Sputnik: cinquanta anys de la superació de la velocitat còsmica primària

Cosmonàutica: Aquesta setmana, el dia 4 d'octubre, farà mig segle de la posada en òrbita del primer satèl·lit soviètic Sputnik. La mecànica newtoniana havia lligat el moviment dels cossos terrestres i dels celestes, i havia demostrat la continuïtat existent entre les trajectòries parabòliques dels projectils i el llençament d'objectes a l'espai exterior. Tot era qüestió de la velocitat inicial del projectil. Es definiren doncs, tres velocitats còsmiques. La primera velocitat còsmica transformava una paràbola retornada en una òrbita més o menys estable. La segona velocitat còsmica transformava l'òrbita terrestre en una òrbita al voltant del Sol. I la tercera velocitat còsmica transformava l'òrbita heliocèntrica per dur l'objecte impulsat més enllà del sistema solar. Encara hom podria parlar d'una quarta velocitat còsmica: la velocitat d'escapament al camp gravitatori de la Via Làctia. La superació per primera vegada de les velocitats còsmiques primària i secundària l'aconseguí l'agència espacial soviètica, el 1957 i el 1959, respectivament. La velocitat còsmica terciària seria superada el 1972, aquesta vegada per l'agència espacial nord-americana.

El disseny del Sputnik era ben sobri, amb una massa total de 84 kg i un diàmetre d'uns 60 cm. Les quatre antenes feien 2 metres i mig cadascuna. L'instrumental es reduïa a un mínim equipament de registre termomètric i baromètric, i un transmissor de ràdio. Amb ell s'iniciava l'exploració de l'espai exterior.

Abans del Sputnik

Dir en el segle XVIII o en el XIX que la superació de la velocitat còsmica primària exigia només un desenvolupament paulatí de la potència dels canons, no semblava del tot desatinat. Fet i fet, Jules Verne (1828-1905) s'imagina així el 1865 el primer viatge de la Terra a la Lluna: un gran canó dissenyat sota l'esperó de la guerra civil nord-americana impulsa la nau. Però la velocitat còsmica primària és de 7800 m·s^-1 (28000 km/h) i la secundària és de 11000 m·s^-1 (40000 km/h). Ni els canoners seriosos més imaginatius podien compartir l'optimisme de Verne. Per exemple, fins a la Primera Guerra Mundial no es va desenvolupar el canó de París, capaç de traçar trajectòries parabòliques amb una alçada màxima estratosfèrica (amb rècord d'alçada de 40 km).

Calia, doncs, una altra aproximació: la dels cohets. El 1903, Konstantin Ciolkowski (1857-1935) parlava ja d'un cohet format per diferents fases i impulsat per la reacció entre oxigen líquid com a comburent i hidrogen líquid com a combustible. Un projecte similar fou patentat als Estats Units per Robert H. Goddard (1882-1945). Cada vegada eren més i més els interessats en aquesta ciència naixent, i el 1923 Hermann Oberth (1894-1989) publicava la seva tesi doctoral en aquest camp.

El primer cohet de combustible i comburent líquids fou llençat el 1926 a Nova Anglaterra per Robert H. Goddard

L'etapa dels pioners individuals aïllats dóna pas els anys 1920 a societats científiques especialitzades. En el clima inaugurat per la Revolució d'Octubre, es crea la Societat d'Estudis sobre Viatges Interplanetaris (1924), amb Ciolkowski com un dels fundadors destacats. A Alemanya es crea la Societat sobre Viatges Espacials (1927), d'àmbit europeu.

Paral·lelament els avenços ja no són únicament teòrics, i es poden començar a palpar. El 1926 Goddard llença el seu primer cohet de combustible líquid; el 1929 ho fa el grup d'Oberth; i el 1933 ho fa el grup de Sergei Koroljov (1907-66).

El punt d'inflexió en el desenvolupament de cohets que assolissin la primera velocitat còsmica, havia d'arribar amb la segona guerra mundial. Ja el 1931, Walter Riedel (1902-68) llençava el primer cohet de combustible líquid del programa de l'exèrcit alemany. El 1942, ja en plena guerra, el cohet alemany V-2 assoleix el rècord psicològic dels 100 km, considerada l'alçada on l'atmosfera terrestre deixa pas a l'espai exterior. El projecte de cohets militars alemanys, liderat per Wernher von Braun (1912-77) serà assimilat pels nord-americans després de la derrota alemanya.

Llençament de prova d'un cohet V-2 l'agost del 1943. L'arma secreta de Hitler mai no va poder jugar un paper determinant en la contesa bèl·lica. No obstant, el 1942 un cohet V-2 esdevenia el primer objecte en abandonar l'atmosfera terrestre, en assolir una alçada superior als 100 km

El primer Sputnik

La cursa entre el programa espacial soviètic i el nord-americà per assolir la fita del primer satèl·lit artificial arrenca el 1954. El president Eisenhower es compromet l'estiu del 1955 a llençar un satèl·lit artificial en el curs del proper Any Geofísic Internacional (juliol del 1957 a desembre del 1958). A la Unió Soviètica fan comptes d'utilitzar com a vehicle de llençament el cohet R-7, el desenvolupament del qual havia començat el 1953, amb vistes d'obtindre un míssil d'abast intercontinental. L'R-7 utilitza com a combustible querosè i com a comburent oxigen líquid.

Al llarg del 1956 s'hi treballà de valent en el disseny del vehicle de llençament i, especialment, del satèl·lit i del seu instrumental científic. La complexitat del primer disseny del satèl·lit era evident, i Koroljov va optar per un projecte molt menys ambiciós, si més no pel primer llençament. El cos del Sputnik 1 era una esfera de 58,5 cm de diàmetre i 2 mm de gruix. Estava feta d'un al·liatge d'alumini. Posseïa quatre antenes de 2,4-2,9 metres de llarg i dos transmissors de ràdio a freqüències de 20 i 40 MHz. L'instrumental incloïa termòmetres i baròmetres, la informació dels quals seria transmesa de forma codificada en les emissions de ràdio. Tot plegat feia 83,6 kg de massa.

El 1959, els cohets R-7 (foto) esdevingueren el primer míssil balístic intercontinental operatiu. Dos anys abans, per comptes del cap nuclear, un cohet R-7 va dur l'Sputnik 1 a l'òrbita terrestre. El propi R-7 va restar en òrbita durant gairebé dos mesos i es va convertir en el primer exemplar de la brossa orbital.

El llençament del R-7-Sputnik-1 es produí el 4 d'octubre del 1957, a les 22.28 hora local (UTC 19h28m34s) allà on hi ha avui el cosmòdrom de Baikonur.

L'Sputnik-1 s'inserí en l'òrbita prevista. Aquesta òrbita tenia una inclinació de 65,1º respecte del pla equatorial, i una excentricitat de 0,05. Això la duia a assolir una alçada màxima damunt la superfície terrestre de 934 km i una mínima de 215 km. Cada revolució era completada en poc més d'hora i dos quarts (96,1 minuts), amb una velocitat de 8 km·s^-1.

Els senyals de ràdio del Sputnik-1 permetien de resseguir-ne la posició, i d'obtindre informació dels registres termomètrics i baromètrics. Les bateries tenien una vida limitada de tres setmanes, i el 26 d'octubre, l'Sputnik-1 va deixar d'emetre.

Sord des de sempre, i ara també mut, l'Sputnik-1 continuà en una òrbita paulatinament descendent fins el 4 de gener del 1958, quan es produí la seva reentrada en l'atmosfera i s'hi desintegrà.

Tècnicament el cohet que havia llençat l'Sputnik-1 també havia esdevingut un satèl·lit artificial. Ara bé, sense transmissors, tan sols se'l podia seguir òpticament i es calculà que a principis de desembre del 1957 reingressaria a l'atmosfera terrestre, a l'alçada del Pacífic Nord-Oriental (algunes peces foren recuperades posteriorment a Califòrnia). Mentre que el satèl·lit en ell mateix assolia una magnitud aparent màxima de 6 (amb prou feines visible), el cohet R-7 podia assolir una magnitud aparent de fins a 1 (comparable amb la dels estels més lluents) i l'aspecte d'un estel fugaç inextingible.

Els satèl·lits artificials de la Terra, avui

Els pioners de la recerca sobre cohets veieren l'òrbita terrestre únicament com un pas intermedi cap al viatge a la Lluna i els viatges interplanetaris. El 1959 ja se superava la velocitat còsmica secundària, i el 1972 la velocitat còsmica terciària (18 km·s^-1). En l'actualitat el rècord (creixent) d'alçada assolit per un objecte fet per mans humanes és el del Voyager 1 (1.5·10¹³ m). Però les diferents naus en òrbita heliocèntrica, en viatge transplanetari o en òrbita al voltant d'altres planetes són essencialment missions d'interès científic especialitzat (planetològic, heliogràfic, etc.). En canvi els satèl·lits artificials o naus orbitals serveixen objectius científic més ampli i una munió d'interessos pràctics: telecomunicacions, cartografia, meteorologia, etc. Fan part de la nostra vida quotidiana i alguns serveixen també interessos militars (ara com ara, d'espionatge, però en una propera guerra mundial l'espai orbital jugaria un paper militar actiu).

Un total de més de 12.000 satèl·lits artificials censats, entre satèl·lits operatius, satèl·lits suspesos i fragments, poblen l'òrbita terrestre. Cinquanta anys després de la conquesta de l'espai orbital terrestre, la brossa espacial ja comença a ésser un problema de consideració.

N'hi ha prou amb fer una ullada de les estatístiques de satèl·lits artificials per tindre una idea de l'abast que ha pres aquest camp. En l'actualitat el nombre de satèl·lits artificials és de 12.545, dels quals tan sols 3.204 objectes són satèl·lits funcionals (la resta d'objectes, uns 9.341 es poden considerar brossa orbital). El nombre total d'objectes que han estat en òrbita de la Terra s'avalua en 32.248. Val a dir, però, que dels 3.204 satèl·lits funcionals, només mig miler són realment operatius. El degà de totes aquestes peces és el Vanguard I, llençat el març del 1958, i que tot i que va deixar de funcionar el maig del 1964 podria restar en òrbita teòricament fins al tombant dels segles XXII i XXIII.