LA REENTRADA

El primer ser vivo que los humanos enviaron al espacio fue una perra llamada Laika. Estoy seguro de que todos los chorlitos habéis escuchado hablar de ella en alguna ocasión. La de Laika es una historia bastante triste, como la de muchos animales que tienen la desgracia de caer en manos humanas, aunque muy pocas veces esos animales terminan siendo mundialmente famosos.

La idea era que Laika, a bordo del Sputnik 2, orbitara la Tierra durante varios días y finalmente fuera sacrificada al comer comida envenenada. En la práctica sólo sobrevivió unas pocas horas tras llegar al espacio, debido a que falló el sistema de control térmico en órbita. Alrededor del mundo la gente esperaba verla descender en paracaídas desde las alturas, ya que éste era el plan que la Unión Soviética había dado a conocer al público. Pero la realidad era que el Sputnik 2 no estaba preparado para la delicada maniobra de reentrada (así son los rusos), y desde un principio se decidió que lo mejor que podían hacer era practicarle una «eutanasia» (eufemismo para «asesinato»). Cuatro años después, en 1961, Yuri Gagarin, a bordo de la Vostok 1, regresó sano y salvo del espacio tras un vuelo de 1 hora y 48 minutos. Los humanos habían conseguido superar la reentrada atmosférica (porque, como esta vez era un humano el que volvía, sí que había que tomarse la molestia de salvale la vida… así son los humanos).

Lo que piensa la mayoría de los chorlitos es que el calentamiento que sufre una nave durante la reentrada se debe directamente al rozamiento con el aire, en un proceso parecido al que se produce cuando una superficie se desliza en contacto con otra. Pero ésta es una idea equivocada. La reentrada ocurre a velocidades muy altas, en lo que se denomina régimen hipersónico (velocidades mayores de Mach 5). Ya explicamos con anterioridad por qué se producen las ondas de choque y el efecto que tienen sobre el aire. En estas condiciones se forma una onda de choque parecida a la del vuelo supersónico, aunque con efectos mucho más drásticos.

La capa de aire que rodea cualquier cuerpo en movimiento a través de la atmósfera, por efecto de la viscosidad, tiene una velocidad relativa nula con respecto a éste. Podemos imaginarlo por niveles o capas, como si el fluido de alrededor del cuerpo fuera una cebolla. Habrá una capa imediatamente en contacto con el cuerpo que estará inmóvil (desde el punto de vista de un observador que viaje con el cuerpo, claro), y capas sucesivas se deslizarán unas con respecto a otras con una velocidad cada vez mayor, hasta alcanzar toda la velocidad de vuelo lejos del cuerpo (M_∞). La zona donde se produce esta variación de velocidades, desde 0 a M_∞, se conoce como capa límite (ya la hemos nombrado en alguna ocasión). Y si la velocidad es muy, muy alta, el fluido, de alguna manera, debe deshacerse de toda esa energía cinética para llegar a la superficie del cuerpo con velocidad nula.

La onda de choque lo consigue con una transformación de energía: por delante, el fluido viaja a temperatura ambiente y muy rápido. Por detrás, su velocidad se ha reducido a cifras más racionales, pero todo el exceso de energía cinética ha sido invertido en elevar la temperatura del aire. Lejos de la onda de choque toda esta energía se va disipando en la atmósfera hasta que el aire vuelve a estar frío e inmóvil, pero cuanto más cerca nos encontremos de ella, más alta será la temperatura. Tanto, de hecho, que viene a ser del orden de los 10.000 grados Kelvin y el aire deja de comportarse como tal, y pasa a estado de plasma ionizado: sus moléculas se disocian, separándose en átomos y adquiriendo carga eléctrica.

La onda de choque está ligada al cuerpo, de modo que, forzosamente, una gran cantidad de calor se transfiere a su suferficie por conducción térmica, siendo éste el motivo de que se alcancen unas temperaturas tan altas. Inicialmente, la intuición decía a los humanos que el calentamiento era causado por la resistencia aerodinámica, de modo que diseñaban los vehículos de reentrada con forma de cuerpo esbelto, tratando de reducir el rozamiento con el aire. Pero, para su sorpresa, en cuanto llegaban a velocidades hipersónicas, se desintegraban (literalmente). La onda de choque en un cuerpo esbelto se sitúa muy cerca de su superficie, de modo que casi no hay aire que disipe toda esa energía y es el cuerpo el que tiene que hacerlo, y el que en consecuencia se calienta muchísimo.

En 1951 a un tal H. Julian Allen se le ocurrió hacer que el cuerpo fuera romo, aumentando la resistencia aerodinámica. En comparación con los cuerpos esbeltos, esto produce una onda de choque más fuerte (que hace que el aire se caliente más), pero también la aleja del cuerpo, aumentando el volumen de fluido entre la onda y la superficie de éste, lo que hace que gran parte de la disipación de calor se produzca a través del aire y el cuerpo se caliente mucho menos. Este descubrimiento fue tratado como alto secreto militar (cosas de los humanos) hasta el año 1958, en que se publicó este documento: el famoso informe NACA 1381 (A Study of the Motion and Aerodynamic Heating of Ballistic Missiles Entering the Earth’s Atmosphere at High Supersonic Speeds). Claro que, como lo de aumentar la resistencia aerodinámica para bajar la temperatura les parecía una burrada, los humanos que supuestamente sabían del tema necesitaron bastante tiempo y muchos experimentos para terminar de creérselo (la cabezonería también es muy típica de esta especie).

A pesar de todo esto, una nave durante la reentrada sigue calentándose mucho, de modo que son necesarios sistemas de protección térmica. El más efectivo es el de protección por ablación, que recubre el vehículo con una capa de material que al calentarse se funde y se sublima, enfriando la capa límite (escudo térmico desechable). Otro sistema es el del Shuttle, que lleva un recubrimiento de placas de espuma de sílice en las zonas más críticas a modo de aislante (escudo térmico reutilizable). Se ha utilizado y se utiliza en algunos casos el enfriamiento pasivo a base de disipadores de calor (como ciertos metales o materiales compuestos cerámicos), que reconducen y evacúan el exceso de energía a la atmósfera.

Afortunadamente no han vuelto a matar deliberadamente a nadie (de «accidentalmente» no he dicho nada, que conste) para hacer sus experimentos de vuelo espacial. Veremos si no les da por ahí cuando consigan llegar a Marte.

Si lo consiguen, claro.

Ver también: Vuelo supersónico: la barrera imaginaria