Es la rama de la ingeniería y de la astronomía desarrollada a partir de 1960. Se ocupa de las aplicaciones prácticas de la mecánica celeste y, en general, abarca la tecnología de los problemas que se plantean para el vuelo de las astronaves. Utiliza los conocimientos de la aerodinámica, la geofísica, el electromagnetismo, la navegación, etc.

Es una moderna rama de la astronomía que utiliza las técnicas y métodos propios de la astrofísica y de la geofísica. Estudia la radiación cósmica, el campo magnético interplanetario y las interacciones Sol-Tierra.

Es la parte de la astrofísica que se ocupa de la composición química del Sol y de los planetas, de las estrellas y de la materia difusa interplanetaria o, más en general, interestelar. En consecuencia, la astroquímica estudia el comportamiento de los diversos tipos de moléculas y de iones libres en la atmósfera de los citados cuerpos celestes, e investiga, además, la formación del denominado polvo cósmico y la abundancia relativa de los elementos químicos en el Universo (para lo cual se vale del análisis de la radiación electromagnética emitida o absorbida por aquellos cuerpos celestes).

Es una ciencia que ha adquirido notable importancia con los modernos aparatos basados en la física.

Esta rama de la astronomía estudia la determinación de los movimientos de los astros así como de las posiciones que ocupan. Junto a medios matemáticos tradicionales, principalmente la trigonometría esférica, y medios ópticos usuales, tanto teóricos como prácticos, utiliza los derivados de la aplicación de instrumental clásico diverso (astrolabio de prisma, telescopio, radiotelescopio, etc.) y sobre todo técnicas como astrofotografía, la interferometría y la radiointerferometría.

Es la ciencia que estudia las relaciones entre los fenómenos ópticos, en especial los solares, y los atmosféricos terrestres.

Técnica que abarca todas las aplicaciones de la fotografía en cualquiera de los aspectos de esta ciencia.

La mayoría de las ciencias y técnicas actuales se han renovado o incrementado sus aplicaciones bajo el estímulo extraordinario de la astronáutica, como sucede con la ingeniería de nuevos materiales, y la de telecomunicaciones, la informática, la electrónica, la química, la biología, la medicina, la fotografía, etc.

Un ejemplo interesante, que se cita por ser poco conocido, pero no por ello menos importante, es la telemetría o técnica mediante la cual la medida de una magnitud se transmite se transmite a distancia para que sea registrada y actúe sobre un proceso o sistema.

Desde las primeras soluciones utilizadas como hilos, líneas y cables, hasta las más refinadas técnicas de transmisión por radioondas, el avance ha sido extraordinario. En efecto, es cada vez mayor la necesidad de sistemas de telemedida en el campo aéreo y espacial; aviones, misiles balísticos de gran radio de acción, cohetes y globos sonda, satélites artificiales, sondas interplanetarias y naves espaciales tripuladas. Las nuevas técnicas de modulación eficientes y seguras, han incrementado la cantidad de medidas que pueden transmitirse y han exigido la construcción y perfeccionamiento de estaciones telemétricas capaces de recepción automática, de reconstrucción perfecta de señales y de conversión a la forma numérica a fin de que puedan aplicarse a tiempo real.

La telemetría espacial surgió de la necesidad de transmisión de medidas desde globos sonda y de la de controlar las pruebas de vuelo y verificación de aviones, cohetes, misiles, sondas, etc. Ha resultado de gran utilidad en los satélites artificiales para la transmisión a la Tierra de las mediciones efectuadas a bordo de los mismos, y en las cápsulas tripuladas, pues la seguridad del hombre en vuelo orbital depende estrechamente del sistema telemétrico.

La transmisión, mediante sondas interplanetarias , de las mediciones realizadas en las proximidades de los cuerpos celestes (y que han justificado programas tales como Apollo, Soyus, Pioneer, Mariner, Lunik, etc.) así como la transmisión de tomas televisivas desde, por ejemplo la Luna, ha sido posible gracias a los espectaculares avances de la telemetría.

Lanzamiento separación de las fases y recuperación de un cohete.

Una misión espacial tripulada debe contar con las medidas de seguridad médica y de higiene necesarias para un normal desarrollo. Los astronautas para ellos tienen un sistema de monitoreo de todas sus funciones vitales, que son enviadas mediante señales de radio a Tierra en todo momento. Además cuentan con los conocimientos necesarios en caso de emergencias a bordo, en donde en cada caso sabrán cómo actuar.

En lo que respecta a la temperatura, las radiaciones solares, la propia tripulación (70 kcal/h. en reposo) y el funcionamiento de los aparatos son generadores de calor, que deberá eliminarse por medio de los denominados intercambiadores de calor.

Los alimentos de los astronautas están preparados de modo que no produzcan restos (migajas...) y a fin de posibilitar la bebida, los líquidos se sorben desde recipientes especiales. Gracias a las actividades musculares correspondientes, que funcionan en condiciones de ausencia de peso, el bolo alimenticio sigue su curso y finalmente, tras la digestión, el ciclo alimenticio se cerrará con la expulsión de las heces y la orina (de ésta se recupera el agua, como se hace también con el vapor eliminado de los pulmones al respirar y con el de la piel al sudar).

Uno de los fenómenos de mayor trascendencia es la ingravidez, pues provoca problemas fisiopatológicos relacionados con el equilibrio y la orientación, con la circulación de la sangre y las funciones superiores del sistema nervioso central, con la termorregulación, con la función renal y, naturalmente, con las posibilidades de trabajo y cambio de posición. En los individuos bien dotados para los vuelos espaciales, el entrenamiento metódico y prolongado elimina o, por lo menos, aminora los citados problemas.

La ausencia de peso causa ciertas modificaciones del aparato cardiovascular, una propención al estado de relajación muscular con una progresiva hipodinamia cardiocirculatoria y un aumento de fatiga, como así también más posibilidades de sufrir un mal similar a la osteoporosis (debilidad de los huesos).

Otro elemento de singular importancia es el traje espacial o escafandra, herméticamente cerrada, que ha de garantizar las condiciones necesarias para la actividad vital (en su interior ha de circular oxígeno o aire, a fin de permitir la disposición de calor que el astronauta produce y el mantenimiento de la capacidad de trabajo en las condiciones del espacio cósmico). La escafandra habrá de conservar el régimen autónomo de la atmósfera (presión, temperatura, composición gaseosa y humedad) dentro de los límites biológicos. Su diseño está también especialmente preparado para que amortigüe los cambios de aceleración y centrifugación que pueden haber durante el viaje espacial).

Una astronave ha de "navegar"en el espacio. Cuando un cuerpo se deja a distancias que superan los 100 millones de kilómetros no es posible conducirlo (en sentido propio), ni siquiera utilizando los más perfeccionados sistemas telemétricos y de corrección de las trayectorias. naturalmente, es posible mantener contacto por radio con el cuerpo, recibir datos o localizaciones, elaborarla y enviar órdenes , que en consecuencia, podrán seguir los automatismos de a bordo.

A bordo de un ingenio cósmico, ya se trate de un satélite de dimensiones moderadas, de una sonda de gran alcance, o de una gran astronave, existe siempre un sistema equivalente a los que usan las embarcaciones en para determinar su posición con referencia al horizonte y a una estrella. En un satélite artificial o en una astronave en órbita, el horizonte, aunque sea visto desde una distancia de 300 km o más, constituye todavía una referencia válida; en cambio. cuando se adentra en el espacio, solamente los astros y las estrellas fijas pueden constituir el verdadero sistema de referencia. En las astronaves tripuladas, el piloto calcula siempre la posición del vehículo en relación a tres estrellas fijas y, en general, la precisión es satisfactoria; si tal operación se repite a intervalos muy precisos, entonces es posible determinar tanto la velocidad como la trayectoria que se describe, con sólo utilizar los cálculos adecuados mediante un ordenador. En cambio, es difícil que un sistema automático no dirigido por el hombre pueda elegir correctamente una terna de estrellas fijas para determinar la exacta posición del vehículo, sobre todo si este ha de realizar viajes de larga distancia, pues en tal caso el ingenio tiende a girar sobre si mismo lentamente.

Antes de que el cuerpo penetre en la atmósfera conviene orientar el aparato propulsor de modo que disminuya la velocidad y pueda acceder de forma adecuada al corredor de entrada; sigue luego la fase de atravesar las capas más altas de la atmósfera, durante la cual se produce un gran calentamiento. Con frecuencia, la astronave que regresa a la Tierra está provista de un escudo térmico , cuya función consiste en disipar por evaporación gran parte del calor producido por el rozamiento, para así proteger la estructura.

En las técnicas más modernas, el vehículo, además de estar dotado del escudo térmico, tiene forma aerodinámica, que le permite utilizar la atmósfera para su sustentación, al igual que lo que hacen las alas de los aviones; de este modo la trayectoria de regreso resulta más larga y el calentamiento por rozamiento es menos intenso. En el límite, si tales características aerodinámicas estuviesen suficientemente desarrolladas, se podría incluso conseguir un regreso piloteado o teledirigido, para que se requiera un hora o más, pero que evitaría la fase del black-out (fase en la cual las comunicaciones por radio entre el vehículo y la tierra quedan anuladas por efecto de los gases muy calientes generados por el escudo térmico vaporizado por el calor) y permitiría reducir sustancialmente las necesidades térmicas y mecánicas en la estructura del vehículo.

Los programas a largo plazo para la puesta en órbita de una estación permanente han provocado la urgencia de trabajos en el espacio, así como también su definición correcta. En el interior de la estación espacial se tendrían condiciones de gravedad nula, ya experimentadas en el curso de numerosas empresas orbitales y cósmicas; en tales condiciones no resulta posible efectuar ningún movimiento, como no sea apoyándose o suspendiéndose en alguna de las estructuras internas , lo cual requiere un entrenamiento para que no se produzcan movimientos desordenados, ni se rompan instrumentos, así como para evitar choques contra palancas de mando o aristas.

Por lo que se refiere a los períodos de descanso, en aquellos casos en que sea posible la inclusión de literas (como se comenzó a utilizar en los vehículos Soyus) conviene que el astronauta se acueste sujeto mediante correas, puesto que cualquier ligero movimiento durante el sueño podría provocar desplazamientos imprevisibles y desordenados de su cuerpo.

Todos los objetos de uso común deben encerrarse en armarios o fijarse a las paredes mediante pinzas, imanes u otros sistemas, ya que de otro modo flotarían peligrosamente en el ambiente. Además, como ya se sha indicado, en condiciones de ingravidéz no se puede beber en vasos ni verter líquidos.

Un problema más complejo y delicado lo constituyen los trabajos en el exterior de la astronave, esenciales para la instalación de una gran estación orbital, así como las reparaciones y revisiones de la misma, incluso para puesta en órbita, reparación y recuperación de satélites, o del mismo telescopio espacial. Es una tarea bastante complicada, pues el astronauta debe realizar tareas de suma presición valiéndose de sus manos, las cuales utilizan los grandes guantes del traje y donde el trabajo debe realizarse en un corto lapso de tiempo, pues, como la nave viaja alrededor del planeta, da varias vueltas teniendo sólo unos 'pocos minutos de luz y resto oscuridad.

El astronauta se vale de un brazo extendible y controlado por ordenador, a modo de grua, que servirá para "atarse" a él y evitar que comience a girar sin control durante una tarea pesada; además está el MMU, una unidad manual de en forma de gran mochila, con controles de posición, telecámaras y propulsores que le facilitan la tarea al astronauta lejos de la nave.

Se sabe que la Tierra crea un campo gravitatorio causante de la atracción de los cuerpos en dirección perpendicular a la superficie de la misma. En consecuencia, los primeros problemas que han de resolverse para posibilitar un vuelo espacial están directamente relacionados con la cuestión de vencer la fuerza de atracción gravitatoria.

La física indica que esto sólo es posible confiriendo velocidad a un cuerpo, de modo que consiga escapar a la influencia del campo gravitatorio terrestre para, luego, proseguir en vuelo gravitacional y, finalmente, si procede, hacerlo regresar a la Tierra. En astronáutica se consideran tres valores principales de velocidad.

Se la denomina también "velocidad de satelización u orbital". Esa velocidad es la mínima necesaria para que un cuerpo se convierta en satélite terrestre siguiendo una trayectoria circular (en ausencia de aire) y sin precipitarse sobre nuestro planeta. Esta velocidad depende de la altura a la que el cuerpo se encuentre con respecto a la superficie terrestre, y se considera suponiendo ausencia de atmósfera; esta dada por la siguiente fórmula:

donde v=velocidad en km/s; R=radio de la Tierra; y r=distancia al centro de la Tierra. Así, en las proximidades de la superficie, v=7,9 km/s porque R=r (siendo = el signo de aproximación)

El significado astronáutico de esta velocidad es el siguiente: al llegar a 7,9 km/s, el cuerpo se sateliza según una órbira circular; si continúa aumentando la velocidad, la satelización tiene lugar según órbitas cada vez más elípticas, hasta que al conseguir los 11,2 km/s, la elipse se "rompe" y el cuerpo adquiere una trayectoria parabólica y entra ya en el campo gravitatorio solar.

La cantidad de energía E que ha de sumunistrarse al cuerpo para dotarlo de la segunda velocidad cósmica es igual al trabajo a realizar, y se calcula por la fórmula:

También llamada "velocidad hiperbólica", es la mínima velocidad inicial bajo la cual un cuerpo, comenzando su movimiento en las proximidades de la superficie terrestre, supera en primer lugar la atracción gravitatoria de la Tierra, en segundo lugar la del Sol y, finalmente, abandona el Sistema Solar. En la superficie terrestre esta tercera velocidad cósmica es de 16,7 km/s.

Para enviar un vehículo al espacio exterior, normalmente lo primero que se hace es situarlo en una órbita de estacionamiento próxima a la de la Tierra.

Oportunamente se incrementa su velocidad a fin de que salte a otra trayectoria, definitiva o no (en este caso se tiene una órbita de transferencia).

El problema principal que existe para alcanzar una determinada órbita cuando se están atravesando las capas atmosféricas es el de encontrar una solución de compromiso entre el incremento necesario de velocidad y la capacidad de la resistencia a las altas temperaturas propia del material con el que está construida la nave. Una vez fuera de todo campo gravitatorio, el incremento de velocidad viene dado por la fórmula deducida por Tsiolkowski en 1903.

donde v= incremento de velocidad; u = velocidad de salida (o de eyección) del chorro a reacción, es decir, de los gases propulsantes; L = símbolo que denota el logaritmo neperiano; M = masa inicial de lanzamiento del vehículo; M = masa que resta tras la combustión de propulsante. Al cociente M /M se le denomina razón de masas y al M /M se le llama número de Tsiolkowski.

La fórmula traducida dice que el incremento de velocidad ha de ser directamente proporcional a la velocidad de eyección del chorro y al logaritmo de la razón de masas. Se comprende, por tanto, la importancia del peso relativo del cohete.

De la fórmula de Tsiolkowsqui de deduce que

donde v = velocidad final; g= aceleración de la gravedad, y t= tiempo. Si deduciera que M /M= 2,71828 (el famoso número e, que es la base de los logaritmos neperianos), entonces

igualdad que expresa que (en ese caso) la velocidad final alcanzada por el cohete coincide con la velocidad final del combustible.

La gran ventaja de esta fórmula es que se puede aplicar a todo tipo de cohetes, de una sola etapa o polietápicos (también conocidos con el nombre de cohetes varias etapas y cohetes compuestos).

Cuando se utiliza un cohete único (de etapa) existe el problema de que para vencer la atracción gravitatoria terrestre se requiere una razón de masas muy elevada, lo que implica que M sea mucho mayor que M, es decir, la masa total del ingenio sería casi en su totalidad de combustible. A fin de orillar esta dificultad se emplean los cohetes de varias etapas (usualmente 2, 3 ó 4), que en realidad son cohetes compuestos por otros que funcionan uno tras otro, sucesivamente, de modo que cada etapa parta a la velocidad proporcionada por la anterior. Todas las grandes conquistas astronáuticas han utilizado este principio.

Una vez consumido el combustible del primer cohete-etapa se produce el paro del motor de éste y su separación total o parcial; de esta forma, la masa de la parte restante disminuye y, por tanto, se le puede comunicar una velocidad mayor. El incremento total de velocidad que se consigue con este método es igual a la suma de los incrementos de velocidad proporcionados por las etapas componentes.

La fórmula de Tsiolkouski indica que si el valor final de la velocidad depende de la eyección, de ahí la importancia de encontrar sustancias que cumplan de modo óptimo con las condiciones que requiere dicha velocidad "u" ha de ser directamente proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura de combustión, y esta temperatura depende de la densidad del gas expulsado.

Las sustancias que se utilizan son las llamadas propergoles, que son mezclas formadas por un combustible y un comburente; pueden ser sólidos y líquidos.

Los propergoles constituidos por sustancias sólidas son los más antiguos y, en astronáutica, los menos eficientes. Los propergoles líquidos, también llamados propelentes y propulsantes líquidos, son ideales para todos aquellos casos en los que requieran potencias muy elevadas, como sucede en el lanzamiento de vehículos espaciales.