Vuelo espacial

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Vuelo espacial
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El vuelo espacial (o vuelo espacial ) es una aplicación de la astronáutica para lanzar objetos, generalmente naves espaciales , hacia o a través del espacio exterior , ya sea con o sin humanos a bordo . La mayoría de los vuelos espaciales no tienen tripulación y se realizan principalmente con naves espaciales como satélites en órbita alrededor de la Tierra , pero también incluyen sondas espaciales para vuelos más allá de la órbita terrestre. Dichos vuelos espaciales funcionan mediante control telerrobótico o autónomo . Los primeros vuelos espaciales comenzaron en la década de 1950 con los lanzamientos de los satélites soviéticos Sputnik y las misiones estadounidenses Explorer y Vanguard . Los programas de vuelos espaciales humanos incluyen el Soyuz , Shenzhou , el pasado aterrizaje lunar Apolo y los programas del transbordador espacial . Otros vuelos espaciales actuales se realizan a la Estación Espacial Internacional y a la Estación Espacial Tiangong de China .

Los vuelos espaciales incluyen los lanzamientos de satélites de observación de la Tierra y de telecomunicaciones , las misiones interplanetarias , los encuentros y acoplamientos con estaciones espaciales y los vuelos espaciales tripulados en misiones científicas o turísticas .

Los vuelos espaciales se pueden realizar de manera convencional mediante cohetes de varias etapas , que proporcionan el empuje necesario para superar la fuerza de la gravedad e impulsar la nave espacial hacia trayectorias suborbitales . Si la misión es orbital , la nave espacial generalmente separa la primera etapa y enciende la segunda etapa , que la impulsa a velocidades lo suficientemente altas como para alcanzar la órbita. Una vez en órbita, las naves espaciales alcanzan velocidades lo suficientemente altas como para caer alrededor de la Tierra en lugar de volver a caer a la superficie.

La mayoría de las naves espaciales, y todas las naves espaciales tripuladas, están diseñadas para desorbitarse por sí mismas o, en el caso de las naves espaciales no tripuladas en órbitas de alta energía, para impulsarse a órbitas cementerio . Sin embargo, las etapas superiores usadas o las naves espaciales fallidas a menudo carecen de la capacidad de desorbitarse por sí mismas. Esto se convierte en un problema importante cuando existen grandes cantidades de naves espaciales incontrolables en órbitas de uso frecuente, lo que aumenta el riesgo de que los desechos colisionen con satélites funcionales. Este problema se agrava cuando los objetos grandes, a menudo las etapas superiores, se rompen en órbita o chocan con otros objetos, creando a menudo cientos de piezas de escombros pequeños y difíciles de encontrar. Este problema de colisiones continuas se conoce como síndrome de Kessler .

Hay varios términos que se refieren a un vuelo hacia o a través del espacio exterior .

Una misión espacial se refiere a un vuelo espacial destinado a lograr un objetivo. Los objetivos de las misiones espaciales pueden incluir la exploración espacial , la investigación espacial y las primicias nacionales en vuelos espaciales.

El transporte espacial es el uso de naves espaciales para transportar personas o carga hacia el espacio exterior o a través de él. Esto puede incluir vuelos espaciales tripulados y vuelos espaciales de carga .

La primera propuesta teórica de viajes espaciales utilizando cohetes fue publicada por el astrónomo y matemático escocés William Leitch , en un ensayo de 1861 "Un viaje a través del espacio". ^[1] Más conocido es el trabajo de Konstantin Tsiolkovsky , " Исследование мировых пространств реактивными приборами " ( La exploración del espacio cósmico por medio de dispositivos de reacción ), publicado en 1903. En su trabajo, Tsiolkovsky describe la ecuación fundamental del cohete:

${\displaystyle \Delta v=v_{e}\ln {\frac {m_{0}}{m_{f}}}}$

Dónde:

• ( ) es el cambio en la velocidad del cohete${\displaystyle \Delta v}$
• ( ) es la velocidad de escape${\displaystyle v_{e}}$
• ( ) y ( ) son las masas inicial y final del cohete.${\displaystyle m_{0}}$${\displaystyle m_{f}}$

Esta ecuación, conocida como ecuación del cohete de Tsiolkovsky , se puede utilizar para hallar el cambio total o potencial de velocidad. Esta fórmula, que todavía utilizan los ingenieros, es un concepto clave de los vuelos espaciales.${\displaystyle \Delta v}$

Los vuelos espaciales se convirtieron en una posibilidad práctica con la publicación en 1919 de Robert H. Goddard de su artículo Un método para alcanzar altitudes extremas . Su aplicación de la tobera de Laval a los cohetes de combustible líquido mejoró la eficiencia lo suficiente como para que los viajes interplanetarios fueran posibles. Después de más investigaciones, Goddard intentó conseguir un contrato del Ejército para un arma propulsada por cohetes en la Primera Guerra Mundial , pero sus planes se vieron frustrados por el armisticio del 11 de noviembre de 1918 con Alemania . Después de optar por trabajar con apoyo financiero privado, fue el primero en lanzar un cohete de combustible líquido el 16 de marzo de 1926.

Durante la Segunda Guerra Mundial , el primer cohete guiado, el V-2 , fue desarrollado y empleado como arma por la Alemania nazi . Durante un vuelo de prueba en junio de 1944, uno de estos cohetes alcanzó el espacio a una altitud de 189 kilómetros (102 millas náuticas), convirtiéndose en el primer objeto creado por el hombre en llegar al espacio. ^[2] Al final de la Segunda Guerra Mundial, la mayoría del equipo del cohete V-2, incluido su jefe, Wernher von Braun , se rindió a los Estados Unidos y fue expatriado para trabajar en misiles estadounidenses en lo que se convirtió en la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército , produciendo misiles como Juno I y Atlas . La Unión Soviética , a su vez, capturó varias instalaciones de producción de V2 y construyó varias réplicas, con 5 de sus 11 cohetes alcanzando con éxito sus objetivos. (Esto fue relativamente consistente con la tasa de éxito de la Alemania nazi).

La Unión Soviética desarrolló misiles balísticos intercontinentales para transportar armas nucleares como contramedida a los bombarderos estadounidenses en la década de 1950. Sergey Korolev , influenciado por Tsiolkovsky , se convirtió en el diseñador jefe de cohetes, y los derivados de sus misiles R-7 Semyorka se utilizaron para lanzar el primer satélite artificial de la Tierra , el Sputnik 1 , el 4 de octubre de 1957.

Estados Unidos, tras el lanzamiento del Sputnik y dos vergonzosos fracasos de los cohetes Vanguard , lanzó el Explorer 1 el 1 de febrero de 1958. Tres años después, la URSS lanzó el Vostok 1, llevando al cosmonauta Yuri Gagarin a órbita. Estados Unidos respondió con el lanzamiento suborbital de Alan Shepard el 5 de mayo de 1961 y el lanzamiento orbital de John Glenn el 20 de febrero de 1962. A estos acontecimientos les siguió una promesa del presidente estadounidense John F. Kennedy de ir a la Luna y la creación de los programas Gemini y Apollo . Tras realizar con éxito un encuentro y acoplamiento y una EVA , el programa Gemini finalizó justo antes de la tragedia del Apollo 1. Tras múltiples vuelos de prueba sin tripulación del Saturno 1B y el Saturno V , Estados Unidos lanzó la misión tripulada Apollo 7 a la órbita terrestre baja . Poco después de su exitosa finalización, Estados Unidos lanzó el Apolo 8 (la primera misión en orbitar la Luna), el Apolo 9 (la primera misión Apolo en lanzar tanto el CSM como el LEM ) y el Apolo 10 (la primera misión en casi aterrizar en la Luna). Estos eventos culminaron con el primer alunizaje tripulado, el Apolo 11 , y seis misiones posteriores, cinco de las cuales aterrizaron con éxito en la Luna.

Numerosas entidades gubernamentales y comerciales han utilizado ampliamente los vuelos espaciales para colocar satélites en órbita alrededor de la Tierra con una amplia gama de propósitos. Algunas agencias gubernamentales también han enviado naves espaciales no tripuladas a explorar el espacio más allá de la Luna y han desarrollado una presencia humana tripulada continua en el espacio con una serie de estaciones espaciales , que van desde el programa Salyut hasta la Estación Espacial Internacional .

Los cohetes son el único medio capaz actualmente de alcanzar la órbita o más allá. Todavía no se han construido otras tecnologías de lanzamiento espacial que no sean cohetes , o no alcanzan velocidades orbitales. El lanzamiento de un cohete para un vuelo espacial suele comenzar desde un puerto espacial (cosmódromo), que puede estar equipado con complejos de lanzamiento y plataformas de lanzamiento para lanzamientos verticales de cohetes y pistas para el despegue y aterrizaje de aviones portaaviones y naves espaciales con alas. Los puertos espaciales están situados lejos de las viviendas humanas por razones de ruido y seguridad. Los misiles balísticos intercontinentales tienen varias instalaciones de lanzamiento especiales.

Un lanzamiento suele estar restringido a determinadas ventanas de lanzamiento . Estas ventanas dependen de la posición de los cuerpos celestes y de las órbitas en relación con el lugar de lanzamiento. La mayor influencia suele ser la rotación de la Tierra. Una vez lanzado, las órbitas normalmente se encuentran dentro de planos relativamente constantes en un ángulo fijo con respecto al eje de la Tierra, y la Tierra gira dentro de esta órbita.

Una plataforma de lanzamiento es una estructura fija diseñada para despegar vehículos aéreos. Generalmente consta de una torre de lanzamiento y una trinchera de llamas. Está rodeada de equipos que se utilizan para erigir, cargar combustible y mantener los vehículos de lanzamiento. Antes del lanzamiento, el cohete puede pesar cientos de toneladas. El transbordador espacial Columbia , en la misión STS-1 , pesaba 2030 toneladas métricas (4.480.000 libras) al despegar.

La definición más utilizada de espacio exterior es todo lo que se encuentra más allá de la línea de Kármán , que se encuentra a 100 kilómetros (62 millas) sobre la superficie de la Tierra. (Estados Unidos define el espacio exterior como todo lo que se encuentra más allá de las 50 millas (80 km) de altitud).

Los motores de cohetes siguen siendo el único medio práctico en la actualidad para llegar al espacio, ya que los aviones y los globos aerostáticos de gran altitud fracasan debido a la falta de atmósfera y a que aún no se han construido alternativas como los ascensores espaciales. La propulsión química, o la aceleración de gases a altas velocidades, es eficaz principalmente por su capacidad de mantener el empuje incluso cuando la atmósfera se vuelve más delgada.

Se han propuesto muchas formas de llegar al espacio que no sean los motores de cohetes. Ideas como el ascensor espacial y los sistemas de intercambio de momento como los rotovatores o los ganchos celestiales requieren nuevos materiales mucho más resistentes que los conocidos actualmente. Los lanzadores electromagnéticos como los bucles de lanzamiento podrían ser factibles con la tecnología actual. Otras ideas incluyen aeronaves/aviones espaciales asistidos por cohetes como el Skylon con motores de reacción (actualmente en una etapa temprana de desarrollo), aviones espaciales propulsados ​​por estatorreactores y aviones espaciales propulsados ​​por RBCC . Se ha propuesto el lanzamiento con cañones para carga.

En algunas misiones más allá de la órbita baja terrestre (LEO) , las naves espaciales se insertan en órbitas de estacionamiento, u órbitas intermedias inferiores. El enfoque de la órbita de estacionamiento simplificó enormemente la planificación de la misión Apolo de varias maneras importantes. Actuó como un "colchón de tiempo" y amplió sustancialmente las ventanas de lanzamiento permitidas . La órbita de estacionamiento dio tiempo a la tripulación y a los controladores para verificar minuciosamente la nave espacial después de las tensiones del lanzamiento antes de comprometerla para un largo viaje a la Luna. ^[3]

Las misiones robóticas no requieren una capacidad de aborto y requieren una minimización de la radiación solo para los componentes electrónicos delicados, y debido a que los lanzadores modernos cumplen rutinariamente con ventanas de lanzamiento "instantáneo", las sondas espaciales a la Luna y otros planetas generalmente utilizan inyección directa para maximizar el rendimiento al limitar la evaporación de los propulsores criogénicos . Aunque algunos pueden deslizarse brevemente durante la secuencia de lanzamiento, no completan una o más órbitas de estacionamiento completas antes del encendido que los inyecta en una trayectoria de escape a la Tierra.

La velocidad de escape de un cuerpo celeste disminuye a medida que aumenta la distancia al cuerpo. Sin embargo, resulta más eficiente en términos de consumo de combustible que una nave espacial queme su combustible lo más cerca posible de su periapsis (punto más bajo); véase el efecto Oberth . ^[5]

La astrodinámica es el estudio de las trayectorias de las naves espaciales, en particular en lo que se refiere a los efectos gravitacionales y de propulsión. La astrodinámica permite que una nave espacial llegue a su destino en el momento correcto sin un uso excesivo de combustible. Puede ser necesario un sistema de maniobras orbitales para mantener o cambiar las órbitas.

Los métodos de propulsión orbital sin cohetes incluyen velas solares , velas magnéticas , sistemas magnéticos de burbujas de plasma y el uso de efectos de honda gravitacional .

El término "energía de transferencia" significa la cantidad total de energía impartida por una etapa de cohete a su carga útil. Puede ser la energía impartida por una primera etapa de un vehículo de lanzamiento a una etapa superior más carga útil, o por una etapa superior o un motor de arranque de nave espacial a una nave espacial . ^{[6] [7]}

Para llegar a una estación espacial , una nave espacial tendría que llegar a la misma órbita y aproximarse a una distancia muy cercana (por ejemplo, dentro del contacto visual). Esto se hace mediante un conjunto de maniobras orbitales llamadas encuentro espacial .

Después de encontrarse con la estación espacial, el vehículo espacial se acopla o se atraca en la estación. El acoplamiento se refiere a la unión de dos vehículos espaciales independientes que vuelan libremente, ^{[8] [9] [10] [11]} mientras que el atraque se refiere a las operaciones de acoplamiento en las que un vehículo inactivo se coloca en la interfaz de acoplamiento de otro vehículo espacial mediante el uso de un brazo robótico . ^{[8] [10] [11]}

Los vehículos en órbita tienen grandes cantidades de energía cinética. Esta energía debe ser descartada si el vehículo va a aterrizar de manera segura sin vaporizarse en la atmósfera. Por lo general, este proceso requiere métodos especiales para protegerse contra el calentamiento aerodinámico . La teoría detrás de la reentrada fue desarrollada por Harry Julian Allen . Basándose en esta teoría, los vehículos de reentrada presentan formas romas a la atmósfera para el reingreso. Las formas romas significan que menos del 1% de la energía cinética termina en forma de calor que llega al vehículo, y el resto calienta la atmósfera.

Las cápsulas Mercury , Gemini y Apollo se estrellaron en el mar. Estas cápsulas fueron diseñadas para aterrizar a velocidades relativamente bajas con la ayuda de un paracaídas. Las cápsulas soviéticas/rusas para Soyuz utilizan un gran paracaídas y cohetes de frenado para tocar tierra. Los aviones espaciales como el transbordador espacial aterrizan como un planeador .

Después de un aterrizaje exitoso, la nave espacial, sus ocupantes y su carga pueden ser recuperados. En algunos casos, la recuperación se ha producido antes del aterrizaje: mientras una nave espacial todavía está descendiendo en paracaídas, puede ser atrapada por una aeronave especialmente diseñada. Esta técnica de recuperación en el aire se utilizó para recuperar los cartuchos de película de los satélites espía Corona .

El primer vuelo espacial tripulado fue el Vostok 1 el 12 de abril de 1961, en el que el cosmonauta Yuri Gagarin de la URSS realizó una órbita alrededor de la Tierra. En los documentos oficiales soviéticos, no se menciona el hecho de que Gagarin se lanzó en paracaídas las siete millas finales. ^[12] A partir de 2020, las únicas naves espaciales utilizadas regularmente para vuelos espaciales tripulados son Soyuz , Shenzhou y Crew Dragon . La flota de transbordadores espaciales estadounidenses operó desde abril de 1981 hasta julio de 2011. SpaceShipOne ha realizado tres vuelos espaciales suborbitales humanos.

En un vuelo espacial suborbital, la nave espacial llega al espacio y luego regresa a la atmósfera después de seguir una trayectoria (principalmente) balística. Esto suele deberse a una energía orbital específica insuficiente , en cuyo caso un vuelo suborbital durará solo unos minutos, pero también es posible que un objeto con suficiente energía para una órbita tenga una trayectoria que intersecte la atmósfera de la Tierra, a veces después de muchas horas. Pioneer 1 fue la primera sonda espacial de la NASA destinada a llegar a la Luna. Una falla parcial hizo que siguiera en cambio una trayectoria suborbital a una altitud de 113.854 kilómetros (70.746 millas) antes de volver a ingresar a la atmósfera de la Tierra 43 horas después del lanzamiento.

El límite del espacio más generalmente reconocido es la línea de Kármán a 100 km (62 mi) sobre el nivel del mar. (La NASA define alternativamente a un astronauta como alguien que ha volado a más de 80 km (50 mi) sobre el nivel del mar). No es generalmente reconocido por el público que el aumento en la energía potencial requerida para pasar la línea de Kármán es solo alrededor del 3% de la energía orbital (energía potencial más cinética) requerida por la órbita terrestre más baja posible (una órbita circular justo por encima de la línea de Kármán). En otras palabras, es mucho más fácil llegar al espacio que permanecer allí. El 17 de mayo de 2004, el Equipo Civil de Exploración Espacial lanzó el cohete GoFast en un vuelo suborbital, el primer vuelo espacial amateur. El 21 de junio de 2004, SpaceShipOne se utilizó para el primer vuelo espacial humano financiado con fondos privados .

El transporte punto a punto, o de Tierra a Tierra, es una categoría de vuelo espacial suborbital en el que una nave espacial proporciona transporte rápido entre dos ubicaciones terrestres. ^[13] Una ruta aérea convencional entre Londres y Sídney , un vuelo que normalmente dura más de veinte horas , podría recorrerse en menos de una hora. ^[14] Si bien ninguna empresa ofrece este tipo de transporte en la actualidad, SpaceX ha revelado planes para hacerlo ya en la década de 2020 utilizando Starship . El vuelo espacial suborbital a una distancia intercontinental requiere una velocidad del vehículo que es solo un poco menor que la velocidad requerida para alcanzar la órbita terrestre baja. ^[15] Si se utilizan cohetes, el tamaño del cohete en relación con la carga útil es similar al de un misil balístico intercontinental (ICBM). Cualquier vuelo espacial intercontinental tiene que superar problemas de calentamiento durante el reingreso atmosférico que son casi tan grandes como los que enfrenta el vuelo espacial orbital.

Un vuelo espacial orbital mínimo requiere velocidades mucho mayores que un vuelo suborbital mínimo, por lo que es tecnológicamente mucho más difícil de lograr. Para lograr un vuelo espacial orbital, la velocidad tangencial alrededor de la Tierra es tan importante como la altitud. Para realizar un vuelo espacial estable y duradero, la nave espacial debe alcanzar la velocidad orbital mínima requerida para una órbita cerrada .

Los vuelos espaciales interplanetarios son vuelos entre planetas dentro de un mismo sistema planetario . En la práctica, el uso del término se limita a los viajes entre los planetas de nuestro Sistema Solar . Los planes para futuras misiones espaciales interplanetarias tripuladas suelen incluir el ensamblaje final del vehículo en la órbita terrestre, como el programa Constellation de la NASA y el tándem Kliper / Parom de Rusia .

New Horizons es la quinta nave espacial que emprende una trayectoria de escape que abandona el Sistema Solar .Las anteriores fueron la Voyager 1 , la Voyager 2 , la Pioneer 10 y la Pioneer 11. La más alejada del Sol es la Voyager 1 , que se encuentra a más de 100 UA de distancia y se mueve a 3,6 UA por año. ^[16] En comparación, Próxima Centauri , la estrella más cercana aparte del Sol, está a 267.000 UA de distancia. La Voyager 1 tardará más de 74.000 años en alcanzar esta distancia. Es probable que los diseños de vehículos que utilicen otras técnicas, como la propulsión nuclear por pulsos , puedan llegar a la estrella más cercana significativamente más rápido. Otra posibilidad que podría permitir el vuelo espacial interestelar humano es hacer uso de la dilatación del tiempo , ya que esto haría posible que los pasajeros de un vehículo de rápido movimiento viajen más lejos en el futuro mientras envejecen muy poco, ya que su gran velocidad ralentiza el ritmo de paso del tiempo a bordo. Sin embargo, para alcanzar velocidades tan altas sería necesario utilizar algún método de propulsión nuevo y avanzado .También se ha propuesto el vuelo dinámico como forma de viajar a través del espacio interestelar. ^{[17] [18]}

Los viajes intergalácticos implican vuelos espaciales entre galaxias y se consideran mucho más exigentes tecnológicamente que los viajes interestelares y, según los términos de ingeniería actuales, se consideran ciencia ficción . Sin embargo, teóricamente hablando, no hay nada que indique de manera concluyente que los viajes intergalácticos sean imposibles. Hasta la fecha, varios académicos han estudiado los viajes intergalácticos de manera seria. ^{[19] [20] [21]}

Las naves espaciales son vehículos diseñados para operar en el espacio.

A veces se dice que la primera "verdadera nave espacial" fue el Módulo Lunar Apolo , ^[22] ya que fue el único vehículo tripulado que fue diseñado y operado únicamente en el espacio; y es notable por su forma no aerodinámica.

En la actualidad, las naves espaciales utilizan predominantemente cohetes para su propulsión , pero otras técnicas de propulsión, como los propulsores iónicos, se están volviendo más comunes, en particular para vehículos no tripulados, y esto puede reducir significativamente la masa del vehículo y aumentar su delta-v .

Los sistemas de lanzamiento se utilizan para transportar una carga útil desde la superficie de la Tierra al espacio exterior.

La mayoría de los vuelos espaciales actuales utilizan sistemas de lanzamiento descartables de múltiples etapas para llegar al espacio.

La primera nave espacial reutilizable, la X-15 , fue lanzada al aire en una trayectoria suborbital el 19 de julio de 1963. La primera nave espacial orbital parcialmente reutilizable, el transbordador espacial , fue lanzada por los EE. UU. en el 20 aniversario del vuelo de Yuri Gagarin , el 12 de abril de 1981. Durante la era del transbordador, se construyeron seis orbitadores, todos los cuales volaron en la atmósfera y cinco de los cuales volaron en el espacio. El Enterprise se usó solo para pruebas de aproximación y aterrizaje, despegando desde la parte trasera de un Boeing 747 y planeando hasta aterrizajes sin motor en la Base de la Fuerza Aérea Edwards, California . El primer transbordador espacial en volar al espacio fue el Columbia , seguido por el Challenger , el Discovery , el Atlantis y el Endeavour . El Endeavour fue construido para reemplazar al Challenger , que se perdió en enero de 1986. El Columbia se rompió durante el reingreso en febrero de 2003.

La primera nave espacial automática y parcialmente reutilizable fue el Buran ( Snowstorm ), lanzado por la URSS el 15 de noviembre de 1988, aunque sólo realizó un vuelo. Este avión espacial estaba diseñado para una tripulación y se parecía mucho al transbordador espacial estadounidense, aunque sus propulsores de despegue usaban combustible líquido y sus motores principales estaban ubicados en la base de lo que sería el tanque externo del transbordador estadounidense. La falta de financiación, complicada por la disolución de la URSS, impidió que el Buran pudiera realizar más vuelos.

El transbordador espacial se retiró en 2011 debido principalmente a su antigüedad. La función de transporte de personas del transbordador será reemplazada por el SpaceX Dragon 2 y el CST-100 en la década de 2020. El papel de transporte de carga pesada del transbordador ahora lo realizan vehículos de lanzamiento comerciales.

SpaceShipOne fue un avión espacial suborbital reutilizable que llevó a los pilotos Mike Melvill y Brian Binnie en vuelos consecutivos en 2004 para ganar el Premio Ansari X. La Spaceship Company ha construido su sucesor, el SpaceShipTwo . Una flota de SpaceShipTwos operada por Virgin Galactic planeó comenzar los vuelos espaciales privados reutilizables que transportaran pasajeros de pago ( turistas espaciales ) en 2008, pero esto se retrasó debido a un accidente en el desarrollo de la propulsión. ^[23]

SpaceX logró el primer aterrizaje suave vertical de una etapa de cohete orbital reutilizable el 21 de diciembre de 2015, después de entregar 11 satélites comerciales Orbcomm OG-2 a la órbita terrestre baja . ^[24]

El primer segundo vuelo del Falcon 9 ocurrió el 30 de marzo de 2017. ^[25] SpaceX ahora recupera y reutiliza rutinariamente sus primeras etapas, con la intención de reutilizar también los carenados . ^[26] SpaceX ahora está desarrollando un cohete de carga súper pesada totalmente reutilizable conocido como Starship , que se espera que reduzca drásticamente el precio de la exploración espacial debido a que es completamente reutilizable.

Todos los vehículos de lanzamiento contienen una enorme cantidad de energía que es necesaria para que una parte de ella alcance la órbita. Por lo tanto, existe cierto riesgo de que esta energía se libere de forma prematura y repentina, con efectos significativos. Cuando un cohete Delta II explotó 13 segundos después del lanzamiento el 17 de enero de 1997, hubo informes de que los escaparates de las tiendas que se encontraban a 16 km de distancia se rompieron por la explosión. ^[27]

El espacio es un entorno bastante predecible, pero aún existen riesgos de despresurización accidental y de posible fallo de los equipos, algunos de los cuales pueden ser de muy reciente desarrollo.

En abril de 2004 se creó en los Países Bajos la Asociación Internacional para el Avance de la Seguridad Espacial con el fin de promover la cooperación internacional y el avance científico en la seguridad de los sistemas espaciales. ^[28]

En un entorno de microgravedad como el que proporciona una nave espacial en órbita alrededor de la Tierra, los humanos experimentan una sensación de "ingravidez". La exposición a corto plazo a la microgravedad provoca el síndrome de adaptación espacial , una náusea autolimitante causada por un trastorno del sistema vestibular . La exposición a largo plazo provoca múltiples problemas de salud. El más importante es la pérdida ósea, parte de la cual es permanente, pero la microgravedad también conduce a un desacondicionamiento significativo de los tejidos musculares y cardiovasculares.

Una vez por encima de la atmósfera, se producen y aumentan las radiaciones debidas a los cinturones de Van Allen , la radiación solar y la radiación cósmica . Más lejos de la Tierra, las erupciones solares pueden producir una dosis de radiación letal en cuestión de minutos, y la amenaza para la salud que supone la radiación cósmica aumenta significativamente las probabilidades de padecer cáncer tras una exposición de una década o más. ^[29]

En los vuelos espaciales tripulados, el sistema de soporte vital es un grupo de dispositivos que permiten a un ser humano sobrevivir en el espacio exterior. La NASA suele utilizar la frase Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital o el acrónimo ECLSS cuando describe estos sistemas para sus misiones de vuelos espaciales tripulados . ^[30] El sistema de soporte vital puede suministrar: aire , agua y alimentos . También debe mantener la temperatura corporal correcta, una presión aceptable en el cuerpo y lidiar con los productos de desecho del cuerpo. También puede ser necesario el blindaje contra influencias externas dañinas como la radiación y los micrometeoritos. Los componentes del sistema de soporte vital son críticos para la vida y están diseñados y construidos utilizando técnicas de ingeniería de seguridad .

El clima espacial es el concepto de condiciones ambientales cambiantes en el espacio exterior . Es distinto del concepto de clima dentro de una atmósfera planetaria y se ocupa de fenómenos que involucran plasma ambiental , campos magnéticos, radiación y otra materia en el espacio (generalmente cerca de la Tierra pero también en el medio interplanetario y ocasionalmente interestelar ). "El clima espacial describe las condiciones en el espacio que afectan a la Tierra y sus sistemas tecnológicos. Nuestro clima espacial es una consecuencia del comportamiento del Sol, la naturaleza del campo magnético de la Tierra y nuestra ubicación en el Sistema Solar". ^[31]

El clima espacial ejerce una profunda influencia en varias áreas relacionadas con la exploración y el desarrollo espacial. Las condiciones geomagnéticas cambiantes pueden inducir cambios en la densidad atmosférica, lo que provoca la rápida degradación de la altitud de las naves espaciales en la órbita baja terrestre . Las tormentas geomagnéticas debidas al aumento de la actividad solar pueden cegar los sensores a bordo de las naves espaciales o interferir con la electrónica de a bordo. La comprensión de las condiciones ambientales espaciales también es importante para diseñar sistemas de protección y soporte vital para naves espaciales tripuladas.

La contaminación de los cohetes por los gases de escape depende de los gases de escape producidos por las reacciones de los propulsores y de la ubicación del agotamiento. En su mayoría, liberan gases de efecto invernadero y, a veces, componentes tóxicos. En particular, en los niveles más altos de la atmósfera, la potencia de los gases de escape como gases de efecto invernadero aumenta considerablemente. ^[32] Muchos cohetes sólidos tienen cloro en forma de perclorato u otros productos químicos, y esto puede causar agujeros locales temporales en la capa de ozono. La reentrada de una nave espacial genera nitratos que también pueden afectar temporalmente a la capa de ozono. La mayoría de los cohetes están hechos de metales que pueden tener un impacto ambiental durante su construcción. Si bien los vuelos espaciales en conjunto contaminan una fracción de otras actividades humanas, aún contaminan en gran medida si se calcula por pasajero. ^[32]

Además de los efectos atmosféricos, existen efectos sobre el entorno espacial cercano a la Tierra. Existe la posibilidad de que la órbita se vuelva inaccesible durante generaciones debido al aumento exponencial de los desechos espaciales causados ​​por el desprendimiento de satélites y vehículos ( síndrome de Kessler ). Por ello, muchos de los vehículos que se lanzan hoy en día están diseñados para volver a entrar en la órbita después de su uso.

Una amplia gama de cuestiones, como la gestión del tráfico espacial o la responsabilidad, han sido temas de la regulación de los vuelos espaciales.

La participación y representación de toda la humanidad en los vuelos espaciales es una cuestión de derecho espacial internacional desde la primera fase de la exploración espacial. ^[33] Aunque se han garantizado algunos derechos de los países no espaciales, el hecho de compartir el espacio para toda la humanidad todavía es criticado por imperialista y deficiente, entendiéndose los vuelos espaciales como un recurso. ^[33]

La inclusión ha sido un tema nacional e internacional, que dio lugar en 1967 al Tratado del Espacio Ultraterrestre y a su reivindicación de que el espacio ultraterrestre es " provincia de toda la humanidad ". Además, se ha exigido la inclusión social en los vuelos espaciales tripulados, ya que se ha limitado el número de mujeres que pueden volar al espacio y las minorías, como las personas con discapacidad, solo han sido seleccionadas en el grupo de astronautas de 2022 de la Agencia Espacial Europea .

La cuestión dominante en materia de acceso en los últimos años ha sido la de los desechos espaciales y la sostenibilidad espacial , ya que los países con actividad espacial establecida ponen en peligro el acceso al espacio exterior con su actividad contaminante del espacio orbital. ^[34]

Las aplicaciones actuales y propuestas para los vuelos espaciales incluyen:

• Satélites de observación de la Tierra , como satélites espías y satélites meteorológicos.
• Exploración espacial
• Satélites de comunicación
• Televisión por satélite
• Navegación por satélite
• Turismo espacial
• Protegiendo la Tierra de objetos potencialmente peligrosos
• Colonización espacial

La mayor parte del desarrollo de los primeros vuelos espaciales fue financiado por los gobiernos. Sin embargo, hoy en día los principales mercados de lanzamiento, como los satélites de comunicaciones y la televisión por satélite, son puramente comerciales, aunque muchos de los lanzadores fueron financiados originalmente por los gobiernos.

Los vuelos espaciales privados son un área en rápido desarrollo: vuelos espaciales que no sólo son pagados por corporaciones o incluso individuos privados, sino que a menudo son proporcionados por compañías privadas de vuelos espaciales . Estas compañías a menudo afirman que gran parte del alto costo anterior del acceso al espacio fue causado por ineficiencias gubernamentales que pueden evitar. Esta afirmación puede ser apoyada por costos de lanzamiento publicados mucho más bajos para vehículos espaciales privados como el Falcon 9 desarrollado con financiación privada. Se requerirán costos de lanzamiento más bajos y una excelente seguridad para que las aplicaciones como el turismo espacial y especialmente la colonización espacial sean factibles de expandirse.

Ser un astronauta significa ser capaz de operar naves espaciales y participar activamente en ellas . Implica el conocimiento de una variedad de temas y el desarrollo de habilidades especializadas, entre ellas: aeronáutica ; astronáutica ; programas para entrenar astronautas ; clima espacial y pronóstico; operaciones de naves espaciales; operación de diversos equipos; diseño y construcción de naves espaciales; despegue y reentrada en la atmósfera; mecánica orbital (también conocida como astrodinámica); comunicaciones; motores y cohetes; ejecución de evoluciones como remolque, construcción en microgravedad y acoplamiento espacial ; equipo de manipulación de carga, cargas peligrosas y almacenamiento de carga; caminatas espaciales ; manejo de emergencias; supervivencia en el espacio y primeros auxilios; lucha contra incendios; soporte vital . El grado de conocimiento necesario en estas áreas depende de la naturaleza del trabajo y del tipo de embarcación empleada. "Ser astronauta" es análogo a ser marinero .

Nunca se ha realizado una misión tripulada fuera del sistema Tierra - Luna . Sin embargo, Estados Unidos, Rusia, China, los países de la Agencia Espacial Europea (ESA) y algunas corporaciones y empresas tienen planes en diversas etapas para viajar a Marte (ver Misión humana a Marte ).

Las entidades espaciales pueden ser estados soberanos , entidades supranacionales y corporaciones privadas . Las naciones espaciales son aquellas capaces de construir y lanzar naves al espacio de forma independiente. ^{[35] [36] [37]} Un número cada vez mayor de entidades privadas se han convertido o están volviéndose espaciales.

La Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Ultraterrestre (UNOOSA) ha sido el principal organismo multilateral encargado del contacto y el intercambio internacionales sobre la actividad espacial entre los Estados poseedores y no poseedores de programas espaciales.

Actualmente , Rusia , Estados Unidos y China son los únicos países con capacidad para realizar viajes espaciales tripulados . Países con capacidad para realizar viajes espaciales ordenados por fecha del primer lanzamiento tripulado:

1. Unión Soviética ( Rusia ) (1961)
2. Estados Unidos (1961)
3. China (2003)

Las siguientes naciones u organizaciones han desarrollado sus propios vehículos de lanzamiento para poner en órbita naves espaciales no tripuladas, ya sea desde su propio territorio o con asistencia extranjera (fecha del primer lanzamiento entre paréntesis): ^[38]

1. Unión Soviética (1957)
2. Estados Unidos (1958)
3. Francia (1965)
4. Italia (1967)★
5. Australia (1967)★
6. Japón (1970)
7. China (1970)
8. Reino Unido (1971)
9. Agencia Espacial Europea (1979)
10. India (1980)
11. Israel (1988)
12. Ucrania (1991)* ^[39]
13. Rusia (1992)*
14. Irán (2009) ^[40]
15. Corea del Norte (2012) ^[41]
16. Corea del Sur (2013)★ ^[42]
17. Nueva Zelanda (2018)★

• *Anteriormente una región importante de la Unión Soviética.
• ★Vehículo de lanzamiento desarrollado total o parcialmente por otro país

También varios países, como Canadá, Italia y Australia, tenían capacidad espacial semi-independiente, lanzando satélites construidos localmente en lanzadores extranjeros. Canadá había diseñado y construido satélites ( Alouette 1 y 2 ) en 1962 y 1965 que fueron orbitados usando vehículos de lanzamiento estadounidenses. Italia ha diseñado y construido varios satélites, así como módulos presurizados para la Estación Espacial Internacional . Los primeros satélites italianos fueron lanzados utilizando vehículos proporcionados por la NASA, primero desde Wallops Flight Facility en 1964 y luego desde un puerto espacial en Kenia ( Plataforma San Marco ) entre 1967 y 1988; ^{[ cita requerida ]} Italia ha liderado el desarrollo del programa de cohetes Vega dentro de la Agencia Espacial Europea desde 1998. ^[43] El Reino Unido abandonó su programa de lanzamiento espacial independiente en 1972 a favor de cooperar con la Organización Europea de Desarrollo de Lanzadores (ELDO) en tecnologías de lanzamiento hasta 1974. Australia abandonó su programa de lanzadores poco después del exitoso lanzamiento de WRESAT y se convirtió en el único miembro no europeo de ELDO.

Considerando que el mero lanzamiento de un objeto más allá de la línea Kármán es el requisito mínimo para poder viajar al espacio, Alemania , con el cohete V-2 , se convirtió en la primera nación en viajar al espacio en 1944. ^[44] Las siguientes naciones solo han logrado la capacidad de vuelo espacial suborbital lanzando cohetes o misiles autóctonos o ambos al espacio suborbital:

1. Alemania nazi (20 de junio de 1944)
2. Alemania del Este (12 de abril de 1957)
3. Canadá (5 de septiembre de 1959)
4. Líbano (21 de noviembre de 1962)
5. Suiza (27 de octubre de 1967)
6. Argentina (16 de abril de 1969)
7. Brasil (21 de septiembre de 1976)
8. España (18 de febrero de 1981)
9. Alemania Occidental (1 de marzo de 1981)
10. Irak (junio de 1984)
11. Sudáfrica (1 de junio de 1989)
12. Suecia (8 de mayo de 1991)
13. Yemen (12 de mayo de 1994)
14. Pakistán (6 de abril de 1998)
15. Taiwán (15 de diciembre de 1998)
16. Siria (1 de septiembre de 2000)
17. Indonesia (29 de septiembre de 2004)
18. República Democrática del Congo  (2007)
19. Nueva Zelanda (30 de noviembre de 2009)
20. Noruega (27 de septiembre de 2018)
21. Países Bajos (19 de septiembre de 2020) ^{[45] [46] [47] [48] [49] [50] [51]}
22. Turquía (29 de octubre de 2020)

• Erik Gregerson (2010): Guía del explorador para el universo: misiones espaciales no tripuladas , Britannica Educational Publishing, ISBN 978-1-61530-052-5 (libro electrónico) 
• Sarah Scoles, "Why We'll Never Live in Space: The technical, biological, psychological and ethics challenges to leaving Earth", vol. 329, no. 3 (octubre de 2023), pp. 22-29. "Tal vez la preocupación más importante sea la radiación , algo que es manejable para los astronautas de hoy que vuelan en órbita terrestre baja, pero que sería un problema mayor para las personas que viajan más lejos y por más tiempo". (p. 25.) "En el borde de las fronteras terrestres, la gente buscaba, por ejemplo, oro o tierras más cultivables. En el espacio, los exploradores no pueden estar seguros de la propuesta de valor en su destino". (p. 27.) " Los microbios extraterrestres dañinos podrían regresar con los astronautas o el equipo, un riesgo de protección planetaria llamado contaminación regresiva ". (p. 28.)
• Rebecca Boyle, "Un colono espacial entra en una cúpula...: Un libro muy divertido sobre por qué vivir en Marte es una idea terrible" (reseña de Kelly Weinersmith y Zach Weinersmith , A City on Mars: Can We Settle Space, Should We Settle Space, and Have We Really Thought This Through?, Penguin Press, 2023), Scientific American , vol. 329, núm. 4 (noviembre de 2023), pág. 93.

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• Ingeniería aeroespacial en Wikiversidad
• Enciclopedia Astronáutica
• Conceptos básicos de los vuelos espaciales
• Tedd E. Hankins; H. Paul Shuch (4 de marzo de 1987). "Reflexiones: vuelos espaciales tripulados y no tripulados" (PDF) . Consultado el 15 de abril de 2011 .