Esta es una de las preguntas más frecuentes que se hacen todos los aficionados de la exploración espacial. Lamentablemente, no tiene una respuesta simple. Clasificar los cohetes más grandes jamás construidos no es una tarea sencilla y depende de muchos parámetros. No es lo mismo elegir el lanzador más «potente» que aquél con mayor capacidad de carga o de mayores dimensiones. Así que vamos a zanjar esta cuestión de una vez por todas y otorgar un premio a los cohetes más impresionantes según sus distintas categorías.

Para ello, es conveniente mirar primero la siguiente tabla de referencia con los mayores lanzadores espaciales creados por el hombre:

Se han incluido solamente aquellos cohetes que están actualmente en servicio o lo estarán muy pronto (CZ-5), con la salvedad de los «tres gigantes» (Saturno V, N1 y Energía) ya que son los lanzadores más impresionantes jamás creados y sin ellos esta discusión no tendría mucha gracia. No vamos a analizar los grandes lanzadores que ya no están en servicio, como por ejemplo el Titan IV (con 17,7 toneladas de capacidad) ni proyectos que no pasaron de la fase de diseño (UR-700, Ares I, Ares V, Nova, Vulkan, Energía-2, RLA, etc.). Bien, sin más preámbulos, pasemos a la entrega de premios.

El cohete más potente

Si nos referimos como «potencia» al empuje generado durante el lanzamiento, estamos ante un parámetro que a priori parece adecuado para juzgar las prestaciones de un lanzador. Desgraciadamente no es así. Por supuesto, los grandes cohetes requieren mayores empujes al despegue para minimizar las pérdidas gravitatorias (si no, el vehículo no se levantaría del suelo), pero ésta no es una relación lineal.

Los motores cohete se clasifican según varias características, siendo las más importantes el empuje y el impulso específico (Isp). El Isp nos indica la eficiencia del motor, por lo que un cohete con motores de bajo Isp podrá poner en órbita menos cantidad de carga útil que otro similar equipado con motores más eficientes, aunque sean menos potentes. El Isp depende principalmente del combustible empleado. Así, los motores criogénicos (oxígeno e hidrógeno líquidos) tienen un Isp mayor que aquellos de kerolox (queroseno y oxígeno líquido), los cuales superan a su vez a los motores hipergólicos (hidracina y tetróxido de nitrógeno). Por debajo de todos ellos se encuentran los motores de combustible sólido, con un Isp muy bajo. Muchos lanzadores con gran empuje al lanzamiento emplean motores de combustible sólido (transbordador espacial o Ariane 5), lo que obliga al uso de motores criogénicos en el resto de las etapas para compensar el Isp final. Si nos fijamos en los lanzadores no tripulados actualmente en servicio, vemos que el Delta IV Heavy es el que tiene el menor empuje al lanzamiento, pero sin embargo es el que posee mayor capacidad de carga. Esto es debido a que todas las etapas del Delta IV Heavy son criogénicas, es decir, poseen un alto Isp.

Otro patrón que salta a la vista viendo la tabla es que los grandes cohetes soviéticos N1 y Energía tenían empujes altísimos. La explicación precisa la dejamos para la última categoría de los premios, pero basta decir que este elevado empuje era necesario para compensar la posición geográfica poco favorable del cosmódromo de Baikonur.

Por lo tanto, no, el empuje no es una característica definitoria muy importante, pero no por ello vamos a dejar de otorgar el premio. Hay que tener en cuenta eso sí, que el empuje al lanzamiento -como el resto de parámetros- varía significativamente según las fuentes consultadas. Además de posibles errores, esta divergencia se debe a que muchos autores usan el empuje de los motores de la primera etapa en el vacío, que siempre es superior al empuje al nivel del mar. Otra fuente de divergencia es el uso del empuje recogido en las especificaciones del sistema en vez del empuje real medido durante lanzamiento. Mientras que las especificaciones aparecen en los manuales de cada vehículo, el empuje medido es un dato que no siempre se hace público. También debemos considerar que, salvo los cohetes más comerciales (Delta, Atlas, Protón, Soyuz, etc.), el número de lanzamientos de cohetes gigantes ha sido muy pequeño y los valores de empuje medio son estimaciones con bastante dispersión. Por ejemplo, todos los lanzamientos del Saturno V presentaron distintos empujes al lanzamiento, especialmente a partir del Apolo 15, cuando se aumentó el empuje de la primera etapa de 33800 kN a 34800 kN.

En cualquier caso, el premio al cohete más potente va para el N1 (11A52). Con más de 44000 kN (casi 4500 toneladas) generados por sus treinta motores NK-15 (11D51) al despegue es con diferencia el lanzador más potente jamás lanzado. Desgraciadamente, sus cuatro misiones terminaron en fracaso, poniendo fin al programa lunar tripulado soviético N1-L3. El segundo puesto es para el Energía, con más de 35000 kN de empuje.

El cohete más grande

En astronáutica el tamaño importa. Las dimensiones de un lanzador resultan fáciles de medir. Por lo tanto, podemos decir con seguridad que éste es un buen criterio para elegir el cohete definitivo, ¿no? Pues, desgraciadamente, la respuesta es negativa. El tamaño final de un lanzador depende de la arquitectura elegida para su construcción. Por ejemplo, el cohete Energía tenía una altura de 60 metros, pero sin embargo su capacidad de carga era mayor que la del N1, con más de 105 metros de longitud. La causa de esta aparente paradoja la encontramos en el diseño de cada cohete. El Energía transportaba la carga útil de forma lateral, al igual que el transbordador espacial, y no en la parte superior como el resto de cohetes tradicionales. Además empleaba un diseño multibloque, con los cuatro aceleradores de la primera etapa rodeando la etapa central (como el Soyuz), por lo que el tamaño final era más compacto.

También debemos tener en cuenta que la longitud no es el único criterio definitivo, ya que al fin y al cabo el ancho también es una medida del tamaño. Tanto el transbordador espacial como el Energía-Burán son los sistemas de lanzamiento con una mayor anchura, pero esto es debido a las alas de los orbitadores. Puesto que las alas no juegan ningún papel importante durante el despegue, quizás no deberíamos tener en cuenta su envergadura para otorgar el premio.

Así pues, el cohete más alto jamás construido es el Saturno V de las misiones Apolo (el Saturno V del Skylab era más pequeño), con 110,6 metros de longitud, seguido de cerca por los 105 metros del N1 soviético. El cohete más ancho sería el Energía, con cerca de 20 metros de diámetro en su primera etapa.

El cohete más pesado

Bueno, podríamos pensar, este parámetro sí que es objetivo. No depende del diseño de las etapas ni de otras variables, así que debe ser la característica ideal para juzgar a los grandes cohetes. Lo malo es que el «cohete más pesado» no es un título del que uno tenga que estar necesariamente orgulloso. Me explico: el Energía pesaba al lanzamiento casi 500 toneladas menos que el N1, pero curiosamente podía poner 10-15 toneladas más de carga útil en la misma órbita. Y eso que ambos cohetes despegaban desde el mismo lugar, Baikonur. El Energía empleaba combustibles criogénicos en su etapa central, mientras que el N1 era un cohete íntegramente de kerolox (menor Isp), por lo que su carga útil era menor. El N1 fue construido además con la tecnología de los años 60, por lo que su estructura era significativamente más pesada que la del Energía. Por último, recordemos que la masa al lanzamiento de cada vehículo es ligeramente distinta.

No obstante, procedamos a la entrega de premios en esta categoría: el vehículo espacial más pesado que ha despegado desde nuestro planeta es el Saturno V, con 3040 toneladas al lanzamiento. En las últimas misiones rebajó su masa por debajo de las 3000 toneladas, pero sigue ostentando el récord de cohete más gordo. El segundo premio es para el N1, con más de 2800 toneladas.

El cohete con mayor capacidad de carga

Por fin. Esta sí que es la característica definitiva a la hora de juzgar un lanzador. Poco nos importa su tamaño o su masa, porque lo que realmente nos interesa es la cantidad de carga útil que puede poner en órbita. Tristemente, aunque es el parámetro más importante, también es el más complicado de calcular. Primero, debemos recordar que la capacidad de carga depende del lugar del lanzamiento. Para poner en órbita la mayor cantidad de masa posible debemos aprovechar al máximo la velocidad de rotación de nuestro planeta, por lo que cuanto más cerca del ecuador lancemos un cohete, más grande será su capacidad. Pero por motivos políticos, estratégicos y geográficos, es muy difícil lanzar un cohete justamente desde el ecuador. Actualmente, sólo los cohetes Zenit-3SL de la empresa Sea Launch despegan desde el ecuador usando una plataforma situada en medio del Océano Pacífico. También hay que tener en cuenta que la mayoría de lanzadores comerciales (Protón, Delta IV, Atlas V, etc.) no están optimizados para lanzamientos en órbita baja (LEO), sino para situar satélites en órbita geoestacionaria, que es donde está el verdadero negocio.

En esta competición, la URSS y Rusia tienen una clara desventaja frente a los Estados Unidos. Mientras que el Centro Espacial Kennedy está situado a 28º de latitud, Baikonur se encuentra a 45º. Puesto que no se puede lanzar un satélite en una órbita con una inclinación menor que la latitud del cosmódromo (sin costosas maniobras de cambio de plano orbital), la URSS se vio obligada a diseñar cohetes más potentes que sus homólogos norteamericanos para lanzar la misma carga útil. Por ejemplo, el Soyuz-2.1b es capaz de lanzar 2,4 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) de 51º, pero esa capacidad subirá hasta las 3 toneladas cuando sea lanzado desde Kourou, Guayana Francesa (situado a una latitud de 5º).

Por si esto fuera poco, las especificaciones de carga son enormemente sensibles a la altura de la órbita. Por ejemplo, el Saturno V podía poner un máximo de 118 toneladas en una órbita de 185 km de altura y 28º de inclinación, demasiado baja para cualquier aplicación práctica que no fuese una misión lunar. Si medimos la capacidad del Saturno V para situar carga útil a 300-400 km de altura, la altura típica de la ISS, su capacidad se reduce a unas 110 toneladas, lo que lo acerca mucho a las prestaciones del Energía soviético. También es cierto que la masa en órbita de la tercera etapa del Saturno V (S-IVB) más la carga útil del Apolo (CSM y LM) antes de la inyección translunar (TLI) era de 130-140 toneladas, pero el Apolo sólo permanecía una órbita y media en la órbita de aparcamiento. La altura de esta órbita era muy baja (150-190 km), es decir, no se puede tener en cuenta esta cifra como medida real de la capacidad del Saturno V porque no estamos ante una órbita estable (el vehículo reentraría a las pocas horas o días por el rozamiento atmosférico).

La capacidad del transbordador espacial (shuttle) merece un capítulo aparte. El sistema STS (Space Transportation System) está diseñado para transportar la carga útil en la bodega del orbitador (el «avión espacial»). En principio fue construido para poner hasta 30 toneladas en órbita baja, de acuerdo con los requerimientos del Pentágono, pero después del accidente del Challenger se limitó esta cantidad a 24,4 toneladas por motivos de seguridad (con una carga mayor, el shuttle sería incapaz de aterrizar en caso de emergencia durante el lanzamiento). No obstante, el límite operativo para misiones a la ISS (órbita de 51º) está más bien cerca de las 20 toneladas. La misión que tiene el récord de carga útil hasta el momento es la STS-93 Columbia, con 19736 kg.

El problema es que, con el fin de ser justos, deberíamos medir la capacidad del sistema para poner en órbita cualquier carga útil. Al fin y al cabo, el orbitador se pone en órbita a sí mismo. Si tenemos esto en cuenta, la capacidad del sistema STS es superior a la del Saturno V. La masa de un orbitador varía entre 85 y 114 toneladas (depende de la cantidad de combustible para los sistemas OMS y el RCS, equipos internos, víveres, etc.), a lo que debemos añadir la carga de la bodega (la masa inerte de un orbitador, sin combustibles ni víveres, es de unas 78 toneladas). Eso sí, no es posible realizar una suma directa, ya que un orbitador con 114 toneladas no puede transportar el máximo de carga en la bodega. En todo caso, la masa total puesta en órbita en una misión del transbordador, formada por el orbitador más la carga útil, es de unas 120 toneladas. Por supuesto, esto no significa que una versión de carga basada en la lanzadera (SD-HLV, Direct, Shuttle-C, etc.) pudiese superar al Saturno V sin importantes ajustes, ya que habría que tener en cuenta la masa del contenedor y demás estructuras. No obstante, se podrían alcanzar cargas de 71-90 toneladas en órbita baja con relativa sencillez.

Algo parecido ocurría con el sistema Energía-Burán. La masa máxima del orbitador era de 105 toneladas (el Burán era unas 13 toneladas más ligero que el shuttle al no llevar los motores SSME), pero podía transportar hasta 30 toneladas en la bodega de carga dependiendo de la órbita y la configuración. Por otro lado, y a diferencia del transbordador, el Energía podía despegar  independientemente del orbitador como un cohete más. Es por esto que se estima la capacidad máxima del cohete Energía en unas 110 toneladas, aunque los ingenieros soviéticos estaban seguros de poder alcanzar las 140 toneladas con ligeras modificaciones en el diseño.

Después de tener todo esto en cuenta, el ganador de esta categoría es el Saturno V, capaz de poner 118 toneladas en órbita baja. De hecho, el límite teórico de este lanzador se situaba en unas 130 toneladas, siempre y cuando se llevasen a cabo algunos cambios en el diseño. Pero, si queremos hacer honor a la verdad, el mítico lanzador de las Apolo debería compartir el premio con el Energía. Al fin y al cabo, la joya de la corona del programa espacial soviético hubiese sido capaz de aventajar fácilmente al Saturno V en capacidad de carga de haber podido despegar desde Cabo Cañaveral.

Más premios

Antes de que nadie impugne esta entrega de galardones con la excusa de que estos lanzadores ya no están en servicio, vamos a proponer unas cuantas categorías más:

Sistema de lanzamiento más grande, pesado y con mayo empuje en servicio actualmente: el transbordador espacial.

Lanzador no tripulado actual con mayor capacidad de carga útil en órbita baja: Delta IV Heavy, aunque el Ariane 5 y el Protón-M tienen prácticamente la misma capacidad (unas 21 t).

Lanzador con mayor capacidad de carga en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO): aquí sí que gana por goleada el Delta IV Heavy, con 13 toneladas. Le siguen el Ariane 5 ECA (con 10,5 t), Atlas V 500 (8,7 t), Protón-M/Briz-M (6,36 t) y el Zenit-3SL (6,16 t). En este caso, la diferencia es mayor porque los lanzamientos a la GTO dependen fuertemente de la proximidad al ecuador del centro de lanzamiento.

Lanzador no tripulado actual con mayor masa y empuje al despegue: Ariane 5, cortesía de sus dos aceleradores de combustible sólido EAP.

Tras la retirada del transbordador el año que viene, los cohetes Protón-M, Atlas V, Delta IV y Ariane 5 serán los sistemas de lanzamiento más potentes del mundo, todos ellos prácticamente con la misma capacidad de carga en LEO. En los próximos años, China introducirá el CZ-5, capaz de lanzar 25 toneladas. Rusia, por su parte, está desarrollando las familias Rus-M y Angará. El Angará A5 podrá poner en órbita hasta 24,5 toneladas, mientras que el Rus-MP, encargado de lanzar la PPTS, alcanzará las 23,8 toneladas. Ambas familias podrían dar lugar a versiones con capacidades por encima de las 30 toneladas.

Los Estados Unidos, por su parte, se encuentran en un momento crítico. La administración Obama ha cancelado el Programa Constellation y con él, los lanzadores Ares I y Ares V. Las presiones para que la NASA no abandone las instalaciones construidas para el Apolo y el transbordador son enormes, pero para ello habría que construir un SD-HLV, algo que aún no ha sido aprobado. De seguir adelante, el SD-HLV sería el lanzador más potente de la próxima década. Esperemos que no se quede en papel mojado.

Referencias:

• NASA. 
• www.buran.ru
• RKK Energia.
• Atlas launch system mission planner’s guide, ULA (2007).
• Delta IV payload planner’s guide, ULA (2007).
• Ariane 5 user’s manual, Arianespace (2008).
• Proton launch system mission planner’s guide, ILS (2004).
• H-IIB user’s manual, JAXA (2008).