos por Francis Scott Key enThe Star-Spangled Banner (La Bandera de Estrellas Cen-telleantes, himno de los Estados Unidos).Los primeros cohetes eran muy poco precisos. Sin el usode ningún tipo de giros ni de cardanes en el empuje, teníanuna gran tendencia a desviarse bruscamente fuera de sutrayectoria. Los primeros cohetes del británico WilliamCongreve redujeron esta tendencia adjuntando un largobastón en la cola del cohete (similar a los cohetes de feriaactuales) para hacer más difícil que el cohete modificarasu trayectoria. El cohete más grande de Congreve pesaba14,5 kg en vacío y tenía un bastón de cola de 5,6 m delongitud. Originalmente los bastones se montaban en loslaterales, pero más tarde se cambió la posición a una máscentral, reduciendo su arrastre y permitiendo una mayorprecisión al cohete cuando se lanzaba desde un segmentode tubo.El problema de la puntería se solucionó en 1844 cuandoWilliam Hale modificó el diseño de los cohetes permi-tiendo un empuje ligeramente vectorizado haciendo queel cohete girase alrededor de su propio eje como una bala.El cohete Hale eliminó la necesidad del bastón del cohe-te, viajando a mayor velocidad dada su menor resistenciacontra el aire y siendo más preciso.

1.2 Cohetes modernos 3

1.2 Cohetes modernos

En 1903, el profesor de matemáticas de educación se-cundaria Konstantín Tsiolkovsky (1857-1935) publicóИсследование мировых пространств реактивнымиприборами (La exploración del espacio cósmico por mé-todos de reacción), el primer trabajo científico serio quetrataba de vuelos espaciales. La ecuación del cohete deTsiolskovski —el principio que gobierna la propulsión decohetes— lleva su nombre en su honor. Su trabajo fueparticularmente desconocido fuera de la Unión Soviética,donde inspiró extensas investigaciones, experimentación,y la formación de la Sociedad Cosmonáutica. Su trabajose volvió a publicar en 1920 en respuesta al interés rusosobre el trabajo de Robert Goddard. Entre otras ideas,Tsiolkovsky propuso acertadamente el uso de oxígeno ehidrógeno líquidos como un excelente par propulsor, de-terminó la estructura que se debía construir y diseñó laforma en que debían estar los cohetes para aumentar laeficiencia de masa y aumentar así radio de alcance.Los primeros cohetes fueron muy ineficientes debido ala cantidad de energía y calor que era desechada en losgases de escape. Los cohetes modernos nacieron luego,después de haber recibido un subsidio de la SmithsonianInstitution, Robert Goddard unió una tobera supersónica(Tobera de Laval) a la cámara de combustión del motordel cohete. Esa boquilla transformaba el gas caliente de lacámara de combustión a un propulsor de gas hipersónico(jet), aumentando más del doble el empuje y aumentandoenormemente la eficiencia.En 1923 Hermann Oberth (1894-1989) publicó Die Ra-kete zu den Planetenräumen (El cohete en el espacio pla-netario), una versión de su tesis doctoral, después de quela Universidad de Múnich la rechazara. Este libro tieneel crédito de haber sido el primer trabajo científico seriosobre el tema que ha recibido atención internacional.Durante los años 1920 un gran número de organizacionesque investigaban sobre los cohetes aparecieron en los Es-tados Unidos, Austria, Inglaterra, Checoslovaquia, Fran-cia, Italia, Alemania y Rusia. A mediados de los años20, científicos alemanes habían empezado a experimentarcon cohetes que usaban propulsores líquidos capaces dealcanzar una gran distancia y mucha altitud. Un equipode ingenieros de cohetes aficionados habían formado laVerein für Raumschiffahrt (Sociedad Alemana de Cohe-tes, ó VfR) en 1927, y en 1931 lanzaron un cohete depropulsión líquida (usando oxígeno y gasolina).Desde 1931 hasta 1937 el trabajo científico más exten-so sobre diseño de motores cohete sucedió en Lenigra-do (hoy San Petersburgo), en el laboratorio dinámico degases. Bien subsidiado y con un buen número de perso-nal, se crearon más de 100 motores experimentales bajola dirección de Valentín Glushkó. El trabajo incluía re-generación enfriadora, ignición hipergólica y diseños deinyectores de combustible que incluían mezcladores e in-yectores mezcladores internos que suministraban prope-

lentes secundarios. El trabajo fue acortado por el arrestode Glushko durante las purgas estalinistas de 1938. Untrabajo similar pero menos extenso se estaba realizandopor el profesor austriaco Eugen Sänger.En 1932 la Reichswehr (que en 1935 se convirtió en laWehrmacht) empezó a mostrar interés por los cohetes.Restricciones bélicas impuestas por el Tratado de Ver-salles limitaban el acceso a Alemania a armas de lar-go alcance. Viendo la posibilidad de usar cohetes co-mo artillería, laWehrmacht inicialmente subsidió al equi-po VfR pero, dado que sólo estaban concentrados en elaspecto científico, creó su propio equipo de investiga-ción, con Hermann Oberth como miembro superior. Ainstancias de los líderes militares, Wernher von Braun,en el momento un joven aspirante a científico en mate-ria de cohetes, se unió a la milicia (seguido por dos ex-miembros del equipo VfR) y desarrolló armas de largoalcance para ser utilizadas en la Segunda Guerra Mun-dial por la Alemania Nazi, notablemente la serie A de loscohetes, el cual llevó a los cohetes V-2 (inicialmente lla-mados A4).En 1943 comenzó la producción de los cohetes V-2. LosV-2 representaban en mayor paso hacia adelante en lahistoria de los cohetes. Los V-2 tenían un alcance de 300km y llevaban una cabeza de guerra de amatol de 1000kg. El cohete sólo se diferencia en detalles ínfimos de loscohetes modernos, tenía bombas de turbinas, guía iner-cial y otras capacidades. Miles de ellos se lanzaron contralas naciones aliadas, principalmente Inglaterra, así comoFrancia y Bélgica. Ya que no podían ser interceptados, eldiseño de su sistema de guía y su cabeza de guerra con-vencional hacían del V-2 un arma insuficientemente pre-cisa contra objetivos militares. En inglaterra 2754 per-sonas murieron y 6523 fueron heridas antes de que seacabara la campaña de lanzamientos. Aunque los V-2 noafectaron significativamente al curso de la guerra, prove-yeron una demostración de poder letal del potencial delas armas guiadas.Al final de la SegundaGuerraMundial, los equipos cientí-ficos y militares rusos, británicos y estadounidenses com-pitieron por capturar la tecnología y el personal del pro-grama alemán de cohetes Peenemünde. Rusia y el ReinoUnido tuvieron cierto éxito pero quienes más se be-neficiaron fueron los Estados Unidos. Éstos capturaronun gran número de científicos alemanes especialistas encohetes (muchos de ellos eran miembros del partido na-zi, incluyendo a von Braun) y los llevaron a los EstadosUnidos como parte de la Operación Paperclip, donde losmismos cohetes que se diseñaron para caer sobre las ciu-dades británicas fueron usados por los científicos comovehículos de investigación para desarrollar nuevas tecno-logías. El V-2 evolucionó al Cohete Redstone, usado enlas primeras fases del programa espacial.Después de la guerra los cohetes se usaron para estudiarlas condiciones existentes a grandes alturas, usando radiotelemetría para transmitir la temperatura y presión de la

4 5 ENLACES EXTERNOS

atmósfera, detección de rayos cósmicos y otras investiga-ciones. Estos estudios fueron continuados en los EstadosUnidos por von Braun y los otros, quienes estaban llama-dos a ser parte del nuevo complejo científico estadouni-dense.Independientemente, las investigaciones continuaron enla Unión Soviética balo el liderazgo de Sergei Korolev.Con la ayuda de técnicos alemanes, la V-2 fue duplicaday mejorada como los misiles R-1, R-2 y R-5. Los dise-ños alemanes fueron abandonados al final de los años 40 ylos investigadores extranjeros fueron enviados a sus paí-ses. Una nueva serie de motores fueron construidos porGlushko y basados en las invenciones de Aleksei Isaevcreando la base de los primeros ICBM con el cohete R-7.Los cohetes R-7 pusieron en órbita el primer satélite, elprimer hombre en el espacio y las primeras pruebas en laluna, además siguen estando en uso hoy día. Éstos even-tos atrajeron la atención de los políticos que proveyeronde más dinero para futuras investigaciones.Los cohetes se volvieron extremadamente importantespara usos militares con los misiles balísticos interconti-nentales (ICBM por sus siglas en inglés) cuando los go-biernos se dieron cuenta de que no se podrían defenderde un cohete con carga nuclear una vez éste se hubieselanzado, de tal forma que se empezaron a fabricar masi-vamente con este fin bélico.

2 Regulación

Bajo las leyes internacionales, la nacionalidad del propie-tario de un vehículo lanzado determina qué país es res-ponsable de cualquier daño que pueda causar el vehículo.Debido a esto, algunos países requieren que los fabrican-tes y lanzadores de cohetes se adhieran a una regulaciónespecífica que pueda indemnizar y proteger a las perso-nas y a las propiedades que puedan verse afectadas porun vuelo.En los Estados Unidos cualquier lanzamiento que no sepueda clasificar como amateur y tampoco sea parte dealgún proyecto gubernamental debe ser aprobado por laAdministración Federal de Aviación (Federal AviationAdministration), con sede en Washington, DC.En Argentina, los lanzamientos experimentales se regu-lan según las recomendaciones de la ACEMA (Asoc. deCohetería Experimental y Modelista de Argentina) .

3 Futuro

• Cohete termonuclear se han desarrollado pero nun-ca se han utilizado; son la promesa para los viajesinterplanetarios por su gran eficiencia.

• Propulsión nuclear por pulso cohetes concepto que

proporcionan un gran empuje y altísimas velocida-des.

Otra clase de motores de empuje parecidos a los cohetesy que están empezando a ser ampliamente usados son losmotores de iones, que usan energía eléctrica en lugar dequímica para acelerar sus reacciones.

4 Véase también• Motor cohete

5 Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre CoheteCommons.

• Wikcionario tiene definiciones y otra informa-ción sobre cohete.Wikcionario

• Imágenes de los cohetes construidos,libro Rocketsof the World, 1995

Agencias gubernamentales, asociaciones civiles ycompañías aeroespaciales

• FAA Office of Commercial Space Transportation(en inglés)

• Página web de la NASA (en inglés)

• NAR - Asociación Nacional de Cohetes (en inglés)

• Tripoli - Asociación de Cohetes (en inglés)

• ACEMA - Asociación de Cohetería Experimental yModelista de Argentina (en español)

• Cohetes Experimentales (en español)

• Asociación de Cohetes del Reino Unido (en inglés)

• Asociación Canadiense de Cohetes (en inglés)

• Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (en[

• Asociación Japonesa de Cohetes (en japonés)

• Organización de Cohetes Espaciales de la India (eninglés)

• Tecnología Aeroespacial Mexicana

Páginas informativas y bibliografía complementaria

• Cómo funcionan los cohetes (en inglés)

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• Enciclopedia Astronáutica - Índice alfabético decohetes y misiles (en inglés)

• Página espacial de Gunter - Completa lista de cohe-tes y misiles (en inglés)

• Página de Guillermo Descalzo - Cohetería Experi-mental y Modelista (en español)

• Libro “Cohetes - Modelismo Espacial Nivel Inicial”(en español)

Cohete de múltiples etapas Siemenowicz, de suArtis Magnae Ar-tilleriae pars prima.

6 5 ENLACES EXTERNOS

Robert Goddard y su primer cohete de combustible líquido.

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6 Texto e imágenes de origen, colaboradores y licencias

6.1 Texto• Cohete Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Cohete?oldid=82736562 Colaboradores: Zuirdj, Aloriel, Cookie, Tostadora, Tano4595, Che-

wie, Boticario, Deleatur, Petronas, Airunp, Emijrp, Orgullobot~eswiki, Yrbot, Mortadelo2005, Luiscar, Gaijin, Banfield, Cheveri, Chlew-bot, Paintman, CEM-bot, Ignacio Icke, Bostok I, Jjafjjaf, Dorieo, Srengel, Escarbot, RoyFocker, Hanjin, JAnDbot, Poc-oban, Xavigivax,TXiKiBoT, Xosema, Humberto, Netito777, Chabbot, Pólux, Snakefang, VolkovBot, Technopat, Queninosta, Penarc, Matdrodes, MILE-PRI, BlackBeast, Lucien leGrey, Muro Bot, Edmenb, SieBot, Loveless, Cobalttempest, Salvalen, Enen, StarBOT, Eduardosalg, Leonpolan-co, Petruss, Ener6, Alexbot, Rocketloader~eswiki, UA31, AVBOT, David0811, Dermot, Speedplus, NjardarBot, Walterfarah, Diegusjai-mes, Superandrys, CarsracBot, Luckas-bot, Decastro.m, Vic Fede, Yonidebot, ,dkhy, SuperBraulio13, Xqbot, Jkbw, Verd3slim, Botarel,Je navesnik, AstaBOTh15, EmBOTellado, TiriBOT, PatruBOT, KamikazeBot, TjBot, Tarawa1943, Foundling, GrouchoBot, EmausBot,Grillitus, Rubpe19, Emiduronte, Waka Waka, Imohano, AeroPsico, MerlIwBot, KLBot2, Cvialj, Invadibot, Óscar Becerril, Gdqhadqsn,Johnbot, Elvisor, JYBot, Helmy oved, Legobot y Anónimos: 112

6.2 Imágenes• Archivo:Commons-emblem-question_book_orange.svg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/

Commons-emblem-question_book_orange.svg Licencia: CC BY-SA 3.0 Colaboradores: <a href='//commons.wikimedia.org/wiki/File:Commons-emblem-issue.svg' class='image'><img alt='Commons-emblem-issue.svg' src='//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/Commons-emblem-issue.svg/25px-Commons-emblem-issue.svg.png' width='25' height='25'srcset='//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/Commons-emblem-issue.svg/38px-Commons-emblem-issue.svg.png1.5x, //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/Commons-emblem-issue.svg/50px-Commons-emblem-issue.svg.png 2x'data-file-width='48' data-file-height='48' /></a> + <a href='//commons.wikimedia.org/wiki/File:Question_book.svg' class='image'><imgalt='Question book.svg' src='//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Question_book.svg/25px-Question_book.svg.png'width='25' height='20' srcset='//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Question_book.svg/38px-Question_book.svg.png 1.5x, //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Question_book.svg/50px-Question_book.svg.png 2x' data-file-width='252' data-file-height='199' /></a> Artista original: GNOME icon artists, Jorge 2701

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• Archivo:Goddard_and_Rocket.jpg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Goddard_and_Rocket.jpg Licen-cia: Public domain Colaboradores: Great Images in NASA Artista original: Esther C. Goddard

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• Archivo:Siemenowicz_rocket.png Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/Siemenowicz_rocket.png Licencia:Public domain Colaboradores: 17th century manuscript (Artis Magnae Artilleriae pars prima) Artista original: likely Siemenowicz him-self

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6.3 Licencia de contenido• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0