Vuelo espacial

Vuelo espacial (o transporte espacial) es una aplicación de la astronáutica para volar naves espaciales hacia o a través del espacio exterior, ya sea con o sin humanos a bordo. La mayoría de los vuelos espaciales no están tripulados y se realizan principalmente con naves espaciales como satélites en órbita alrededor de la Tierra, pero también incluyen sondas espaciales para vuelos más allá de la órbita terrestre. Dicho vuelo espacial opera ya sea por control telerrobótico o autónomo. El vuelo espacial humano más complejo se ha perseguido poco después de los primeros satélites orbitales y ha llegado a la Luna y la presencia humana permanente en el espacio alrededor de la Tierra, particularmente con el uso de estaciones espaciales. Los programas de vuelos espaciales tripulados incluyen Soyuz, Shenzhou, el pasado aterrizaje lunar del Apolo y los programas del transbordador espacial, siendo actualmente la Estación Espacial Internacional el destino principal de las misiones de vuelos espaciales tripulados, mientras que la Estación Espacial Tiangong de China está en construcción.

Spaceflight se utiliza para poner en órbita terrestre satélites de comunicaciones, satélites de reconocimiento, satélites de observación de la Tierra, pero también para la exploración espacial, como observatorios espaciales y sondas espaciales, o incluso para el turismo espacial.

Los vuelos espaciales se pueden lograr con diferentes tipos de sistemas de lanzamiento, convencionalmente mediante el lanzamiento de cohetes, que proporcionan el empuje inicial para vencer la fuerza de la gravedad y propulsar una nave espacial desde la superficie de la Tierra. Una vez en el espacio, el movimiento de una nave espacial, tanto sin propulsión como con propulsión, está cubierto por el área de estudio denominada astrodinámica.

Algunas naves espaciales permanecen en el espacio prácticamente indefinidamente, lo que ha creado el problema de la contaminación espacial en forma de contaminación lumínica y basura espacial, que es un peligro para los vuelos espaciales. De lo contrario, las naves espaciales terminan por el reingreso atmosférico, en el que se desintegran, o si no lo hacen, su reingreso se controla principalmente para llegar a una superficie de manera segura al aterrizar o impactar, y a menudo se arrojan al cementerio de naves espaciales oceánicas. Como tales, las naves espaciales han sido objeto de cierta gestión del tráfico espacial.

Terminología

Hay varios términos que se refieren a un vuelo hacia o a través del espacio exterior.

Una misión espacial se refiere a un vuelo espacial destinado a lograr un objetivo. Los objetivos de las misiones espaciales pueden incluir la exploración espacial, la investigación espacial y las primicias nacionales en vuelos espaciales.

El transporte espacial es el uso de naves espaciales para transportar personas o carga hacia o a través del espacio exterior. Esto puede incluir vuelos espaciales tripulados y vuelos de naves espaciales de carga.

Historia

La primera propuesta teórica de viaje espacial utilizando cohetes fue publicada por el astrónomo y matemático escocés William Leitch, en un ensayo de 1861 "Un viaje por el espacio". Más conocido (aunque no ampliamente fuera de Rusia) es el trabajo de Konstantin Tsiolkovsky, " Исследование мировых пространств реактивными приборами " (La exploración del espacio cósmico por medio de dispositivos de reacción), publicado en 1903.

Los vuelos espaciales se convirtieron en una posibilidad de ingeniería con el trabajo de la publicación de Robert H. Goddard en 1919 de su artículo A Method of Reaching Extreme Altitudes. Su aplicación de la tobera de Laval a los cohetes de combustible líquido mejoró la eficiencia lo suficiente como para que los viajes interplanetarios fueran posibles. También probó en el laboratorio que los cohetes funcionarían en el vacío del espacio; sin embargo, su trabajo no fue tomado en serio por el público. Su intento de asegurar un contrato del Ejército para un arma propulsada por cohetes en la Primera Guerra Mundial fue derrotado por el armisticio del 11 de noviembre de 1918 con Alemania. Trabajando con apoyo financiero privado, fue el primero en lanzar un cohete de combustible líquido en 1926. Los artículos de Goddard fueron muy influyentes internacionalmente en su campo.

El primer programa de cohetes experimentales a gran escala del mundo fue Opel RAK bajo el liderazgo de Fritz von Opel y Max Valier a fines de la década de 1920, lo que condujo a los primeros autos y aviones cohete tripulados, que allanaron el camino para el programa V2 de la era nazi y EE. Actividades soviéticas desde 1950 en adelante. El programa Opel RAK y las espectaculares demostraciones públicas de vehículos terrestres y aéreos atrajeron a grandes multitudes, y causaron entusiasmo público mundial como el llamado "Rocket Rumble" y tuvieron un gran impacto duradero en los vuelos espaciales posteriores. pioneros como, por ejemplo, Wernher von Braun.

En el transcurso de la Segunda Guerra Mundial, los primeros cohetes guiados, los V-2, fueron desarrollados y empleados como armas por la Alemania nazi. En un vuelo de prueba en junio de 1944, uno de esos cohetes alcanzó el espacio a una altitud de 189 kilómetros (102 millas náuticas), convirtiéndose en el primer objeto en la historia humana en hacerlo. Al final de la Segunda Guerra Mundial, la mayor parte del equipo de cohetes V-2, incluido su jefe Wernher von Braun, se rindió a los Estados Unidos y fue expatriado para trabajar en misiles estadounidenses en lo que se convirtió en la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército, produciendo misiles como Juno. Yo y Atlas.

En ese momento, la Unión Soviética bajo Joseph Stalin estaba desarrollando misiles balísticos intercontinentales para transportar armas nucleares como medida contraria a los aviones bombarderos de los Estados Unidos. Sergey Korolev, influenciado por Tsiolkovsky, se convirtió en el diseñador jefe de cohetes, los derivados de sus misiles R-7 Semyorka se utilizaron para lanzar el primer satélite artificial de la Tierra del mundo, el Sputnik 1, el 4 de octubre de 1957, y más tarde el primer humano en orbitar la Tierra, Yuri. Gagarin en Vostok 1, el 12 de abril de 1961.

El primer satélite estadounidense fue el Explorer 1, lanzado el 1 de febrero de 1958, y el primer estadounidense en órbita se convirtió en John Glenn en Friendship 7 el 20 de febrero de 1962. Como director del Marshall Space Flight Center, Von Braun supervisó el desarrollo de un mayor clase de cohete llamado Saturno, que permitió a EE. UU. enviar a los dos primeros humanos, Neil Armstrong y Buzz Aldrin, a la Luna y de vuelta en el Apolo 11 en julio de 1969. Al mismo tiempo, la Unión Soviética intentó en secreto, pero fracasó, desarrollar el Cohete N1, destinado a darles la capacidad de llevar humanos a la Luna.

Desde entonces, los vuelos espaciales se han empleado ampliamente para colocar satélites en órbita alrededor de la Tierra para una amplia gama de propósitos, para enviar naves espaciales no tripuladas a explorar el espacio más allá de la Luna y tener una presencia humana tripulada continua en el espacio con una serie de estaciones espaciales, desde el programa Salyut hasta la Estación Espacial Internacional.

Etapas

Lanzar

Los cohetes son los únicos medios actualmente capaces de alcanzar la órbita o más allá. Aún no se han construido otras tecnologías de lanzamiento espacial que no sean cohetes, o siguen sin alcanzar las velocidades orbitales. El lanzamiento de un cohete para un vuelo espacial generalmente comienza desde un puerto espacial (cosmódromo), que puede estar equipado con complejos de lanzamiento y plataformas de lanzamiento para lanzamientos de cohetes verticales y pistas para el despegue y aterrizaje de aviones de transporte y naves espaciales aladas. Los puertos espaciales están situados lejos de la habitación humana por razones de ruido y seguridad. Los misiles balísticos intercontinentales tienen varias instalaciones de lanzamiento especiales.

Un lanzamiento a menudo está restringido a ciertas ventanas de lanzamiento. Estas ventanas dependen de la posición de los cuerpos celestes y las órbitas en relación con el sitio de lanzamiento. La mayor influencia es a menudo la rotación de la Tierra misma. Una vez lanzadas, las órbitas normalmente se ubican dentro de planos planos relativamente constantes en un ángulo fijo con el eje de la Tierra, y la Tierra gira dentro de esta órbita.

Una plataforma de lanzamiento es una estructura fija diseñada para enviar vehículos aerotransportados. Generalmente consta de una torre de lanzamiento y una trinchera de llamas. Está rodeado de equipos utilizados para erigir, alimentar y mantener vehículos de lanzamiento. Antes del lanzamiento, el cohete puede pesar varios cientos de toneladas. El transbordador espacial Columbia, en STS-1, pesaba 2.030 toneladas (4.480.000 libras) en el despegue.

Alcanzando el espacio

La definición más utilizada de espacio exterior es todo lo que se encuentra más allá de la línea de Kármán, que se encuentra a 100 kilómetros (62 millas) sobre la superficie de la Tierra. Los Estados Unidos a veces definen el espacio exterior como todo lo que está más allá de las 50 millas (80 km) de altitud.

Los motores de cohetes son los únicos medios prácticos actualmente para llegar al espacio. Los motores de los aviones convencionales no pueden llegar al espacio debido a la falta de oxígeno. Los motores de cohetes expulsan propulsor para proporcionar un empuje hacia adelante que genera suficiente delta-v (cambio de velocidad) para alcanzar la órbita.

Para los sistemas de lanzamiento tripulados, los sistemas de escape de lanzamiento se instalan con frecuencia para permitir que los astronautas escapen en caso de emergencia.

Alternativas

Se han propuesto muchas formas de llegar al espacio además de los motores de cohetes. Ideas como el ascensor espacial y las ataduras de intercambio de impulso como los rotovators o los skyhooks requieren nuevos materiales mucho más fuertes que los que se conocen actualmente. Los lanzadores electromagnéticos, como los bucles de lanzamiento, podrían ser factibles con la tecnología actual. Otras ideas incluyen aviones / aviones espaciales asistidos por cohetes como Reaction Engines Skylon (actualmente en etapa inicial de desarrollo), aviones espaciales propulsados ​​​​por scramjet y aviones espaciales propulsados ​​​​por RBCC. Se ha propuesto el lanzamiento de armas para la carga.

Dejando la órbita

Lograr una órbita cerrada no es esencial para los viajes lunares e interplanetarios. Los primeros vehículos espaciales soviéticos alcanzaron con éxito altitudes muy altas sin entrar en órbita. La NASA consideró lanzar misiones Apolo directamente en trayectorias lunares, pero adoptó la estrategia de ingresar primero en una órbita de estacionamiento temporal y luego realizar una quemadura separada varias órbitas más tarde en una trayectoria lunar.

El enfoque de la órbita de estacionamiento simplificó enormemente la planificación de la misión Apolo de varias maneras importantes. Actuó como un "amortiguador de tiempo" y amplió sustancialmente las ventanas de lanzamiento permitidas. La órbita de estacionamiento le dio a la tripulación y a los controladores varias horas para revisar minuciosamente la nave espacial después de las tensiones del lanzamiento antes de enviarla a un largo viaje a la Luna.

Las misiones Apolo minimizaron la penalización de rendimiento de la órbita de estacionamiento al mantener su altitud lo más baja posible. Por ejemplo, el Apolo 15 usó una órbita de estacionamiento inusualmente baja de 92,5 millas náuticas × 91,5 millas náuticas (171,3 km × 169,5 km) que no es sostenible por mucho tiempo debido a la fricción con la atmósfera terrestre, pero la tripulación solo pasaría tres horas antes de volver a encender el Tercera etapa S-IVB para ponerlos en una trayectoria con destino a la luna.

Las misiones robóticas no requieren una capacidad de aborto o minimización de la radiación, y debido a que los lanzadores modernos normalmente cumplen con ventanas de lanzamiento "instantáneas", las sondas espaciales a la Luna y otros planetas generalmente usan inyección directa para maximizar el rendimiento. Aunque algunos pueden deslizarse brevemente durante la secuencia de lanzamiento, no completan una o más órbitas completas de estacionamiento antes de la quema que los inyecta en una trayectoria de escape de la Tierra.

La velocidad de escape de un cuerpo celeste disminuye con la altitud sobre ese cuerpo. Sin embargo, es más eficiente en combustible para una embarcación quemar su combustible lo más cerca posible del suelo; ver efecto Oberth y referencia. Esta es otra forma de explicar la penalización de rendimiento asociada con el establecimiento del perigeo seguro de una órbita de estacionamiento.

Astrodinámica

La astrodinámica es el estudio de las trayectorias de las naves espaciales, particularmente en lo que se refiere a los efectos gravitacionales y de propulsión. La astrodinámica permite que una nave espacial llegue a su destino en el momento correcto sin un uso excesivo de propulsor. Puede ser necesario un sistema de maniobra orbital para mantener o cambiar las órbitas.

Los métodos de propulsión orbital sin cohetes incluyen velas solares, velas magnéticas, sistemas magnéticos de burbujas de plasma y el uso de efectos de tirachinas gravitacionales.

Transferir energía

El término "energía de transferencia" significa la cantidad total de energía impartida por una etapa de cohete a su carga útil. Esta puede ser la energía impartida por una primera etapa de un vehículo de lanzamiento a una etapa superior más la carga útil, o por una etapa superior o un motor de empuje de una nave espacial a una nave espacial.

Llegar a la estación espacial

Para llegar a una estación espacial, una nave espacial tendría que llegar a la misma órbita y acercarse a una distancia muy cercana (por ejemplo, dentro del contacto visual). Esto se hace mediante un conjunto de maniobras orbitales llamadas encuentro espacial.

Después de encontrarse con la estación espacial, el vehículo espacial se acopla o se atraca en la estación. El acoplamiento se refiere a la unión de dos vehículos espaciales separados que vuelan libremente, mientras que el atraque se refiere a las operaciones de acoplamiento en las que un vehículo inactivo se coloca en la interfaz de acoplamiento de otro vehículo espacial mediante el uso de un brazo robótico.

Reentrada

Los vehículos en órbita tienen grandes cantidades de energía cinética. Esta energía debe desecharse si se quiere que el vehículo aterrice con seguridad sin vaporizarse en la atmósfera. Por lo general, este proceso requiere métodos especiales para proteger contra el calentamiento aerodinámico. La teoría detrás del reingreso fue desarrollada por Harry Julian Allen. Según esta teoría, los vehículos de reingreso presentan formas contundentes a la atmósfera para el reingreso. Las formas romas significan que menos del 1% de la energía cinética termina como calor que llega al vehículo y el resto calienta la atmósfera.

Aterrizaje y recuperación

Las cápsulas Mercury, Gemini y Apollo cayeron al mar. Estas cápsulas fueron diseñadas para aterrizar a velocidades relativamente bajas con la ayuda de un paracaídas. Las cápsulas soviéticas/rusas para Soyuz hacen uso de un gran paracaídas y cohetes de frenado para aterrizar en tierra. Los aviones espaciales como el transbordador espacial aterrizan como un planeador.

Después de un aterrizaje exitoso, la nave espacial, sus ocupantes y la carga pueden recuperarse. En algunos casos, la recuperación se ha producido antes del aterrizaje: mientras una nave espacial sigue descendiendo en su paracaídas, puede ser enganchada por un avión especialmente diseñado. Esta técnica de recuperación en el aire se utilizó para recuperar los cartuchos de película de los satélites espía Corona.

Tipos

Sin tripulación

El vuelo espacial sin tripulación es toda actividad de vuelo espacial sin una presencia humana necesaria en el espacio. Esto incluye todas las sondas espaciales, satélites y naves y misiones espaciales robóticas. Los vuelos espaciales no tripulados son lo opuesto a los vuelos espaciales tripulados, que generalmente se denominan vuelos espaciales tripulados. Las subcategorías de vuelos espaciales sin tripulación son "naves espaciales robóticas" (objetos) y "misiones espaciales robóticas" (actividades). Una nave espacial robótica es una nave espacial sin tripulación y sin humanos a bordo, que generalmente está bajo control telerrobótico. En algunos casos, como en el caso de los helicópteros, es posible que una nave espacial deba actuar de forma autónoma durante breves períodos de tiempo. Una nave espacial robótica diseñada para realizar mediciones de investigación científica a menudo se denomina sonda espacial.

Las misiones espaciales sin tripulación utilizan naves espaciales controladas a distancia. La primera misión espacial no tripulada fue Sputnik, lanzada el 4 de octubre de 1957 para orbitar la Tierra. Las misiones espaciales en las que hay otros animales pero no humanos a bordo se consideran misiones no tripuladas.

Beneficios

Muchas misiones espaciales son más adecuadas para la operación telerrobótica que para la operación tripulada, debido a su menor costo y menores factores de riesgo. Además, algunos destinos planetarios como Venus o la vecindad de Júpiter son demasiado hostiles para la supervivencia humana, dada la tecnología actual. Los planetas exteriores como Saturno, Urano y Neptuno están demasiado lejos para alcanzarlos con la tecnología actual de vuelos espaciales tripulados, por lo que las sondas telerrobóticas son la única forma de explorarlos. La telerrobótica también permite la exploración de regiones que son vulnerables a la contaminación por microorganismos terrestres, ya que las naves espaciales pueden esterilizarse. Los seres humanos no pueden esterilizarse de la misma manera que una nave espacial, ya que coexisten con numerosos microorganismos, y estos microorganismos también son difíciles de contener dentro de una nave espacial o un traje espacial.

Telepresencia

La telerrobótica se convierte en telepresencia cuando el tiempo de demora es lo suficientemente corto como para permitir que los humanos controlen la nave espacial casi en tiempo real. Incluso el retraso de dos segundos en la velocidad de la luz de la Luna está demasiado lejos para la exploración de telepresencia desde la Tierra. Las posiciones L1 y L2 permiten demoras de ida y vuelta de 400 milisegundos, que es lo suficientemente cerca para la operación de telepresencia. También se ha sugerido la telepresencia como una forma de reparar satélites en órbita terrestre desde la Tierra. El Simposio de Telerobótica de Exploración en 2012 exploró este y otros temas.

Humano

El primer vuelo espacial humano fue Vostok 1 el 12 de abril de 1961, en el que el cosmonauta Yuri Gagarin de la URSS hizo una órbita alrededor de la Tierra. En los documentos oficiales soviéticos, no se menciona el hecho de que Gagarin se lanzó en paracaídas las últimas siete millas. A partir de 2020, las únicas naves espaciales que se utilizan regularmente para vuelos espaciales tripulados son Soyuz, Shenzhou y Crew Dragon. La flota de transbordadores espaciales de EE. UU. operó desde abril de 1981 hasta julio de 2011. SpaceShipOne ha realizado dos vuelos espaciales suborbitales tripulados.

Suborbital

En un vuelo espacial suborbital, la nave espacial llega al espacio y luego regresa a la atmósfera después de seguir una trayectoria (principalmente) balística. Esto suele deberse a una energía orbital específica insuficiente, en cuyo caso un vuelo suborbital durará solo unos minutos, pero también es posible que un objeto con energía suficiente para una órbita tenga una trayectoria que interseque la atmósfera terrestre, a veces después de muchos horas. Pioneer 1 fue la primera sonda espacial de la NASA destinada a llegar a la Luna. Una falla parcial hizo que, en cambio, siguiera una trayectoria suborbital a una altitud de 113 854 kilómetros (70 746 millas) antes de volver a ingresar a la atmósfera terrestre 43 horas después del lanzamiento.

El límite del espacio más generalmente reconocido es la línea Kármán a 100 km (62 millas) sobre el nivel del mar. (La NASA define alternativamente a un astronauta como alguien que ha volado a más de 80 km (50 millas) sobre el nivel del mar). En general, el público no reconoce que el aumento en la energía potencial requerida para pasar la línea Kármán es solo alrededor del 3% de la energía orbital (energía potencial más cinética) requerida por la órbita terrestre más baja posible (una órbita circular justo por encima de la línea de Kármán). En otras palabras, es mucho más fácil llegar al espacio que permanecer allí. El 17 de mayo de 2004, el Equipo Civil de Exploración Espacial lanzó el cohete GoFast en un vuelo suborbital, el primer vuelo espacial amateur. El 21 de junio de 2004, SpaceShipOne se utilizó para el primer vuelo espacial humano financiado con fondos privados.

Punto a punto

El transporte punto a punto, o de Tierra a Tierra, es una categoría de vuelo espacial suborbital en el que una nave espacial proporciona un transporte rápido entre dos ubicaciones terrestres. Una ruta aérea convencional entre Londres y Sydney, un vuelo que normalmente dura más de veinte horas, podría recorrerse en menos de una hora. Si bien ninguna compañía ofrece este tipo de transporte en la actualidad, SpaceX ha revelado planes para hacerlo a partir de la década de 2020 utilizando Starship. El vuelo espacial suborbital sobre una distancia intercontinental requiere una velocidad del vehículo que es solo un poco más baja que la velocidad requerida para alcanzar la órbita terrestre baja.Si se utilizan cohetes, el tamaño del cohete en relación con la carga útil es similar a un misil balístico intercontinental (ICBM). Cualquier vuelo espacial intercontinental tiene que superar problemas de calentamiento durante el reingreso a la atmósfera que son casi tan grandes como los que enfrentan los vuelos espaciales orbitales.

Orbital

Un vuelo espacial orbital mínimo requiere velocidades mucho más altas que un vuelo suborbital mínimo, por lo que es tecnológicamente mucho más difícil de lograr. Para lograr un vuelo espacial orbital, la velocidad tangencial alrededor de la Tierra es tan importante como la altitud. Para realizar un vuelo estable y duradero en el espacio, la nave espacial debe alcanzar la velocidad orbital mínima requerida para una órbita cerrada.

Interplanetario

El vuelo espacial interplanetario es un vuelo entre planetas dentro de un solo sistema planetario. En la práctica, el uso del término se limita a los viajes entre los planetas de nuestro Sistema Solar. Los planes para futuras misiones de vuelos espaciales interplanetarios tripulados a menudo incluyen el ensamblaje final del vehículo en la órbita terrestre, como el programa Constellation de la NASA y el tándem Kliper/Parom de Rusia.

Interestelar

New Horizons es la quinta nave espacial puesta en una trayectoria de escape que abandona el Sistema Solar. Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11 son los anteriores. La más alejada del Sol es la Voyager 1, que está a más de 100 AU de distancia y se mueve a 3,6 AU por año. En comparación, Proxima Centauri, la estrella más cercana además del Sol, está a 267 000 AU de distancia. Tomará Voyager 1más de 74.000 años para alcanzar esta distancia. Es probable que los diseños de vehículos que utilizan otras técnicas, como la propulsión de pulsos nucleares, puedan llegar a la estrella más cercana significativamente más rápido. Otra posibilidad que podría permitir el vuelo espacial interestelar humano es hacer uso de la dilatación del tiempo, ya que esto haría posible que los pasajeros de un vehículo en movimiento rápido viajaran más hacia el futuro envejeciendo muy poco, ya que su gran velocidad ralentiza el tasa de paso del tiempo a bordo. Sin embargo, alcanzar velocidades tan altas aún requeriría el uso de algún método de propulsión nuevo y avanzado.

Intergaláctico

Los viajes intergalácticos implican vuelos espaciales entre galaxias y se consideran mucho más exigentes tecnológicamente que incluso los viajes interestelares y, según los términos de ingeniería actuales, se consideran ciencia ficción. Sin embargo, teóricamente hablando, no hay nada que indique de manera concluyente que el viaje intergaláctico es imposible. Hasta la fecha, varios académicos han estudiado los viajes intergalácticos de manera seria.

Astronave

Las naves espaciales son vehículos capaces de controlar su trayectoria a través del espacio.

A veces se dice que la primera 'nave espacial verdadera' es el Módulo Lunar Apolo, ya que este fue el único vehículo tripulado que se diseñó y se operó solo en el espacio; y se destaca por su forma no aerodinámica.

Propulsión

Hoy en día, las naves espaciales utilizan predominantemente cohetes para la propulsión, pero otras técnicas de propulsión, como los impulsores de iones, se están volviendo más comunes, particularmente para vehículos sin tripulación, y esto puede reducir significativamente la masa del vehículo y aumentar su delta-v.

Sistemas de lanzamiento

Los sistemas de lanzamiento se utilizan para transportar una carga útil desde la superficie de la Tierra al espacio exterior.

Reemplazable

La mayoría de los vuelos espaciales actuales utilizan sistemas de lanzamiento prescindibles de varias etapas para llegar al espacio.

Reutilizable

La primera nave espacial reutilizable, la X-15, fue lanzada desde el aire en una trayectoria suborbital el 19 de julio de 1963. La primera nave espacial orbital parcialmente reutilizable, el transbordador espacial, fue lanzada por EE. UU. en el vigésimo aniversario del vuelo de Yuri Gagarin, el 12 Abril de 1981. Durante la era del transbordador, se construyeron seis orbitadores, todos los cuales volaron en la atmósfera y cinco en el espacio. El Enterprise se usó solo para pruebas de aproximación y aterrizaje, despegando desde la parte trasera de un Boeing 747 y deslizándose hasta aterrizajes de punto muerto en Edwards AFB, California. El primer transbordador espacial que voló al espacio fue el Columbia, seguido por el Challenger, el Discovery, el Atlantis y el Endeavour. ÉlEl Endeavour se construyó para reemplazar al Challenger, que se perdió en enero de 1986. El Columbia se rompió durante el reingreso en febrero de 2003.

La primera nave espacial automática parcialmente reutilizable fue la Buran (Tormenta de nieve), lanzada por la URSS el 15 de noviembre de 1988, aunque solo realizó un vuelo. Este avión espacial fue diseñado para una tripulación y se parecía mucho al transbordador espacial de EE. UU., aunque sus propulsores de descarga usaban propulsores líquidos y sus motores principales estaban ubicados en la base de lo que sería el tanque externo del transbordador estadounidense. La falta de financiación, complicada por la disolución de la URSS, impidió más vuelos de Buran.

El transbordador espacial se retiró en 2011 debido principalmente a su vejez y al alto costo del programa, que superó los mil millones de dólares por vuelo. La función de transporte humano del transbordador será reemplazada por SpaceX Dragon 2 y CST-100 en la década de 2020. La función de transporte de carga pesada del transbordador ahora la realizan vehículos comerciales de lanzamiento.

Scaled Composites SpaceShipOne fue un avión espacial suborbital reutilizable que llevó a los pilotos Mike Melvill y Brian Binnie en vuelos consecutivos en 2004 para ganar el Premio Ansari X. The Spaceship Company ha construido su sucesor SpaceShipTwo. Una flota de SpaceShipTwos operada por Virgin Galactic planeó comenzar un vuelo espacial privado reutilizable con pasajeros de pago (turistas espaciales) en 2008, pero esto se retrasó debido a un accidente en el desarrollo de la propulsión.

SpaceX logró el primer aterrizaje vertical suave de una etapa de cohete orbital reutilizable el 21 de diciembre de 2015, después de colocar 11 satélites comerciales Orbcomm OG-2 en órbita terrestre baja.

El primer segundo vuelo del Falcon 9 ocurrió el 30 de marzo de 2017. SpaceX ahora recupera y reutiliza de forma rutinaria sus primeras etapas, con la intención de reutilizar también los carenados.

El X-15 alejándose de su avión de lanzamiento

El

transbordador espacial Columbia segundos después del encendido del motor en la misión STS-1

SpaceShipOne después de su vuelo al espacio, 21 de junio de 2004

La primera etapa del vuelo 20 de Falcon 9 aterrizó verticalmente en la zona de aterrizaje 1 en diciembre de 2015

Desafíos

Desastres espaciales

Todos los vehículos de lanzamiento contienen una gran cantidad de energía que se necesita para que una parte de ella alcance la órbita. Por lo tanto, existe cierto riesgo de que esta energía se libere de manera prematura y repentina, con efectos significativos. Cuando un cohete Delta II explotó 13 segundos después del lanzamiento el 17 de enero de 1997, hubo informes de ventanas de tiendas a 10 millas (16 km) de distancia rotas por la explosión.

El espacio es un entorno bastante predecible, pero aún existen riesgos de despresurización accidental y la posible falla de los equipos, algunos de los cuales pueden ser de desarrollo muy reciente.

En 2004, se estableció en los Países Bajos la Asociación Internacional para el Avance de la Seguridad Espacial para promover la cooperación internacional y el avance científico en la seguridad de los sistemas espaciales.

Ingravidez

En un entorno de microgravedad como el que proporciona una nave espacial en órbita alrededor de la Tierra, los humanos experimentan una sensación de "ingravidez". La exposición a corto plazo a la microgravedad provoca el síndrome de adaptación espacial, una náusea autolimitada causada por un trastorno del sistema vestibular. La exposición a largo plazo causa múltiples problemas de salud. La más significativa es la pérdida ósea, parte de la cual es permanente, pero la microgravedad también conduce a un importante deterioro de los tejidos musculares y cardiovasculares.

Radiación

Una vez por encima de la atmósfera, la radiación debida a los cinturones de Van Allen, la radiación solar y los problemas de radiación cósmica ocurren y aumentan. Más lejos de la Tierra, las erupciones solares pueden dar una dosis de radiación fatal en minutos, y la amenaza para la salud de la radiación cósmica aumenta significativamente las posibilidades de cáncer después de una década de exposición o más.

Soporte vital

En los vuelos espaciales tripulados, el sistema de soporte vital es un grupo de dispositivos que permiten a un ser humano sobrevivir en el espacio exterior. La NASA a menudo usa la frase Sistema de soporte de vida y control ambiental o el acrónimo ECLSS cuando describe estos sistemas para sus misiones de vuelos espaciales tripulados. El sistema de soporte vital puede suministrar: aire, agua y alimentos. También debe mantener la temperatura corporal correcta, una presión aceptable sobre el cuerpo y tratar con los productos de desecho del cuerpo. También puede ser necesario protegerse contra influencias externas nocivas, como la radiación y los micrometeoritos. Los componentes del sistema de soporte vital son críticos para la vida y están diseñados y construidos utilizando técnicas de ingeniería de seguridad.

Clima espacial

El clima espacial es el concepto de cambio de las condiciones ambientales en el espacio exterior. Es distinto del concepto de clima dentro de una atmósfera planetaria y trata de fenómenos que involucran plasma ambiental, campos magnéticos, radiación y otra materia en el espacio (generalmente cerca de la Tierra pero también en medio interplanetario y ocasionalmente interestelar). "El clima espacial describe las condiciones en el espacio que afectan a la Tierra y sus sistemas tecnológicos. Nuestro clima espacial es una consecuencia del comportamiento del Sol, la naturaleza del campo magnético de la Tierra y nuestra ubicación en el Sistema Solar".

El clima espacial ejerce una profunda influencia en varias áreas relacionadas con la exploración y el desarrollo del espacio. Las condiciones geomagnéticas cambiantes pueden inducir cambios en la densidad atmosférica que provocan la rápida degradación de la altitud de la nave espacial en la órbita terrestre baja. Las tormentas geomagnéticas debidas al aumento de la actividad solar pueden potencialmente cegar los sensores a bordo de las naves espaciales o interferir con la electrónica a bordo. La comprensión de las condiciones ambientales del espacio también es importante en el diseño de sistemas de protección y soporte vital para naves espaciales tripuladas.

Consideraciones ambientales

Los cohetes como clase no son inherentemente muy contaminantes. Sin embargo, algunos cohetes usan propulsores tóxicos y la mayoría de los vehículos usan propulsores que no son neutros en carbono. Muchos cohetes sólidos tienen cloro en forma de perclorato u otros productos químicos, y esto puede causar agujeros locales temporales en la capa de ozono. Las naves espaciales que vuelven a entrar generan nitratos que también pueden impactar temporalmente la capa de ozono. La mayoría de los cohetes están hechos de metales que pueden tener un impacto ambiental durante su construcción.

Además de los efectos atmosféricos, existen efectos en el entorno espacial cercano a la Tierra. Existe la posibilidad de que la órbita se vuelva inaccesible durante generaciones debido al aumento exponencial de los desechos espaciales causados ​​por el desprendimiento de satélites y vehículos (síndrome de Kessler). Por lo tanto, muchos vehículos lanzados hoy en día están diseñados para volver a ingresar después de su uso.

Regulación

Una amplia gama de cuestiones, como la gestión del tráfico espacial o la responsabilidad, han sido cuestiones de regulación de los vuelos espaciales.

La participación y representación de toda la humanidad en los vuelos espaciales es una cuestión de derecho espacial internacional desde la primera fase de la exploración espacial. A pesar de que se han asegurado algunos derechos de los países que no realizan viajes espaciales, el compartir el espacio para toda la humanidad todavía se critica como imperialista y carente, entendiendo los vuelos espaciales como un recurso.

Aplicaciones

Las aplicaciones actuales y propuestas para vuelos espaciales incluyen:

• Satélites de observación de la tierra como satélites espía, satélites meteorológicos
• Exploración espacial
• Satelites de comunicacion
• Televisión via satélite
• Navegación satelital
• Turismo espacial
• Proteger la Tierra de objetos potencialmente peligrosos
• Colonización del espacio

La mayor parte del desarrollo inicial de vuelos espaciales fue pagado por los gobiernos. Sin embargo, hoy en día los principales mercados de lanzamiento, como los satélites de comunicación y la televisión por satélite, son puramente comerciales, aunque muchos de los lanzadores fueron originalmente financiados por los gobiernos.

Los vuelos espaciales privados son un área en rápido desarrollo: vuelos espaciales que no solo son pagados por corporaciones o incluso por particulares, sino que a menudo son proporcionados por compañías privadas de vuelos espaciales. Estas empresas a menudo afirman que gran parte del alto costo anterior de acceso al espacio fue causado por ineficiencias gubernamentales que pueden evitar. Esta afirmación puede respaldarse con costos de lanzamiento publicados mucho más bajos para vehículos de lanzamiento espacial privados como el Falcon 9 desarrollado con financiamiento privado. Se requerirán costos de lanzamiento más bajos y una excelente seguridad para que las aplicaciones como el turismo espacial y especialmente la colonización espacial sean factibles para la expansión.

Civilización espacial: naciones y otras entidades

estar en el espacioes ser capaz y activo en la operación de naves espaciales. Implica el conocimiento de una variedad de temas y el desarrollo de habilidades especializadas que incluyen: aeronáutica; astronáutica; programas de formación de astronautas; clima espacial y pronóstico; operaciones de naves espaciales; operación de varios equipos; diseño y construcción de naves espaciales; despegue atmosférico y reingreso; mecánica orbital (también conocida como astrodinámica); comunicaciones; motores y cohetes; ejecución de evoluciones como remolque, construcción en microgravedad y acoplamiento espacial; equipos de manejo de carga, cargas peligrosas y almacenamiento de carga; caminata espacial; hacer frente a las emergencias; supervivencia en el espacio y primeros auxilios; extinción de incendios; soporte vital. El grado de conocimiento necesario dentro de estas áreas depende de la naturaleza del trabajo y del tipo de embarcación empleada. "Viaje espacial"

Nunca ha habido una misión tripulada fuera del sistema Tierra-Luna. Sin embargo, los Estados Unidos, Rusia, China, los países de la Agencia Espacial Europea (ESA) y algunas corporaciones y empresas tienen planes en varias etapas para viajar a Marte (ver Misión humana a Marte).

Las entidades espaciales pueden ser estados soberanos, entidades supranacionales y corporaciones privadas. Las naciones con capacidad espacial son aquellas capaces de construir y lanzar naves al espacio de forma independiente. Un número creciente de entidades privadas se han convertido o se están convirtiendo en viajes espaciales.

Global

La Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Exterior (UNOOSA) inició el primer programa espacial de la ONU para una civilización espacial en 2016.

Naciones tripuladas en el espacio

Actualmente, Rusia, China y los Estados Unidos son las únicas naciones con viajes espaciales tripulados. Naciones con viajes espaciales enumeradas por año del primer lanzamiento tripulado:

1. Unión Soviética (Rusia) (1961)
2. Estados Unidos (1961)
3. China (2003)

Naciones espaciales no tripuladas

Las siguientes naciones u organizaciones han desarrollado sus propios vehículos de lanzamiento para poner en órbita naves espaciales no tripuladas, ya sea desde su propio territorio o con asistencia extranjera (fecha del primer lanzamiento entre paréntesis):

1. Unión Soviética (1957)
2. Estados Unidos (1958)
3. Francia (1965)
4. Italia (1967)★
5. Australia (1967)★
6. Japón (1970)
7. China (1970)
8. Reino Unido (1971)
9. Agencia Espacial Europea (1979)
10. India (1980)
11. Israel (1988)
12. Ucrania (1991)*
13. Rusia (1992)*
14. Irán (2009)
15. Corea del Norte (2012)
16. Corea del Sur (2013)★
17. Nueva Zelanda (2018)★

• *Anteriormente una región importante en la Unión Soviética
• ★Vehículo de lanzamiento total o parcialmente desarrollado por otro país

También varios países, como Canadá, Italia y Australia, tenían capacidad de navegación espacial semiindependiente, lanzando satélites construidos localmente en lanzadores extranjeros. Canadá había diseñado y construido satélites (Alouette 1 y 2) en 1962 y 1965 que se pusieron en órbita utilizando vehículos de lanzamiento estadounidenses. Italia ha diseñado y construido varios satélites, así como módulos presurizados para la Estación Espacial Internacional. Los primeros satélites italianos se lanzaron utilizando vehículos proporcionados por la NASA, primero desde Wallops Flight Facility en 1964 y luego desde un puerto espacial en Kenia (Plataforma San Marco) entre 1967 y 1988; Italia ha liderado el desarrollo del programa de cohetes Vega dentro de la Agencia Espacial Europea desde 1998. El Reino Unido abandonó su programa de lanzamiento espacial independiente en 1972 a favor de cooperar con la Organización Europea de Desarrollo de Lanzadores (ELDO) en tecnologías de lanzamiento hasta 1974. Australia abandonó su programa de lanzamiento poco después del exitoso lanzamiento de WRESAT y se convirtió en el único no -Miembro europeo de ELDO.

Teniendo en cuenta que simplemente lanzar un objeto más allá de la línea de Kármán es el requisito mínimo de la navegación espacial, Alemania, con el cohete V-2, se convirtió en la primera nación espacial en 1944. Las siguientes naciones solo han logrado la capacidad de vuelo espacial suborbital mediante el lanzamiento de cohetes o misiles autóctonos o ambos en el espacio suborbital.

1. Alemania (20 de junio de 1944)
2. Alemania Oriental (12 de abril de 1957)
3. Canadá (5 de septiembre de 1959)
4. Líbano (21 de noviembre de 1962)
5. Suiza (27 de octubre de 1967)
6. Argentina (16 de abril de 1969)
7. Brasil (21 de septiembre de 1976)
8. España (18 de febrero de 1981)
9. Alemania Occidental (1 de marzo de 1981)
10. Irak (junio de 1984)
11. Sudáfrica (1 de junio de 1989)
12. Suecia (8 de mayo de 1991)
13. Yemen (12 de mayo de 1994)
14. Pakistán (6 de abril de 1998)
15. Taiwán (15 de diciembre de 1998)
16. Siria (1 de septiembre de 2000)
17. Indonesia (29 de septiembre de 2004)
18. República Democrática del Congo (2007)
19. Nueva Zelanda (30 de noviembre de 2009)
20. Noruega (27 de septiembre de 2018)
21. Países Bajos (19 de septiembre de 2020)
22. Turquía (29 de octubre de 2020)