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Somos prisioneros en la Tierra.

El universo se burla de nosotros, enseñándonos todos los sitios que nunca podremos visitar.

De cualquier forma, si nuestra especie quiere tener un futuro a largo plazo, tenemos que escapar de nuestra prisión

Pero, ¿que es lo que nos mantiene aquí en primer lugar?

Pues resulta que le debemos al universo una deuda de cuatro mil quinientos millones de años de antigüedad

Una prisión hecha de energía

Todo lo que tenga masa en el universo

Atrae a cualquier otra cosa que también tenga masa

A este fenómeno lo llamamos gravedad.

Cuanto más cerca estés de un objeto de gran masa, más fuerte es la atracción entre los dos, y por tanto, mas tira de tí.

Este efecto nos atrapa en la Tierra.

Podríamos imaginarnos esta situación como ser prisioneros en una prisión o en un “pozo” de gravedad.

No es un pozo “literal”, pero si que es una buena metáfora para entender como funciona esto.

Estar en esta prisión de gravedad significa que “debemos” energía.

Pero, ¿como puedes deber energía?

Por que en nuestro universo, las cosas no quieren cambiar su velocidad o dirección

Para convencerlos de que se muevan, tienes que gastar energía

Hace miles de millones de años, la atracción gravitatoria de billones y billones de partículas de polvo que orbitaban alrededor del Sol

las fue juntando hasta que formaron planetas

Este proceso uso energía, y formó el “pozo de gravedad” en el que nos encontramos ahora.

Cuanto más profundo que estés dentro de este pozo de gravedad, más energía debes

Si no encuentras la forma de juntar suficiente energía, no eres capaz de irte, sin importar lo que hagas.

Por que para que tus átomos llegaran a este lugar fueron una vez parte de ese polvo en el que el universo gastó energía

Bueno, resumamos todo esto

A los objetos en el universo no les gusta moverse, tienes que convencerlos para que lo hagan, con energía

La gravedad usa energía para convencer a las partículas que forman la Tierra de que estén unidas.

Esto creó un pozo de gravedad en el proceso, encerrándonos

Para escapar de ella, tenemos que pagar con energía

Vale, ¿y como lo hacemos?

Escapando de la prisión de gravedad.

Para ir al espacio, necesitamos pasar por un complicado proceso de intercambiar energía

Para este proceso, construimos una maquina de reintegro de energía potencial negativa.

Conocida por su nombre mas aburrido, cohetes.

Los cohetes funcionan usando las reacciones químicas mas fuertes que conocemos los humanos, para básicamente expulsar combustible de una manera controlada.

Esto convierte energía química en energía cinética

Los gases de escape de la reacción son expulsados hacia afuera y empujan el cohete lejos de la Tierra.

Al gastar un montón de energía incrementamos nuestra energía potencial gravitatoria

Que es una manera complicada de decir que estamos pagando de vuelta la energía a la gravedad.

Pero es en realidad bastante mas difícil que eso

Cuando quemas combustible para entrar en órbita, pierdes un montón de energía por calor, gases de escape y fricción con la atmósfera

Por lo que al final necesitas mucha más energía

Y tampoco puedes poner un montón de combustible radioactivo, altamente explosivo y peligroso y cerca de la carga útil y detonarlo

Necesitas una explosión controlada, que es complicada y hace tu cohete mas pesado.

Lo que significa que tiene aún más masa

Y cuanto más masa tenga un objeto, más energía se necesita para convencerla de que se mueva.

Lo que significa que necesitas más combustible para despegar tu cohete.

Pero si necesitas más combustible, eso quiere decir que necesitas un cohete más grande para llevar ese combustible de más.

Esto hace que tu cohete sea más pesado, que requiere más combustible, que requiere un cohete más grande para llevar ese nuevo combustible.Y así sucesivamente.

Al final de este proceso, necesitas aproximadamente 100 veces el peso en combustible de tu carga útil para poder despegar.

Ariane 6 por ejemplo, el cohete europeo pesará 800 toneladas, y debería ser capaz de llevar 10 toneladas en la capa superior de la órbita o 20 a la órbita intermedia

Pero un cohete solo puede producir un empuje determinado, por lo que hay un peso máximo, a partir del cual no será capaz de despegar.

Si agregas mucho peso, no despegará. Por lo que no puedes ir construyendo tanques de combustible cada vez mas grandes.

Esta es la tiranía de la ecuación de la ciencia de cohetes, y la razón por la cual esto nunca será fácil

Pero espera, que la cosa se pone peor,

Llegar al espacio no es suficiente, seguirás todavía dentro de la prisión gravitatoria, y acabarás volviendo otra vez a la Tierra.

Quedarse en el espacio es mucho más complicado que llegar hasta ahí

Para llegar a una posición estable, en la que puedas estar durante un periodo prolongado, el cohete tiene que llegar a una órbita baja de la Tierra.

para hacer esto necesitas un montón de energía cinética

Lo que significa ir extremadamente rápido

A una altitud de 100 km, es ir a 8 km por segundo, 28.000 kilómetros por hora.

Suficientemente rápido como para orbitar la Tierra en 90 minutos

Aquí, podemos usar un truco

En vez de volar hacia arriba directamente, podemos ir hacia los lados.

La Tierra es una esfera, por lo que si vas “hacia un lado” suficientemente rápido, y aunque estés cayendo hacia la Tierra, siempre estarás a la misma altura

Por lo que siempre que estés por encima de la atmósfera (100km por encima de la superficie), la curvatura de la Tierra estará siempre debajo tuyo a la misma altura.

Esto es lo que hace la Estación Espacial Internacional

Caer sobre la Tierra, gastando energía de vez en cuando para estar lo suficientemente rápido.

Si miramos a las órbitas en escala

vemos que la orbita baja es ridículamente cercana a la Tierra

Para desplegar satélites hacia otros planetas requiere otra gran cantidad pago de energía

Entrar en órbita es la parte más difícil de los viajes espaciales ahora mismo.

Por ejemplo, si queremos mandar un cohete a Marte, la mitad de la energía utilizada es necesaria solo para entrar en órbita

y la otra mitad para los 55 millones de kilometros hasta Marte

Entonces, para ser lo más efectivos posibles, los cohetes no están construidos de una única pieza

en vez de eso, usamos cohetes multifase, ya que no necesitas llevar un deposito de combustible vacío.

Así que los cohetes lo sueltan.

Los cohetes hoy en día pierden los propulsores y su parte principal según ascienden

Con cada fase completada contiene su propio cohete, con su propulsor y su combustible

Bueno, es por esto por lo que llegar al espacio es tan difícil

Si crees que todo esto es muy complicado, no te preocupes, es literalmente, rocket science (ingeniería de cohetes)

Este vídeo ha sido posible gracias al patrocinio de Safran y Arianespace, que están preparando su próximo cohete, el ariane 6 para llevarlo al espacio en 2020

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