miniaturadeimagen|Módulo lunar de la misión Apolo 11, en su trayectoria hacia el alunizaje (1969) La astronáutica es la teoría y práctica de la navegación más allá de la atmósfera terrestre, es decir en el espacio exterior, por parte de objetos artificiales, ya sean tripulados o no. Se fundamenta en el estudio de las trayectorias, navegación, exploración y supervivencia humana en el espacio exterior. Abarca el diseño y construcción de los vehículos espaciales y los lanzadores que habrán de ponerlos en órbita, o llevarlos hasta otros planetas, satélites naturales, asteroides, cometas u otros lugares del cosmos.

Se trata de una rama amplia y de gran complejidad, debido a las condiciones difíciles bajo las que deben funcionar los aparatos que se diseñen. En la astronáutica colaboran diversas especialidades científicas y tecnológicas, como la astronomía, matemáticas, física, cohetería, robótica, electrónica, computación, bioingeniería, medicina o ciencia de materiales. La astronáutica, en combinación con la astronomía y la astrofísica, ha originado e impulsado nuevas disciplinas científicas como la astrodinámica, la astrogeofísica o la astroquímica.Enciclopedia Autodidacta Océano, 1996, volumen 8, pp. 2074-2101.

Historia miniaturadeimagen|Robert Goddard con uno de sus cohetes (1926). La primera mención de un vuelo de tipo astronáutico está consignado en el mito griego de Ícaro, cuyo padre Dédalo le fabricó unas alas de plumas unidas por cera para escapar de Creta. Ícaro tuvo la temeridad de volar en dirección al Sol, pagando con su vida la extrema curiosidad, al derretirse la cera que unía sus alas. Cyrano de Bergerac en su Historia cómica de un viaje a la Luna (1650) describe por primera vez el uso de un sistema compuesto de cohetes de pólvora capaz de elevar una nave en dirección a la Luna. La Astronáutica recibió un nuevo impulso con la obra de Julio Verne De la Tierra a la Luna (1866) en que el autor describe, con poco rigor científico, un viaje a la Luna mediante un sistema balístico. La obra de Verne estimuló el interés por la Astronáutica y dio origen al prolífico género literario de la ciencia ficción, la cual tiene en los viajes astronáuticos una inagotable fuente de inspiración. derecha|miniaturadeimagen|El satélite Sputnik 1, en 1957. A finales del , una serie de ingenieros y científicos en distintas partes del mundo centraron sus esfuerzos en diseñar ingenios propulsivos, estableciendo las bases teóricas y prácticas de la astronáutica actual. Entre ellos destacan el ingeniero peruano Pedro Paulet (1874-1945), el científico ruso Konstantín Tsiolkovski (1857-1935), el ingeniero estadounidense Robert Goddard (1882-1945) y el físico rumano Hermann Oberth (1894-1989).

En el año 1927 se fundó en la ciudad polaca de Breslavia la Sociedad Astronáutica, que fue frecuentada por Hermann Oberth y Werner von Braun, entre otros. Un salto significativo en el desarrollo de la Astronáutica fue la fabricación y utilización para fines militares, por obra de los nazis, de los cohetes V2, que serían el modelo tecnológico que usarían los soviéticos y los estadounidenses para sus propios ingenios espaciales en la década siguiente, después de la Segunda Guerra Mundial. Durante la década de 1950, Estados Unidos y la Unión Soviética compitieron por poner en órbita el primer satélite artificial. El 4 de octubre de 1957, los soviéticos lanzaron el Sputnik 1, hito que marca el comienzo de la astronáutica práctica. La carrera espacial desencadenada entre las dos superpotencias propugnó otros hitos relevantes como la llegada del ser humano al espacio, lograda por el cosmonauta soviético Yuri Gagarin en 1961, o la llegada del ser humano a la Luna, conseguida por los astronautas estadounidenses de la misión Apolo 11 Neil Armstrong y Buzz Aldrin, en 1969. Enciclopedia Monitor, edit. Salvat, tomo 2, voz «astronáutica», pp. 554-555.

Cronología

+ Primeros lanzamientos, por paísPaísFechaHito20 de junio de 1944Cohete V2, realizando el primer vuelo suborbital de la Historia.4 de octubre de 1957Cohete R-7, con el lanzamiento del Sputnik 1.31 de enero de 1958Cohete Jupiter C, con el lanzamiento del Explorer 1.26 de noviembre de 1965Cohete Diamant, con el lanzamiento del Asterix A1.19 de julio de 1969Cohete INTA-255, en un vuelo suborbital.11 de febrero de 1970Cohete L-4S, con el lanzamiento del Ohsumi.24 de abril de 1970Cohete Larga Marcha 1, con el lanzamiento del DFH 1.28 de octubre de 1971Cohete Black Arrow, con el lanzamiento del Prospero X-3.18 de julio de 1980Cohete SLV, con el lanzamiento del Rohini RS-1.02 de abril de 1993Cohete VS-40, en un vuelo suborbital.21 de abril de 1999Cohete Dnepr-1, con el lanzamiento de UoSAT-12.6 de junio de 2007Cohete Tronador I, en un vuelo suborbital de demostración.

Diseño de vehículos espaciales Todo diseño de un ingenio espacial debe tomar en cuenta el medio en que se desplaza, ya sea la atmósfera o el vacío del espacio exterior; el fin para el que se diseña, bien sea transporte de carga o seres humanos, investigación científica, comunicaciones, militar; el sistema de propulsión ideado junto con los propelentes empleados; y las fuerzas gravitatorias que rigen las trayectorias orbitales.

Clasificación de los vehículos espaciales

En cuanto al segundo aspecto (utilidad) los ingenios espaciales suelen clasificarse en satélites artificiales, cuando orbitan la Tierra en función de alguna utilidad específica, como fue por ejemplo el satélite ruso Sputnik I, primer objeto orbital puesto por el hombre en el espacio, en astronaves, cuando están tripuladas por al menos una persona y disponen de propulsante propio que les permite maniobrar en el espacio y/o en la atmósfera, como por ejemplo los trasbordadores, o como fueron los módulos del programa estadounidense Apolo, sondas espaciales, cuando las naves están destinadas a la investigación en dirección al espacio profundo, sea en demanda de los cuerpos celestes del Sistema Solar o fuera de él, como por ejemplo las sondas del programa Viking, de la NASA, destinadas a explorar Marte, y las estaciones espaciales, complejos orbitales en torno a la Tierra que pueden albergar un número mayor de ocupantes y con medios de supervivencia que les permitan largas estadías, como por ejemplo la estación soviética Salyut 1.

Materiales de fabricación miniaturadeimagen|Escudo térmico del Mars Science Laboratory (2011) El diseño debe contemplar una estructura capaz de resistir las aceleraciones, el impacto de los micrometeoritos y la acción de los vientos solares, fuerzas capaces de desestabilizar cualquiera de los sistemas de las naves, inclusive de provocar su inutilización parcial o destrucción total. Esta estructura está conformada por ciertos materiales dotados de propiedades que le permite enfrentar los rigores del despegue, la navegación y el reingreso. Mediante avanzados programas informáticos, los diseñadores suelen simular las condiciones y tensiones que deberán soportar los materiales y elementos que conformarán los diversos aparatos espaciales.

Los materiales cumplen con elevados estándares de resistencia al impacto de micrometeoritos, de gran capacidad refractaria del calor, capaces de resistir las enormes presiones y vibraciones que significa el despegue, la aceleración o el frenado, absorbentes al máximo posible de las mortales radiaciones espaciales, pero a la vez capaces de captar la energía lumínica mediante su aplicación en los paneles solares. Sin embargo, los materiales deben cumplir con la limitación que impone el uso de los combustibles químicos tradicionales, que exigen naves con la menor masa posible: a menor masa de la nave, menor gasto de combustible y mayores posibilidades de realizar viajes largos con retorno incluido (el caso de las astronaves); a mayor masa, mayores gastos y menores posibilidades de realizar lo anterior. Por ejemplo, la gran masa de los transbordadores de la NASA les impide realizar vuelos extraorbitales (p.ej. de exploración lunar) dado que sus reservas de combustible son limitadas. Por lo tanto, el ideal es que los materiales utilizados procuren el máximo de resistencia, solidez estructural y funcionalidad, pero con ahorro en todo lo posible de masa. El diseño de las naves que deben trabajar en ambientes muy hostiles, con condiciones extremas de calor, frío o presión, deben contar con una tecnología que las haga soportarlas. Por ejemplo, las sondas espaciales soviéticas de nombre Venera, que exploraron Venus a partir de 1961, contemplaban en su diseño materiales capaces de resistir temperaturas que derretían el plomo, pudiendo operar por algunas horas en la superficie venusiana.

Morfología de las naves espaciales Las naves espaciales atraviesan el medio atmosférico tanto en el lanzamiento como en la reentrada, siempre que el astro en cuestión esté dotado de atmósfera. Para lograrlo, han de adoptar una forma favorable a la aerodinámica de uno y otro evento. Los estabilizadores, superficies de mando, escudos térmicos y sistemas de frenado por paracaídas son utilizados para la orientación en un medio gaseoso y para preservar la integridad de la nave a altas velocidades.

Si las naves han de desplazarse solamente en el espacio exterior, su forma no tiene la obligación de adoptar elementos aerodinámicos, pues en ausencia de aire esos elementos son inútiles. Para reorientar y redirigir los aparatos, se emplean sistemas de control de reacción, motores cohete optimizados para el vacío y maniobras de asistencia gravitatoria, utilizando a los propios astros. Las estaciones espaciales constituyen un buen ejemplo de la variedad de formas en los ingenios espaciales, ya que prescinden totalmente de elementos aerodinámicos, pues su función no es navegar en la atmósfera, sino exclusivamente en el espacio.

Por otra parte, la utilidad que se le asigne a una nave espacial condicionará su morfología, su masa y su tamaño. Por ejemplo, la variación en las formas, masa y tamaños que tienen los satélites es enorme, abarcando desde la forma absolutamente esférica (como el satélite norteamericano Explorer IX, lanzado en febrero de 1961 y de solo 6 kg de masa) hasta formas cilíndricas, cónicas, estrelladas, etc. Más condicionada puede resultar la morfología de los diversos tipos de sondas, astronaves y estaciones espaciales, en que dominan ciertas estructuras características: paneles solares, antenas, cohetes, tanques de combustible, bodegas de carga y alas (como es el caso de los transbordadores), módulos de servicio (como es el caso de las astronaves de exploración lunar), secciones modulares de construcción (como es el caso de las actuales estaciones espaciales), etc.

En cuanto a los sistemas de propulsión y la gravedad a vencer, la nave destinada a operar a partir de un despegue directo de la superficie terrestre, deberá ser diseñada para soportar las fuertes tensiones que significa el funcionamiento de los cohetes por un determinado espacio de tiempo. Así mismo, deberá contar con el volumen suficiente de almacenamiento de combustible, dependiendo de la misión que emprenda. Una nave tripulada destinada a la exploración de un cuerpo celeste, tiene por lo general estructuras de almacenamiento de mayor tamaño que una no tripulada, pues tiene contemplado el regreso a la Tierra en el más breve lapso de tiempo, mientras que las no tripuladas cuentan con márgenes mayores de tiempo, suelen aprovechar con eficiencia los impulsos gravitatorios y son en su mayoría desechables. El diseño deberá tener en cuenta el tipo de carburante o propulsante; hasta hoy los carburantes usados son de tipo químico, y ocupan un cierto volumen.