Astronave

Hasta 2016, solo tres naciones habían realizado vuelos espaciales tripulados: URSS/Rusia, EE. UU. y China. La primera nave espacial tripulada fue Vostok 1 , que llevó al cosmonauta soviético Yuri Gagarin al espacio en 1961 y completó una órbita terrestre completa. Hubo otras cinco misiones tripuladas que utilizaron una nave espacial Vostok . ^{[ 11 ]} La segunda nave espacial tripulada se llamó Freedom 7 , y realizó un vuelo espacial suborbital en 1961 llevando al astronauta estadounidense Alan Shepard a una altitud de poco más de 187 kilómetros (116 mi) . Hubo otras cinco misiones tripuladas que utilizaron naves espaciales Mercury . 

Otras naves espaciales soviéticas tripuladas incluyen la Voskhod , la Soyuz , volada sin tripulación como Zond/L1 , L3 , TKS , y las estaciones espaciales tripuladas Salyut y Mir . Otras naves espaciales estadounidenses tripuladas incluyen la nave espacial Gemini , la nave espacial Apolo incluyendo el Módulo Lunar Apolo , la estación espacial Skylab , el Transbordador Espacial con estaciones espaciales-módulos no desacoplados Spacelab europeo y Spacehab privado estadounidense , y la configuración Crew Dragon de SpaceX de su Dragon 2. La compañía estadounidense Boeing también desarrolló y voló una nave espacial propia, la CST-100 , comúnmente conocida como Starliner , pero aún no se ha producido un vuelo tripulado. China desarrolló, pero no voló Shuguang , y actualmente está utilizando Shenzhou (su primera misión tripulada fue en 2003).

A excepción del transbordador espacial y el avión espacial Buran de la Unión Soviética, este último de los cuales solo realizó un vuelo de prueba sin tripulación, todas las naves espaciales orbitales tripuladas recuperables eran cápsulas espaciales .

• naves espaciales tripuladas
• 
  Las naves espaciales estadounidenses Mercury, Gemini y Apolo
• 
  Cápsula soviética Vostok
• 
  Voskhod soviético (variante de Vostok)
• 
  Nave espacial Soyuz soviética/rusa de 1967
• 
  Nave espacial china Shenzhou

La Estación Espacial Internacional , tripulada desde noviembre de 2000, es una iniciativa conjunta entre Rusia, Estados Unidos, Canadá y otros países.

Las naves espaciales no tripuladas son aquellas que no tienen personas a bordo. Estas naves pueden tener distintos niveles de autonomía respecto a la intervención humana; pueden ser controladas a distancia , guiadas remotamente o incluso autónomas , lo que significa que cuentan con una lista de operaciones preprogramadas que ejecutarán a menos que reciban instrucciones diferentes.

Muchas misiones espaciales se adaptan mejor a la telerrobótica que a la operación tripulada , debido a su menor costo y menor riesgo. Además, algunos destinos planetarios, como Venus o las proximidades de Júpiter , son demasiado hostiles para la supervivencia humana. Planetas exteriores como Saturno , Urano y Neptuno están demasiado lejos para ser alcanzados con la tecnología actual de vuelos espaciales tripulados, por lo que las sondas telerrobóticas son la única forma de explorarlos. La telerrobótica también permite explorar regiones vulnerables a la contaminación por microorganismos terrestres, ya que las naves espaciales pueden esterilizarse. Los humanos no pueden esterilizarse de la misma manera que una nave espacial, ya que coexisten con numerosos microorganismos, y estos microorganismos también son difíciles de contener dentro de una nave espacial o un traje espacial. Se enviaron múltiples sondas espaciales para estudiar la Luna, los planetas, el Sol y varios cuerpos pequeños del Sistema Solar (cometas y asteroides).

Un tipo especial de nave espacial no tripulada son los telescopios espaciales , telescopios en el espacio exterior utilizados para observar objetos astronómicos. Los primeros telescopios operativos fueron el Observatorio Astronómico Orbital Estadounidense ( OAO-2) , lanzado en 1968, y el telescopio ultravioleta soviético Orion 1 a bordo de la estación espacial Salyut 1 en 1971. Los telescopios espaciales evitan la filtración y la distorsión ( centelleo ) de la radiación electromagnética que observan, así como la contaminación lumínica que sufren los observatorios terrestres . Los ejemplos más conocidos son el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb .

Las naves de carga están diseñadas para transportar mercancías , posiblemente para apoyar el funcionamiento de las estaciones espaciales mediante el transporte de alimentos, combustible y otros suministros. Las naves de carga automatizadas se utilizan desde 1978 y han prestado servicio a Salyut 6 , Salyut 7 , Mir , la Estación Espacial Internacional y la estación espacial Tiangong .

Algunas naves espaciales pueden operar tanto tripuladas como no tripuladas. Por ejemplo, el avión espacial Buran podía operar de forma autónoma, pero también tenía controles manuales, aunque nunca voló con tripulación a bordo. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Otras naves espaciales con tripulación dual/no tripulada incluyen: SpaceX Dragon 2 , ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} Dream Chaser , ^{[ 18 ] [ 19 ]} y Tianzhou . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Un satélite de comunicaciones es un satélite artificial que retransmite y amplifica señales de radiotelecomunicación mediante un transpondedor ; crea un canal de comunicación entre un transmisor y un receptor ubicados en diferentes puntos de la Tierra . Los satélites de comunicaciones se utilizan para televisión , telefonía , radio , internet y aplicaciones militares . ^{[ 22 ]} Muchos satélites de comunicaciones se encuentran en órbita geoestacionaria a 35 900 km (22 300 millas ) sobre el ecuador , de modo que el satélite parece permanecer fijo en el mismo punto del cielo; por lo tanto, las antenas parabólicas de las estaciones terrestres pueden apuntar permanentemente a ese punto y no necesitan moverse para seguir al satélite. Otros forman constelaciones de satélites en órbita terrestre baja , donde las antenas terrestres deben seguir la posición de los satélites y cambiar de satélite con frecuencia. 

Las ondas de radio de alta frecuencia utilizadas para los enlaces de telecomunicaciones viajan por línea de visión y, por lo tanto, se ven obstaculizadas por la curvatura de la Tierra. El propósito de los satélites de comunicaciones es retransmitir la señal sorteando la curvatura de la Tierra, permitiendo la comunicación entre puntos geográficos muy distantes. ^{[ 23 ]} Los satélites de comunicaciones utilizan una amplia gama de frecuencias de radio y microondas . Para evitar la interferencia de la señal, las organizaciones internacionales cuentan con regulaciones sobre qué rangos de frecuencia o "bandas" pueden utilizar ciertas organizaciones. Esta asignación de bandas minimiza el riesgo de interferencia de la señal. ^{[ 24 ]}

Las naves espaciales de carga o de reabastecimiento son naves espaciales robóticas diseñadas específicamente para transportar carga , posiblemente para apoyar el funcionamiento de las estaciones espaciales mediante el transporte de alimentos, combustible y otros suministros.

Las naves espaciales de carga automatizadas se utilizan desde 1978 y han prestado servicio a Salyut 6 , Salyut 7 , Mir , la Estación Espacial Internacional y la estación espacial Tiangong .

A partir de 2023, se utilizan tres naves de carga diferentes para abastecer la Estación Espacial Internacional : la rusa Progress , la estadounidense SpaceX Dragon 2 y la Cygnus . La china Tianzhou se utiliza para abastecer la estación espacial Tiangong .

Las sondas espaciales son naves espaciales robóticas que se envían a explorar el espacio profundo o cuerpos astronómicos distintos de la Tierra. Se diferencian de los módulos de aterrizaje en que operan en el espacio abierto, no en superficies ni atmósferas planetarias. Su naturaleza robótica elimina la necesidad de costosos y pesados ​​sistemas de soporte vital (los alunizajes tripulados del programa Apolo requirieron el uso del cohete Saturno V, cuyo lanzamiento costaba más de mil millones de dólares, ajustados a la inflación) y, por lo tanto, permite el uso de cohetes más ligeros y económicos. Las sondas espaciales han visitado todos los planetas del Sistema Solar y Plutón , y la sonda solar Parker tiene una órbita que, en su punto más cercano, se encuentra en la cromosfera del Sol . Actualmente, hay cinco sondas espaciales que están escapando del Sistema Solar : Voyager 1 , Voyager 2 , Pioneer 10 , Pioneer 11 y New Horizons .

Un telescopio espacial u observatorio espacial es un telescopio en el espacio exterior utilizado para observar objetos astronómicos. Los telescopios espaciales evitan la filtración y distorsión de la radiación electromagnética que observan, así como la contaminación lumínica que sufren los observatorios terrestres . Se dividen en dos tipos: satélites que cartografían todo el cielo ( seguimiento astronómico ) y satélites que se centran en objetos astronómicos específicos o en partes del cielo y más allá. Los telescopios espaciales se diferencian de los satélites de imagen terrestre , que apuntan hacia la Tierra para obtener imágenes satelitales , utilizadas para el análisis meteorológico , el espionaje y otros tipos de recopilación de información .

Un módulo de aterrizaje es un tipo de nave espacial que realiza un aterrizaje suave en la superficie de un cuerpo astronómico distinto de la Tierra . Algunos módulos de aterrizaje, como Philae y el Módulo Lunar Apolo , aterrizan utilizando únicamente su combustible, pero muchos otros (y los aterrizajes de naves espaciales en la Tierra ) utilizan el frenado aerodinámico , especialmente para destinos más lejanos. Esto implica que la nave espacial utilice una combustión de combustible para cambiar su trayectoria y atravesar la atmósfera de un planeta (o una luna). La resistencia causada por el impacto de la nave espacial contra la atmósfera le permite desacelerar sin consumir combustible; sin embargo, esto genera temperaturas muy elevadas, lo que requiere algún tipo de escudo térmico .

Las cápsulas espaciales son un tipo de nave espacial que puede regresar del espacio al menos una vez. Tienen forma roma, generalmente no contienen mucho más combustible del necesario y, a diferencia de los aviones espaciales, carecen de alas . Son la forma más sencilla de nave espacial recuperable y, por lo tanto, la más utilizada. La primera cápsula de este tipo fue la Vostok , construida por la Unión Soviética, que transportó a la primera persona en el espacio, Yuri Gagarin . Otros ejemplos incluyen las cápsulas Soyuz y Orion , construidas por la Unión Soviética y la NASA , respectivamente.

Los aviones espaciales son naves espaciales construidas con la forma y la función de un avión . El primer ejemplo de este tipo fue el avión espacial North American X-15 , que realizó dos vuelos tripulados que alcanzaron una altitud de más de 100 kilómetros (62 millas) en la década de 1960. Esta primera nave espacial reutilizable fue lanzada desde el aire en una trayectoria suborbital el 19 de julio de 1963. 

El primer avión espacial orbital reutilizable fue el transbordador espacial . El primer transbordador en volar al espacio, el transbordador espacial Columbia , fue lanzado 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 transbordadores, todos los cuales volaron en la atmósfera y cinco de los cuales volaron al espacio. Enterprise se usó solo para pruebas de aproximación y aterrizaje, despegando desde la parte trasera de un Boeing 747 SCA y planeando hasta aterrizajes sin motor en la Base de la Fuerza Aérea Edwards, California . El primer transbordador espacial en volar al espacio fue Columbia , seguido por Challenger , Discovery , Atlantis y Endeavour . Endeavour fue construido para reemplazar a Challenger cuando se perdió en enero de 1986. Columbia se desintegró durante la reentrada en febrero de 2003.

El primer avión espacial autónomo reutilizable fue el transbordador de la clase Buran , lanzado por la URSS el 15 de noviembre de 1988, aunque solo realizó un vuelo, y este fue sin tripulación. Este avión espacial fue diseñado para una tripulación y se parecía mucho al transbordador espacial estadounidense, aunque sus propulsores de desembarco utilizaban propelentes líquidos y sus motores principales estaban ubicados en la base de lo que sería el tanque externo en el transbordador estadounidense. La falta de financiación, agravada por la disolución de la URSS , impidió que el Buran realizara más vuelos. Posteriormente, el transbordador espacial fue modificado para permitir la reentrada autónoma en caso de necesidad.

Según la Visión para la Exploración Espacial , el Transbordador Espacial fue retirado en 2011 principalmente debido a su antigüedad y al alto costo del programa, que alcanzaba más de mil millones de dólares por vuelo. El papel del Transbordador como transporte de personas será reemplazado por la SpaceX Dragon 2 de SpaceX y la CST-100 Starliner de Boeing . El primer vuelo tripulado de la Dragon 2 tuvo lugar el 30 de mayo de 2020. ^{[ 27 ]} El papel del Transbordador como transporte de carga pesada será reemplazado por cohetes desechables como el Sistema de Lanzamiento Espacial y el cohete Vulcan de ULA , así como por vehículos de lanzamiento comerciales.

El SpaceShipOne de Scaled Composites era 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 Prize . The Spaceship Company construyó un sucesor, el SpaceShipTwo . Virgin Galactic tenía previsto que una flota de SpaceShipTwos operara para comenzar vuelos espaciales privados reutilizables con pasajeros de pago en 2014, pero se retrasó tras el accidente del VSS Enterprise .

Transbordador espacial

El transbordador espacial es un sistema de lanzamiento orbital terrestre bajo reutilizable retirado. Consistía en dos cohetes propulsores sólidos reutilizables que aterrizaban en paracaídas, se recuperaban en el mar y eran los motores de cohete más potentes jamás fabricados hasta que fueron reemplazados por los del cohete SLS de la NASA , con un empuje de despegue de 2.800.000 libras-fuerza (12 MN) , que pronto aumentó a 3.300.000 libras-fuerza (15 MN) por propulsor, ^{[ 28 ]} y se alimentaban con una combinación de PBAN y APCP , el orbitador del transbordador espacial , con 3 motores RS-25 que utilizaban una combinación de propulsor de oxígeno líquido / hidrógeno líquido , y el tanque externo desechable de color naranja brillante del transbordador espacial del que los motores RS-25 obtenían su combustible. El orbitador era un avión espacial que se lanzaba en el Centro Espacial Kennedy de la NASA y aterrizaba principalmente en la Instalación de Aterrizaje del Transbordador , que forma parte del Centro Espacial Kennedy. Un segundo sitio de lanzamiento, el Complejo de Lanzamiento Espacial Vandenberg 6 en California , fue remodelado para poder usarse para lanzar los transbordadores, pero nunca se utilizó. El sistema de lanzamiento podía elevar aproximadamente 29 toneladas (64 000 lb) a una órbita terrestre baja hacia el este . Cada orbitador pesaba aproximadamente 78 toneladas (172 000 lb) , sin embargo, los diferentes orbitadores tenían pesos y, por lo tanto, cargas útiles diferentes, siendo Columbia el orbitador más pesado, Challenger más ligero que Columbia pero aún más pesado que los otros tres. La estructura del orbitador estaba compuesta principalmente de aleación de aluminio. El orbitador tenía siete asientos para miembros de la tripulación, aunque en STS-61-A el lanzamiento tuvo lugar con 8 tripulantes a bordo. Los orbitadores tenían bahías de carga útil de 4,6 metros (15 pies) de ancho por 18 metros (59 pies) de largo y también estaban equipados con un CanadaArm1 de 15,2 metros (50 pies) , una versión mejorada del cual se utiliza en la Estación Espacial Internacional . El escudo térmico (o sistema de protección térmica ) del orbitador, utilizado para protegerlo de los niveles extremos de calor durante la reentrada atmosférica y el frío del espacio, estaba compuesto de diferentes materiales dependiendo del peso y de la cantidad de calor que recibiría un área particular del transbordador durante la reentrada, que oscilaba entre más de 2900.        De °F (1600 °C) a menos de 700 °F (370 °C) . El orbitador era operado manualmente, aunque se añadió un sistema de aterrizaje autónomo mientras el transbordador aún estaba en servicio. Tenía un sistema de maniobra en órbita conocido como Sistema de Maniobra Orbital, que utilizaba los propelentes hipergólicos monometilhidrazina (MMH) y tetróxido de dinitrógeno , que se utilizaba para la inserción orbital, los cambios de órbita y la maniobra de desorbitación.   

Aunque el objetivo del transbordador era reducir drásticamente los costos de lanzamiento, no lo logró, resultando mucho más caro que lanzadores desechables similares. Esto se debió a los elevados costos de reacondicionamiento y al desgaste del tanque externo. Tras un aterrizaje, los cohetes propulsores sólidos y muchas partes del orbitador debían desmontarse para su inspección, un proceso largo y arduo. Además, los motores RS-25 debían reemplazarse cada pocos vuelos. Cada una de las losetas de protección térmica debía colocarse en un área específica del orbitador, lo que aumentaba aún más la complejidad. A esto se suma que el transbordador era un sistema bastante peligroso, con losetas de protección térmica frágiles, algunas tan frágiles que se podían raspar fácilmente con la mano, y que a menudo resultaban dañadas en numerosos vuelos. Tras 30 años de servicio, de 1981 a 2011, y 135 vuelos, el transbordador fue retirado debido al alto costo de su mantenimiento, y los tres orbitadores restantes (los otros dos fueron destruidos en accidentes) se prepararon para ser exhibidos en museos.

Algunas naves espaciales no encajan del todo bien en ninguna de las categorías generales. Esta es una lista de dichas naves.

• La sonda solar Parker (con una velocidad estimada de 343.000 km/h o 213.000 mph en su primer acercamiento al sol, alcanzará los 700.000 km/h o 430.000 mph en el perihelio final) ^{[ 33 ]}    
• Sondas solares Helios I y II ( 252.792 km/h o 157.078 mph )  

• Voyager 1 a 156,13 UA en abril de 2022, viajando hacia afuera a aproximadamente 3,58 UA/año (61.100 km/h; 38.000 mph) ^{[ 34 ]}   
• Pioneer 10 a 122,48 UA en diciembre de 2018, viajando hacia afuera a aproximadamente 2,52 UA/a (43.000 km/h; 26.700 mph) ^{[ 34 ]}   
• Voyager 2 a 122,82 UA en enero de 2020, viajando hacia afuera a aproximadamente 3,24 UA/año (55.300 km/h; 34.400 mph) ^{[ 34 ]}   
• Pioneer 11 a 101,17 UA en diciembre de 2018, viajando hacia afuera a aproximadamente 2,37 UA/a (40.400 km/h; 25.100 mph) ^{[ 34 ]}