La conquista del espacio

Naves espaciales. Gagarin. Sputnik. Apolo

  • Enviado por: Alberto Moril
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 20 páginas

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El 4 de octubre de 1957 la Unión Soviética lanzó el primer satélite artificial, el Sputnik, y puso en marcha la serie de programas de exploración del espacio llevadas a cabo por la Unión Soviética y los Estados Unidos. El primer satélite artificial norteamericano, el Explorer 1, fue lanzado el 31 de enero de 1958. Ambas naciones participaron en las siguientes décadas en una carrera espacial, con más de 5000 lanzamientos de satélites y sondas espaciales de todas las clases: investigación científica, comunicaciones, meteorológicos, de reconocimiento fotográfico, de navegación, sondas lunares y planetarias y vuelos espaciales tripulados.

La Unión Soviética lanzó al primer hombre en órbita, Yuri A. Gagarin, alrededor de la Tierra el 12 de abril de 1961. El 20 de julio de 1969 los Estados Unidos enviaron dos hombres a la superficie de luna. El 12 de abril de 1981, en el 20 aniversario de los vuelos tripulados, los Estados Unidos lanzaron la primera nave espacial tripulada reutilizable, el Space Shuttle o lanzadera espacial.

Muchas de las astronaves, como las tripuladas y las de reconocimiento, están diseñadas para ser recuperadas. Algunos satélites operacionales se vuelven inertes después de meses o años de funcionamiento. El NORAD norteamericano mantiene una vigilancia constante de los miles de objetos de origen humano que circulan la Tierra en una variedad de órbitas; además de los satélites artificiales existe un gran número de objetos clasificados como desechos, como las etapas superiores agotadas, cables y tornillos, que entran en órbita junto con los satélites, así como fragmentos que resultan de explosiones en el espacio. Eventualmente los desechos de órbitas bajas terminan regresando a la atmósfera y consumiéndose en el acto.

Las ramificaciones de la exploración espacial

Aún no es posible juzgar en toda su profundidad el valor de los nuevos conocimientos sobre la Tierra, los planetas y el sistema solar que han sido obtenidos gracias a la aventura espacial, pues de ella ha resultado una inmensidad de respuestas y de nuevas incógnitas científicas.

Hasta 1957 los seres humanos eran meros observadores pasivos del sistema solar. Ahora han entrado en el reino del espacio y han conseguido conocimiento de primera mano de su entorno planetario. Doce hombres han aterrizado en la superficie de la luna y han retornado con muestras de rocas y suelo para su estudio. La cara oculta de la luna y los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno han sido visitados por sondas que los han fotografiado y estudiado junto con sus lunas. Desde la atalaya de la órbita terrestre se ha estudiado la Tierra y su clima, y se han establecido enlaces de comunicación y ayudas a la navegación. También se han puesto en órbita estaciones espaciales, con tripulaciones para observar y realizar experimentos con duraciones de hasta más de un año.

Analizar proyectos requería de nuevos materiales y de una expansión importante de la tecnología y las técnicas de manufactura. Los niveles de fiabilidad conseguidos han superado los que hasta entonces existían: la fiabilidad funcional requerida en el lanzamiento de un vehículo con 6.000.000 de componentes es superior al 99,9999%, lo que nunca antes había sido requerido. Es por ello que han aparecido industrias enteramente nuevas como consecuencia de la carrera espacial.

Los beneficios obtenidos por la exploración del espacio han repercutido en otras áreas del conocimiento. Así, las nuevas técnicas desarrolladas para extraer información de las imágenes fotográficas de la Tierra y otros planetas tienen aplicación en estudios de medicina; también las nuevas técnicas han permitido el desarrollo y la comercialización de nuevos productos como las comidas liofilizadas y técnicas de aislamiento de tanques y depósitos.

Historia anterior al Sputnik I

Tres hombres brillantes, destinados a ser los pioneros de los cohetes a reacción, fueron los primeros en concebir pragmáticamente los vuelos espaciales: el ruso K. E. Tsiolkovski, el norteamericano R. H. Goddard y el alemán H. Obberth. Sin embargo, la tecnología en su época, finales del siglo XIX y principios del siglo XX, estaba muy alejada del nivel requerido para construir cohetes a reacción capaces de atravesar la atmósfera. A pesar de ello, estos científicos sentaron las bases teóricas y prácticas de la propulsión a reacción. Al final de la Segunda Guerra Mundial el desarrollo alemán de cohetes y misiles guiados (notablemente el V-2) había alcanzado un gran nivel. Con la rendición alemana en 1945, los Estados Unidos así como sus aliados consiguieron para ellos todo el conocimiento técnico de la propulsión con cohetes. El director técnico del programa alemán de misiles Wernher Von Braun y todo su equipo de ingenieros se rindieron a las tropas americanas. Muchos de ellos emigraron a Estados Unidos, donde montaron y lanzaron misiles V-2, los cuales habían sido capturados y transportados a Norteamérica. La Unión Soviética llevó a cabo un proyecto secreto similar; Reino Unido y Francia pusieron en marcha proyectos más modestos. Tanto en Estados Unidos como en la URSS el desarrollo de tecnología militar de misiles fue esencial en el éxito de la carrera espacial.

Los preparativos para el año geofísico internacional (AGI 1957-58) estimularon el debate sobre la posibilidad de lanzar satélites artificiales para investigaciones científicas; con tal motivo el comite de preparación del AGI hizo pública una resolución sobre la conveniencia de emplear satélites artificiales en el programa de estudios del AGI. Tanto la URSS como los Estados Unidos respondieron con sendos anuncios de que prepararían satélites científicos para colocarlos en órbita durante 1957-58. Mientras los norteamericanos aún estaban desarrollando un vehículo lanzador para su satélite, los rusos sobrecogieron al mundo al colocar en órbita alrededor de la Tierra el Sputnik I. El lanzamiento del primer satélite artificial, seguido unos meses después por el Sputnik 2 llevando en su interior un perro vivo ("Laika"), sorprendió a millones de personas.

La incapacidad por parte de los Estados Unidos de lanzar el 6 de diciembre de 1957 su pequeña carga útil (2 kg) aumentó el desconcierto político de la nación sobre su supuesta superioridad en el campo de la ciencia y la tecnología. Siguiendo los debates sobre la necesidad de alcanzar la igualdad con los rusos, el gobierno de los Estados Unidos estableció la Administración para la Aeronáutica y el Espacio (NASA) en 1958. La NASA conduce el programa espacial norteamericano, haciendo públicos todos sus planes y los datos obtenidos en todas las misiones, excepto aquellos relacionados con los programas militares. El programa de la Unión Soviética era casi en su totalidad secreto.

Elementos del vuelo espacial

El espacio, desde el punto de vista de la explotación, puede ser definido como todas las regiones del Universo más allá de la atmósfera terrestre. No existe un límite bien definido de la atmósfera terrestre, por conveniencia puede considerarse que se extiende hasta una altitud de 160 Km sobre la superficie de la Tierra. Hasta 1946, todas las deducciones sobre las condiciones físicas en el Espacio habían sido realizadas sobre la base de observaciones desde la Tierra, con el efecto distorsionador de la atmósfera; con el advenimiento de los cohetes y de los satélites y sondas espaciales la humanidad a podido estudiar directamente los fenómenos físicos que se dan en el espacio.

Consideraciones básicas del diseño de las naves espaciales

El término nave espacial es tan general que incluye cohetes sonda, satélites artificiales y sondas espaciales, se considera independiente a ellos el concepto de cohete a reacción como vehículo lanzador encargado de poner en órbita la carga útil que transporta.

Las sondas espaciales pueden clasificarse en sondas lunares, planetarias y de espacio profundo. Las naves espaciales también pueden ser tripuladas o no tripuladas, activas o pasivas. Un satélite pasivo no emite ninguna señal de radio y puede ser seguido ópticamente o mediante radar. Los satélites activos emiten señales de radio para poder ser seguidos con mayor facilidad y para transmitir los datos desde los instrumentos a bordo a las estaciones de seguimiento.

Otra gran diferenciación de los satélites reside entre los satélites científicos y los de aplicaciones civiles o militares. Un satélite científico lleva instrumentos a bordo para obtener datos científicos sobre los campos magnéticos, la radiación espacial, el Sol, los planetas o los objetos del espacio profundo. Los satélites de aplicaciones llevan a cabo tareas de utilidad práctica como facilitar enlaces de comunicaciones, ayudar en la navegación de vehículos terrestres, permitir el estudio y la previsión del clima, estudiar diversos aspectos de la Tierra, y también espiar al enemigo. Debido a la gran variedad de funciones, las características físicas de los satélites pueden diferir en mucho.

Como se han lanzado más de 5000 naves espaciales desde 1957 es necesario agruparlas en programas, por ejemplo los programas de la antigua Unión Soviética Sputnik, Vostok, Soyuz y Venera, y los norteamericanos Explorer, Intelsat, Apolo, Voyager y Space Shuttle.

Los factores más relevantes en el diseño de una nave espacial son la ligereza y la fiabilidad funcional. Dependiendo de su misión, una nave espacial puede permanecer horas, días, meses o años en el entorno del espacio; las funciones deben mantenerse operativas mientras la nave está expuesta al vacío espacial, a variaciones extremas de temperatura y a intensas radiaciones.

Existen nueve categorías básicas de subsistemas que componen una nave espacial, a saber: el sistema de suministro de energía, el sistema de propulsión a bordo de la nave, el sistema de comunicaciones, el sistema de control de la orientación de la nave, el sistema de control de los parámetros físicos de la nave, el sistema de control de la posición y velocidad de la nave, el ordenador de abordo, la memoria y hardware auxiliar, la estructura de soporte y por último los instrumentos de ingeniería que registran y transmiten el estado de todos los subsistemas.

Lanzamiento al espacio de una nave

El principal obstáculo que se debe superar para lanzar un objeto al espacio es superar la atracción gravitatoria de la Tierra, lo que se consigue gracias al empleo de grandes cohetes propulsores. Si la fuerza de empuje del motor es el doble que el peso total del vehículo en el momento del despegue entonces el cohete se elevará con una aceleración de un "g", 9,8 m/s cada segundo. Debido a que el combustible es consumido y expulsado del motor, el vehículo se va aligerando y la aceleración aumenta.

Los cohetes lanzadores se componen de varias etapas aceleradoras, cada una con su correspondiente motor, montadas una encima de otra, y estando la carga útil en el extremo superior del lanzador. A medida que las etapas van consumiendo su combustible se desprenden del cohete, comenzado entonces la ignición del motor de la etapa siguiente. De esta forma va aligerándose el peso del vehículo con el consiguiente aumento de la aceleración. Muchos cohetes lanzadores se componen de tres etapas.

En general, cuanto más tarde un vehículo espacial en abandonar la atmósfera terrestre y alcanzar la velocidad requerida menos económico será el lanzamiento. A bajas aceleraciones el cohete consume grandes cantidades de combustible debido a que está perdiendo 10 m/s de velocidad cada segundo de viaje. El valor máximo de la aceleración viene impuesto por la tensión acelerativa límite que soporta la estructura del cohete y la carga útil. En los vuelos tripulados un empuje de 6 g es considerado el límite máximo cuando los astronautas se encuentran en posición horizontal, esto es con la cabeza y el corazón en el mismo nivel.

Trayectorias de vuelo

Existen cuatro clases generales de trayectorias: cohetes sonda (parabólicas), órbita terrestre (elípticas), trayectoria de escape de la Tierra (hiperbólicas) y planetarias.

Cohetes sonda. Los primeros cohetes sonda lanzados para estudiar las capas altas de la atmósfera en 1945 fueron colocados casi en vertical. Generalmente eran cohetes de una sola etapa que podían alcanzar velocidades entre 4.800 a 8.000 km/h. El combustible del motor solía agotarse a una altitud entre 16 y 32 Km, reduciéndose la velocidad del cohete a partir de ese momento debido a la gravedad. El cohete se detenía al llegar al punto de máxima altitud de su trayectoria (unos 160 km) y comenzaba a caer hacia la Tierra, estrellándose en el desierto o en un océano. Los instrumentos de abordo que llevaba el cohete para registrar los datos científicos eran expulsados y descendían en paracaídas, pero posteriormente se diseñaron las cargas de pago científicas para que radiaran los datos que iban adquiriendo, a esto se denomina telemetría.

Órbita terrestre. La órbita terrestre se alcanza lanzado el cohete en posición vertical y después ir inclinando la trayectoria de forma tal que el vuelo es paralelo a la superficie de la Tierra en el momento en el que se alcanza la velocidad orbital a la altura deseada. En este preciso punto, el motor del cohete es apagado. La astronave unida a la etapa final se encuentra entonces en caída libre hacia la Tierra. Por ejemplo, a una altura de 200 km la velocidad orbital es de unos 29.000 km/h; como a 200 km de la Tierra la atmósfera es casi inexistente, el rozamiento aerodinámico es despreciable y la nave continuará en órbita por tiempo indefinido.

El lapso de tiempo que tarda un satélite en dar la vuelta a la Tierra se denomina período de la órbita y a 200 km, éste es de 90 minutos. A alturas mayores la velocidad orbital disminuye y aumenta el período. Por ejemplo, a una altura de 1.730 km la velocidad orbital es de 25.400 km/h y el período es de dos horas. A 35.700 km la velocidad es de 11.300 km/h y el período es de 24 horas. Debido a que éste es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre su eje, tal satélite se mueve a la misma velocidad angular que la superficie de la Tierra y parece estar fijo en el cielo. Esta órbita particular, denominada geoestacionaria, tiene un valor especial en satélites de comunicaciones y meteorología.

Todo ello se aplica sólo a órbitas circulares, las cuales son difíciles de alcanzar. Normalmente la órbita de un satélite es una elipse con una altura de apogeo (altura máxima) y una altura de perigeo (altura mínima). La órbita puede hacerse más circular si se dispone de potencia en el satélite reduciendo la velocidad en el perigeo (el apogeo disminuye) o aumentando la velocidad en el apogeo (el perigeo aumenta); en ambos casos el impulso del cohete se aplica paralelo a la dirección de la órbita.

Al enviar un satélite hacia la órbita terrestre la trayectoria del cohete lanzador es inclinada hacia el este para aprovechar el impulso adicional que proporciona el movimiento de rotación de la Tierra. Esta velocidad de rotación es de 450 m por segundo en el ecuador y 400 m/s en Cabo Cañaveral, Florida, donde se encuentra la principal base de lanzamientos de la NASA.

Si el satélite se lanza en dirección norte o sur se alcanza una órbita polar. La ventaja del impulso adicional por la rotación de la terrestre se pierde, pero tiene otras ventajas. Como la Tierra gira entorna a su eje polar, el satélite pasa por encima de todas las regiones del globo después de unas pocas revoluciones.

Trayectoria de escape de la Tierra. Con el fin de escapar completamente de la influencia gravitatoria de la Tierra, se necesita una velocidad de lanzamiento de 40.000 km/h. A tal velocidad la nave deja el campo gravitatorio y, si no existiesen otros cuerpos planetarios, iría a parar a una órbita alrededor del Sol como un pequeño planeta. Con una sincronización precisa es posible hacer llegar a la nave a las cercanías de la luna. En el proyecto Apolo, la nave era puesta en órbita de escape hacia la luna y, bajo su influencia gravitatoria, daba la vuelta por la cara oculta. Si no se hubiese hecho ninguna maniobra la nave habría dado la vuelta completa y se habría dirigido de nuevo hacia la Tierra. Al reducir la velocidad de la nave en la cara oculta de la luna, el vehículo fue puesto en órbita alrededor de la luna.

Vuelos interplanetarios. Debido a la naturaleza elíptica de las órbitas planetarias la distancia de la Tierra a sus planetas vecinos, Venus y Marte, cambia. Las oportunidades de un lanzamiento favorable ocurren cuando la distancia al planeta de destino es mínima, lo cual sucede cada dos años más o menos; a esto se denomina ventana de lanzamiento. Pueden realizarse vuelos en otros momentos, pero la distancia que debe atravesar la nave es mucho mayor, lo cual aumenta el coste de la misión.

La trayectoria de vuelo desde la Tierra a Venus o a Marte puede ser planeada para aprovechar las posiciones cambiantes entre los planetas y reducir el coste de la misión. Tales órbitas económicas fueron calculadas ya a finales de los años 1920. A pesar de que estas órbitas de transferencia requieren una velocidad inicial mínima el tiempo de viaje es muy grande, tanto como 260 días para llegar a Marte a través de una órbita de transferencia. Debido a ello se emplea un compromiso entre la órbita de transferencia más económica y la más rápida, como fue el caso de las misiones Mariner 6 y 7 en 1969. Lanzado el 25 de febrero de 1969, el Mariner 6 pasó a 3.410 km de Marte 157 días después, cuando el planeta rojo se encontraba a 92.800.000 km de la Tierra.

Otra maniobra muy útil en vuelos interplanetarios es la denominada impulso gravitatorio o "fly-by", en la cual se aprovecha la caída de la nave en el campo gravitatorio de un planeta para transferir energía cinética del planeta a la nave, aumentando así su velocidad a la vez que se cambia su rumbo sin necesidad de consumir combustible. Esta técnica fue empleada por varias sondas norteamericanas lanzadas en la década de los 70, como la Pioneer 11 y las Voyager 1 y 2 para viajar desde Júpiter hasta Saturno.

Navegación, encuentro y unión de dos naves y recuperación

Navegación. Viajar de un punto a otro en el espacio casi nunca es ir en línea recta, antes bien, el movimiento se ve afectado por la influencia gravitatoria de los cuerpos celestes. La base de la navegación espacial es la orientación inercial, esto es, la orientación basada en la inercia de un giróscopo, prescindiendo de cualquier fuerza externa y sin referencia al Sol o a otras estrellas. Mediante tres giróscopos orientados en las tres direcciones del espacio y usando acelerómetros, pueden realizarse medidas precisas de la aceleración de la nave, tanto positivas como negativas, en cualquier dirección que se produzcan. Usando la memoria de abordo puede llevarse un registro de la posición de la sonda en cualquier momento. Cambiando la orientación de la nave y encendiendo los motores de pequeño empuje se pueden realizar correcciones a la trayectoria. Los ordenadores programados de abordo en el control de la misión llevan un registro que indica por donde ha pasado la nave, donde debería estar y hacia donde debería ir; en las misiones tripuladas todos estos datos son visualizados por los astronautas por si tienen que pasar a control manual.

Durante la fase de lanzamiento es frecuente corregir las desviaciones de la trayectoria del cohete respecto de la calculada, para ello se emplean pequeños motores especiales, desviando el chorro de gases calientes que expele el motor, o balanceando uno o más motores montados sobre soportes pivotantes.

En el caso de encuentro entre dos naves, el radar de abordo va informando a la tripulación de la nave que maniobra sobre la posición y velocidad con respecto a la otra nave. Con la puesta en marcha del Sistema Global de Posicionamiento en la década de los años 80 ha sido posible controlar la posición y la velocidad de las naves tripuladas en órbita con una precisión muy alta, lo cual ayuda en este tipo de maniobras.

La descripción anterior de los sistemas de navegación de astronaves está muy simplificada; los sistemas usados son complejos, potentes herramientas sin las cuales los vuelos tripulados y no tripulados serían imposibles de realizar.

Encuentro y atraque entre dos naves. Se produce un encuentro espacial cuando una nave maniobra para aproximarse a otra y unirse mediante dispositivos de atraque diseñados específicamente. Un encuentro espacial comienza cuando una de las naves modifica su órbita para alcanzar la órbita de la otra nave y acercarse lentamente a sus proximidades. El término es relativo, pero por lo general la distancia de encuentro debe ser de 100 m o menos. Para lograr el encuentro, el lanzamiento de la segunda nave debe llevarse a cabo en un instante determinado, con una precisión de pocos minutos después de que la primera nave pase por encima de la zona de lanzamiento de la segunda nave. El objetivo es colocar la nave que va al encuentro en una órbita coplanaria con la de la segunda nave y de menor altura. Una vez en órbita la tripulación de la nave va aumentando la velocidad poco a poco, de forma que sube a la órbita de la segunda nave, acercándose también las velocidades de ambos ingenios. Para las maniobras finales de acercamiento y atraque es necesario el uso del radar y de los ordenadores de abordo. Las naves Gémini 6 y 7 fueron las primeras que realizaron un encuentro espacial. En los vuelos de alunizaje del programa Apolo el módulo de ascenso se elevaba de la superficie de la luna para unirse al módulo de mando que permanecía en órbita.

El procedimiento de atraque era crucial en el procedimiento de alunizaje de las naves Apolo, y es esencial en futuros programas espaciales, como el proyecto de la Estación Espacial Internacional. Los elementos claves de las maniobras de atraque, comenzando desde la distancia de encuentro, son: radar de muy alta precisión (posición y velocidad de acercamiento), el control preciso de la orientación de las naves y los subsistemas de ordenadores y hardware. Mientras que los Estados Unidos han confiado en el guiado manual de las operaciones de atraque, la antigua URSS ha conseguido importantes logros en la automatización de esta tarea.

El concepto de construir una gran estación espacial permanente a partir de bloques puestos en órbita en lanzamientos sucesivos, o construir una misión de espacio profundo en órbita, con el fin de viajar a otros planetas como Marte, requiere una técnica de encuentro y atraque que sea precisa y fiable.

Reentrada y recuperación. Reentrada significa el retorno de una astronave a la atmósfera terrestre. Este manto gaseoso relativamente denso que cubre la Tierra es útil para frenar naves, o como fuerza de retardo debido al rozamiento aerodinámico. Un efecto concomitante es, sin embargo, un rápido y fuerte calentamiento debido a la fricción y a la gran velocidad de reentrada. Al principio se empleaban escudos térmicos de material ablativo que absorbían el calor de la reentrada, pero con la lanzadera espacial se introdujeron los escudos hechos de material refractario (tejas de silicio y un material de carbono-carbono reforzado) que resisten el calor directamente. Inherente a una reentrada segura es el control preciso del ángulo de reentrada. Este ángulo de reentrada es de -6,2 grados con respecto al horizonte de la Tierra, y debe ser mantenido con una precisión de 1 grado. En el programa Apolo el módulo de mando regresaba a la Tierra con una velocidad de 40.000 km/h. Si el ángulo fuese muy agudo la nave rebotaría en las capas altas de la atmósfera y regresaría al espacio; por el contrario, si el ángulo fuese muy grande el escudo térmico no resistiría el intenso calor de la reentrada, y la tripulación no hubiera soportado las grandes fuerzas-g. Aún con todo, el escudo térmico de las naves Apolo soportó temperaturas de 3.000 grados celsius.

La fuerza aérea de los Estados Unidos recupera pequeñas naves mediante aviones cuando aún están descendiendo en paracaídas. Esta técnica elimina el problema de buscar y recuperar la nave después de que haya aterrizado.

Durante las fases finales del descenso, las naves tripuladas, como por ejemplo las soviéticas Soyuz, pueden también desplegar paracaídas para conseguir un aterrizaje suave. El Módulo de Comando de las naves Apolo empleaba también este sistema, pero a diferencia de las Soyuz que aterrizan en las planicies siberianas, aterrizaba en el océano. La reentrada de la lanzadera espacial es bien diferente: el vehículo desciende planeando y aterriza en una pista como un avión ordinario.

Programas espaciales

Considerando las dos categorías de programas espaciales, tripulados y no tripulados, pueden realizarse unas generalizaciones. Las naves espaciales sin seres humanos a bordo han sido las pioneras en la exploración del sistema solar; son más pequeñas, pueden operar durante meses o años y no ofrecen peligro para la vida humana, pero sin embargo, los experimentos y las medidas están limitadas por la necesidad de planificar la misión antes de su lanzamiento. En los vuelos tripulados la variedad de experimentos es mayor por la capacidad de juicio que se tiene a la hora de observar, los instrumentos se pueden ajustar, y a veces pueden realizar reparaciones y mantener operativo el equipo. Los vuelos tripulados son más caros por la necesidad de mantener una habitabilidad y controles manuales. Este peso extra en equipos requiere un lanzador más potente.

Vehículos de lanzamiento espacial

El término de cohete lanzador se aplica a los vehículos capaces de colocar en órbita una carga útil o ponerla en una trayectoria de escape. Alrededor de 1950 la tecnología de los cohetes había adquirido el suficiente nivel para poder considerar viable la posibilidad de situar en órbita un ingenio espacial.

Cuando los Sputnik 1 y 2 fueron lanzados, la Unión Soviética no proporcionó detalles sobre sus lanzadores. En mayo de 1958 el Sputnik 3, de 1.360 kg de peso, fue lanzado. No fue hasta 1967 cuando el lanzador soviético básico se mostró al público internacional. Era un vehículo de 2 etapas y media de la serie "A": dos etapas con motores impulsores desechables. Cada impulsor constaba de cuatro motores cohete con tanques de combustible, y el cuerpo central tenía cuatro motores. Los propelentes eran oxígeno líquido y queroseno.

Los Estados Unidos lanzaron sus primeros satélites con dos tipos diferentes de lanzadores, el Júpiter-C y el Vanguard. Júpiter-C era un misil balístico Redstone modificado de combustible líquido y alcance medio, al que le fueron añadidos depósitos más grandes y tres etapas superiores con racimos de motores cohete de combustible sólido. La modificación fue inicialmente diseñada para alcanzar una velocidad de 6 km por segundo para comprobar un morro cónico (vehículo de reentrada). La velocidad deseada se obtuvo con dos etapas superiores, una era un racimo de cuatro cohetes impulsores de combustible sólido y la otra un sólo motor cohete. Era obvio que incrementando la velocidad en 1,5 km/h se alcanzarían la velocidad de escape (7,5 km/h) necesaria para poner en órbita una pequeña carga útil científica. La velocidad adicional fue obtenida añadiendo una tercera etapa con un racimo de motores cohete de combustible sólido, de forma tal, que las etapas superiores del lanzador constaba de 11 motores cohete en la primera, tres en la segunda y finalmente uno en la tercera que llevaba una carga útil de 8,2 kg. En 1954 la Agencia de Misiles Balísticos de la Armada y la Oficina de Investigaciones Navales propusieron conjuntamente este esquema, conocido como proyecto Orbiter, pero fue elegido un cohete Vanguard de nuevo diseño. Sin embargo, al fracasar los primeros intentos de lanzamiento del cohete Vanguard, se adoptó eventualmente el proyecto Orbiter fue eventualmente adoptado. De esta forma el primer satélite norteamericano, el Explorer 1, fue lanzado con un cohete Júpiter-C el 1 de enero de 1958.

El lanzador Vanguard era un cohete de tres etapas cuyo tamaño era similar al del Júpiter-C (22 m) pero mucho más ligero en el momento del despegue (10.250 kg frente a 29.000 kg). El primer éxito de un Vanguard ocurrió el 17 de marzo de 1958 al colocar en una órbita alta un satélite de 1,4 Kg de peso. Después de unos pocos vuelos más, el Júpiter-C fue retirado en 1958 y el Vanguard en 1959.

Durante los años 1960 los Estados Unidos desarrollaron una serie de vehículos lanzadores estándar. La fuerza aérea modificó el misil balístico intercontinental Titan II como lanzador espacial mediante el acoplamiento de dos impulsores de combustible sólido, de tres metros de diámetro, al cohete principal de combustible líquido. El lanzador Titan IIIC es empleado para satélites militares de gran tamaño. Entonces la NASA mejoró las prestaciones del obsoleto misil Thor añadiendo impulsores de combustible sólido. Una etapa superior Centauro, de oxígeno e hidrógeno líquido, se emplea en los obsoletos misiles ICBM Atlas y Titan III para lanzar grandes astronaves.

La serie de lanzadores Saturno fue creada por la NASA específicamente para el programa Apolo de misiones lunares. Los dos modelos operacionales eran el Saturno IB de dos etapas y el Saturno V de tres etapas. El Saturno IB fue empleado para las misiones orbitales de desarrollo del Apolo, mientras que el Apolo V fue empleado en las misiones lunares. El Saturno V medía 110,6 m de alto y pesaba 2,700 toneladas en el momento del despegue; podía poner en órbita 104 toneladas y mandar 45 toneladas a la velocidad de escape de la Tierra.

En la Unión Soviética todos los desarrollos de lanzadores y las operaciones de lanzamiento son llevados a cabo por los militares. El conocimiento sobre los detalles de diseño y prestaciones de todos los vehículos es limitado.

Durante algunos años el lanzamiento de misiles estuvo limitado a los Estados Unidos y la URSS. La razón era que los cohetes lanzadores estaban basados en misiles de largo alcance, los cuales habían sido desarrollados en esos dos países. Francia fue el tercer país en lanzar un satélite en 1965, seguido de Japón y la República Popular de China en 1970 y el Reino Unido en 1971. Bajo los auspicios de la Agencia Espacial Europea (ESA), las naciones de Europa Occidental desarrollaron el lanzador expandible Arianne durante los años 70 para asegurase la independencia en el campo espacial. Esta acción fue tomada como respuesta al rechazo de los Estados Unidos a garantizar el lanzamiento de satélites de comunicaciones que compitiesen con los suyos propios. Un vehículo de tres etapas que consume combustible sólido en sus dos primeras etapas y emplea un motor criogénico en la tercera, el Arianne se ha convertido en un formidable competidor de la lanzadera espacial. Es capaz de lanzar dos satélites de 1.770 kg a una órbita alta o una sola carga útil de 4.670 kg a una órbita baja. Con etapas adicionales y la adicción de impulsores de combustible sólido el Arianne se está aproximando a las cargas de pago que sólo el Shuttle puede manejar.

Programas no tripulados

La exploración del espacio mediante ingenios no tripulados incluye los cohetes sonda, satélites científicos y sondas, y los programas lunares y planetarios.

Cohetes sonda. El primer programa que usaba cohetes sonda para la exploración de la atmósfera superior se llevó a cabo entre 1946 y 1951, cuando el ejército de los Estados Unidos lanzó más de 60 V-2 en trayectorias casi verticales en Nuevo Méjico. La cabeza de guerra de una tonelada de los misiles fue reemplazada por una carga útil de instrumentos científicos. La mayor altitud alcanzada con estos disparos fue de 214 km. Los programas similares de cohetes sonda Aerobee y Viking llevados a cabo en la base de White Sands por la marina americana llegaron a alcanzar alturas de 320 km.

El desarrollo de la serie Nike de misiles guiados tierra-aire proporciona una nueva familia de cohetes sonda relativamente baratos. Excepto por los cohetes sonda basados en el diseño Aerobee de propelente líquido, todos los cohetes sonda empleados por los norteamericanos hacia 1971 usaban combustible sólido. Durante el Año Geofísico Internacional (1957-58) hubo muchos programas de cooperación a escala mundial en los cuales fueron disparados cohetes sonda con fines científicos. Los Estados Unidos lanzaron unos 210 cohetes desde puntos ampliamente separados. Mientras tanto la URSS y otros países también desarrollaron y lanzaron cohetes sonda.

Mucho menos elegantes que sus primos los lanzadores de satélites y sondas planetarias, los cohetes sonda son importantes instrumentos en el estudio científico de la atmósfera y el clima. Aunque el lapso de tiempo en el que toman medida es corto, de unos 5 a 10 minutos, proporcionan el único método fiable de obtener tales datos entre 40 y 160 km sobre la superficie de la Tierra, por encima del alcance de los aviones y por debajo de la altura mínima de órbita continua.

Satélites y sondas científicas. En esta categoría se incluyen aquellos ingenios cuya finalidad es realizar medida de los fenómenos naturales en el entorno espacial (por ejemplo medir la radiación solar y la de otros objetos cósmicos y campos magnéticos). Tales datos son importantes en el desarrollo y verificación de las teorías de la evolución del sistema solar y de los procesos y fuerzas naturales fundamentales que afectan a la Tierra y a las personas. Estos procesos naturales afectan directamente a las condiciones de vida, la agricultura y la economía. Esta es la lógica subyacente detrás de la investigación espacial.

Los Estados Unidos poseen un número de programas en esta categoría. El Observatorio Orbital Solar (OSO), lanzado inicialmente en 1962, fue el primero de una serie de tales observatorios que apuntaban directamente al Sol y registraban y transmitían una variedad de datos como la frecuencia y la energía de la radiación solar en la región de Ultravioleta, rayos-X, y rayos gamma. Un satélite OSO llevaba instrumentos para 8 a 10 experimentos. Dos observatorios solares importantes lanzados después de la serie OSO fueron el Telescopio Apolo llevado por la estación espacial Skylab en 1973-74 y el satélite Misión del Máximo Solar (SMM) lanzado en 1980 (reparado y devuelto al servicio en 1984 por astronautas de la lanzadera espacial). El satélite SMM lleva ocho potentes instrumentos para observar el Sol desde el espectro visible hasta la región de rayos gamma y monitorizar su emisión total de energía. El siguiente observatorio solar importante consistió en los telescopios solares a bordo del Spacelab 2 que transportó el Shuttle en 1985.

Una serie de pequeñas naves pioneras en la exploración de las profundidades del sistema solar han sido lanzadas desde el inicio de la carrera espacial. Los instrumentos que transportan estas naves están dedicados al estudio de los campos magnéticos, el análisis del plasma, los rayos cósmicos y el viento solar. Estudios avanzados in situ fueron llevados a cabo por la sonda Helios de fabricación alemana, que fue colocada en órbita en 1975 a una distancia de 0,7 unidades astronómicas (una unidad astronómica equivale a 150.000.000 km, la distancia de la Tierra al Sol). En 1980 el tercer Explorador Internacional Tierra-Sol (ISEE 3) fue colocado en una órbita halo, en la cual las fuerzas gravitatorias de la Tierra y el Sol están equilibradas, y fue mantenido a una distancia de 1.600.000 km enfrente de la Tierra, donde el viento solar podía ser observado antes de que impactara en la magnetosfera.

La familia Explorer, lanzada por los EEUU recogió una serie de datos científicos que fueron una primicia en su época. El Explorer I, el primer satélite norteamericano, fue lanzado por el ejército; el programa pasó a control de la NASA en 1958 después de su creación. Los satélites Explorer realizaron mediciones de la magnetosfera, de la radiación en los cinturones de Van Allen, registraron partículas energéticas, radiación cósmica, viento solar y la ionosfera. Algunos de los satélites Explorer, rebautizados como Plataformas de Monitorización Interplanetaria, fueron puestos en órbitas altamente excéntricas para tomar medidas a gran altitud. Otra subfamilia de los satélites Explorer fueron los Pequeños Satélites Astronómicos (SAS), el primero de los cuales fue lanzado a finales del año 1970 y fue diseñado para rastrear la esfera celeste y cartografiar fuentes astronómicas de rayos X. Esto llevó al desarrollo del programa Observatorio Astronómico de Alta Energía (HEAO) que operó entre 1977 y 1981. El HEAO 1 llevaba instrumentos para rastrear el cielo en busca de fuentes estelares de rayos X y realizó un catálogo más detallado que el de los SAS. El HEAO 2 tenía un telescopio de 0,5 m de apertura que estudió los detalles de varios objetos en la región de los rayos X de baja energía; el HEAO 3 trasportaba detectores de rayos X y gamma.

El Observatorio Astronómico Orbital es un tipo de satélite grande equipado con una plataforma de guía equilibrada de forma precisa. Su propósito es examinar la región del espectro que los astrónomos de la Tierra no pueden observar por culpa de los efectos absorbentes y distorsionadores de la atmósfera. Un ingenio de esta naturaleza, lanzado en 1968 llevaba 11 telescopios estelares, y estudió el infrarrojo, el ultravioleta y los rayos X y gamma en localizaciones precisas del cielo. Otro aparato tenía un sólo telescopio de 81 cm de apertura .

El Explorador Internacional Ultravioleta, colocado en órbita geoestacionaria en 1978, proporcionó espectros detallados de fuentes calientes en Ultravioleta durante más de diez años.

El mayor y más potente observatorio astronómico jamás puesto en órbita es el Telescopio Espacial Hubble (HST). Puesto en órbita por una lanzadera espacial en 1990, este telescopio óptico-ultravioleta está equipado con un espejo primario de 2,4 m de diámetro y es capaz de producir imágenes con una resolución de 7 a 10 veces mayor que aquellas obtenidas con reflectores terrestres. El HST está diseñado para observar objetos cósmicos de la clase de los cuasares, nebulosas gaseosas, galaxias y hacer un seguimiento de la atmósfera y la superficie de los planetas del sistema solar.

El Satélite de Astronomía Infrarroja (1982) abrió el otro extremo del espectro a la investigación con una sorprendente cartografía de todo el cielo en el infrarrojo.

Los Observatorios Geofísicos Espaciales son otra clase de grandes satélites científicos en órbita terrestre. Pesan más de 450 kg y llevan instrumentos para realizar entre 20 y 30 experimentos diseñados para estudiar las relaciones entre el Sol, la Tierra y el medio espacial. Las áreas de investigación incluyen los rayos cósmicos, partículas energéticas, radiación solar, el plasma solar, las auroras boreales, micrometeoritos, composición atmosférica y fulguraciones solares. Algunos de estos satélites son colocados en órbita polar de baja altitud, otros en órbitas muy excéntricas llegando hasta 160.000 km de altitud. Durante los años 1970 y 1980 se realizaron estudios de esta naturaleza mediante tres Satélites Exploradores de la Atmósfera, los cuales profundizaron en regiones de la alta atmósfera que otras naves no habían podido alcanzar hasta el momento, tres exploradores de Tierra-Sol Internacionales (ISEE) (uno en órbita halo y dos en órbita polar), y dos Exploradores Dinámicos. En 1984-85, los Exploradores Trazadores de Partículas Activas en la Magnetosfera -ingenios construidos por los Estados Unidos en colaboración con Alemania y el Reino Unido- crearon una serie de cometas artificiales (usando bario, litio y otros productos químicos) los cuales descubrieron el flujo de materia ionizada a través de sus límites.

Biosatélite fue el nombre de una fórmula de satélites recuperables enviados para comprobar los efectos de la ingravidez, la radiación y la ausencia del ritmo día noche sobre especímenes biológicos. El período era de tres días, y los especímenes incluían bacterias, moho, semillas, huevos de rana y amebas. En 1969 un mono fue llenado de instrumentos, metido en una cápsula, lanzado al espacio y recuperado; sin embargo los datos no fueron concluyentes y el programa fue cancelado.

El Reino Unido construyó dos satélites Ariel, que fueron lanzados por la NASA, para realizar experimentos enfocados a la ionosfera y a la investigación atmosférica.

La Organización Europea para la Investigación Espacial (Ahora Agencia Espacial Europea, ESA) construyeron dos satélites llamados Iris y Heos lanzados por la NASA. Iris llevaba siete experimentos para estudiar la radiación solar y cósmica en el cinturón inferior de Van Allen. Heos llevaba experimentos para medir radiación y campos magnéticos. La ESA también lanzó el satélite de Cartografía en Rayos Gamma COS-B en 1975 y el EXOSAT con un par de telescopios de rayos X en 1983.

Programas lunares. Uno de los primeros objetivos de la exploración del espacio fue la luna, el vecino espacial más cercano a nosotros. Hasta 1978 los Estados Unidos y la URSS eran los únicos países que enviaban ingenios espaciales a la luna.

La sonda soviética Luna 3 fue la primera en fotografiar la cara oculta de la luna en 1959; otros vehículos de la serie orbitaron la luna o alunizaron suavemente en su superficie, tomaron imágenes de televisión y verificaron la capacidad del suelo para soportar grandes peso. La sonda Luna 16 alunizó, tomó muestras del suelo lunar y retorno con ellas a la Tierra. Un avance significante lo representó la sonda Luna 17, la cual alunizó en noviembre de 1970 y desplegó un vehículo Rover controlado remotamente desde el control de la misión; este carro equipado con cámaras de televisión exploró varios kilómetros del mundo selenita.

Otra serie de sondas lunares soviéticas emplearon los denominados vehículos Zond, que eran Rovers teledirigidos. También se realizaron experimentos con especímenes biológicos en órbita lunar.

Tres programas estadounidenses estudiaron la luna con sondas: Ranger, Surveyor y Lunar Orbiter. Las naves Ranger transmitieron imágenes de televisión de la luna hasta una distancia de 3 Km antes de estrellarse. Las Surveyor eran naves espaciales que alunizaban suavemente usando retrocohetes. Transmitieron miles de imagen de televisión de la superficie lunar y análisis de las propiedades físicas y químicas del suelo. Las Lunar Orbiter obtuvieron imágenes de televisión de alta definición de áreas seleccionadas de la superficie como preparación para los vuelos tripulados del programa Apolo.

Programas de exploración planetaria. Los Estados y la antigua URSS han enviado sondas automáticas a otros planetas. Los objetivos más frecuentados han sido los vecinos Marte y Venus. Al principio de la carrera espacial los soviéticos concentraron más esfuerzos en la exploración de Venus, mientras que los americanos lo hicieron con Marte. Adicionalmente, los norteamericanos han enviado sondas hasta Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno. Los soviéticos han realizado numerosos intentos de lanzar naves espaciales a Venus y Marte y han conseguido importantes éxitos empezando con la Venera 4 en 1967. En ésta y en las siguientes misiones del programa Venera una cápsula con instrumentos científicos fue dejada caer en paracaídas a través de la densa y caliente atmósfera venusiana. En cada caso los datos fueron incompletos, aunque Venera 7 (1970) y 8 (1972) sobrevivieron al aterrizaje y devolvieron datos muy interesantes de las condiciones en la superficie del planeta. Las Venera 9 y 10 (1975) también consiguieron aterrizar, proporcionando datos adicionales y las primeras fotografías tomadas desde la superficie de otro planeta.

En mayo de 1971 los rusos enviaron dos naves hacia Marte. Al llegar seis meses más tarde ambas naves expulsaron sendas cápsulas de descenso. Las cápsulas iban equipadas con cámaras de televisión, pero la transmisión cesó poco después del aterrizaje. Las naves nodriza (Marte 2 y 3) continuaron en órbitas excéntricas y transmitiendo datos científicos del medio marciano.

El programa norteamericano Mariner consistió en una serie de sondas interplanetarias diseñadas para volar sobre Marte, Venus y Mercurio. La Mariner 2 en 1962 y la Mariner 5 en 1967 pasaron a menos de 35.000 y 7.600 km de Venus, respectivamente, tomando datos sobre la temperatura y la densidad de la atmósfera. La Mariner 4 en 1964 y las Mariner 6 y 7 en 1969 volaron sobre Marte obteniendo fotografías de la superficie marciana y significativos análisis de su atmósfera. Las Mariner 6 y 7 produjeron mapas térmicos de Marte por medio de radiómetros infrarrojos.

En mayo de 1971, Estados Unidos lanzó la Mariner 9 hacia Marte. Cuando llegó en noviembre el planeta rojo estaba sumido en una inmensa tormenta de arena, con vientos de hasta 160 km/h. Después de varias semanas la atmósfera del planeta se despejó y las cámaras de televisión transmitieron imágenes claras, revelando nuevos detalles y formaciones. Otros sensores midieron la presión atmosférica, temperatura, la ionosfera y el campo gravitacional. Grandes áreas de Marte fueron cartografiadas y las dos lunas del planeta, Fobos y Deimos, fueron fotografiadas.

La Mariner 10 fue lanzada en 1973 para explorar Mercurio. Venus desvió la trayectoria de la nave y aumentó su velocidad (lo que se conoce en astronáutica como maniobra asistida gravitacionalmente) La nave sobrevoló su objetivo y tomó las primeras imágenes de la superficie mercuriana.

Una de las misiones planetarias más excitantes de la historia de los programas espaciales norteamericanos empezó con el lanzamiento de las naves Viking 1 y 2 en 1975 hacia Marte. Cada nave estaba compuesta por dos módulos: el módulo orbital y el módulo de aterrizaje. El primero hizo de estación repetidora para el módulo de aterrizaje, además de fotografiar y estudiar el planeta. El segundo realizó un aterrizaje suave y estudió la composición química del suelo en busca de rastros de vida en Marte.

Las primeras naves espaciales que sobrevolaron Júpiter fueron las Pioneer 10 y 11, lanzadas por Estados Unidos en 1972 y 1973. Ambas naves devolvieron datos físicos y cientos de imágenes reveladoras del planeta. La Pioneer 11 (también llamada Pioneer Saturno) pasó cerca de los anillos de Saturno en 1979. El 13 de junio de 1983, la Pioneer 10 se convirtió en el primer objeto construido por el ser humano en cruzar los límites conocido del sistema solar.

Las Voyager 1 y 2 fueron lanzados por la NASA en agosto y septiembre en 1977 en misión de sobrevuelo de Júpiter y Saturno. Las sondas gemelas alcanzaron las proximidades de Júpiter en 1979. La Voyager 1 pasó entonces por Saturno en 1980 mientras la Voyager 2 realizó su encuentro con el planeta el año siguiente. Ambos ingenios continuaron transmitiendo datos sobre el medio físico del espacio profundo.

La Voyager 1 realizó las primeras medidas fuera de la eclíptica (el plano en el que se incluyen las órbitas de los planetas) a medida que volaba hacia el norte eclíptico en una trayectoria reconfigurada después de su encuentro con Saturno. La Voyager sobrevoló Urano en 1986 y Neptuno en 1989, revelando detalles hasta ahora desconocidos de los gigantes gaseosos y de sus lunas.

Mientras Estados Unidos redirigía muchos de sus recursos del programa al desarrollo y construcción de la lanzadera espacial a finales de los 70 y principios de los 80, otras naciones iniciaron sus programas de exploración planetaria. En 1981 la URSS lanzó las Veneras 13 y 14, y en 1983 las Veneras 15 y 16. Cada una de estas naves depositó cápsulas en la superficie de Venus. Además las Veneras 15 y 16 llevaban radares para cartografiar el planeta. En 1985 los soviéticos lanzaron las Vegas 1 y 2, las cuales expulsaron globos con plataformas de instrumentos en la atmósfera venusiana, partiendo después en busca del cometa Halley en 1986. La ESA mandó la sonda Giotto en 1985 para realizar un encuentro cercano con el cometa (500 km). Equipada con cámaras de televisión de alta resolución, obtuvo imágenes detalladas del núcleo de la coma y del núcleo.

La NASA reinició la exploración planetaria con la misión Galileo para estudiar el sistema joviano. Lanzada en 1989 por el Shuttle, la sonda llegó en 1995 al sistema joviano después de un largo viaje con tres maniobras de impulso gravitatorio. Al llegar a Júpiter envió una sonda hacia el planeta gigante, siendo el primer artefacto construido por el ser humano en penetrar la atmósfera de un gigante gaseoso. La misión Galileo estudiará el planeta, sus satélites y la interacción entre ambos, durante dos años. Otra de las nuevas misiones planetaria de los americanos es la misión Magallanes, lanzada en 1989, cuyo objetivo era cartografiar la superficie de Venus mediante un moderno radar de alta resolución.

Programas tripulados

Hasta la actualidad solo los rusos y los norteamericanos han enviado naves tripuladas al espacio. Desde el principio de la carrera espacial las dos superpotencias consideran un objetivo fundamental los vuelos tripulados. El misil balístico intercontinental ruso era mucho mayor que el americano, habiendo sido diseñado para llevar una cabeza de guerra mucho mayor. La primera nave espacial tripulada soviética, la Vostok, pesaba 4,5 toneladas, mientras que la Mercury americana no llegaba a un tercio de ese peso.

La Unión Soviética lanzó al espacio a Yuri A. Gagarin el 12 de abril de 1961, dando una sola vuelta a la Tierra. En agosto de 1962 envió dos naves tripuladas, Vostok 3 con Adrian Nikolayev y Vostok 4 con Pavel R. Popovich, siguiendo la misma órbita y separadas un día desde su lanzamiento. En junio de 1963 realizaron una serie de lanzamientos similares, en una de las naves, la Vostok 6, voló al espacio la primera mujer cosmonauta, Valentin Tereshkova.

En esos días los Estados Unidos habían realizado tan solo cuatro vuelos orbitales tripulados, y los soviéticos habían acumulado ocho veces más horas-hombre en el espacio que los americanos. Sin embargo, hacia mayo de 1978 los americanos habían acumulado 22.503 horas de vuelo tripulado comparadas con las 19.823 horas de los soviéticos.

Gémini y Voskhod. Mientras que las misiones Vostok y Mercury habían demostrado que el ser humano podía desarrollar funciones en la ingravidez del espacio, ninguna de las naves tenía maniobrabilidad operacional. El programa americano Gémini fue diseñado para desarrollar encuentros con objetivos determinados y operaciones de atraque, una capacidad vital para el programa Apolo de alunizaje. La dinámica de encuentro con un vehículo objetivo lanzado un día antes exige una precisión extrema en el seguimiento, control del momento del lanzamiento, y en la colocación de una nave en la órbita de otra. Un retraso de un segundo en el lanzamiento hace que el vehículo objetivo se aparte 8 km del punto de encuentro. Mientras tanto, la URSS avanzó con el lanzamiento de la primera misión con tres tripulantes, la Voskhod, el 1 de octubre de 1964. El 18 de marzo de 1965 se lanzó una nave con dos tripulantes, uno de los cuales, A. Leonov fue el primer cosmonauta en realizar un paseo espacial. Los americanos repitieron la hazaña en junio de 1965, cuando E. H. White salió de la cápsula Gémini 4 para flotar libre en el espacio. Denominada actividad extravehicular (EVA), esta maniobra demostró la creciente habilidad del hombre para operar en el espacio.

En abril de 1967 los soviéticos lanzaron la Soyuz 1, la nave más grande y compleja lanzada hasta el momento; su cosmonauta, V.M. Komarov, murió debido a un fallo del sistema de despliegue del paracaídas durante el regreso a la Tierra. En octubre de 1968 la nave Soyuz 3 realizó varias operaciones de encuentro con la nave automática Soyuz 2. A primeros de 1969 las Soyuz 4 y 5, lanzadas en días sucesivos, realizaron un encuentro y se unieron, dos cosmonautas pasaron de la Soyuz 5 a la 4, y retornaron a la Tierra.

En junio de 1970 la tripulación de la Soyuz 9 estableció un récord de permanencia en el espacio, con 18 días. Después del aterrizaje los astronautas necesitaron dos días para adaptarse de nuevo a las condiciones de la Tierra. En abril de 1971 la Soyuz 10 se encontró con la estación espacial Salyut, la cual había sido lanzada sin tripulación unos días antes. Sin embargo, el vuelo sólo duró dos días, y se supone que aparecieron dificultades operacionales.

En junio de 1971 la Soyuz 11 transportó a tres astronautas hasta la estación Salyut; veintisiete horas después del lanzamiento los astronautas abordaron la estación espacial de 14 m de largo. Este vuelo exitoso terminó en tragedia cuando un pequeño fallo en el mecanismo estanco de la compuerta provocó la pérdida del oxígeno en la cápsula de retorno, y en consecuencia la muerte de los tres hombres. El programa Salyut tardó tres años en recuperarse después del accidente. La Salyut 2 se rompió en pedazos poco después de su lanzamiento; sólo con la Salyut 3 comenzaron los rusos un largo y exitoso programa de permanencias prolongadas en el espacio. Inmediatamente surgieron dos clases de misiones: aquellas que consistían en vuelos solitarios de las naves Soyuz, y las misiones de soporte del programa Salyut de estaciones espaciales.

Las Salyut 6 y 7, modelos más avanzados, representaban la segunda generación de estaciones espaciales soviéticas (1977 y 1982). Tenían puertas de atraque en la popa y en la proa, un sistema de abastecimiento de combustible, mejores condiciones de habitabilidad, y otras muchas mejoras. Otro desarrollo significativo fue la introducción de la nave Soyuz T, capaz de transportar tres astronautas enfundados en sus trajes presurizados, y del vehículo automático de repostaje Progress. Un gran módulo de extensión de las Salyut, denominado Cosmos 929, casi duplica el volumen total del conjunto.

En 1986 la URSS lanzó una nueva estación espacial, diseñada para ser el núcleo de un laboratorio en órbita permanentemente ocupada. La estación, conocida como Mir, está automatizada en alto grado, tiene seis puertas de atraque para transportes de carga, naves tripuladas de visita, y módulos de expansión, los cuales pueden ser usados como habitáculos patierrara la tripulación o como laboratorios de investigación. Estos módulos hacen posible albergar hasta un máximo de 6 personas a bordo de la estación.

El programa Apolo. En mayo de 1961 el presidente de los Estados Unidos J. F. Kennedy llamó a la nación para colocar un hombre sobre la faz de la luna antes de que acabase la década. El nombre del programa espacial fue Apolo.

Varias técnicas para la misión parecían fiables, y todas ellas fueron estudiadas. El método denominado "Encuentro en la Órbita Lunar" fue el elegido. Este método habría de emplear un sólo vehículo lanzador Saturno V para enviar la nave Apolo con tres hombres a la luna. La nave pesaría sobre las 45 toneladas y sería lanzada en una órbita directa al satélite; dos días después los cohetes de la nave frenarían el vehículo y lo colocarían en órbita lunar. Una vez en órbita, el módulo lunar se separaría del módulo de mando y descendería hacia la superficie llevando dos astronautas. Después de un aterrizaje suave, los dos exploradores harían observaciones científicas y recogerían muestras del suelo. Tras un día de operaciones, los astronautas despegarían para encontrarse con el módulo de mando en órbita. Entonces los cohetes de la nave se encenderían para escapar de la luna y dirigirse directamente hacia la Tierra.

La nave Apolo constaba de tres partes: el módulo de mando, el de servicio y el lunar. El módulo de mando era el centro de control de la nave y el habitáculo de los tres astronautas durante el viaje de la Tierra a la luna. Tenía forma cónica, con 3,7 m de altura y cuatro de diámetro, y pesaba más de 4,5 toneladas. Debajo del módulo de mando se encontraba el módulo de servicio, de 3,9 m de diámetro y 6,7 m de altura, conteniendo el sistema de propulsión para corrección de la órbita, retropropulsión para frenar la entrada en la órbita lunar y la propulsión para retornar a la Tierra. Entre el módulo de servicio y el Saturno V se encontraba el módulo lunar. Medía 6,4 m de altura y 3,4 m de diámetro, y pesaba más de 13 toneladas. Tenía dos motores, uno de potencia controlable para frenar el descenso y otro de empuje fijo para despegar y encontrarse con el módulo de mando.

El primer vuelo tripulado del Apolo, establecido para febrero de 1967 fue retrasado cuando, en enero de ese año, murieron los tres astronautas en un incendio de la nave Apolo que ocupaban, durante un simulacro.

En noviembre de 1967 un Saturno V colocó en órbita terrestre una nave Apolo no tripulada. En octubre de 1968 el Apolo 7 verificó el funcionamiento del módulo de mando durante 168 órbitas terrestres. El Apolo 8, lanzado en diciembre de 1968, fue puesto en órbita terrestre, enviado después a la luna, donde permaneció por 10 órbitas y retorno a la Tierra a salvo. Durante las órbitas lunares se transmitieron imágenes de televisión de la superficie.

El Apolo 11, lanzado el 16 de julio de 1969 y tripulado por Neil Armstrong, Edwin Aldrin y Michel Collins, llegó a la luna siguiendo el camino del Apolo 8. Aldrin y Armstrong pasaron al módulo lunar y alunizaron; eran las 8 y 20 de la tarde (hora del meridiano de Grenwich). Armstrong bajó del módulo a las 2:56 de la madrugada. Sus primeras palabras fueron: "este es un pequeño paso para el hombre, un salto gigante para la humanidad". Aldrin se unión a Armstrong y ambos realizaron fotografías y experimentos durante más de dos horas. Ambos fueron vistos por televisión gracias a una cámara colocada a cierta distancia del módulo lunar.

Los astronautas despegaron de la luna después de 21 horas. Después de unirse al módulo de mando maniobraron para dirigirse a la Tierra, amenizando en el Pacífico el 24 de julio. Debido a la posible contaminación por organismos selenitas con efectos desconocidos para la vida terrestre, se emplea la descontaminación y la cuarentena.

El Apolo 12, lanzado en noviembre de 1969, siguió un programa similar al Apolo 11. El Apolo 13, lanzado en abril de 1970, falló en su intento de aterrizar en la luna debido a una explosión en el módulo de servicio que dañó el suministro principal de potencia y cortó la vía del suministro principal de oxígeno para la tripulación. Se diseñaron rápidamente procedimientos de emergencia y se decidió que la tripulación usase el módulo lunar como un bote salvavidas hasta justo antes de la reentrada a la atmósfera terrestre, momento en el cual pasarían al módulo de mando para intentar la maniobra de reentrada. Los tres astronautas regresaron con vida a la Tierra.

El programa Apolo se mantuvo hasta el vuelo del Apolo 17, el 7 de diciembre de 1972, el cual empleó un coche Rover para que los astronautas explorasen más kilómetros de superficie selenita. Esta misión batió todos los récords de tiempo de exploración, distancia recorrida y cantidad de rocas lunares recogidas.

La lanzadera espacial. El programa espacial norteamericano entró en una nueva era el 12 de abril de 1981, con el lanzamiento inicial del Space Shuttle, la primera nave espacial tripulada diseñada para ser reutilizada. El programa fue iniciado a finales de los 60 cuando la NASA fijo su atención en un macro programa para establecer una estación espacial permanente, que comprendía un transporte Tierra-Órbita reutilizable. Debido a los recortes presupuestarios de los años 70 el programa fue cancelado y sólo sobrevivió la lanzadera espacial. El diseño fue elegido para reducir costes de desarrollo y al mismo tiempo mantener bajos los costes de los vuelos tripulados.

En su forma actual la lanzadera consiste en un orbitador alado, un tanque desechable, y dos impulsores de combustible sólido reutilizables. En conjunto alcanza una altura de 56 m y pesa 2 toneladas en el momento del despegue. El orbitador transporta la carga útil y la tripulación, y contiene casi todo el hardware y los ordenadores de la nave así como los tres motores principales. En el centro del orbitador se encuentra la bahía de carga, que mide 4,6 m de ancho y 20 m de largo, y puede albergar hasta 30.000 Kg.

Al llevar el combustible líquido (hidrógeno y oxígeno) de los motores principales en un tanque externo desechable, el tamaño y coste del orbitador es mucho menor que si fuesen tanques internos. Dos impulsores de combustible sólido fueron elegidos para la primera etapa de aceleración. Los impulsores junto con los tres motores del orbitador llegan a generar un empuje de 31.000.000 newton hasta dos minutos después del despegue, cuando los impulsores se agotan y son eyectados. Los impulsores son reutilizados unas 20 veces. Los motores principales continúan funcionando durante 6 minutos más, proporcionando el 99% de la velocidad orbital. Cuando se agota, el tanque externo es expulsado y se consume en la reentrada. Entonces dos motores de maniobra colocan al orbitador en su órbita final. Durante la fase de reentrada estos motores son empleados como retrocohetes para frenar el orbitador e iniciar la caída. El escudo térmico, que protege a la nave del calor generado por el rozamiento con la atmósfera, esta construido con baldosas de un material de silicio de alto grado. Finalmente, cuando su velocidad ha descendido al nivel subsónico, el orbitador desciende planeando hasta aterrizar en una pista convencional.

Mientras se encuentra en órbita (usualmente una semana, aunque se ha llegado a duraciones de quince días) el orbitador puede llevar a cabo multitud de tareas, como poner en órbita satélites gracias a su brazo articulado, y realizar experimentos sobre los efectos de la microgravedad. Debido a que el Shuttle se diseñó para alcanzar órbitas bajas (hasta 480 km en muchas misiones) un número de terceras etapas han sido diseñadas para colocar satélites en órbitas más altas, e incluso velocidades de escape para enviar sondas a otros planetas.

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