La falacia del cohete y el péndulo

Robert Goddard (1882-1945) comenzó a soñar con la posibilidad de enviar humanos al espacio cuando a los 16 años leyó la novela de Wells, La Guerra de los Mundos. En este artículo, se explicará una de esas ideas.

Goddard diseñó en 1926 el primer cohete con combustible líquido. Lo probó en la granja de su tía Effie, en la ciudad de Auburn, junto a su mujer y un investigador de la universidad de Clark.

Hay interesantes anotaciones en el diario que hizo sobre el lanzamiento. Sin embargo, este cohete no era nada estable, y sobre eso versa el artículo de hoy. Concretamente, Goddard tropezó en la falacia del péndulo y el cohete. 

Tal y como se aprecia en la foto, Goddard en aquel mes de marzo situó el motor en la parte superior del cohete, y el depósito de combustible en la parte inferior. Su teoría era que si se ponía el motor en la parte superior, éste tiraría en sentido contrario a la gravedad del cohete de una manera más eficiente que en la configuración contraria. Al igual que la bolita del péndulo alinea a la cuerda de manera perfectamente vertical. De hecho, el modelo de cohete era un diseño para alcanzar grandes alturas, tal y como lo demuestra su estudio: a method of reaching extreme altitudes. Sin embargo, esto que parece que es tan intuitivo, no era verdad. ¿Qué ocurría?

Sin tener en cuenta las fuerzas aerodinámicas, podemos considerar sobre el cohete la fuerza de la gravedad, y la reacción del motor. La fuerza de la gravedad actúa sobre el centro de masas del sistema. En cuanto a la reacción del motor, debido a las imperfecciones de fabricación y vibraciones, es bastante complicado mantenerlos perfectamente alineados. De manera que tendríamos algo así (de manera muy simple).

Y esto impide que el cohete ascienda de manera vertical. Se ha creado un momento que vuelve la dirección del cohete totalmente inestable e impredecible.

Para estabilizar la trayectoria del cohete, se usan unas pequeñas aletas en la parte inferior, que impiden en gran medida los cambios de trayectoria.

Según la Wikipedia, el cohete de Goddard hubiera sido más estable con estas aletas. Su cohete voló 12,5 metros y aterrizó a unos 56m más lejos.

Goddard es considerado ahora uno de los padres de la cohetería. Sin embargo, no fue así durante su tiempo, ya que fue ridiculizado por algunas de sus teorías en este campo. También trabajó y dio solución a algunos problemas fundamentales de la cohetería, como el diseño de los motores, bombeo, refrigeración y dirección del cohete. Sin embargo, no fue Goddard quien primero teorizó sobre este tipo de combustibles, sino Tsiolkovsky en 1896 mediante su Investigation of Interplanetary Space by Means of Reactive Devices.

El tiempo le terminó dando la razón, y en 1969 Neil Amstrong voló en cohetes Saturn V impulsados por combustible líquido.

Aprovecho para comentar que en las últimas semanas he conocido de cerca la afición a fabricar cohetes de manera amateur. Concretamente, he conocido este mundo a través de la organización Zotor. El programa de TV Teknopolis les hizo el siguiente reportaje:

Es una actividad curiosa que pone en práctica conceptos de Física, sobre todo. Pero tal y como me estuvieron contando desde Zotor, también influyen conceptos de aerodinámica y química (sobre todo para la composición del combustible).

En España y otros países está considerada actividad puramente aficionada. Sin embargo, en EEUU está medio institucionalizada.



En esta entrada ha colaborado una de las personas que más sabe de astronáutica en este país: @eurekablog, cuyo blog es de obligada visita: http://danielmarin.blogspot.com.es/