Los problemas planteados en el astronáutica son muchos. La primera dificultad es vencer la atracción terrestre, imprimiendo al vehículo una velocidad igual a la que tendría, al llegar a la Tierra, un cuerpo que cayese sobre ella desde el infinito. Esta velocidad de escape, o liberación, es de 11.200 metros por segundo, o lo que equivale a 40.320 Km por hora. Si una nave lanzada al espacio no logra superar los 8.000 m/sg volverá a caer a la Tierra. Si es superior a 8.000 m/sg, pero inferior a la velocidad de escape, este no caerá a la Tierra, pero tampoco logrará escapar a la influencia de ella porque su fuerza centrífuga equilibrará la acción de la gravedad terrestre, quedando en órbita alrededor de la misma (8.000 m/sg es la velocidad mínima requerida para poner en órbita un satélite).
Con mayores velocidades a los 8.000 m/sg, las órbitas se van haciendo elípticas, tanto mas cuanto mayor sea la velocidad, hasta superar los 11.200 m/sg, velocidad a la que el vehículo logrará vencer la atracción terrestre y escapará de la misma. Los aviones que vuelan por la atmósfera maniobran gracias a sus motores y a sus alas, las cuales los sustentan en el aire frente a la fuerza de la gravedad. Una nave espacial no puede valerse de alas para su sustentación por la ausencia de aire en el espacio, por lo que para mantenerse en el mismo necesita entrar en órbita, y para poder maniobrar e impulsarse dependen de sus cohetes.
Los primeros cohetes datan del siglo III a.C. en China, utilizando como combustible sólido a la pólvora. Con una mezcla de carbón, sulfuro y sal se llenaban cañas de bambú y eran tiradas en fuegos ceremoniales durante las festividades. En el año 1045 los chinos ya usaban los cohetes y la pólvora como mecanismos de defensa. El uso de cohetes por parte de los Mongoles en su ataque a Bagdad en 1258 hizo que estos entraran a formar parte del inventario armamentístico de los árabes, los cuales los usaron contra de la Armada Francesa del Rey Louis IX. En 1300, los cohetes empezaron a formar parte de los arsenales europeos, los cuales se desarrollaron rápidamente y fueron utilizados en diversas guerras, como la de los 100 años en Orleans, creciendo el interés por los mismos en los ejércitos y haciendo que la mejoría en sus alcances y estabilidad en vuelo se fueran mejorando considerablemente.
Primer cohete de combustible líquido de Goddard
© NASA (Historical Rocket Gallery)
La astronáutica científica se comenzó a desarrollar casi al unísono en Estados Unidos y en Europa. Robert Goddard en EEUU, en los inicios del siglo XX, ideaba cohetes con combustibles líquidos y experimentó con prototipos creados por él mismo; sus planos ayudarían mas tarde a Wernher von Braun al desarrollo de las V-2. En Europa, Tsiolkovsky, por un lado, demostraba que el uso de combustible sólido era menos eficaz que el combustible líquido y calculaba la velocidad que precisaría un cohete para escapar a la atracción de la Tierra, y por otro, Herman Oberth ideaba la manera de realizar vuelos de ida y vuelta a la Luna y al igual que Goddard y Tsiolkovsky, propuso el uso de propulsantes líquidos.
El papel que iban a desempeñar Tsiolkovsky y Oberth iba a ser crucial en la historia de la astronáutica. Oberth fue el fundador de la Sociedad Astronáutica de Berlín, sociedad en la que ingresó Wernher von Braun, que con su propio equipo mas tarde se convertiría, contratado por el ejército alemán, en el creador de las V-2, el primer misil balístico creado por el hombre, misil que era capaz de alcanzar Londres desde territorio ocupado alemán, en La Haya. Wernher von Braun y casi todo su equipo de técnicos se entregó al ejército norteamericano antes de la conclusión de la Segunda Guerra Mundial, convirtiéndose mas tarde en los precursores del futuro programa espacial estadounidense.
Sputnik 1
© NSSDC Master Catalog Display: Spacecraft
Tsiolkovsky hizo de Sergei Korolev un apasionado de los cohetes, ingresando en el Club de Cohetes de Moscú. Éste, experimentó numerosos diseños y desarrolló misiles de todo tipo ya contratado por el ejército ruso. Korolev y sus técnicos serían los precursores del programa espacial soviético.
En 1950 se creó la Federación Internacional de Astronáutica y en su VI Congreso, EEUU dió a conocer su intención de lanzar un satélite artificial y ponerlo en órbita en conmemoración del Año Geofísico Internacional (1957-1958), pero los rusos, el 4 de octubre de 1957, se adelantaron poniendo en órbita el primer satélite, el Sputnik 1, dando comienzo así a la era espacial. El segundo satélite de la historia tambien fue ruso, el Sputnik 2, el 3 de noviembre del mismo año, portando en su interior además a un ser vivo, la perra Laika, la cual, al no estar prevista la recuperación del satélite, murió orbitando la Tierra.
Los estadounidenses en cambio iban de fracaso en fracaso, explotando en la misma plataforma de lanzamiento o en los comienzos del ascenso los primeros intentos, a cargo del proyecto Vanguard. Hubo que esperar al primer lanzamiento del proyecto Explorer, preparado por el equipo de von Braun, para alcanzar el éxito, así, el 31 de enero de 1958 EEUU lograba poner en órbita su primer satélite artificial, el Explorer 1.
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 yVenera, y los norteamericanos Explorer, Intelsat, Apolo, Voyager y Space Shuttle.
