Astronáutica Amateur - El modelismo espacial

LA INICIACIÓN AL MODELISMO ESPACIAL.

Este artículo fue publicado en la revista “Tribuna de Astronomía” Nº 42, diciembre de 2002.

El modelismo espacial, también llamado astromodelismo, consiste en diseñar, construir, lanzar y recuperar con los mínimos daños posibles, un cohete, ya sea éste de concepción propia, o bien un modelo a escala de un cohete real.

Naturalmente, se puede construir un cohete tan pequeño que pueda caber en la palma de la mano, o tan grande que requiera un equipo organizado de personas para su lanzamiento y un remolque para transportarlo. Por ello, existe una clasificación, distinguiendo inicialmente entre los pequeños modelos deportivos pensados para la competición, y los experimentales cuyo objetivo es la investigación y el envío de algún tipo de carga útil. En realidad, se considera modelismo espacial a los cohetes construidos con materiales ligeros y que no superen el kilogramo y medio de peso; los cohetes metálicos o que superen dicho peso, pertenecen a otro apartado, el experimental de alta potencia.

No obstante, un cohete fabricado de cartón, madera de balsa o plástico puede albergar tal complejidad que requiera el dominio en diversos campos como la electrónica, fotografía, física, matemáticas, aerodinámica, informática o meteorología, llegándose a la necesidad de un equipo de personas multidisciplinar, cuyo trabajo comienza mucho antes del lanzamiento, en una mesa de dibujo técnico en la que se diseña el modelo y se determina su escala o tamaño adecuado, se efectúan los cálculos teóricos necesarios, se confirma su viabilidad respecto al parámetro de la estabilidad, y se llevan a cabo los chequeos de los dispositivos a embarcar.

El modelismo espacial es un hobby muy difundido no sólo en los EE.UU., también en los países del este y en la Europa occidental sobre todo en Francia y en Italia; en España está experimentando un auge muy destacable y admirable en los países antedichos. Precisamente, en España estaba prohibido en 1959, si bien en 1968 una orden ministerial permitía a los interesados lanzar sus cohetes en la base onubense de El Arenosillo, -con la supervisión del INTA-, y no sería hasta el año 1971 y gracias a los esfuerzos de los entusiastas, cuando se consiguió levantar tal prohibición.

A comienzos de la década de los setenta, fue destacable el trabajo desarrollado por miembros de la Agrupación Astronómica Aster, de Barcelona. En pleno apogeo del programa Apolo, lanzaron una serie de ingenios que culminaron con el envío de un pequeño tripulante, un ratoncito, el cual se recuperaría sano y salvo a pesar de soportar las fuertes aceleraciones y las condiciones del retorno. Anecdóticamente, veinte años más tarde, en la Sociedad Astronómica Asturiana Omega efectuaríamos experiencias similares, si bien, el ratoncito sería sustituido por una cámara fotográfica preparada para entrar en funcionamiento de forma automática al alcanzar la máxima altura.

Un modelo de cohete está constituido por el fuselaje o cuerpo tubular que alberga en su interior al propulsor y sus soportes, el paracaídas debidamente plegado y algún material no combustible para proteger éste de los gases calientes. Habitualmente, el propio propulsor está preparado para eyectar el paracaídas. Ello es posible puesto que la última capa de pólvora existente en su interior genera un gas a presión que expulsa al cono arrastrando al paracaídas, el cual una vez en el exterior se despliega aprovechando la misma corriente de aire que origina el avance del modelo.

El fuselaje soporta también el cono y las aletas. El cono se diseña para que ejerza el mínimo arrastre aerodinámico y normalmente es redondeado, al ser más eficaz que el puntiagudo; aunque los hay comerciales de plástico, se suelen tornear con madera de balsa. Las aletas son las superficies aerodinámicas que influyen en el guiado y en la estabilidad y por ello hay que determinar el punto donde se colocarán así como su forma y superficie. Asimismo, el cohete lleva unos componentes menores pero importantes como arandelas, cuerdas, y sobre todo, las abrazaderas de guiado que sujetan el modelo a la rampa de lanzamiento mediante una varilla, que debe poseer la robustez y longitud adecuada para guiar al cohete durante los primeros instantes del ascenso hasta que alcance la aceleración suficiente. Además, se puede incluir la sección de carga útil entre el cono y la parte superior del fuselaje o sustituyendo al cono, pero para ello hay que determinar la carga en cuestión y su peso a la hora de diseñar el cohete para determinar su estabilidad.

El componente más importante es, si dunda, el motor o propulsor. Según la normativa, éste tiene que se comercial y homologado, no solo para evitar manipular pólvoras, sino porque, además, con los medios disponibles en la fabricación industrial, se tiene un rendimiento energético mucho mayor que los caseros, de funcionamiento irregular. Aunque hay propulsores recargables, híbridos, de etapas, e incluso líquidos y a gas, los más usuales son los propulsores de un solo uso, cuyo compuesto químico puede estar basado en la pólvora negra o en algún tipo de perclorato denominado composite. Estos propulsores tienen forma de cartuchos de apariencia simple, aunque son de gran complejidad interna y en ellos han trabajado especialistas aerospaciales, de hecho, los propulsores de composite son similares a los aceleradores sólidos del transbordador espacial.

El interior de un propulsor está constituido por la tobera, la cámara de presión, el propulsante, la carga de eyección y el ignitor eléctrico. Hay una amplia gama según el impulso total, el empuje medio y el tiempo de retardo para la eyección del paracaídas. Internacionalmente, estas características están reglamentadas y sus parámetros se indican con una nomenclatura en la carcasa y mediante el gráfico de su curva característica, con la cual se puede determinar su comportamiento para seleccionar el más apropiado a la hora de diseñar el modelo.

Existen industrias que se dedican a la fabricación de este tipo de propulsores además de kits con todo tipo de dispositivos, componentes diversos y cargas útiles de encargo según las necesidades del aficionado. En Europa del este se fabrican propulsores de baja potencia para cohetes deportivos, en Francia, durante muchos años el mismo organismo espacial CNES fabricó los propulsores para los aficionados galos, debido al gran número de clubes que existían a esta actividad. Pero es en EE.UU. donde la gran difusión de esta actividad y, por tanto, la existencia de un mercado, ha originado la fundación de las empresas más importantes, cuyos productos se distribuyen en todo el mundo: Estes Industries y Aerotech.

Es curiosa la historia de Estes y de su emprendedor Vernon Estes, que la fundaría en los años 50. Por aquellos años de fervor espacial, muchos jóvenes tenían graves accidentes al experimentar con cohetes caseros llegando al extremo de comparecer el mismo von Braun ante los medios de comunicación para aconsejar a los jóvenes que no manipulasen compuestos químicos. Vernon Estes fabricaría industrialmente maquetas y propulsores que evitarían este problema. Sus productos se comercializan en los centros educativos de Norteamérica para actividades extraescolares existiendo en todos los estados personal cualificado para realizar este tipo de actividades.

Aerotech se fundaría en 1982 y en sus orígenes suministraba componentes para el sector aerospacial. Fabrica propulsores de alto rendimiento y de mayores empujes que los de Estes, para permitir a las asociaciones de aficionados a la astronáutica construir con seguridad cohetes capaces de alcanzar incluso varios kilómetros.

Por último, mencionar las grandes posibilidades que este tipo de modelismo ofrece para determinadas experiencias. El modelismo espacial es mucho más que una gratificante actividad al aire libre que conlleva observar el vuelo de un cohete y efectuar su recuperación a través de la campiña. Sobre todo es ciencia: en la fase del despegue no solamente el cohete efectúa la típica parábola del ascenso de un cohete de verdad (curva sinergética de Oberth), sino que además, el modelo soporta fuertes aceleraciones y velocidades, que pueden llegar a varios centenares de kilómetros por hora y alcanzar varios valores “g”.

Además, las cargas útiles pueden ser variadas y estar destinadas por ejemplo a los estudios atmosféricos, a la telemetría, por ejemplo, valores de presión o temperatura, o a la fotografía aérea. Precisamente la fotografía aérea ofrece un campo de estudio inmenso que puede ir desde registrar los gases de combustión en el aire, calcular alturas alcanzadas, realizar estudios de foto interpretación u obtener fotografías tridimensionales de una determinada zona mediante dos tomas idénticas con diferente inclinación; el modalismo espacial es por tanto, una actividad compleja de gran valor para la experimentación y la divulgación de las tecnologías del espacio y las ciencias en general.

No es U.S.A., es Huesca, España, en una de las ya habituales concentraciones de aficionados.

FOTOGRAFÍA AÉREA DESDE COHETES.

Este artículo fue publicado en Revista de Astronomía, Nº 120 del año 2009.

Desde el primer y único artículo publicado dedicado al astromodelismo, mucho se ha evolucionado hasta la fecha en la técnica de cohetes para los aficionados a la astronáutica. Por una parte, esta especialidad ha experimentado un destacado auge en España, cuyos entusiastas, agrupados en la asociación Spainrocketry, son reconocidos a nivel internacional. Por otra, en la fotografía realizada desde cohetes, también se ha impuesto la técnica digital, superando en posibilidades y resultados a los dispositivos analógicos embarcados en las cargas útiles.

Sin falta de involucrarse en complicados sistemas electrónicos o mecánicos, con los dispositivos digitales todo resulta más sencillo. Así, ya existen altímetros comerciales que registran, no sólo la altura máxima alcanzada, sino además, todos los datos del vuelo para poder volcar la trayectoria completa a un ordenador tras la recuperación. Y las cámaras aéreas de vídeo que transmitían, entre problemas de propagación, imágenes por radio o las cámaras fotográficas analógicas modificadas, de utilización siempre aventurera, se ha dado paso a las cámaras digitales. Una simple cámara digital compacta es más fácil de integrar y es capaz de grabar vídeo y audio desde las alturas, con la posibilidad de tratar posteriormente las imágenes; al mismo tiempo, se puede obtener el sonido de los motores durante su funcionamiento.

Precisamente, la fotografía aérea desde un cohete siempre resulta de interés aún utilizando la misma cámara, el mismo cohete y efectuando lanzamientos desde el mismo emplazamiento. El paisaje del lugar cambia de forma natural o por la mano del hombre, la vegetación es cambiante y las obras públicas o las labores de los lugareños se hacen notar. También y por la diferencia horario o de estación, la iluminación es diferente, las condiciones meteorológicas no son las mismas y el viento, a su capricho, origina movimientos desigual del paracaídas con sus cargas útiles; todo ello da como resultado, imágenes siempre distintas.

Imagen captada durante un lanzamiento en la que se observa la estela del ascenso.

La idea de fotografiar el entorno desde cierta altura mediante cohetes no es reciente. Al mismo tiempo que se desarrollaba la fotografía en el siglo XIX, siempre hubo mentes inquietas en el deseo de realizar fotografías aéreas. Primero en globos, como fue el caso de Gaspard Feliz en 1856 en París o James Wallace en Boston en 1860 (cuyas impresiones se difundieron en la periódico local). Después apareció el aeroplano, y los mismos hermanos Wright efectuarían ensayos en 1909. Y a finales del siglo XIX, el ingeniero Maul, de Dresde, diseñó un sistema para acondicionar una cámara fotográfica de la época, es decir, de fuelle, en un cohete impulsado con cargas de pólvora negra. La cámara se mantenía oblicua en el interior de la cofia y se la hacía disparar con retardo al alcanzar cierta altura manteniéndola apuntando al lugar dado mediante grandes estabilizadores.

Pero el auge de la fotografía desde cohete se produciría tras los cohetes V-2 requisados a Alemania tras la IIGM y probados por los Estados Unidos en White Sands, gracias a los cuales se conseguiría en 1946 filmar por primera vez la Tierra desde el espacio. Los aficionados, en número creciente, quisieron emular este hecho, embarcando en potentes cohetes caseros cámaras réflex analógicas en los años cincuenta o equipos de filmación en 8 mm en los años sesenta. Precisamente a mediados de esa década, se comercializarían en Estados Unidos cámaras más sencillas, con película Tri-X de 1200

ISO a velocidades de 1/1.600 en cohetes más ligeros y menos peligrosos que conllevaría gran entusiasmo popular y así, se lanzarían desde colegios, aparcamientos de supermercados o urbanizaciones.

Horizonte de Lérida.

Habría que esperar varios años hasta que surgiese la posibilidad de transmitir imágenes en directo por TV, y aunque hoy se puede realizar con dispositivos que existen en el mercado, la calidad no es del todo idónea y hay muchos problemas de recepción a causa del movimiento del transmisor. Con las actuales cámaras digitales de consumo (cuyo origen, por cierto, se encuentra en los satélites espías gracias a la investigación en los primeros dispositivos CCD), se solucionan muchos de los problemas.

Naturalmente, la fotografía o vídeo aéreo en cohete no ofrece ningún interés comercial ni de otra índole, es un trabajo experimental por los medios utilizados y estético por las imágenes obtenidas. En este campo, las fotografías son impredecibles y el objeto no es fotografiar algo en concreto, sino ver qué se ha conseguido fotografiar y estudiar posteriormente tales imágenes; naturalmente, se puede complementar con otros sistemas como puede ser la telemetría, datos atmosféricos, etc.

Imagen captada durante un lanzamiento en la área recreativa de Deva, Gijón.

Se pueden obtener imágenes diferentes según el ángulo utilizado, y así, las tomas pueden ser verticales u oblicuas. En las verticales hay una en especial, la de observar el comportamiento de los paracaídas tras el despegue o ver el despegue con la estela tras de sí con el lugar del lanzamiento empequeñeciéndose al ascender. En la fotografía vertical, la escala de los objetos es constante pero la oblicua da sensación de curvatura del horizonte. Las fotos aéreas, al abarcar otra perspectiva, son ricas en detalles y curiosidades de la geografía del lugar y son idóneas las tomas al amanecer o al atardecer por las sombras originadas al estar el Sol oblicuo, hecho que se puede utilizar para calcular la hora, las alturas de los objetos, las diferencias según la época el año, etc. Naturalmente, conlleva al estudio combinado de las características técnicas de la cámara utilizada, la informática y el tratamiento digital, las matemáticas y la trigonometría, la geografía y las ciencias naturales. Es la iniciación a la práctica de la fotointerpretación, trabajo muy especializado que requiere gran formación y con futuro en España, a juzgar por los próximos satélites de observación que se pondrán en órbita. La novedad en la observación desde cohete es lo último que están experimentando los aeromodelistas, el vuelo en primera persona. Se pueden recibir las imágenes del ascenso y del vuelo en tiempo real y estar inmersos en el mismo mediante gafas de visión virtual. Con los pies en la tierra pero con la mente dentro del cohete, se pueden percibir las sensaciones de un tripulante, si bien, en nuestro caso, el mareo inicial está asegurado.

Curiosas imágenes: Izquierda, Rodiezmo, León, la carga útil fotográfica, -que descendía con su propio paracaídas-, fotografió la etapa aceleradora. Derecha, Deva, Gijón, toma aérea del observatorio astronómico.