lanzamiento espacial

No existe un límite claro entre la atmósfera terrestre y el espacio, ya que la densidad de la atmósfera disminuye gradualmente a medida que aumenta la altitud. Existen varias designaciones de límites estándar, a saber:

• La Federación Aeronáutica Internacional ha establecido la línea de Kármán a una altitud de 100 km (62 millas) como definición operativa del límite entre la aeronáutica y la astronáutica. Esto se utiliza porque, a una altitud de aproximadamente 100 km (62 millas) , como calculó Theodore von Kármán , un vehículo tendría que viajar más rápido que la velocidad orbital para obtener suficiente sustentación aerodinámica de la atmósfera para mantenerse en vuelo. ^{[ 4 ] : 84 [ 5 ]}    
• Hasta 2021, Estados Unidos designaba como astronautas a las personas que viajaban por encima de una altitud de 50 millas (80 km) . ^{[ 6 ] : 16} Las alas de astronauta ahora solo se otorgan a los miembros de la tripulación de naves espaciales que "demostraron actividades durante el vuelo que fueron esenciales para la seguridad pública o contribuyeron a la seguridad de los vuelos espaciales tripulados". ^{[ 7 ]}  
• El transbordador espacial de la NASA se utilizaba400.000  pies , o 75,76 millas (120 km) , como su altitud de reentrada (denominada Interfaz de Entrada), que marca aproximadamente el límite donde la resistencia atmosférica se vuelve perceptible, comenzando así el proceso de cambio de dirección con propulsores a maniobra con superficies de control aerodinámicas. ^{[ 8 ]} 

En 2009, los científicos informaron mediciones detalladas con un generador de imágenes de iones supratérmicos (un instrumento que mide la dirección y la velocidad de los iones), lo que les permitió establecer un límite a 118 km (73,3 millas) sobre la Tierra. Este límite representa el punto medio de una transición gradual a lo largo de decenas de kilómetros desde los vientos relativamente suaves de la atmósfera terrestre hasta los flujos más violentos de partículas cargadas en el espacio, que pueden alcanzar velocidades muy superiores a 268 m/s (880 pies/s) . ^{[ 9 ] [ 10 ]}    

Por definición, para que se produzca un vuelo espacial, se necesita una altitud suficiente. Esto implica que se debe superar una energía potencial gravitatoria  mínima: para la línea de Kármán, esta es aproximadamente 1 MJ/kg. W=mgh, m=1 kg, g=9,82  m/s² ^, h=10⁵ ^m . W=1*9,82*10⁵ ^≈10⁶ J /kg= ¹ MJ/kg

En la práctica, se necesita gastar más energía debido a pérdidas como la resistencia del aire, la eficiencia propulsora, la eficiencia del ciclo de los motores que se emplean y la resistencia gravitatoria .

En los últimos cincuenta años, los vuelos espaciales generalmente han implicado permanecer en el espacio durante un período de tiempo, en lugar de ascender y regresar inmediatamente a la Tierra. Esto implica la órbita, que depende principalmente de la velocidad, no de la altitud, aunque esto no significa que no sea necesario considerar la fricción del aire y las altitudes relevantes en relación con ella y la órbita. A altitudes mucho mayores que las órbitas que mantienen muchos satélites, la altitud comienza a ser un factor más importante y la velocidad uno menos relevante. A altitudes más bajas, debido a la alta velocidad necesaria para mantenerse en órbita, la fricción del aire es una consideración importante que afecta a los satélites, mucho más de lo que se suele pensar. A altitudes aún más bajas, los globos, sin velocidad de avance, pueden desempeñar muchas de las funciones que cumplen los satélites.

Muchas cargas, en particular los seres humanos, tienen una fuerza G límite que pueden soportar. Para los humanos, esta fuerza es de aproximadamente 3 a 6 g. Algunos lanzadores, como los lanzadores de cañones, generarían aceleraciones de cientos o miles de g, por lo que resultan completamente inadecuados.

Los lanzadores varían en cuanto a su fiabilidad para cumplir la misión.

La seguridad es la probabilidad de causar lesiones o la pérdida de vidas. Los lanzadores poco fiables no son necesariamente inseguros, mientras que los lanzadores fiables suelen ser seguros, aunque no siempre.

Además del fallo catastrófico del propio vehículo de lanzamiento, otros riesgos para la seguridad incluyen la despresurización y los cinturones de radiación de Van Allen , que impiden las órbitas que pasan largos períodos dentro de ellos.

Se ha demostrado, entre otras cosas, que los lanzamientos espaciales aumentan la concentración de aluminio y los niveles de pH alrededor de las plataformas de lanzamiento. Dicho esto, una regulación y medidas adecuadas pueden reducir e incluso aumentar la protección ambiental de los lanzamientos. ^{[ 12 ]}

Además, el hollín y los escombros de los lanzamientos, especialmente de los lanzamientos fallidos, han impactado negativamente extensas áreas submarinas. ^{[ 13 ]} Los restos de los lanzamientos, por ejemplo, se arrojan al océano en lugares como el área del Océano Pacífico conocida como el cementerio de naves espaciales .

Además de los entornos ecológicos, las tierras y sus comunidades, en particular los pueblos indígenas , han sido colonizados para construir la infraestructura necesaria, ignorándolos sin buscar consulta ni consentimiento . ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

Muchos cohetes utilizan combustibles fósiles, algunos sistemas de lanzamiento utilizan hidrógeno, mientras que algunos fabricantes de cohetes (por ejemplo, ArianeGroup ) utilizan diferentes combustibles de lanzamiento (como el metano producido a partir de biomasa). ^{[ 17 ]}

Los gases de escape suelen ser vapor de agua, que es un potente gas de efecto invernadero y no es muy común a grandes altitudes. El metano, que se utiliza como combustible, también es un potente gas de efecto invernadero. ^{[ 18 ]}

El vuelo espacial suborbital es cualquier lanzamiento espacial que llega al espacio sin completar una órbita alrededor del planeta, y requiere una velocidad máxima de alrededor de 1  km/s para llegar al espacio, y hasta 7  km/s para distancias más largas como un vuelo espacial intercontinental. Un ejemplo de vuelo suborbital sería un misil balístico, un futuro vuelo turístico como Virgin Galactic o un vuelo de transporte intercontinental como SpaceLiner . Cualquier lanzamiento espacial sin una corrección de optimización orbital para lograr una órbita estable resultará en un vuelo espacial suborbital, a menos que haya suficiente empuje para abandonar la órbita por completo (ver Cañón espacial#Cómo llegar a la órbita ).

Además, si se requiere órbita, se debe generar mucha más energía para que la nave adquiera velocidad lateral. La velocidad necesaria depende de la altitud de la órbita: se requiere menos velocidad a mayor altitud. Sin embargo, teniendo en cuenta la energía potencial adicional que supone estar a mayor altitud, en general se consume más energía para alcanzar órbitas más altas que para órbitas más bajas.

La velocidad necesaria para mantener una órbita cerca de la superficie terrestre corresponde a una velocidad lateral de aproximadamente 7,8  km/s (17.400 mph), lo que equivale a una energía de unos 30 MJ/kg. Esto representa varias veces la energía por kilogramo de las mezclas de propulsores para cohetes  de uso práctico .

Obtener la energía cinética necesaria resulta complicado, ya que la resistencia del aire tiende a frenar la nave espacial. Por ello, las naves propulsadas por cohetes suelen seguir una trayectoria de compromiso que les permite salir de la parte más densa de la atmósfera muy pronto y, posteriormente, realizar, por ejemplo, una órbita de transferencia de Hohmann para alcanzar la órbita requerida. Esto minimiza la resistencia del aire y el tiempo que la nave permanece en órbita. La resistencia del aire es un problema importante en prácticamente todos los sistemas de lanzamiento propuestos y actuales, aunque suele ser menos relevante que la dificultad de obtener la energía cinética suficiente para alcanzar la órbita.

Para vencer por completo la gravedad terrestre, una nave espacial debe obtener la energía suficiente para superar la profundidad del pozo de energía potencial gravitatoria. Una vez logrado esto, siempre que la energía no se pierda de forma no conservativa, la nave escapará de la influencia de la Tierra. La profundidad del pozo de energía potencial depende de la posición de la nave, y la energía depende de su velocidad. Si la energía cinética supera la energía potencial, se produce el escape. En la superficie terrestre, esto ocurre a una velocidad de 11,2  km/s (25 000  mph), pero en la práctica se necesita una velocidad mucho mayor debido a la resistencia del aire.