Una de las primeras cosas que nos damos cuenta al jugar Ksp es que cuando queremos poner en órbita algo pesado, tiende a fallar o a haber menos combustible del esperado. O en el mejor de los casos, que terminamos con una barbaridad de cohetes para subir la carga al espacio. ¿Porqué pasa ésto?
Hay una relación que se conoce como la ecuación del cohete, que es una fórmula que nos dice cuanto combustible hace falta para subir a órbita una carga con un peso determinado. Y esta relación sube exponencialmente, al tener que empujar el combustible restante para tenerlo disponible, cada vez que agregamos más y más combustible se vuelve más ineficiente.
Para verlo claro, lo mejor usar el mod Kerbal Engineer Redux (Ker) que nos muestra durante el diseño la cantidad estimada de DeltaV.
¿Y qué es el DeltaV? Sencillo. Para una nave que tengamos, orbitando en el espacio, es la cantidad de velocidad que puede conseguir. Entonces, si nuestra nave tiene un DeltaV de 4000m/s y estamos orbitando a 500m/s, eso significa que podremos acelerar hasta los 4500m/s y nos quedaremos sin combustible. Si aceleramos en dirección contraria entonces solo 3500m/s.
Este número es muy valioso porque nos dice si cierta maniobra o plan es realmente factible. Elimina por completo el peso de la nave y las fuerzas y nos deja solo el dato más importante. El DeltaV equivaldría en los coches a la autonomía en kilómetros. Antes de viajar a Barcelona miramos si hay suficiente combustible, pero no lo vemos en litros, sino en kilómetros que el coche es capaz de hacer. El DeltaV es exactamente lo mismo, pero para naves espaciales. Y en el espacio la autonomía la medimos en metros por segundo (velocidad), ya que para cambiar de una orbita a otra hace falta acelerar hasta cierta velocidad.
Sabiendo esto, y experimentando en kerbal, sabemos que para alcanzar una órbita de forma segura necesitamos un DeltaV de 4200m/s. Este valor sale de la experiencia en el juego pero se puede calcular el mínimo, aunque aquí la idea es ir con algo más de sobra por contar otros factores como la fricción y el error humano.
De vuelta al problema inicial, la cantidad de combustible necesario para poner en órbita una carga crece exponencialmente con el peso de la carga.
Veamos unos ejemplos:
- Con 100Kg, necesitamos 26.4 toneladas adicionales
- Con 1t (una tonelada), necesitamos 56t adicionales
- Con 10t, necesitamos 328t
- Con 100t, necesitamos 3354t
(Ya casi no me cabe ni dentro del garaje para diseñarlo)
Llega a un punto en el que, aumentar más la carga a poner en óribta se vuelve irrealista. La cantidad de cohetes necesarios y su tamaño ni siquiera cabrían en el “launchpad”. La solución “kerbal” es hacerlos despegar en la pista de aterrizaje, en vertical, simplemente porque es bastante más grande. Pero en la vida real esto es inviable.
Es por esto que cosas como la estación espacial internacional (IIS) a pesar de ser poco más grande que un avión 747, se ha montado a través de muchos lanzamientos en lugar de levantarla con uno solo.
Y con esto quiero comentar también otro dato interesante, el TWR (Thrust-to-Weight-Ratio), que es la fuerza de empuje por unidad de peso del cohete.
Al igual que el DeltaV, es un valor importante que elimina muchos factores, como es el peso del cohete y la fuerza realizada, para obtener algo útil, la cantidad de aceleración que el cohete puede generar, comparada con la fuerza de gravedad de Kerbin. Un TWR de 1.00 significa que es capaz de levantar exactamente su propio peso, o dicho de otro modo, que se quedaría estable en el aire sin subir ni bajar. Un TWR de 2.00 quiere decir que el cohete acelerará hacia arriba a 1g. Si el TWR es de 4.00 quiere decir que acelerará 3 veces más que la fuerza de la gravedad. Un pasajero de un cohete notará la misma fuerza de gravedad que TWR tiene el cohete. Esto es, para TWR 4.00, el pasajero notará 4g de fuerza empujando hacia abajo.
Es importante porque, bajo la gravedad, cuanto más tiempo estés bajo sus efectos más combustible desperdicias, por lo que salir rápido también es crucial. Obviamente con un TWR de 1.00 no vas a ningún sitio, porque no te mueves, pero gastas todo el combustible. Con un TWR de 2.00, en el tiempo que tardas en salir (unos 2 minutos), la gravedad de la Tierra o Kerbin (son la misma), se ha comido más de 1000m/s de tu DeltaV, por lo que tendrás que cargar más combustible de la cuenta. En cambio, con un TWR de 4.00, tardas mucho menos (unos 30 segundos) y la cantidad de DeltaV perdida será la cuarta parte, por lo que necesitas menos combustible al final.
Con lo que a más TWR, mejor. Pero para tener un TWR más grande hace falta un motor más pesado, por lo que también rebaja el DeltaV total. Así que con un DeltaV de al menos 2.00 por lo menos se puede salir decentemente.
Con un TWR de 1.06, apenas despegas y se tarda sobre 3 minutos en salir (y porque el TWR sube a medida que se vacía el combustible), y a la gravedad le da tiempo de quitarnos 1500m/s de DeltaV en la subida.
Es por eso que en Kerbal, para aterrizar, muchas veces se utiliza una técnica conocida como Suicide Burn, para minimizar el uso de combustible. Pero de eso hablaré otro día.
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