El lanzamiento de SpaceX que sorprendió a California o cómo se forman las estelas de los cohetes

El 23 de diciembre de 2017 la empresa SpaceX lanzó un cohete Falcon 9 v1.2 desde Vandenberg en una misión comercial. El lanzamiento no habría llamado la atención de los medios de no ser por el espectáculo de luces que creó en el horizonte de la costa oeste de EEUU y México. Una estela blanquecina que ascendía por el cielo y se iba ensanchando como por arte de magia. Claramente no era un avión —ni tampoco un pájaro o Supermán—, pero la mayoría de testigos desconocía que estaban ante el lanzamiento de un cohete. ¿Por qué esa forma tan rara?

sas
El “OVNI espermatozoide” de California provocado por el lanzamiento del Falcon 9 v1.2 (Aviation Videos Live).

La visión fue tan espectacular que parece que llegó a provocar algún accidente de tráfico:

Antes de nada, conviene recordar que estas estelas son relativamente comunes y cada cierto tiempo se producen miles de «avistamientos OVNI» por culpa de ellas. Lo que pasa es que los testigos de cada caso suelen ser distintos y estar repartidos por todo el globo… y además corren tiempos donde nadie parece tener memoria a largo plazo más allá del último meme de moda. En realidad, y simplificando, la forma de la estela solo depende de tres factores: condiciones de iluminación, presión atmosférica y, si nos fijamos de cerca, tipo de propergoles empleados.

Otra vista de la estela del Falcon 9 (businessinsider.com).
Otra vista de la estela del Falcon 9 (businessinsider.com).

Los lanzamientos diurnos son más o menos visibles dependiendo de la estela, que a su vez depende de que sustancias queman los motores. Los cohetes de combustible sólido dejan una estela muy satisfactoria visible como una sólida columna de humo a decenas de kilómetros a la redonda. Precisamente este era uno de los encantos de los despegues del desaparecido transbordador espacial. Los cohetes de combustible líquido pueden ser hipergólicos (queman hidrazina y tetróxido de dinitrógeno o alguna variante de los mismos), de kerolox (queroseno y oxígeno líquido) o criogénicos (hidrógeno y oxígeno líquidos). El producto de la combustión de los motores hipergólicos es agua y nitrógeno, dióxido de carbono y agua para los motores de kerolox y solo agua para los motores criogénicos. Sin embargo, un punto que no se suele tocar en los libros de introducción al tema es que los cohetes no usan una proporción estequiométrica de reactivos, sino que queman más combustible u oxidante del que deberían (por lo general los motores suelen quemar siempre mezclas ricas en combustible).

Por ejemplo, la relación de masas entre oxígeno e hidrógeno en un cohete criogénico no es 8 como debería ser de acuerdo con la reacción química ajustada, sino que puede ser entre 4 y 6. O sea, se usa hasta el doble de hidrógeno del que deberíamos (en el caso de los motores de kerolox el queroseno tiene una masa molecular superior, así que la desviación con respecto a la proporción estequimétrica no es tan elevada). Evidentemente esto provoca que el hidrógeno sobrante no se queme y, en teoría, esto debería implicar una menor eficiencia en la combustión al disminuir la temperatura. Pero la eficiencia de un motor depende de la temperatura alcanzada en la cámara de combustión porque así será mayor la velocidad de los gases de escape. Sin embargo, los reactivos por separado —especialmente el hidrógeno— suelen tener una masa molecular inferior a los productos, así que a una misma temperatura la velocidad de salida de la tobera de los reactivos es mayor que la de los productos. Por eso compensa dejar combustible sin quemar, siempre y cuando no nos pasemos. En realidad es un problema bastante complejo, pero lo que nos interesa aquí es que los productos de la combustión no son únicamente los mencionados anteriormente, sino que vamos a tener otras sustancias presentes en la estela.

Los cohetes criogénicos, como el Delta IV Heavy, son los que dejan una estela más tenue. Los gases de escape son agua e hidrógeno. El hidrógeno gaseoso es invisible y el agua forma cristales de hielo. Los cohetes hipergólicos y los de kerolox dejan una estela más llamativa y muy parecida entre sí, aunque la llama en los motores de kerolox es más intensa. Esto se debe a que el queroseno sobrante del escape —recordemos que los motores queman mezclas ricas en combustible— arde por acción del oxígeno atmosférico. Por eso la llama de un motor de kerolox es muy brillante cerca del nivel del mar y se vuelve oscura a cierta altura una vez el cohete ha superado la mayor parte de la atmósfera. Las sustancias oscuras son hidrocarburos resultantes de la combustión parcial del queroseno, o sea, básicamente hollín (por eso las primeras etapas de los Falcon 9 vuelven negras a tierra). La influencia de la densidad atmosférica en la forma y el brillo de la llama de un cohete de kerolox se aprecia muy bien en los siguientes vídeos de lanzamientos de un Soyuz y un Falcon 9:

No obstante, la composición de la estela solo es relevante si la vemos de cerca. A gran distancia todas las estelas se parecen mucho. El siguiente factor que determina la forma de una estela es la presión atmosférica. A nivel del mar el aire constriñe los gases de escape y la estela es fina, turbulenta y alargada, pero en cuanto el cohete deja atrás los primeros kilómetros la estela se va ensanchando de forma muy llamativa (esto explica que las toberas de las etapas superiores sean más grandes y anchas). El ensanchamiento es especialmente llamativo cerca de la Línea de Kármán (la frontera de la atmósfera con el espacio a cien kilómetros de altura). En las capas más bajas de la atmósfera la humedad relativa y los vientos también juegan un papel señalado para dar forma a la estela. En el caso que nos ocupa, un lanzamiento al anochecer o al amanecer será especialmente espectacular porque mientras que para un observador en tierra ya se ha puesto el Sol o aún no ha salido, la estela estará plenamente iluminada por el Sol, produciendo un efecto muy curioso gracias al reflejo de la luz en los cristales de hielo y el combustible congelado.

Lo cierto es que, contrariamente a lo que nos hacen creer las películas de ciencia ficción, las estelas en el vacío son muy anchas y casi invisibles. No son muy cinematográficas, pero al fin y al cabo es normal que nos resulten extrañas habiendo evolucionado en el fondo de un océano de aire. Un claro y bello ejemplo de cómo es una estela en el vacío lo tenemos en la secuencia de despegue de la etapa de ascenso del módulo lunar del Apolo 17 (que usaba propergoles hipergólicos):

Sabiendo todo esto ahora ya podemos analizar el lanzamiento del Falcon 9 del otro día. El despegue tuvo lugar al anochecer y en dirección sur, de ahí que pudiese ser visto por millones de personas del área metropolitana de Los Ángeles. Como era de esperar, la primera etapa produjo una estela estrecha al atravesar las regiones más densas de la atmósfera y solo al final se aprecia un ensanchamiento considerable cuando baja la presión del aire circundante. Los nueve motores Merlin generan una estela turbulenta y poco «limpia» por la interferencia de los flujos de los distintos escapes. Por contra, la segunda etapa, con un solo motor Merlin 1D, produce un escape más nítido que se ensancha rápidamente cuando supera la Línea de Kármán y entra en el vacío del espacio. Es el crecimiento de esta segunda estela lo que más ha llamado la atención del público y es la responsable de la característica forma de «espermatozoide». Pero para animar el cotarro, SpaceX decidió experimentar una vez más con la recuperación de la primera etapa y, además, la cofia del cohete. Las maniobras de la primera etapa y su sistema propulsor dentro de la estela de la segunda etapa crearon en esta ocasión un objeto brillante móvil que se ve detrás del cohete y que aumentó todavía más la extrañeza del fenómeno. En los siguientes vídeos podemos analizar esta estela del Falcon 9:

Como hemos dicho, las estelas de lanzamientos al amanecer o al anochecer son muy espectaculares y en Rusia y Kazajistán son frecuentes los «avistamientos» de cohetes Soyuz lanzados desde Baikonur o Plesetsk, pero cada lanzador tiene una estela característica dependiendo del número de motores y etapas. El Soyuz, con cuatro aceleradores laterales y una etapa central genera una llamativa estela. Los cuatro motores de la etapa central (Bloque A) y la tercera etapa (Bloque I) generan varias estelas con formas diferentes a las de un Falcon 9 o un Atlas V.

Estela del lanzamiento de la Soyuz TMA-15M en diciembre de 2015 vista desde Siberia (Roman Fominykh, Alexey Romanov, Artem Rustamov, Dmitry Dudukin).
Estela del lanzamiento de la Soyuz TMA-15M en diciembre de 2015 vista desde Siberia (Roman Fominykh, Alexey Romanov, Artem Rustamov, Dmitry Dudukin).
Otra vista de la estela del lanzamiento de la Soyuz TMA-15M (Alexey Malitsky).
Otra vista de la estela de la segunda etapa del lanzamiento de la Soyuz TMA-15M. (Alexey Malitsky).

En Florida los lanzamientos del Atlas V —con una primera etapa de kerolox y una segunda etapa Centaur criogénica— también han creado estelas muy parecidas a las del Falcon 9, como fue el caso del lanzamiento del satélite MUOS 4 en 2015:

El 2 de septiembre de 2015 el lanzamiento de un Atlas V 551 con el satélite MUOS 4 desde Florida también generó una estela parecida (@MrPanuccii)
El 2 de septiembre de 2015 el lanzamiento de un Atlas V 551 con el satélite MUOS 4 desde Florida también generó una estela parecida (@MrPanuccii).
Estela causada por un Atlas V durante un lanzamiento en 2015 (ULA).
Estela causada por un Atlas V durante un lanzamiento en 2015 (ULA).

Pero si este despegue te ha llamado la atención, lo cierto es que no es nada comparado con algunos lanzamientos de misiles Tópol y Bulavá —de combustible sólido— dotados de sistemas de maniobra avanzados, que en la última década han sorprendido a miles de habitantes de Escandinavia y Rusia.

asas
Espiral sobre el cielo de Noruega causada por el lanzamiento de un misil balístico Bulavá (RT).

Para terminar, es importante señalar que el comportamiento preciso de las estelas de cohetes no es en absoluto un tema trivial y todavía hay muchas cosas que desconocemos (nadie dijo que la mecánica de fluidos fuese sencilla). Así que ya sabes: si por un casual te encuentras con una escena como la que vieron los habitantes de la costa oeste de EEUU no solo deberías ser capaz de saber que estamos ante el lanzamientos de un cohete, sino además de qué tipo se trata. Hay que estar ojo avizor por si vuelven a atacar las estelas misteriosas.

52 comentarios

Participa Suscríbete

mariø mariø

gran artículo como siempre daniel! impresionantes las imágenes

pd: puse un comentario en la entrada de este lanzamiento, para cualquiera de los colaboradores, se sabe algo del google x prize? porque 2017 se acaba y nada…

Ramón López Ramón López

Por lo que yo sé los Google Lunar X Prize se ha postergado el plazo para conseguir los objetivos hasta el 31 de marzo de 2018 (creo)

Jofaserimon Jofaserimon

Lástima que para ver algo así haya que desplazarse muy lejos, estaría bien que hiciesen una base de lanzamientos en las canarias, seguramente habría mucha gente que haría turismo en cada lanzamiento.

Los lanzamientos nocturnos son mucho más espectaculares que los diurnos.

Manolo Castillo Manolo Castillo

Pues mira por donde hace unos años coincidimos en las provincias de Cádiz y Huelva, fotografiando el mismo fenómeno. Y resultó ser el lanzamiento de un misil desde un barco militar, con algún satelite de esos… espías. Y la triangulación nos daba precisamente por la zona de las Canarias. Por lo tanto, para vosotros es “relativamente” fácil ver algo así. Muchísima suerte si lo intentas 😉 Esto es un montaje de la secuencia. https://flic.kr/p/gspxRr

Ramón López Ramón López

Estoy literalmente flipando con los vídeos que pones en el post, maravilloso y aclaratorio a partes iguales. A propósito, ¿se sabe algo de si los intentos de recuperación de las cofias por parte de SpaceX están teniendo éxito? Felicidades de nuevo por tú incansable trabajo en este blog y en Radio Skylab.

Silfo Silfo

Los fuegos artificiales del futuro.(imagínense el precio).
p.d: Creo que los conspiranoicos tienen material para otros treinta años más.

Emilio Carreira Santos Emilio Carreira Santos

Uno de los videos de Noruega es de un conspiranoico, se titula ovni abre una puerta a las estrellas

Pelau Pelau

Magufo, que no conspiranoico. Hay diferencia. Los magufos sólo ven UFOs hasta en la sopa. En cambio, cualquier conspiranoico sabe que los avistamientos de Portales Warp en los cielos de Escandinavia tienen una explicación muy sencilla: es el Bifröst de Thor.

U-95 U-95

Ya lo tienen con ese informe según el cual el Pentágono se gastó un buen dineral en estudiar OVNIS. No necesitan estelas de este tipo.

Pelau Pelau

¡Por el Santísimo Chemtrail, claro que las necesitan!

Si las nuevas generaciones de conspiranoicos siguieran inspirándose eternamente sólo en antiguallas como el Informe Condon o el Libro Azul… ¡youtube sería un fracaso!

Bueno, todavía quedarían los vídeos de gatos… que oh casualidad son las mascotas preferidas de los reptilianos. ¡Estáis advertidos!

fisivi fisivi

Dice un refrán: Es mejor encender una vela que maldecir la oscuridad.
¡Qué brillantes las explicaciones de Daniel Marín!

Pablo Pablo

No fue siempre así, tenemos una historia espacial bastante interesante, como puede leerse en la obra “Historia de la actividad espacial el la Argentina”, de Pablo de León. Y tal vez algún día tengamos el Tronador 2 o 3, si algún gobierno lo financia…

Carlos Matemático Carlos Matemático

Lamento no poder ser optimista al respecto. En la Universidad Nacional de San Martín, donde desde hace muchos años doy clases, se dictaba la carrera de Ingeniería Espacial. Era la única Universidad de Iberoamérica y del Hemisferio Sur donde se dictaba. La carrera tenía dos orientaciones: Cohetería y Satelital y en su dirección estaban muchos de los responsables de la CONAE (Comisión Nacional de Actividades Espaciales). La orientación cohetería tenía como uno de sus principales objetivos proveer mano de obra calificada al proyecto de Cohetes Tronador. La orientación satelital, básicamente a la construcción de satélites Arsat, cuya fabricación había sido aprobada por ley durante el gobierno anterior. Incluso hubo conversaciones con varios países de América Latina interesados en su adquisición. Cuando en el año 2014 se abrió la inscripción, no podíamos creer el entusiasmo que generó: 120 inscriptos. Pensamos que los futuros estudiantes estarían equivocados, tendrían ilusiones de que irían al espacio por algún convenio con la NASA. Y que al hacer el ingreso, cambiarían de carrera. Grande fue nuestra sorpresa al ver que los alumnos sabían muy bien de qué se trataba. Ya en el año 2015 la cantidad de estudiantes superaba los 220. En 2016, dos nanostélites comerciales argentinos, “Fresco y Batata”, hechos por Satellogic con componenetes argentinos, empezaron a surcar el cielo, a 500km de altura. Su trayectoria y funcionamiento se controlaban desde dos bases terrenas, una ubicada en la localidad bonaerense de Tortuguitas y la otra en Svalbard, Noruega.
Pero asumió un presidente que comparó al satélite Arsat II con un lavarropas. Que nombró como ministro de telecomunicaciones a Oscar Aguad, que desconocía Internet. A modo de ejemplo el año pasado declaró: “Usted se va a sacar una radiografía en La Rioja y se la va a poder analizar un hombre en Boston”. Aguad a su vez nombró a su yerno abogado (¿qué tiene que ver con la tecnología satelital?) Rodrigo de Loredo como presidente de ARSAT. Este año, ARSAT no recibió un centavo (aunque sí tenía presupuesto asignado) y tuvo que arreglárselas con la venta de servicios de ARSAT I y ARSAT II. La construcción del ARSAT III está esperando a Godot. Este año el presupuesto asignado a CONAE disminuyó con respecto al 2016 un 60% y la disminución de lo efectivamente transferido respecto al 2015 es mucho mayor. En la UNSAM se sacó de las carreras ofrecidas a INGENIERÍA ESPACIAL y no se aceptan más inscripciones. Comparativamente el desmantelamiento hace más de 20 años del Condor II y la entrega de sus chips a USA como parte de las “relaciones carnales” con ese país (según declaró el Ministro de Relaciones Exteriores de entonces) y nuevamente en boga, son un poroto. Y no sigo por dos razones. No tengo interés en que aparezca un troll macrista diciendo disparates y con quien no pienso perder el tiempo desmintiendo. Y por otra parte por respeto a lectores no argentinos a quienes no les interesen nuestras desgracias. Sólo les pido que no se mofen de ellas.

Pablo Pablo

Carlos, gracias por tus comentarios, me producen una profunda tristeza.
No me sorprende para nada todo lo que contás, yo tampoco soy optimista, mi comentario estaba dirigido más que nada a rescatar la capacidad técnica que tenemos en Argentina y a expresar la esperanza de que cuando pase esta época de oscurantismo y deseperación podamos de alguna forma retomar la senda que se había emprendido.

amago amago

No soy argentino, pero tu comentario me a parecido de lo mas interesante, a la par que triste. La esperanza es lo ultimo que debemos perder es lo único que se me ocurre que puedo decir.

Carlos Matemático Carlos Matemático

El 23 de diciembre de 1969, el cohete Canopus II viajó con el mono Juan hasta 82km de altura. El mono volvió sano y salvo. Vivió varios años más y estuvo en el zoológico de la ciudad de Córdoba.

Kapitán Kirk Kapitán Kirk

No me convence: los chemtrails EXISTEN… nos están fumigando para controlar nuestra mente y además leer periódicos de derechas (esto si me lo creo) Está comprobado y es innegable. Lo dicen los grandes pensadores, físicos y astrónomos de Youtube.

🙂 La verdad está ahí fuera jojojuju… porque en sus cerebros del tamaño de una avellana es imposible.

Qué buen post Daniel.

Fernando Generale Fernando Generale

Yo vi una estela en espiral como la de la foto la otra noche abre sido testigo de el lanzamiento de un ICBM ???

Enrique Moreno Enrique Moreno

Como explica Daniel en el artículo, no había intención de hacerlo por tratarse de una etapa obsoleta. Lo que sí se hizo fue una re-entrada y amerizaje controlados para toma de datos.

Alex Alex

Para conseguir entrar en orbita necesitas velocidad horizontal (unos 8km/s). Subir recto al espacio es relativamente “facil”, lo dificil es conseguir esa enorme velocidad horizontal. Por eso en cuanto los cohetes pasan las capas mas densas de la atmosfera empiezan a tumbarse.

José Luis José Luis

Por este tipo de posts “inesperados” me encanta este blog. Artículo magnífico, enhorabuena. Por cierto, los videos bestiales, pero ya los del bulava totalmente increibles.

amago amago

Lo de los misiles rusos es muy sorprendente. Hay algún sitio con más información? Se ve que suben girando sobre si mismos, no termino de ver como ayuda esto a la maniobra. Se ve que los rusos se asustaron mucho de los desarrollos ABM de EEUU.

Sergio Costas Sergio Costas

No te lo puedo asegurar al 100%, pero yo apostaría a que giran sobre sí mismos para mantener una trayectoria estable sin necesidad de sistemas de estabilización activos. Al girar aprovechan el efecto giroscópico.

amago amago

Si, sería como una bala que se le hace girar para que se desvíe menos de una trayectoria recta, pero no creo que sea el caso. Un ICBM pretende dar en el blanco a 8.000 o más kilómetros de distancia. Siempre va a necesitar corrección activa de su trayectoria y siempre llevará plataforma inercial en su electrónica.

Se supone que hay tres formas principales de sistemas ABM. Un láser que haga explotar el cohete acelerador, un interceptor cinético o una interferencia EM que destruya la electrónica de guiado o de la cabeza.

La maniobrabilidad de la primera etapa es una contramedida contra el impactador cinético, el apantallamiento es la contramedida contra interferencias EM y la rotación del misil es una contramedida contra láser y otras armas de energía dirigida.

Es pura especulación, pero parece que Estos ICBM se hayan diseñado con sistemas ABM de tipo haz láser en mente en lugar de contra impactadores cinéticos que es finalmente el sistema que ha desarrollado EEUU.

A donde quiero llegar. ¿hay alguna base para pensar que un lanzador que rota sobre si mismo es mas maniobrable que uno que no lo hace?

amago amago

Sin estar muy seguro yo diría que muy parecidas a las estelas de los criogenicos de H y O. Aun siendo la mezcla rica en metano creo que este es transparente y no formará carbonillas.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Gran verdad: “corren tiempos donde nadie parece tener memoria a largo plazo más allá del último meme de moda.” Y peor aún es cuando el que tiene que hacer esa memoria es un periodista.
Un ejemplo graciosísimo de esto, pasó hace años cuando un(a) periodista quiso hablar sobre la calima que aparecía en las Canarias pero sin haber vivido nunca allí. Empezaba (ese hombre o esa mujer) a describir una nube enorme anaranjada que bajaba a ras de suelo hasta nivel del mar, una especie de niebla seca. En lugar de haber preguntado antes a los locales, lo adornaba de forma épica como si acabase de descubrir algo realmente inaudito; algo que nunca hubiera ocurrido en la Tierra.

Julio M Julio M

Gracias Daniel, una explicación con la cantidad exacta de información para que los neófitos como yo aprendásemos algo de vez en cuando.

Luciano Luciano

Al parecer la estela en espiral del misil Bulava no forma parte de su funcionamiento normal. El evento registrado en Noruega, según confirman medios rusos, se debió a una falla en la tercera etapa del artefacto.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *