Tsiolkovsky, forjador de la cosmonaútica soviética

Con este primer artículo queremos conmemorar como se merece durante este mes, el 12 de Abril de 1961, 50 Aniversario del vuelo de Gagarin. Pero a la vez, recorreremos con nuestros lectores la increíble epopeya soviética de la conquista del Cosmos, de la mano de sus realizadores, proyectistas y cosmonautas. Asociación de Amistad Hispano Soviética. Empezamos por el pionero: Konstantín E. Tsiolkovsky. Extraído de www.demoscualcosmos.wordpress.com Notas y apoyo de textos, Oleg K.

Konstantín Eduárdovich Tsiolkovsky (en ruso: Константин Эдуардович Циолковский) nació en Izhévsk (Ижевск), en la provincia de Riazán, al sur de Moscú en el entonces Imperio Ruso el 17 de septiembre de 1857 y es considerado uno de los tres padres de la industria astronaútica, junto con el norteamericano Robert Goddard y el alemán Hermann Oberth.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky con 5 años

Tsiolkovsky era de familia polaca, su padre Eduard Tsiolkovsky había emigrado a Rusia antes de nacer él trabajando de ingeniero forestal y su madre Maria Umasheva, una rusa bien educada, le enseñó a leer y escribir, así como a contar. De familia humilde y extensa Tsiolkovsky tenía diecisiete hermanos, siendo este el quinto de ellos.

Desde bien pequeño, Kostya (el diminutivo del muchacho) fue diferente de los demás — a los diez años padeció la escarlatina y, como consecuencia, perdió gran parte del oído. Su sordera lo acompañaría el resto de su vida, y tendría dos efectos fundamentales sobre él: por una parte, lo aisló en gran manera del mundo exterior, empujándolo a la introspección y la vida interior. Por otra parte le produjo en cierta medida un complejo de inferioridad que se veía impulsado a compensar con su inteligencia y duro estudio y trabajo, pero pese a todo su esfuerzo el fallecimiento de su madre en 1870, dejo al niño, sumido en el duelo, perdiendo interés por los estudios y siendo finalmente expulsado de la escuela al año siguiente.

Es a partir de aquí, que Konstantin Tsiolkovsky se hace autodidacta y encuentra consuelo en el estudio ya que lee distintos libros de la biblioteca paterna, que pese a no ser muchos, le proporcionaron algunos conocimientos fundamentales y asi mismo construyó varios dispositivos, entre ellos un astrolabio y algunas locomotoras.

A los dieciséis años, con gran esfuerzo de su familia al observar el talento de este, su padre decide enviarlo a la capital, Kostya viajó a Moscú, donde permanecería durante tres años. Allí pasó todo tipo de penalidades económicas (literalmente, vivia a pan y agua pese a que su padre enviaba unos diez o quince rublos al mes), mientras vivia en un pequeño piso, pero al mismo tiempo sació su hambre de conocimientos con los enormes recursos de la capital del Imperio: visitó todas las bibliotecas importantes, sobre todo la Chertkovskaya y la Casa Pashkov. Allí aprendió simplemente leyendo en las bibliotecas de matemáticas, mecánica analítica, astronomía, física, química, literatura clásica y filosofía..

Básicamente durante su primer año en Moscú, Tsiolkovsky realiza estudios de física y elementos de matemáticas, y el segundo año el joven genio estudia cálculo diferencial e integral, ampliados con álgebra, análisis y geometría esférica.

Asimismo, en Moscú conoció al que seria su mentor, el brillante y extravagante filósofo transhumanista Nicolai Fyodorov, quien le imbuyó para siempre de su propósito de procurar la felicidad y la superación moral de la Humanidad a través de un progreso científico que lograra la eliminación de las enfermedades y finalmente de la muerte, así como la conquista del cosmos. También resultó impresionado por la lectura de la novela “De la Tierra a la Luna”, de Julio Verne, publicada en 1865. Tsiolkovsky no descartó la idea de viajar a la Luna como absurda, ni tampoco aplaudió ciegamente las ideas de Verne. Al contrario — se planteó seriamente la posibilidad de llevar a cabo tal hazaña, e identificó muy rápido el problema de la idea del genial francés, que ya mencionamos en el episodio anterior de la serie: la aceleración del disparo sería tan tremenda que mataría a los viajeros de la nave. A partir de ahí, Kostya empezó a cavilar sobre cómo llegar al espacio de manera realista, treinta años antes de la construcción del primer aeroplano por los Wright.

A pesar de que tuvo que abandonar Moscú a los 19 años y regresar a Izhévsk a petición de sus padres, ya que la vida en la capital era muy cara, y este no podia ganar dinero por sí mismo para mantenerse, su pasión por los viajes espaciales no disminuyó un ápice y cuando en 1878 su familia se mudó a Ryazán tras la jubilacion de su padre dos años despues de su regreso. En Ryazán construyó una centrifugadora en la que probar con gallinas el efecto de la aceleración en los seres vivos, como hoy siguen haciendo con los cosmonautas en sus centros de entrenamiento.

Dibujo de la navegación orbital

Aplicando sus conocimientos elaboró también los primeros bocetos que representan la navegación orbital para estudiar sus problemas.

Tres años despues aprobó, como estudiante externo, los exámenes para convertirse en maestro y en 1880 fue nombrado maestro de aritmetica y geometria en Vorovsk (Воровск). Allí permaneció durante doce años, se casó con Bárbara Sokolova y formó una familia viviendo en una pequeña casa alquilada. A aquellos años se remontan sus primeras investigaciones cientificas y sus primeros escritos, comenzó a investigar en la aerostática y publicó artículos que contenían planes sobre un dirigible de metal (1892) y un avión (1894) entre otros.

En 1881, como consecuencia de sus experimentos, formuló de forma totalmente independiente la teoría cinética de los gases, y envió el resultado de sus trabajos a la Sociedad Rusa de Física y Química de San Petersburgo. Inicialmente se lo tomaron a broma, ya que la teoría que exponía Tsiolkovsky como propia era de sobra conocida desde hacía varios años. Pero una vez aclarado el malentendido, Mendeleiév, el conocido creador de la tabla periódica de los elementos y entonces presidente de la Sociedad, quedó impresionado por los trabajos que Tsiolkovsky había realizado en su aislamiento provinciano y le propuso como miembro.

En 1883 escribio el trabajo titulado “El espacio libre”, en el que pasó a diseñar esquemáticamente las naves espaciales del futuro, incluyendo en ellas, como podéis comprobar en el boceto conservado, del interior del vehículo espacial dos grandes giróscopos que permiten conocer la orientación de la nave en el espacio, a la izquierda hay una pequeña cámara presurizada con dos compuertas para salir al exterior sin que escape el aire de la nave y a la derecha se ve una especie de cañón que dispara bolas a gran velocidad, impulsando la nave hacia el otro lado, asi mismo podeis ver varios cosmonautas (uno de ellos arriba a la izquierda y otro abajo a la derecha) lanzando pelotas que se mueven en ingravidez aparente.

Nave con cámara presurizada que da a una bolsa exterior para observación, y con lanzador de bolas como propulsor en el vacío.

En 1892 se trasladó a Kaluga, donde permaneció casi todo el resto de su vida trabajando como profesor de colegio, on contados instrumentos científicos que no construyera él mismo, como un pequeño telescopio (y los que construyó él no fueron muchos, más allá de la centrifugadora y algún túnel de viento casero). Finalmente construye un túnel especial para la medición de diversas propiedades aerodinámicas de las aeronaves, utilizando los ahorros de su familia, ya que la Sociedad de Física y Química no le ofrecia una beca para investigar. Tsiolkovsky acumuló alrededor de 100 modelos y realizo pruebas de todos ellos. Después de algún tiempo, la Sociedad prestó atención a distintas obras geniales y subvencionó a Tsiolkovsky con una beca de 47 rublos, que utilizó para construir un nuevo túnel, mejorando el anterior. Este túnel fue el segundo que se construyo en Rusia (el primero fue construido en 1871 en San Petersburgo por el ingeniero Pashkevich para el estudio de la balística).

Sin una educación académica formal, sin pertenecer a ningún equipo científico y sin la menor repercusión hasta muy tarde, con un lápiz y un papel, escribiría las propuestas y predicciones más revolucionarias de la astronáutica.

Fue alli mismo donde publicó una novela de ciencia-ficción, “Sueños de la Tierra y el cielo” (1895) en la que daba vida a sus sueños de colonización del sistema solar y, como podemos ver en la portada, imaginaba colonias en órbita que giraban para producir gravedad artificial. Aunque a nosotros el diseño nos puede resultar familiar, en aquel entonces esa idea era totalmente desconocida.

A partir de ese año Tsiolkovsky se centró en el problema de la propulsión: ¿cómo impulsar un vehículo en el vacío del espacio? Lo de las bolas disparadas con un cañón era una idea burda, pero perfeccionándola era la solución al problema: la Tercera Ley de Newton era la clave de la exploración espacial.

En 1896 comienza a escribir su obra principal “La investigación en Espacio Interplanetario por medio de los cohetes“, discutiendo temas de cohetes en el espacio que contiene todas sus hipótesis sobre él comportamiento de este medio de transporte para llegar al espacio. Su obra pasa desapercibida hasta que conoce a otro escritor profesional que la rescribe en forma de novela, con la que él se vuelve popular.

Entre 1896 y 1903, tras sus clases en el colegio, Tsiolkovsky realizó multitud de cálculos y propuestas teóricas sobre cómo lograr ese impulso en ausencia de objetos externos contra los que impulsar la nave.

Tsiolkovsky con sus artefactos

Desde 1896 hasta 1903, en su tiempo libre después de dar clase a sus alumnos, se dedicó al trabajo callado, concienzudo y paciente de estudiar las propiedades físicas de diferentes candidatos a combustible propulsor y realizar infinitos cálculos para comprobar su eficacia. Finalmente dio con lo que buscaba: un depósito que suministrara una inyección constante de combustible líquido (hidrógeno) a otro recipiente, en el que se mezclara con otra sustancia también líquida (oxígeno) de manera que la mezcla, en inflamación continua, desprendiera una ingente cantidad de gases ardientes que serían expulsados al exterior a través de una tobera, impulsando a la nave hacia adelante en un mecanismo de acción-reacción. Había inventado el motor a reacción, mucho más potente que el de explosión, usado por entonces en automóviles, y que el de hélice, usado tres años después (1906) por el brasileño Santos Dumont en el primer vuelo tripulado y autopropulsado (pues los famosos hermanos Wright necesitaron una catapulta hasta 1908).

Sus conclusiones fueron publicadas en 1903 en la revista Nauchnoye Obozreniye, en un artículo titulado “La investigación del espacio mediante vehículos a reacción”. El mismo año que los hermanos Wright lograban que su Wright Flyer realizase su primer vuelo controlado, en Nauchnoye Obozreniye podían leerse las siguientes palabras (¡!):

"Visualicemos [...] una cámara de metal alargada [...] que dispone de su propia luz y oxígeno, con dispositivos que absorban el dióxido de carbono, efluvios tóxicos y otras excreciones animales [...] diseñada para proteger no sólo a los distintos instrumentos físicos sino también un piloto humano [...]. La cámara contiene un gran volumen de sustancias que, si se mezclan, se convierten inmediatamente en una masa explosiva. Esta mezcla, al explosionar de formar controlada y uniforme en un punto determinado, fluye en forma de gas caliente a través de tubos que acaban en forma de trompeta o cuerno. Estos tubos se alinean a lo largo de las paredes de la cámara. Los explosivos se mezclan en el extremo delgado del tubo: aquí se obtiene la mezcla de gases calientes y densos. Tras sufrir una violenta rarefacción y enfriamiento, los gases son despedidos al espacio a una velocidad relativa tremenda por el extremo abierto del tubo."

La ecuación del cohete de Tsiolkovski,

En 1898 desarrolla una ecuación que permite calcular la masa de combustible necesaria para alcanzar una velocidad relativa determinada.

Esa ecuación, que sigue siendo una de las bases de la astronáutica moderna, se denomina Ecuación del cohete de Tsiolkovsky, y aplicándola, Konstantin fue capaz de calcular la proporción de masa combustible necesaria para poner un cohete en órbita alrededor de la Tierra con una velocidad de 8 km/s (una velocidad que él denominaba primera velocidad cósmica). La cantidad de combustible era tremenda, con lo que su siguiente problema fue dar con una manera de disminuirla. ¿La solución?

"Para que un cohete de una sola fase alcance velocidades cósmicas debe llevar una enorme cantidad de combustible. Así, para alcanzar la primera velocidad cósmica, 8 km/s, el peso del combustible debe superar el de todo el resto del cohete (con su carga incluida) al menos cuatro veces [...] utilizando fases, por otro lado, podemos obtener velocidades cósmicas mucho más altas, o emplear cantidades de combustible comparativamente pequeñas." Como vemos en sus propias palabras, había calculado que para alcanzar la velocidad de escape terrestre (8 km/s), un cohete debería transportar cuatro veces su propio peso en combustible, por lo que resultaría bastante más eficaz ir desechando etapas individuales según fueran consumiendo su combustible y en base a esto, Tsiolkovsky desarrolló un concepto de cohete de unos 100 metros de largo y cuatro de ancho, con 20 etapas monomotores y doble pared a base de tres capas de metal, ventanas de cuarzo y revestimiento refractario para proteger al conjunto del calor intenso generado por el rozamiento con el aire. En conjunto, algo un poco más pequeño, pero bastante parecido a los cohetes Saturno V que fueron empleados para lanzar las misiones Apolo a la Luna a finales de los años 60. Otra de sus muchas visiones casi proféticas del futuro de la exploración espacial.

Tras conseguir resolver el principal problema que era la propulsión, Tsiolkovsky paso a estudiar cómo proporcionar soporte vital a los astronautas, protegerlos de las grandes aceleraciones, darles las mayores comodidades posibles, etc. Realizó diseños sorprendentemente parecidos a los que utilizamos hoy en día para tareas cotidianas en el espacio, como duchas e inodoros que utilizan bombas de vacío para suplantar a la gravedad.

Cohete con todas las comodidades segun Tsiolkovsky

Tsiolkovsky continuó publicando artículos que desarrollaban sus ideas sobre naves espaciales: sistemas de mantenimiento de vida para los astronautas, protección contra las fuertes aceleraciones, uso de la energía solar para fotosíntesis y otros usos, bases espaciales sobre la órbita terrestre, programas de desarrollo científico destinado a la colonización del sistema solar, un ascensor a base de un cable suspendido para elevar masas al espacio sin necesidad de cohetes, cámaras de presurización dobles para proteger contra el impacto de meteoritos, etc.

Tsiolkovsky como veis en la siguiente imagen, describió asimismo el uso de las plantas en el espacio. Además de su escrito, fijaros en el dibujo en sí que creó, suficientemente ilustrativo. Para mantener una atmósfera estable dentro de las colonias orbitales, Tsiolkovsky propone utilizar la energía del Sol para que plantas fotosintéticas renueven el oxígeno que respiran los seres humanos. En el dibujo se pueden ver flechas que indican la orientación de los rayos solares, y cómo algunos astronautas flotan dentro del invernadero, con plantas creciendo en las paredes de la cápsula. Esto lo promulgó en 1932…

Boceto hecho por Tsiolkovsky (1932).

Desde su talento visionario fue desarrollando toda una filosofía propia alrededor del concepto de exploración espacial, como ilustra este texto que escribió en 1911: "Poner pie en el suelo de los asteroides, coger una piedra lunar con la mano, construir estaciones móviles en el espacio etéreo, organizar anillos habitados al rededor de Tierra, Luna y Sol, observar Marte a la distancia de algunos kilómetros, descender a sus satélites o incluso a su misma superficie... ¡qué podría ser más insensato!Contrariamente, sólo cuando sean utilizados los ingenios reactivos comenzará una nueva gran era de la astronomía: la era del más intenso estudio de los cielos." A pesar de que en varios artículos escritos entre 1911 y 1914 Tsiolkovsky detallaba los aspectos técnicos de sus vehículos de exploración espacial, la revista Nauchnoye Obozreniye había entrado en decadencia y sus escritos no llegaron a mucha gente (prácticamente a nadie fuera de Rusia). Aún faltaban cinco años para que Robert Goddard publicase su Un método para alcanzar altitudes extremas, nueve años para la tesis doctoral sobre cohetes de Hermann Oberth y treinta para que el propio Goddard lograse hacer volar un cohete con combustible líquido, pero todos esos logros –independientes de Tsiolkovsky– le supusieron gran fama por sus predicciones, y sus escritos se reevaluaron tras la popularidad de los otros.

Los primeros 15 años del siglo XX son terribles en experiencias en la vida del científico, ya que su hijo Ignatiy se suicida en 1902, y en 1908 el río Oka inunda su casa, echando a perder muchos de los mecanismos que había desarrollado. En 1911 su hija fue detenida por participar en un movimiento revolucionario. La Sociedad de Física y Química, por otro lado, no aprecia sus ideas revolucionarias y sus modelos. Sin embargo, cuando la clase obrera obtiene el poder, la vida de Tsiolkovsky cambia radicalmente.

Es solamente después de la Revolución de Octubre cuando Tsiolkovsky obtuvo el reconocimiento que se merecia y le fue otorgada una pensión por méritos que le daba la tranquilidad necesaria para poder trabajar y desarrollar sus ideas que el gobierno soviético encuentra muy interesantes...

Tsiolkovsky en su laboratorio

En 1919 fue nombrado miembro de la Academia Soviética de Ciencias y en 1920 dejaría su plaza de profesor y continuaría sus investigaciones financiado por el gobierno, aunque siempre en su casa de Kaluga y no como parte de ninguna institución académica más grande. Mas tarde le fue otorgada la condecoracion “Trudovogo Krasnogo Znameni”, La Orden de la Bandera Roja al Trabajo.

A pesar de que los conceptos más revolucionarios, en lo que a la tecnología de la exploración espacial se refiere, los escribió antes de la revolución bolchevique, durante los quince años que el gobierno soviético le proporcionó una pensión para que se dedicara básicamente a pensar y escribir Tsiolkovsky produjo centenares de artículos científicos y filosóficos extraordinarios.

Como filósofo abogaba por la unión de la humanidad, la libertad y la apertura de mente. También en 1920, Tsiolkovsky escribe una carta hablando sobre comunicaciones por radio a la Organización de Jóvenes Técnicos en la que afirma que, aunque a largo plazo espera que colonicemos la Galaxia y entremos en contacto con otras civilizaciones, a más corto plazo la mayor esperanza de comunicación interestelar es precisamente la radio. En su carta afirma:

"En el futuro cercano, ondas de radio de onda corta penetrarán en nuestra atmósfera y [...] serán el principal medio de comunicación estelar."

En su “Plan de Exploración Espacial” de 1926 establece una secuencia de sucesos desde su época hasta la colonización de la Galaxia por la raza humana que no deja de ser verdaderamente sorprendente:

1. Creación de aeroplanos a reacción.

2. Aumento progresivo de la velocidad y altitud de estos aeroplanos.

3. Fabricación de cohetes verdaderos a reacción, carentes de alas.

4. Desarrollo de la capacidad de amerizar sobre una superficie líquida.

5. Alcance de la velocidad de escape hasta la órbita terrestre, y primer vuelo orbital.

6. Aumento progresivo de distancias y tiempos en los vuelos espaciales.

7. Uso experimental de plantas para crear una atmósfera artificial en las naves espaciales.

8. Uso de trajes presurizados para realizar tareas en el exterior de las naves espaciales.

9. Construcción de invernaderos orbitales para las plantas.

10. Construcción de colonias orbitales alrededor de la Tierra.

11. Uso de la radiación solar para cultivar alimentos en el espacio, calentar los espacios habitables y proporcionar energía para los viajes dentro del Sistema Solar.

12. Colonización del Cinturón de Asteroides.

13. Colonización del Sistema Solar completo y más allá de él.

14. Logro de la perfección individual y social.

15. Superpoblación del Sistema Solar y colonización de la Vía Láctea.

16. El Sol comienza a morir y los últimos humanos abandonan el Sistema Solar para vivir alrededor de otros soles.

Los primeros seis puntos mostraron su acierto casi profético, pues describen muy bien el discurrir de la carrera espacial hasta los años 60. Y científicamente también expone su visión de la sociedad futura para el avance de la Humanidad, ésta debe realizar un desarrollo social correspondiente: EL COMUNISMO (Logro de la Perfección individual y social).

Tsiolkovsky en su despacho (1930)

No debe resultar sorprendente visto lo que promulga, que Tsiolkovsky fuera una gran inspiración para los pioneros de la exploración espacial soviética. Sería la siguiente generación a la suya la que iniciara la carrera espacial, pero algunas de las figuras más importantes –Sergei Korolev, Ivan Kleimenov, Mikhail Tikhonravov y Valentin Glushko– lo mencionan como una influencia fundamental.

Yákov Isídorovich Perelmán (divulgador de la física, las matemáticas y la astronomía y uno de los fundadores del género de la literatura de ciencia popular, conocido por sus libros de divulgacion editados fuera de la URSS, en diferentes idiomas, por Editorial Mir, en 1924, participando en la “Sección de Comunicaciones Interplanetarias” de la Unión Soviética, cuyos miembros fueran el revolucionario ruso Félix Dzerzhinski, Konstantin Tsiolkovsky, Vladimir Petrovich Vetchinkin, Friedrich Arturovich Zander y Nikolai Alexsevitch Rynin, entre otros, descubrió la esencia de los trabajos de Tsiolkovsky, mantuvo una abundante correspondencia con él y fue precisamente Tsiolkovsky quien le recomendó que escribiera su primer libro de divulgación. Gracias a Perelmán se difundió los conceptos de Tsiolkovsky al gran público, hecho que tiempo después el propio Tsiolkovsky agradeceria epistolarmente a Perelmán, según una carta que se conserva fechada de 1929.

En su “Álbum de Viajes Espaciales” de 1932, sólo tres años antes de morir, estudia más aspectos prácticos no ya de la exploración espacial, sino de la colonización de la órbita terrestre, el Sistema Solar e incluso el resto de la Galaxia.

En Abril de 1935 el médico de Kaluga, N.I. Sirotkin diagnostica a Tsiolkovsky de cáncer de estómago, se trata de operar, pero los resultados no son satisfactorios, aún asi no cesa de trabajar.

Tsiolkovsky en sus ultimos años

Finalmente Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky fallece en Kaluga el 19 de septiembre de 1935 a las 22 horas 34 minutos, recibiendo funeral de Estado y sobre su tumba se puede leer hoy en dia el siguiente epitafio: “La Humanidad no permanecerá siempre atada a la Tierra.”

El primer satélite artificial, el Sputnik I, pudo ser puesto en órbita gracias a sus logros en la materia y fue lanzado aproximadamente al cumplirse el centenario de su nacimiento. El cráter de la cara oculta de la Luna lleva su nombre y tampoco Gagarin hubiera salido al espacio sin Tsiolkovsky y fue precisamente el propio Gagarin el que inaugurara el Museo Estatal de Cosmonáutica de Kaluga a un par de kilómetros de la casa de Tsiolkovsky, que aún hoy en dia se puede visitar y considero de visita obligatoria a cualquier amante de la cosmonaútica que se precie.

Sin duda hay mucho que agradecer a este histórico personaje. De sus logros y descubrimientos, de sus “visiones” como dirían algunos, de sus esfuerzos, de sus estudios, de su tesón y de su fe… inició el camino de la cosmonaútica y eso queda claro. Los cosmonautas soviéticos visitarían desde el mismo comienzo de la carrera espacial, además del monumento y la tumba de Tsiolkovsky, su casa de Kaluga y su despacho, donde con un lápiz y un papel describiese prácticamente todas las cosas que ellos hacían en el espacio. Es difícil afirmar con seguridad que no hubiera habido un Sputnik o una Laika o un Yuri Gagarin sin Konstantin Tsiolkovsky, pero estoy seguro de que las cosas no hubieran sido iguales, aunque sólo sea por la inspiración que supone leerlo.