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Grupo de Investigación en Propulsión y Astronáutica

Universidad Nacional de Colombia
 
   

Pauca sed Matura...

Johann Carl Friedrich Gauss

 

 

Notas Historicas

La historia completa de la tecnología del cohete es muy larga para cubrirla aquí. Entre la I y la II Guerras Mundiales, especialmente en los años 30, hubo activos clubs de entusiastas de los cohetes en Alemania, Estados Unidos, Rusia y otros países. Se diseñaron cohetes experimentales, se probaron, y algunas veces los hicieron volar. Algunos de los experimentos usaban combustible líquido, aunque también se desarrollaron cohetes de combustible sólido. En estos últimos, el combustible se quemaba gradualmente (como en los antiguos cohetes de pólvora) y el contenedor de combustible estaba presurizado, proporcionando el gas caliente directamente hacia la tobera De-Laval.

Hermann OberthEl semillero del estudio y uso de los cohetes fue Alemania, donde Hermann Oberth, un rumano, promovió con pasión la idea de los vuelos espaciales, aún cuando su tesis doctoral "El cohete en el espacio interplanetario" fue rechazado por la Universidad de Heidelberg. Oberth era un miembro antiguo de la "Sociedad par los Viajes Espaciales" (Verein fuer Raumschiffahrt ó VfR) formado en 1927. En 1930 el VfR probó con éxito un motor de combustible líquido con una tobera cónica que desarrollaba un empuje de 70 Newton (unos 10 Newton elevan 1 kg). En 1932 volaban cohetes con motores de 600 Newton.

El Cohete V2

En esos momentos, sin embargo, el ejercito alemán había comenzado a desarrollar cohetes para su propio uso y en 1932 alistaron a un joven ingeniero llamado Wernher Von Braun. Los cohetes militares eran mayores y más ambiciosos y el A2 que voló en 1934 desarrollaba un empuje de 16000 Newton. Esto condujo hasta el A4, diseñado y probado bajo la supervisión de Von Braun, un cohete de 12 toneladas con un empuje de 250 000 Newtons, con 1 tonelada de carga útil y un alcance de 300 km (unas 200 millas).

Cohete V2Denominado V-2 (arma de venganza 2) por el ejercito alemán, se enviaron cientos de ellos sobre Londres a finales de 1944, por ser un blanco lo suficientemente grande como para asegurar serios daños aún sin tener gran precisión. Debido a que estos misiles volaban mucho más rápido y más alto que cualquier aeroplano, los británicos no tenían forma de interceptarlos y bombardear sus bases de lanzamiento era también muy difícil, ya que los V-2 (como los misiles iraquíes en 1991) usaban lanzaderas móviles. El ataque solo paró cuando el ejercito alemán fue empujado más allá del alcance de los cohetes. Hoy en día se muestra un V-2 en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian Institution en Washington


En los Estados Unidos

Entretanto se estaban desarrollando los cohetes en los EE.UU., bastante diferentes al de los esfuerzos de Robert Goddard. Un pionero fue Theodore Von Karmán, un húngaro graduado en el Minta, una de las famosas universidades de Budapest, de la cual salió un gran número de distinguidos científicos. Karmán se convirtió en una autoridad en aerodinámica y en 1930 desempeñó el trabajo de profesor de aeronáutica en el Caltech, el California Institute of Technology en Pasadena, California. 
Juntamente con Frank Malina, uno de sus estudiantes diplomados, Karmán comenzó el diseño y construcción de cohetes en el Caltech's Guggenheim Aeronautical Lab (sostenido por la familia Guggenheim, que también financió los trabajos de Goddard). Debido a que los cohetes tenían un dudosa connotación de "lejanía", prefirió referirse a sus trabajos como "propulsión a chorro". Por último, Karmán y Malina establecieron en Caltech un laboratorio dedicado a los trabajos de cohetes, el Jet Propulsion Laboratory (JPL); hoy en día el JPL es virtualmente una parte de la NASA, un gran laboratorio especializado en la exploración del sistema solar más allá de la Tierra. Otro estudiante distinguido de Karmán fue Hsue Shen Tsien, quien posteriormente volvió a China y ayudó a asentar el esfuerzo de su país en los vuelos espaciales.

El grupo de Karmán construyó cohetes de combustible sólido y líquido. Durante la II Guerra Mundial uno de los problemas fue conseguir poner en vuelo hidroaviones de gran peso, Karmán y sus ingenieros resolvieron esto diseñando el cohete JATO, ó "Jet Assisted Take Off." Al principio quemaron una mezcla de brea y perclorato, un compuesto rico en oxígeno similar a los que usan los profesores de química en las demostraciones de clase para producir oxígeno: la brea era el combustible y el perclorato proveía el oxígeno. (Robert Goddard diseñó un cohete de combustible líquido JATO, pero no tuvo éxito.) 
Posteriormente diseñó el "Private", de combustible sólido, para uso militar, y uno mayor de combustible líquido, el "Corporal". Este último fue adaptado para la investigación a gran altura como "WAC Corporal" (WAC por Women's Auxiliary Corps) el cual, con un empuje de 6700 newtones, alcanzó en 1945 una altura de 70 km; posteriormente, a partir de este, se desarrolló un cohete científico mayor, el Aerobee.

Cohete Atlas DAl finalizar la II Guerra Mundial la mayoría del grupo científico encargado del desarrollo de los cohetes V2 incluyendo al mismo Werner Von Braun se entrego voluntariamente al ejercito de Estados Unidos quien capturo la mayoría de los equipos e información relacionada con este proyecto dejando muy poco para la Union Sovietica. En USA el equipo de Werner Von Braun fue empleado principalmente en el desarrollo de misiles y cohetes Intercontinentales , a pesar de la insistencia de Von Braun en el uso de cohete para la exploración espacial sus ideas no tuvieron eco en la alta dirigencia política norteamericana hasta el lanzamiento del Sputnik que demostró el atraso de los EEUU en la exploración espacial.

Una vez que la clase política de Estados Unidos aprobó el proyecto para poner en orbita un satélite Norteamericano Werner Von Braun empezó a concentrar sus esfuerzos en el cohete Atlas que llevo al Explorer I el primer satélite norteamericano y posteriormente al primer norteamericano en el espacio y las primeras misiones tripuladas a principio de los años 60. Luego el reto fue el diseño y la construcción del cohete Saturno V que sería el vehículo para enviar un hombre a la luna.

COHETES EN LA UNION SOVIETICA

En 1903, el profesor de matemáticas de educación secundaria Konstantín Tsiolkovsky (1857-1935) publicó "La exploración del espacio cósmico por métodos de reacción", el primer trabajo científico serio que trataba de vuelos espaciales. La ecuación del cohete de Tsiolskovski -el principio que gobierna la propulsión de cohetes- lleva su nombre en su honor. Su trabajo fue particularmente desconocido fuera de la Unión Soviética, donde inspiró extensas investigaciones, experimentación, y la formación de la Sociedad Cosmonáutica. Su trabajo se volvió a publicar en el 1920 en respuesta al interés ruso sobre el trabajo de Robert Goddard. Entre otras ideas, Tsiolkovsky propuso acertadamente el uso de oxígeno e hidrógeno líquidos como un excelente par propulsor, determinó la estructura que se debía construir y diseñó la forma en que debían estar los cohetes para aumentar la eficiencia de masa y aumentar así radio de alcance.

El interés por los cohetes creció durante la década 1920 y 1930, jóvenes ingenieros como Valentin Glushko y Sergei Korolev se convitieron en los investigadores pioneros en centros de investigación especializados como el RNII (de "Instituto de Investigación Científica sobre Propulsión a Reacción" en ruso) y el GIRD (Gruppa Isutcheniya Reaktivniya Dvisheniya, o en español "Grupo para la Investigación del Movimiento a Reacción")en donde realizaron importantes avances. Sin embargo sus carreras fueron bruscamente interrumpidas al ser victimas de las purgas Stalinistas de finales de los años 30. Ambos fueron prisioneros en los gulag o campos de trabajos forzosos para prisioneros políticos.

Durante la II guerra mundial Valentin Glushko y Sergei Korolev fueron liberados y se concentraron en realizar ingeniería inversa a los restos de los cohetes Alemanes capturados por el ejercito soviético y desarrollados por el equipo de Werner Von Braun .

Despues de la II guerra mundial el aparto militar y científico soviético conformo las oficinas de diseño OKB-1 para el diseño de cohetes de mediano y largo alcance al mando de Sergei Korolev y la OKB-SD destinada específicamente al diseño de motores cohete al mando de Valentin Glushko.Ambos fueron los protagonistas de los desarrollos en cohetería en la URSS. Sin embargo eran seguidos de cerca por otras oficinas de diseño como la OKB-52 especializada en el diseño de misiles y dirigida por Vladimir Chelomei y la oficina OKB-58 dedicada al diseño y producción de misiles de largo y mediano alcance dirigida por Mikhail K. Yangel.

Cohete R7Sergei Korolev fue el principal promotor del uso de los cohetes para la exploración espacial ,sin embargo el alto mando soviético solamente estaba interesado en el desarrollo de cohetes intercontinentales que pudieran trasportar bombas nucleares .A mediados de la década de los 50 Korolev desarrollo el cohete R7 con el fin original de llevar bombas atómicas a Estados Unidos de Norteamérica ,sin embargo conociendo bien las capacidades que el R7 tenia para llevar un satélite al espacio promovió esta idea en las altas esferas del poder político de la Unión Soviética hasta que finalmente logro que el primer ministro sovietico Nikita Kruschev aprobara su proyecto ,lo que dio como resultado el exitoso lanzamiento del Sputnik que inicio la carrera espacial entre USA y la URSS.

Durante la primera parte de la década de los 60 la URSS llevo la delantera en la carrera espacial al lograr llevar el primer hombre al espacio y la primera caminata espacial .Sin embargo la falta de cohesión entre las diferentes oficinas de diseño y las desavenencias entre sus respectivos jefes dio como resultado el fracaso del cohete N1,la respuesta Sovietica al cohete Norteamericano Saturno V destinado a la conquista de la luna .Con el fracaso de este proyecto la URSS abandono la carrera por llevar un hombre a la luna y se concentro en otras metas como la puesta en orbita de estaciones espaciales permanentes.

Cohetes Multietapa y Tecnología

Todos los cohetes anteriores tenían un solo motor, con el que ascendían hasta que se quedaban sin combustible. Sin embargo, una forma mejor de alcanzar gran velocidad es colocar un cohete pequeño en la parte superior de uno mayor y encenderlo después de que se ha apagado el primero.

El ejercito de los EE.UU., que después de la guerra usó V-2 capturados para vuelos experimentales a la alta atmósfera, usó un camino más efectivo. Reemplazó la carga por otro cohete, en este caso un "WAC Corporal," que era lanzado desde el alto de la órbita. Ahora el apagado V-2, que pesaba 3 toneladas, se podía dejar caer y, usando el cohete pequeño, alcanzar una mayor altitud. Este era el cohete "Bumper" que en febrero de 1949 alcanzó una altura de 393 km.

Hoy en día la mayoría de los cohetes espaciales usan varias etapas, que dejan caer las etapas apagadas y continúan con impulsores más pequeños y ligeros. El Explorer 1, el primer satélite artificial de los EE.UU., que fue lanzado en enero de 1958, usaba un cohete de 4 etapas. La lanzadera espacial utiliza dos impulsores de combustible sólido, que se dejan caer cuando se han apagado (el desastre del "Challenger" de 1986 ocurrió cuando uno de ellos falló).

 

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