El transbordador espacial Moonraker

Últimamente están reponiendo en CMT varias películas de James Bond. Ayer emitieron Moonraker, de la que ya comenté algo en otra ocasión. Si recordáis el inicio de la peli, vemos como uno de los transbordadores espaciales Moonraker, es transportado en el aire por un Boeing 747. Los sicarios del villano de turno se cuelan en la lanzadera, encenden los motores principales, se desenganchan del avión (que explota al recibir el chorro de los propulsores), y se la llevan volando a algún lugar secreto. Sin embargo esto nunca podría ocurrir en realidad.

Cuando se transporta un aparato de este tipo, se hace con sus depósitos vacíos. Y por una buena razón ¿Recordáis el artículo sobre las misiones Apolo? Ahí os mencionaba que el mantra a repetir es «la masa es nuestra enemiga». Pues bien, lo mismo ocurre aquí. Lo que interesa es trasladar el transbordador, y sólo el transbordador. Sin carga ni combustible; en definitiva, sin masa innecesaria.

Bueno, uno podría pensar que el villano ha hecho los preparativos necesarios. Y aunque sería justo preguntarse cómo es que los pilotos del 747 no se dan cuenta de que el transbordador pesa más de lo que debería, en realidad tenemos otro problema.

Y es que el principal motivo por el que eso no puede ocurrir, es porque en un transbordador espacial, el combustible de los motores principales proviene únicamente del enorme tanque externo, que se desprende una vez deja de ser necesario. ¿Cómorr? ¿Entonces como maniobra y vuelve sin él? pensaréis muchos.

Bueno, el famoso transbordador espacial tiene varios sistemas de propulsión. Por un lado tenemos los motores principales, llamados SSME (de Space Shuttle Main Engines), cuya salida de gases son las conocidas tres toberas que tiene en la cola. Como he mencionado, el SSME extrae el combustible únicamente del tanque externo, y sólo se utiliza para despegar y poner la nave en órbita.

Por otro lado tenemos el sistema de maniobra orbital, abreviado OMS (de Orbital Maneuvering System). El OMS es el encargado de propulsar la nave una vez está en órbita, ya sea para alterar ésta, o para abandonarla (y comenzar la reentrada). La salida de gases del OMS son dos toberas situadas también en la cola, pero más pequeñas que las del SSME, montadas a los lados de la tobera central de éste (en unos módulos que parecen «chepas»). Son fácilmente visibles si miráis detenidamente una imagen de la cola del transbordador.

Finalmente tenemos el sistema de control a reacción, abreviado RCS (de Reaction Control System), que consiste en varios propulsores pequeñitos, situados en el morro y la cola (junto a los del OMS), y proporciona al transbordador la capacidad de rotar sobre sus tres ejes. Fijaos que tanto el SSME como el OMS, únicamente proporcionan empuje hacia delante, por lo que es necesario un sistema que haga girar el aparato, ya que en el espacio los alerones son inútiles al no haber aire (bueno, en realidad, las toberas del SSME pueden variar un poco su inclinación, pero además de ineficientes para hacer girar la nave, recordad que no están operativos sin el tanque externo).

Bien, así que vemos que los motores principales (que son los que claramente se encienden en la peli) no pueden usarse sin el tanque externo. Nuevamente uno podría pensar que las Moonraker podrían tener un diseño algo diferente al del transbordador de la NASA, y que los SSME de ellas podrían alimentarse también de tanques internos. Pero aparentemente no hay ningún motivo para ello (aunque las Moonraker las fabricaba el villano de la peli, el robo de una de ellas no formaba parte de su plan maestro, siendo algo ejecutado a posteriori tras detectar un problema, como le cuenta él mismo a Bond, en la clásica escena de «villano megalómano cuenta su plan maestro al héroe capturado»). Además, tendríamos otro problema más.

Contra lo que podrían pensar muchos, el transbordador espacial no está diseñado para volar en la atmósfera, sino para realizar un descenso controlado. Tras la reentrada, el transbordador no utiliza ningún propulsor (de hecho, quema el combustible sobrante para evitar si inflamación accidental), simplemente planea durante su descenso. Y «eso no es volar, es caer con estilo» (no-premio para el que identifique la cita).

Ciertamente, el hecho de que pueda planear, nos indica que con propulsión adecuada, podría volar. Pero por el propio diseño y propósito del transbordador, el gasto de combustible sería enorme. Existen dos parámetros en aeronáutica llamados rendimiento aerodinámico y coeficiente de planeo (no sé si los términos en castellano son así ¿hay algún aeronauta en la sala?). El rendimiento aerodinámico es la relación entre la sustentación (la fuerza hacia arriba) y el empuje (la fuerza que proporciona el motor), y el coeficiente de planeo es la relación entre la distancia horizontal recorrida por un planeador y la distancia vertical descendida. Resulta que aunque son conceptos diferentes, numéricamente son iguales. Así, un aparato con un coeficiente de 10 (por ejemplo), necesita un empuje igual a 1/10 de su peso para mantenerse en el aire, y si no tiene propulsión y planeara, recorrería 10 m por cada metro que descendiera. Estos parámetros, como es fácil comprender, dependen de entre otras cosas, de la velocidad del vehículo, de su inclinación y de la posición de sus superficies móviles.

Bien, como el transbordador espacial está diseñado principalmente para vuelos orbitales, y no para volar, su coeficiente de planeo no es muy grande, oscilando entre 1 durante la reentrada y 4,5 al aterrizar. Comparadlo con el de un 747 a velocidad de crucero, que es de 17, o el del desaparecido concorde, que es de 7, también a velocidad de crucero (durante el aterrizaje disminuye hasta 4,35, algo menor que el del transbordador). Así, en el mejor de los casos, habría que proporcionar un empuje equivalente a algo menos de la cuarta parte de su peso. Y eso supondría un gasto enorme de combustible. Combustible que habría que meter en algún sitio, sin que el personal de tierra y los pilotos del avión lo noten. Y eso suponiendo que la Moonraker tenga un diseño poco convencional y pueda alimentar el SSME sin tanque externo.

En fin, no se puede decir que sea físicamente imposible, pero como veis, es bastante improbable.

tres14

Hubiera querido escribir esta entrada el mismo jueves, o como mucho el viernes, pero últimamente tengo poquísimo tiempo para hacer todo lo que me gustaria. Sólo quería comentaros que la mesa redonda del 20 fue muy enriquecedora. Me permitió conocer cara a cara a Francisco José Suñer Iglesias, creador del imprescindible Sitio de Ciencia Ficción, con quien ya había mantenido un «contacto virtual».

También descubrí tres14, un programa de TVE sobre ciencia, que resulta contiene una sección llamada «cine y Ciencia». ¿Adivináis de qué trata? Exacto, comenta errores científicos en películas, explicando el porqué. Lo mejor de todo es que en la propia web del programa uno puede acceder a los videos de los programas ya emitidos, separados por secciones. Los de «cine y Ciencia» son muy cortitos (alrededor del minuto), y te los ves de una sentada. Muy recomendable.

La necesidad de cerrar el circuito

Hace ya varias semanas pusieron en la tele la película Paycheck, que está basada en un relato de Philip K. Dick. Como en otros casos, voy a comentar un detalle más mundano que la trama principal de la peli (la posibilidad o no de ver el futuro o borrar recuerdos de forma selectiva). Hubo una escena que transcurría en las vías del metro, en la que el prota se ve acorralado por uno de los secuaces del villano. Para escapar, deja caer el cargador de una pistola sobre el raíl que transporta la electricidad, de forma que la pólvora detona y provoca la distracción suficiente para permitirle huír.

Antes de nada debo explicar, por si alguien no se había percatado con esta u otras películas, que en Estados Unidos, el metro no es alimentado por una catenaria (cables colgantes) como aquí en España (o al menos, en Madrid), sino que lo hace a través de un tercer riel, por donde circula la corriente eléctrica (lo cual es una inagotable fuente de reursos para las películas).

Hace ya tiempo comenté uno de los fundamentos más básicos de la electricidad: La Ley de Ohm. Como nos enseñaron en el cole, esta ley nos dice que la intensidad de corriente eléctrica es igual a la diferencia de potencial eléctrico, dividido entre la resistencia eléctrica (I=V/R). A partir de aquí, es evidente ver que si no hay diferencia de potencial, no hay corriente.

Cualquier aparato eléctrico, funciona aplicando una diferencia de potencial determinada entre dos puntos del mismo. Las clavijas de los aparatos que enchufamos en nuestras casas, tienen siempre un mínimo de dos contactos, que es donde se establece esa diferencia de potencial, proporcionada por las tomas donde insertamos las clavijas. Una forma sencilla de verlo es pensar en que la corriente atraviesa el circuito en cuestión, y que toda la que entra, debe salir también (estoy obviando el hecho de que en nuestras casas, no se usa corriente contínua, sino alterna, pero de momento olvidémoslo).

En el caso de los metros con tercer raíl, la diferencia de potencial se establece entre este tercer raíl, y la tierra. Es decir, para poder cerrar el circuito y permitir que circule la corriente, hay que entrar en contacto con el tercer raíl y algún punto de tierra, como por ejemplo, el propio suelo, u otro de los raíles. La máquina del metro, lo que hace precisamente es aprovechar que además del tercer raíl, está en contacto directo con los otros dos. La corriente llega por el tercer raíl, y vuelve por los otros dos.

Volvamos a la película. En la escena en cuestión, se nos muestra un primerísimo plano del cargador en cuestión, cayendo al raíl. Y las balas de su interior detonan en cuanto el cargador toca el raíl. Y sólo toca dicho raíl. No toca simultáneamente el suelo, por lo que en realidad, no hay diferencia de potencial alguna entre ningun punto del cargador. Es decir, no circula corriente por él, que es supuestamente el motivo por el que detona la pólvora (cosa que no sabría decir si es posible o no ¿hay algún artificiero en la sala?).

Es inevitable acordarme de otra película, con una secuencia relacionada con esta, pero con buena ciencia. Se trata de Tango y Cash, una peli de acción de finales de los 80. En la secuencia en cuestión, Kurt Russell y Silvester Stallone huyen de una prisión (aunque en relidad son policías), deslizándose por unos cables de alta tensión. Stallone objeta al principio, diciendo que se van a electrocutar (creo recordar que estaba lloviendo), pero Russell le responde que si sólo toca uno de los cables, sin tocar el suelo ni otro cable, no pasa nada. Y así es, si no tocamos dos puntos de distinto potencial eléctrico, no circulará corriente por nuestro cuerpo.

Muy breve

Mientras preparo el siguiente artículo, os anuncio que he sido invitado a participar en una mesa redonda sobre «el científico en el cine» (gracias Carlos). El evento tendrá lugar el 20 de noviembre por la tarde (es decir, el jueves que viene), en el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología, en Madrid. El que pueda y tenga interés (o quiera ver cómo es mi cara fuera del traje Vorlon), es libre de pasarse por allí.

Los detalles, en la web de la Universidad Carlos III de Madrid

Ulises 31: Anillos planetarios

Hoy volvemos con Ulises 31, serie por la que tengo una gran debilidad, como ya sabéis. En el episodio titulado «Las revoluciones de Lemnos», nuestros amigos se topan con un planeta anillado, al que comparan con Saturno, y en el que se encuentran dos ciudades: Tracia y Lemnos. En Lemnos, las mujeres se encuentran esclavizadas por los hombres, y las obligan a trabajar en la construcción de naves tridente, para los hombres tiburon. El ambiente en las fábricas es terrible y propenso a las enfermedades, y los gobernantes están aterrorizados por las represalias de los hombres tiburón, si no obedecen. La verdad, es que es un argumento bastante completo e interesante para una serie infantil, donde se mezclan referencias a la discriminación sexual, la explotación laboral, y la opresión por medio de la fuerza y el miedo.

Pero vamos a lo que nos interesa. En el episodio, las ciudades de Tracia y Lemnos, están construidas sobre los anillos del planeta, como si éstos fueran sólidos. Además, la gravedad parece actuar como su el anillo fuese algo horizontal, con un arriba y un abajo, en vez de ir dirigida hacia el centro del planeta. Esto se puede apreciar al inicio del episodio, cuando al rescatar una nave de Lemnos (con la hija del Rey), los protagonistas casi «caen» hacia el anillo.

Como imagino sabréis muchos, los anillos planetarios (como los de Saturno) no son aros sólidos y rígidos, sino que están formados por polvo y pequeños fragmentos. Estos diminutos trocitos de materia, están en órbita alrededor del planeta, y por tanto, se mueven a una velocidad que depende de su distancia al mismo. Así, los fragmentos más internos se moverán más deprisa que los externos, puesto que la gravedad que ejerce el planeta sobre aquellos es mayor (recordad que la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia).

Los anillos pueden aparecer durante el proceso de formación del propio planeta, cuando parte del polvo del disco de acreción no se agrega al planeta ni forma satélites, o como algún suceso catastrófico en el que un impacto rompa el satélite o lo acerque demasiado al planeta, de forma que la fuerza de las mareas lo despedacen. En cualquier caso, existe una distancia mínima a partir de la cual pueden formarse (o mantenerse enteros) los satélites. Es lo que se conoce como límite de Roche. Un objeto por debajo de este límite, sería deformado por la fuerza de las mareas (ya sabéis, la parte más cercana al planeta sería atraída con más fuerza que la más alejada), hasta romperse. Éste límite depende tanto de la masa del planeta, como de la densidad y elasticidad del cuerpo que orbita. Parece lógico que un objeto hecho de material muy rígido y resistente, puede aguantar más fuerza de marea sin romperse, que otro más endeble.

Y sí, ya sé. Todo esto ocurre dentro del Universo del Olimpo, y si a Zeus le apetece que un planeta tenga un anillo rígido, con una gravedad artificial en dirección perpendicular al mismo, pues sea su voluntad. Pero cuando descubren el planeta, Telémaco le explica a Thais cómo es Saturno. Como suelo decir, bien podría Ulises comentar su extrañeza ante el antinatural anillo sólido, o soltar Shirka su famosa frase de «análisis imposible».