Ya en 1600 Johannes kepler imaginaba en su Somnium un viaje a nuestro satélite. Pero no sería hasta el siglo XIX cuando el desarrollo científico de la Humanidad permitió vislumbrar por primera vez la tremenda complejidad de una hazaña de este tipo. Sin embargo, al mismo tiempo, los avances tecnológicos de la revolución industrial impulsaron la imaginación de muchos soñadores como Julio Verne y ayudaron a crear la sensación de que tal viaje sería posible con el tiempo.
En 1929 Fritz Lang dirigió la película "Una Mujer en la Luna" (Frau im Mond). Aunque se trataba de un film de fantasía, aparecía un cohete diseñado con la colaboración de Hermann Oberth, uno de los pioneros de la astronáutica. Fue uno de los primeros intentos de diseñar un sistema de propulsión basado en principios científicos capaz de llevar gente a la Luna.
El cohete de Frau im Mond aguarda el lanzamiento (fuente).
Desde que visionarios como Tsiolkovsky planteasen de forma realista la posibilidad de un viaje a la Luna, la forma preferida por los ingenieros para realizar esta tarea era el llamado Ascenso Directo (Direct Ascent). Como su nombre indica, este método consiste en lanzar de una sola vez una nave en órbita terrestre y desde allí dirigirse a la Luna. La nave alunizaría, la tripulación llevaría a cabo su misión y posteriormente volverían a la Tierra. Se trataba de un esquema muy simple, similar que aparece en el famoso cómic de Tintín "Objetivo: la Luna" (1952), donde el mismo cohete puede funcionar a la vez como nave lunar y lanzador. Desgraciadamente, pronto se vio que los cohetes reales estaban limitados en cuanto a capacidad de carga se refiere, ya que los combustibles hipergólicos o criogénicos impedían la puesta en órbita de grandes cargas (el cohete de Tintín usaba propulsión nuclear).
La solución a la dictadura de la ecuación del cohete fue dividirlo en varias fases o etapas, lo que permitía aumentar la masa útil usando combustibles convencionales. Del mismo modo, una nave espacial también se podía separar en varias etapas para aumentar la masa útil total del vehículo. Tomando en consideración estas limitaciones impuestas por la realidad, el esquema de misión lunar favorito durante la primera mitad del siglo XX siguió siendo el ascenso directo. Según este plan, la nave sería puesta en una trayectoria lunar usando una etapa de escape. Luego, el vehículo alunizaría usando una etapa de descenso. Tras las actividades en la superficie de nuestro satélite, la nave despegaría usando una etapa de ascenso. Por último, la etapa de ascenso y el módulo de servicio se desprenderían y la tripulación regresaría directamente a la Tierra reentrando en la atmósfera mediante una cápsula. Al método del ascenso directo se le conoce también como Aterrizaje Directo (Direct Landing) o Lunar Directo (Lunar Direct).
Nave lunar de ascenso directo tal y como se concebía en los años 50 (pintura de Chesley Bonestell).
El primer proyecto para alcanzar la Luna de forma realista data de 1937, cuando la British Interplanetary Society (BIS) publicó una avanzada propuesta de nave lunar que debía despegar mediante el uso de 2490 cohetes de pólvora (!). Entre los creadores del concepto estaban H. E. Ross, R. A. Smith, Happian Edwards y un jovencísimo Arthur C. Clarke. La nave contaba con una tripulación de tres personas y tenía una masa de solamente 1 tonelada. Curiosamente, los autores pensaron que el calentamiento durante la reentrada atmosférica no supondría un problema y diseñaron el vehículo sin escudo térmico, aunque sí consideraron que la temperatura exterior de la nave podría aumentar peligrosamente durante el lanzamiento. Por eso crearon un escudo cerámico que debía proteger el vehículo en los primeros instantes de la misión.
En 1949 la BIS publicó una propuesta mejorada de nave lunar que empleaba los avances en combustibles líquidos introducidos por el misil V-2, que había iniciado una revolución en la cohetería. El aspecto de la nave, con sus patas desplegables, recuerda mucho al futuro módulo lunar Apolo de la NASA.
Nave Lunar de la BIS (1949). Dibujo de R. A. Smith.
En 1952 Wernher von Braun publica en la revista Collier una serie de artículos donde resume sus ideas para alcanzar el espacio. Toda una generación de futuros científicos e ingenieros quedaron marcados por la belleza y precisión de las naves de von Braun, que incluían estaciones espaciales, transbordadores y, por supuesto, naves lunares y marcianas. Las ilustraciones del genial Chesley Bonestell atrajeron la atención de medio mundo. La expedición que proponía von Braun para colonizar la Luna se parecía más a un Einsatzkommando de la II Guerra Mundial que a un pequeño grupo de exploradores. Algo normal si tenemos en cuenta el pasado del bueno de Wernher.
Portada de la revista Collier con la nave lunar de von Braun (dibujo de Chesley Bonestell).
Tras el nacimiento de la era espacial en 1957 quedó claro que los cohetes existentes sólo podían poner en órbita unas pocas toneladas, lo que impedía la construcción de grandes vehículos espaciales. Como resultado se propuso otra técnica, el acoplamiento en órbita terrestre o EOR (Earth Orbit Rendezvous). En este esquema, varios cohetes pondrían en órbita terrestre los distintos componentes de una nave lunar, los cuales se acoplarían en el espacio y la nave proseguiría hasta nuestro satélite usando la técnica tradicional del ascenso directo. Aunque hoy en día el acoplamiento de vehículos en órbita nos parezca algo sencillo y rutinario, a finales de los años 50 se consideraba como una técnica sumamente peligrosa y compleja. Además, el uso de varios cohetes aumentaba el riesgo de fracaso, ya que si uno sólo de los lanzamientos fallaba, toda la misión se iría al traste.
En 1959, von Braun, con el éxito y prestigio del Explorer 1 a sus espaldas, vuelve a la carga con el Proyecto Horizonte. Project Horizon debía usar la técnica EOR para poner en órbita terrestre una nave lunar directa, para lo cual harían falta seis lanzamientos del Saturno C-3 (unas 80 t en total).
La solución a la complejidad del sistema EOR era tomar la ecuación del cohete por los cuernos y diseñar un lanzador gigante que permitiera poner en el espacio de una vez una nave lunar. Para tal fin, la masa útil mínima que debía poner en órbita baja era de unas 100 toneladas, lo cual es una cifra astronómica si tenemos en cuanta que los cohetes más potentes de finales de los 50 sólo podían poner en órbita unas pocas toneladas como mucho.
El mismo año que von Braun presentaba el Proyecto Horizonte, M. W. Rosen y F. C. Schwenk idearon su proyecto de nave lunar directa de 18 t (de las cuales 4 t correspondían a la cápsula de retorno). La nave alcanzaría el espacio de una sola vez usando un cohete gigante que denominaron NOVA.
La nave lunar de Rosen y Schwenk en la superficie lunar (NASA).
La etapa de ascenso despega rumbo a la Tierra (NASA).
Reentrada de la cápsula en la atmósfera (NASA).
El concepto de Rosen y Schwenk gozó de una enorme popularidad, aunque hemos de recordar que en 1959 la Luna quedaba aún muy lejos para la NASA.
Concepto original del cohete NOVA (NASA).
Existía otra solución para minimizar la masa de un vehículo lunar. Previamente se podía lanzar a la Luna otra nave no tripulada que sirviera, bien de hábitat, bien de vehículo de regreso para los astronautas. De esta forma, la nave lunar no debería llevar todo el combustible y/o víveres para un viaje de regreso. Esta opción se conoce como Encuentro en la Superficie Lunar o LSR (Lunar Surface Rendezvous). Naturalmente, si el acoplamiento en órbita baja era algo arriesgado, este esquema lo era aún más, pues si la nave tripulada aterrizaba muy lejos del vehículo de regreso o éste se encontraba en mal estado, la tripulación estaría condenada a una muerte segura. Curiosamente, las propuestas actuales de misiones a Marte pasan casi todas por un esquema similar, aunque más complejo.
Concepto de LSR: una nave con combustible espera a los astronautas en la superficie lunar (NASA).
Referencias:
- Chariots for Apollo: a History of Manned Lunar Spacecraft, NASA.
- A Man on the Moon, Andrew Chaikin.
- The Apollo Spacecraft, a Chronology, NASA.
- NOVA and beyond, H. H. Koelle.
- Project Horizon, Mark Wade (Encyclopedia Astronautica)
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