Cómo funciona un cohete: el truco de empujarse a sí mismo y la tiranía del peso

Un cohete no empuja contra el aire: se lanza masa hacia atrás

Un cohete es, físicamente, un truco de patinador: para avanzar, lanza algo hacia atrás. No empuja contra el aire —de hecho, en el vacío funciona mejor—: expulsa gas a velocidad supersónica por la tobera y recibe el golpe de retroceso. La matemática que decide quién llega al espacio es un impuesto brutal: cada kilo de carga exige kilos de combustible, y ese combustible pesa y necesita más combustible para moverse: la mayor parte de un cohete es combustible para cargar el combustible. Por eso un cohete es sobre todo un tanque con motor pegado, y por eso el viaje se parte en etapas que se desprenden por el camino. Piensa: ¿qué pasa si intentas subir una escalera cada vez más alta sosteniéndola desde abajo?

Mientras ves el video, ten presente esta pregunta: ¿por qué ir al espacio es, sobre todo, un problema de contabilidad de pesos?

Lo importante

La física del despegue es tercera ley de Newton en estado puro: en la cámara de combustión el propolente arde o se expande a cientos de atmósferas; los gases, sin tener a dónde ir, escapan eyectados hacia abajo por la tobera a velocidades de miles de kilómetros por hora, y el cohete recibe el empuje de retroceso con sus toneladas —un cohete no necesita aire donde empujarse: avanza por el retroceso de su propia masa, igual que una manguera de bombero que se retuerce sola—. Por eso la forma de campana de la tobera: no es decorativa —recoge la expansión de los gases y la convierte en velocidad de eyección, y por eso se ensancha tanto más arriba, donde el vacío deja que el gas se estire libre. Arriba del todo, un cohete es incluso más eficiente: dentro de la atmósfera el aire empuja de vuelta y frena; el vacío es la cabina de lujo para la que fue diseñado.

La contabilidad la cerró Konstantín Tsiolkovsky a inicios del siglo XX: la velocidad final depende de la velocidad a la que se expulsa el gas y del logaritmo de la masa cargada sobre la masa seca —duplicar la meta no duplica el tanque: lo multiplica—, y de ahí la tiranía: el ochenta o noventa por ciento de la masa al despegar es propolente. La única forma de vencer esa curva es soltar peso muerto en camino: la primera etapa, tanques y motores juntos, se apaga alrededor del segundo minuto de vuelo y se desprende; después el carenado se abre para soltar la carga al cielo, y a partir de ahí importa la maniobra que casi nadie explica: para orbitar no se apunta al cenit —se inclina el vuelo hacia el horizonte—, porque la órbita es caer sin atinar: un objeto a unos ochenta kilómetros de altura que viaja a unos veintiocho mil kilómetros por hora de lado ve cómo la superficie curva más rápido que su caída. Y el costo: la vieja economía era construir un vehículo de millones de dólares para encenderlo una vez —el cohete se desecha y el pasajero no: revertir esa matemática es la revolución de la reutilización, aterrizar la primera etapa de pie unos minutos después del despegue, como hace el Falcon, que la convierte en avión una y otra vez y baja el precio del acceso al espacio de decenas de miles de dólares por kilo a unos cientos.