Sueños y Realidad II: las estaciones espaciales

Por Daniel Marín, el 22 octubre, 2007. Categoría(s): Astronáutica • ISS • Rusia • Sueños y Realidad ✎ 7

Desde que Konstantin Tsiolkovsky puso por escrito los fundamentos de la astronáutica moderna, las estaciones espaciales han formado parte de los sueños de la Humanidad por conquistar el espacio. En principio, una estación espacial parece una idea muy razonable: las naves tripuladas son pesadas y tienen poco volumen interno útil, ya que incorporan escudos térmicos, paracaídas, alas u otras características dictadas por la necesidad de regresar del espacio atravesando la atmósfera de nuestro planeta y tomar tierra. Una estación espacial no necesita ser diseñada para volver a la Tierra, así que su diseño se ve liberado de esas ataduras y se puede incrementar el espacio útil interno, dedicándolo para investigaciones científicas o simplemente para que los astronautas puedan vivir como personas y no como sardinas.

La tripulación de la Soyuz TMA-6 posa en el módulo orbital de la nave rusa, apretados como sardinas en lata: «¡queremos llegar a la ISS!», parecen decir sus rostros.

Una estación espacial es también lógica desde el punto de la mecánica celeste, ya que para abandonar la Tierra es necesario alcanzar la velocidad de escape de 11 km/s, mientras que para orbitarla basta con llegar a los 8 km/s. Por lo tanto, aunque una estación espacial que gire alrededor de la Tierra esté muy lejos de la Luna o Marte, energéticamente hablando tendrá un 73% de la velocidad necesaria para abandonar nuestro planeta, por lo que una nave que parta a otro mundo desde una estación sólo necesitará acelerar hasta alcanzar ese 27% restante. Es por esto que todos los pioneros de la astronáutica, como Korolyov y von Braun, imaginaron estaciones espaciales en las cuales podían montarse grandes naves interplanetarias para alcanzar Marte o la Luna. Según este concepto, las estaciones funcionarían como grandes astilleros espaciales en los cuales serían ensambladas otros vehículos. De esta forma no era necesario lanzar gigantescas naves espaciales, sino que éstas podían ser montadas poco a poco en el espacio por los astronautas. Había un problema que resolver: se desconocían los efectos de la ingravidez prolongada en el ser humano, así que se decidió que lo mejor era generar «gravedad artificial» diseñando la estación como una rueda y haciéndola girar sobre su eje.

La rueda de von Braun, famoso diseño de estación espacial inmortalizado por el genial artista Chesley Bonestell en 1952.

Naturalmente, eran los comienzos de la era espacial y como consecuencia se ignoraron los costes y dificultades técnicas de mandar semejantes estructuras al espacio. En aquella época la imaginación era el límite y nadie esperaba que montar un simple laboratorio en órbita baja fuese algo muy complicado. Sin embargo, lo era. Mandar cualquier cosa al espacio cuesta una fortuna y los entusiastas espaciales pronto tuvieron que aceptar las limitaciones de carga de los «pequeños» cohetes. En 1957 la ficción dejó paso a la realidad cuando la era espacial quedó inaugurada por el Sputnik. Ahora podían cumplirse los sueños de los pioneros. Pero se planteaba un problema: ¿para qué podía servir una estación espacial?. Los científicos e ingenieros se apresuraron a responder a esta pregunta ofreciendo las siguientes propuestas:

  • Observación militar: ¿qué mejor que una estación espacial para espiar al enemigo en plena Guerra Fría?. Como era de esperar, la aplicación militar fue la primera razón que permitió recibir financiación para construir una estación espacial.
  • Investigaciones médicas: cuando Gagarin regresó del espacio en abril de 1961 quedó claro que el hombre podía aguantar varias horas en ingravidez, ¿pero dónde estaba el límite?. Sólo se podría responder a esta cuestión permaneciendo varias semanas o meses en el espacio, que además es el tiempo de duración de cualquier misión a otro planeta. Si queríamos ir a Marte, primero debíamos probar en órbita baja que el ser humano puede aguantar un viaje semejante en gravedad cero.
  • Investigaciones de materiales: tras varios años de vuelos espaciales, muchos ingenieros se dieron cuenta que las condiciones de microgravedad eran ideales para fabricar sustancias puras tales como semiconductores o medicamentos. Estos expertos imaginaban una era donde la conquista del espacio se haría al fin rentable fabricando exóticas sustancias de pureza inigualada.
  • Montar grandes vehículos en el espacio: el sueño original de los visionarios cósmicos fue el que menos atención recibió de los políticos. Éstos no parecían muy interesados en construir naves gigantes para viajar a Marte o colonizar la Luna, especialmente tras haber ganado los americanos la carrera hacia la Luna.

El caso es que pronto se vio que se podía acceder al espacio con simples cápsulas y sin necesidad de mantener estación espacial alguna. Sólo el primer motivo de la lista anterior despertó el interés de los militares, pero tras decidir Kennedy que el objetivo de los EE.UU. debía ser poner un hombre en la Luna, el interés por las estaciones civiles decreció. Los americanos concentraron su esfuerzo en el programa Apolo, para el cual no era necesario montar ninguna estación espacial. La USAF por su parte seguía empeñada en diseñar su pequeña estación espacial militar, el MOL. Los soviéticos reaccionaron diseñando la estación Almaz. El MOL fue cancelado por sus excesivos costes y tras comprobarse que los satélites espías no tripulados podían funcionar mejor (y de forma más económica) que cualquier estación espacial en tareas de reconocimiento.

El MOL de la USAF.

Sin embargo, ambas potencias volverían su atención hacia las estaciones espaciales a principios de los 70 por motivos diferentes. Los soviéticos habían perdido la carrera lunar y necesitaban un objetivo que les permitiese recuperar algo de la gloria perdida, así que se concentraron en construir una estación espacial antes que los americanos. Éstos por su parte sabían que el proyecto Apolo tenía los días contados, así que la NASA prefirió cancelar las últimas tres misiones lunares (Apolo 18, 19 y 20) y lanzar una estación en órbita baja que mantuviese la agencia espacial ocupada hasta que el transbordador espacial fuese una realidad. Para ganar tiempo, los rusos reformaron las estaciones Almaz con elementos de las naves Soyuz y en 1971 lanzaron la primera estación espacial, la Salyut 1, un pequeño laboratorio que puso por delante a la URSS en este área de la carrera espacial.

La Salyut 1.

Lástima que no pudieron disfrutar mucho de su éxito, pues tras pasar en ella 22 días, la tripulación de la Soyuz 11 murió mientras regresaban a la Tierra debido a una despresurización de la cápsula (no llevaban trajes espaciales).

La NASA lanzó poco después su primera y única estación espacial construida sin ayuda internacional, el Skylab. Tres tripulaciones vivirían en su espacioso interior (la última durante 84 días). El gran tamaño de la estación era resultado de aprovechar la enorme capacidad de lanzamiento del gran cohete Saturno V.

El Skylab.

Tras el Skylab, la NASA vio en la estación espacial una oportunidad de justificar el programa del transbordador. Esta estación debería ser modular y más compleja que el Skylab, ya que se debía lanzar a trozos en la pequeña bodega de carga del transbordador, a diferencia del Skylab que pudo ser lanzada de una pieza con el poderoso y desaparecido Saturno V. Sin embargo este programa pronto sobrepasó los costes iniciales y la agencia americana tuvo que olvidarse de su estación espacial. Como consecuencia el transbordador se convirtió en una nave sin un objetivo definido. Los soviéticos por su parte, tras el desastre de la Soyuz 11 y otros varapalos, perseveraron y consiguieron desarrollar a finales de los 70 un robusto programa de estaciones espaciales. Las estaciones militares Almaz, lanzadas finalmente en secreto dentro del programa civil Salyut, habían demostrado que los americanos tenían razón cuando renunciaron al MOL. Desde el punto de vista militar, el valor de estas estaciones era más bien escaso y sus tareas podían llevarse a cabo con satélites no tripulados, mucho más baratos. Pese a todo, la URSS siguió adelante con su programa de estaciones civiles, cuyo máximo exponente fueron las Salyut 6 y 7. Estos laboratorios orbitales disponían de dos puertos de atraque, lo que permitía que dos naves estuviesen acopladas a la vez, haciendo posible el intercambio de tripulaciones o el suministro de carga y víveres a los cosmonautas gracias a las naves automáticas Progress (el Skylab también tenía dos puntos de atraque, pero los americanos nunca pensaron en usarlo con dos naves Apolo). Las Progress permitían que una tripulación permaneciese un tiempo ilimitado en el espacio. Estas estaciones eran de tamaño modesto (unas 2o t), pues los soviéticos no contaban con el poderoso cohete Saturno y tenían que conformarse con el Protón. Sin embargo, ya a principios de los años 80 vieron la posibilidad de crear estaciones más grandes añadiendo módulos. Para la URSS las estaciones espaciales se habían convertido en el núcleo de su programa espacial tripulado y por lo tanto en un motivo de orgullo patrio. Poco importaba que la utilidad real de estas instalaciones fuese muy discutible.

La Salyut 7.

Por otro lado, fue en la década de los 70 cuando se buscaron otras razones para justificar una estación espacial: se propuso seriamente el uso de estaciones como fabricas espaciales para generar medicinas y materiales milagrosos. Otros proyectos más descabellados proponían gigantescas estaciones para montar grandes estaciones de energía solar en órbita.

Proyecto de estación espacial que hacía uso de tecnologías relacionadas con el shuttle.

Gigantesca estación orbital propuesta por Boeing para montar los enormes satélites de energía solar (SPS).

En los años 80, la administración Reagan decidió hacer frente a la ventaja soviética en este terreno y propuso la estación Freedom. Se trataba de una estación de tipo modular que sería ensamblada por el transbordador, dándole a este programa un objetivo claro. Pero el accidente del Challenger retrasó el proyecto hasta casi ser cancelado. Sus críticos afirmaban que no había ninguna razón que justificase el coste astronómico de una estación de estas características, pero al final el proyecto siguió adelante. A la vez que sus costes se disparaban, el tamaño de la futura estación se reducía.

Configuración inicial de la Freedom.

Una de las configuraciones más populares de la Freedom. Nótese su total similitud con la ISS actual.

Por su parte los rusos habían logrado consolidar su dominio con la estación Mir, sucesora de las Salyut. Se trataba de la primera estación modular y estuvo habitada de forma casi permanente a lo largo de sus 15 años en órbita. Paradójicamente, en la cumbre de su éxito, el programa espacial ruso sufrió el colapso de la URSS. Como consecuencia, todo el programa entró en una crisis muy grave que amenazó en varias ocasiones su propia existencia.

La «libélula» Mir.

Con la estación Freedom (denominada entonces solamente como Estación Espacial) a punto de ser cancelada, la NASA vio una oportunidad en las dificultades económicas de sus antiguos rivales y propuso la construcción de la ISS. Para los rusos se trataba de una oportunidad de oro, al poder recibir una inyección económica que mantuviese su programa espacial en funcionamiento. Para los americanos esta colaboración suponía evitar la cancelación de su estación, además de poder contar con las naves Soyuz como vehículos de emergencia y las Progress como alternativa a la lanzadera para llevar carga y combustible al espacio. El diseño de la ISS combinaba la robustez y autonomía de los módulos rusos con el gran tamaño y flexibilidad de los módulos americanos lanzados por el transbordador (creados para la Freedom original). De hecho, tras la catástrofe del Columbia en 2003 y la consiguiente suspensión de los vuelos del transbordador, fue la contribución rusa la que mantuvo a la ISS en órbita y habitada permanentemente.

Y así llegamos a la situación actual. La ISS deberá ser completada en 2010, año en el que se retirará la lanzadera. ¿Cuál es el futuro de las estaciones espaciales?. En teoría, los EE.UU. van a concentrar sus esfuerzos en volver a la Luna, para lo cual no necesitan estaciones. El futuro de la ISS está en el aire (mejor dicho, en el espacio), pero podemos extraer unas valiosas lecciones de su construcción. La ISS es el proyecto espacial más caro (unos cien mil millones de dólares) y complejo después de las misiones Apolo, ¿ha valido la pena?. Veamos los puntos que esgrimen sus defensores:

  • Fabricación de materiales y medicinas: desgraciadamente no se han hecho realidad los sueños de los años 70. Aunque se han obtenido resultados muy interesantes, ninguno justifica por sí solo el tremendo coste de la ISS. De hecho, el Módulo Centrifugador destinado en exclusiva a las investigaciones de materiales en microgravedad fue cancelado en 2005 debido a sus sobrecostes. Por eso, la investigación de este tipo se limita a experimentos relativamente simples que podrían realizarse de forma mucho más barata con satélites no tripulados (Foton). Tampoco se ha descubierto ningún «Santo Grial», ninguna medicina milagrosa o material mágico que sólo se pueda fabricar en el espacio y justificar estos gastos.
  • Colaboración internacional: sin duda la ISS es un gran proyecto de colaboración internacional, pero no creo que esto deba ser una razón para construir una estación espacial. Un proyecto espacial debe ser un objetivo en sí mismo, no un medio para conseguir otro diferente. De hecho, son muchos los expertos en Rusia y en los EE.UU. que piensan que la colaboración internacional en la ISS ha supuesto un gran cúmulo de complicaciones burocráticas innecesarias.
  • Investigaciones médicas: quizás este sea el mayor legado de la ISS. Sin embargo, pese a que multitud de astronautas han pasado por la estación, ninguno ha superado hasta la fecha el récord de permanencia en el espacio, en posesión de Valeri Polyakov, quien permaneció en la Mir 14 meses. Si queremos ir a Marte, hace falta más experiencia con misiones de larga duración.
  • Preparación para vuelos interplanetarios: contrariamente a lo que mucha gente piensa, poco ha contribuido la ISS a desarrollar la tecnología necesaria para ir a Marte. Los dispositivos de soporte vital autónomos son la mayoría de fabricación rusa y muy similares (o idénticos) a los que había en la Mir, como es el caso de los aparatos Elektron para generar oxígeno a partir del agua de desecho, o los Vozdukh para eliminar el CO2 en el interior de la estación. En definitiva, la ISS es una estación muy dependiente de la madre Tierra y con una autonomía muy limitada.
  • Tamaño enorme: lejos de ser una ventaja, el gran tamaño de la estación y el innumerable número de piezas que la forman hacen de ella una pesadilla logística, por no hablar de la complejidad del proceso de construcción. Está claro que una estación que necesita 13 años para ensamblarse no es un proyecto especialmente útil. ¿No se podían haber conseguido los mismos resultados científicos con una estación más compacta y pequeña como la Mir?. Probablemente sí.
  • Diseño flexible: más que tener un diseño sobresaliente, la ISS se ha consolidado como un proyecto con unas carencias fundamentales. Los americanos esperaban que la autonomía de los módulos rusos compensase las debilidades de su sector, y de hecho así ha sido, pero a costa de mostrar a todo el mundo que la ISS depende por completo de la contribución rusa. Sin las naves Soyuz y las Progress, la ISS debería haber sido abandonada hace años. La NASA ha intentado desesperadamente eliminar esta dependencia: por un lado ideó los fracasados programas CRV y X-38 para desarrollar un vehículo de emergencia y no depender de las Soyuz. Estos programas fueron cancelados, no sin antes gastarse unos cuantos cientos de millones de dólares. Por otro lado, la agencia americana consiguió que la ESA desarrollase el ATV para eliminar la dependencia de las Progress. Sin embargo, estos intentos no ocultan que la parte más costosa y compleja de la estación (la americana) es también la más débil y es tan dependiente de la parte rusa como los pequeños módulos de Europa y Japón son dependientes del sector de EE.UU.

Lamentablemente, casi todos los motivos esgrimidos originalmente para justificar el lanzamiento de estaciones espaciales se han revelado falsos o, simplemente, incapaces de justificar el coste de tamaña empresa. Con la experiencia acumulada podemos concluir que una estación espacial NO es necesaria para ir a la Luna o a Marte, pese a que muchos von Braun modernos sigan repitiendo el esquema de exploración espacial de los años 50. Por otro lado, una estación orbital puede ser la alternativa para países con programas espaciales (¿China?, ¿India?) desprovistos de la capacidad para viajar fuera de nuestro planeta. Una estación espacial más compacta y pequeña que la ISS podría ser útil para muchas naciones. Tampoco podemos descartar lanzar una gran estación tipo Skylab usando cohetes gigantes (Ares V), lo que requeriría pocos lanzamientos para su construcción (quizás sólo uno) y eliminaría la complejidad innecesaria del diseño de la ISS. Por último, no podemos desdeñar la posibilidad de utilizar mini-estaciones con tecnología rusa de cara al turismo espacial.

A largo plazo, si al final conseguimos colonizar el Sistema Solar, las colonias espaciales podrían ser una realidad y aprovecharían la ventaja energética de la que hablábamos en un principio, convirtiéndose en puertos que regulen el tráfico interplanetario. Aunque deseo que ese futuro se haga realidad, primero debemos garantizar un acceso al espacio barato y rentable.

Pocos entusiastas de la exploración espacial tripulada se atreven a criticar a la ISS u otros proyectos semejantes, temerosos de que al final se termine con la presencia humana en el espacio, tal y como proponen los adversarios de los proyectos espaciales o los partidarios de la exploración del Sistema Solar con robots. Sin embargo, aquellos que creemos en una presencia firme de la Humanidad en el cosmos hemos de ser sinceros y críticos. Flaco favor haríamos al futuro de la exploración del espacio si seguimos divulgando mitos que se han revelado falsos. Desde 1972 los astronautas se han limitado a dar vueltas a la Tierra. Es hora de que vayamos a algún sitio.

La ISS en 2007. ¿Un gran proyecto que nos ha mantenido lejos de la Luna y Marte?.



7 Comentarios

  1. Hola Daniel,

    Soy apasionado de la astronáutica y a menudo entro en tu blog. Leo a Manel Montes y a Javier Casado (a los dos les conozco personalemnte). Pero a veces «les hago el salto con tu blog», que cada dia me gusta más
    Te animo a seguir. Enhorabuena por el artículo de las estaciones
    Gracias por el esfuerzo, seguro que hay gente, que aunque no digamos nada, sacamos mucho provecho de las horas que os pasáis escribiendo.

    Un saludo

    Albert Pla
    Planetario del Museu Marítim de Barcelona

  2. Hola Albert,

    Muchas gracias por tu comentario. Sin duda me anima a seguir escribiendo mis reflexiones, aunque desgraciadamente no tengo todo el tiempo que quisiera para desarrollarlas más. Es todo un honor que me compares con dos grandes de la divulgación de la astronáutica en España, como son M. Montes y Javier Casado, sobre todo porque mi blog no pretende ser nada más que eso, un blog personal.

    Todavía me acuerdo de cuando en la era pre-internet leía la sección dedicada a la astronáutica de M. Montes en Tribuna de Astronomía, lo único sobre el tema que existía en toda España.

    Un saludo

  3. Enhorabuena por tu blog. Llevo leyéndolo unas cuantas semanas aunque esta es la primera vez que comento una entrada. Muy buenos artículos y muy interesantes.

  4. Hola Daniel. Pues quería decirte que el blog me ha encantado y las reflexiones las veo muy oportunas. Es una pena que la ISS no tenga más utilidad y que los proyectos de la ISS sean cancelados tan rapidamente. Otra posibilidad que tendrian en un futuro las estaciones espaciales sería la de servir como contrapeso o punto de anclaje para la construcción de un futuro ascensor espacial que abarataría mucho los costes de llevar y transportar carga muy útil al espacio. Pero bueno, todo esto son quimeras de un aficcionado a la astronomia y la tecnología.
    Saludos!!

  5. Leyendo este post desde 2013 es curioso comprobar como es de impredecible el futuro. La situación actual es más o menos como se describe en el post excepto que ya no se va a la Luna. En cambio no se atisbaba ni siquiera que China tuviera acceso al espacio.

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Por Daniel Marín, publicado el 22 octubre, 2007
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