Si quieres volar por los cielos o ir a Marte, necesitarás una máquina que te lleve allí. Los humanos han soñado con volar durante miles de años, pero se necesitaron herramientas especiales, técnicas y materiales para hacerlo posible. Es aquí donde entra la ingeniería aeroespacial.
Desde que las máquinas nos dieron el poder de volar, hemos logrado cosas sorprendentes. Los astronautas visitaron la luna en menos tiempo del que se tarda en cruzar el Atlántico en barco y mi vuelo directo desde Los Ángeles a Missoula se tarda menos tiempo que conducir a través del condado de Los Ángeles.
Hemos logrado estas cosas gracias a la ingeniería aeroespacial, el campo dedicado a diseñar y construir máquinas que vuelan. Esta disciplina se divide en dos partes principales: la ingeniería aeronáutica y la ingeniería astronaútica.
Ingeniería aeronáutica
La ingeniería aeronáutica se centra en la fabricación de aviones como planeadores, aviones a reacción y helicópteros. Durante el siglo XX, esta disciplina avanzó enormemente gracias a la rivalidad de la Guerra Fría entre Estados Unidos y la Unión Soviética. Esta rivalidad nos llevó a la carrera por llegar a la luna, así como a avances en la propulsión a reacción, el radar, la ciencia de materiales y mucho más.
Ingeniería astronaútica
La ingeniería astronaútica se encarga de construir naves espaciales como sondas, satélites y naves espaciales. En el siglo XX, también experimentó grandes avances impulsados por la carrera espacial y las competencias entre naciones y empresas privadas. El objetivo ahora no solo es regresar a la luna, sino llegar a Marte. La competencia impulsa la innovación, como bien aprendimos de la carrera espacial.
Principios básicos de vuelo
Para volar en la atmósfera, necesitas conocer algunos principios básicos de vuelo. El más crítico es la **sustentación**, y la forma más básica de sustentación es la **flotabilidad**. La flotabilidad se debe a que la atmósfera tiene un gradiente de presión, lo que significa que la presión del aire disminuye un poco a medida que se asciende.
Esta diferencia de presiones crea una pequeña fuerza ascendente que puede empujar un objeto hacia arriba si es lo suficientemente ligero. El principio de la flotabilidad se utiliza en los globos aerostáticos: una gran bola de aire caliente se eleva porque es más ligera que el aire circundante. Para que un globo esté estacionario, los ingenieros buscan un equilibrio en el que la suma de las fuerzas sea igual a cero.
Un sistema de propulsión es fundamental para volar de manera más efectiva en la atmósfera. Un sistema de propulsión generalmente consta de una fuente de energía y un propulsor, que convierte la energía en movimiento hacia adelante. Como ingeniero aeronáutico, utilizarás principalmente tres sistemas de propulsión: un motor de calor con combustible, un motor eléctrico con baterías o un motor eléctrico con celdas solares.
El objetivo de cualquiera de estos sistemas es proporcionar suficiente empuje para vencer la resistencia del avión. Para aviones comerciales que hacen muchos viajes consistentes, es importante mantener la eficiencia del motor alta y el consumo de combustible bajo. Para un avión de combate, donde la velocidad es clave, se necesita más empuje para acelerar rápidamente, lo que puede afectar la eficiencia del motor.
La mayoría de los aviones modernos utilizan motores a reacción, que constan de cinco elementos clave: entrada, compresor, quemador, turbina y tobera. La entrada lleva el aire al motor, que luego pasa al compresor. El compresor aumenta la presión del aire antes de ingresar al quemador.
En esta etapa, el aire de alta presión se combina con el combustible y se quema, generando gases de escape calientes. Estos gases hacen girar una turbina que produce el empuje que impulsa el avión. Por último, la tobera actúa como el propulsor, empujando el avión hacia adelante.
Desafíos del espacio y trajes espaciales
La ingeniería aeroespacial se enfrenta a un conjunto completamente diferente de desafíos cuando se trata de viajar al espacio. El mayor desafío proviene del cuerpo humano y su dificultad para adaptarse al espacio profundo. Nuestro cuerpo no puede adaptarse rápidamente a las condiciones del espacio, por lo que se necesitan naves espaciales que puedan recrear un ambiente similar al de la Tierra.
Los trajes espaciales son esenciales para la supervivencia de los astronautas en el espacio. ¿Por qué los astronautas necesitan un traje especial para respirar en el espacio? Los trajes espaciales no son simplemente prendas de vestir, sino que funcionan como una especie de nave espacial humana. Protegen a los astronautas del calor y del frío extremos, les suministran oxígeno para respirar y pueden almacenar agua potable. También tienen visores dorados que protegen los ojos de la intensa luz solar del espacio.
El exterior resistente del traje brinda protección contra el polvo espacial, que puede ser peligroso cuando se mueve a velocidades superiores a la de una bala. Los trajes espaciales deben ser duraderos pero también permitir que los astronautas se muevan libremente. Además, conservar la energía es importante debido a las limitaciones de alimentos en el espacio.
Diseño de satélites
Antes de colonizar otros planetas, es prudente comenzar con misiones más simples, como el diseño de satélites. Los satélites constan de tres elementos principales: la carga útil, el bus y el lanzador. La carga útil es todo el equipo que lleva a cabo las funciones principales del satélite, como recibir telecomunicaciones o procesar y enviar datos.
El bus se refiere a los sistemas y estructuras que brindan funciones como energía, protección, estabilidad y control orbital, que permiten a la carga útil cumplir su misión prevista. El lanzador es la conexión entre el bus y el cohete que impulsa al satélite hacia la órbita. Todos estos componentes deben estar correctamente diseñados y los cálculos matemáticos deben ser precisos, ya que un simple error puede tener consecuencias devastadoras tanto en términos de vidas humanas como en el costo de todos los equipos.
Con las prácticas de ingeniería adecuadas y un poco de suerte, existe una buena posibilidad de que algún día nos convirtamos en una especie multiplanetaria. La ingeniería aeroespacial nos permite soñar en grande y explorar el vasto universo que nos rodea.
