La extraña forma de las cápsulas Apolo

Una cápsula Apolo regresando de la Luna era el objeto tripulado más rápido de la historia. Tenia que enfrentarse a una  brutal reentrada atmosférica a casi 40.000 km/h. Debía ser capaz de proteger a sus ocupantes, reduciendo el calentamiento provocado por el roce con la atmósfera en todo lo posible. Y, sin embargo, su diseño parecía poco más aerodinámico que una plancha.

Este 16 de julio se cumplen los cuarenta años desde el lanzamiento del Apolo XI. Y, aunque suele recordarse solo el momento de pisar la Luna, la misión completa duró aproximadamente una semana. Unos tres días para ir, uno de estancia (20-21 de julio) y otros tres de vuelta. Los últimos 100 kilómetros, la reentrada en la atmósfera, eran uno de varios momentos realmente críticos. Incapaz de transportar suficiente combustible para reducir su velocidad, se utilizaba el rozamiento con la atmósfera para ello. Esto presentaba sus propios problemas. Toda la energía cinética asociada a su velocidad debía convertirse en calor y disiparse sin dañar la cápsula o a sus ocupantes. Intuitivamente, puede pensarse que la nave debería tener un diseño afilado y con poca resistencia como los aviones de gran velocidad o las ojivas nucleares. Esto permitiría un frenado y calentamiento moderados y progresivos. En cambio, las cápsulas Apolo tenia la forma de un cono truncado y entraban en la atmósfera por su parte más ancha y con mayor resistencia. ¿Que lógica tenia esto?

Imagen artística de la reentrada. Fuente: Wikipedia.

En este caso, la intuición no es una buena consejera. El diseño había sido cuidadosamente estudiado para lograr una nave estable durante la reentrada y la mejor protección frente al calentamiento. Las simulaciones demostraron que frenar “de golpe” reducía la carga térmica que soportaba la cápsula. Debido a su forma, cuando la nave reentraba a alta velocidad, el aire se acumulaba delante de la misma. Esta capa de aire actuaba como aislante térmico, se calentaba absorbiendo parte de la energía y, finalmente, escapaba por los bordes. Así se reducia el calor que llegaba hasta los tripulantes. Y cuanto menos calor llegase a la nave, mas fácil era diseñar los componentes que debían resistirlo. Aún así el calentamiento era tan alto así que fue necesario incluir un recubrimiento de tipo ablativo en la parte inferior. Este recubrimiento se evaporaba, literalmente, consumiéndose para proteger del calor al resto de la cápsula.


En el lado negativo, los tripulantes debían resistir fuertes aceleraciones y la trayectoria de regreso era relativamente corta y poco controlable. Se decidió que la siguiente generación debía ser más aerodinámica y flexible. Debido a ciertos requisitos militares, la NASA diseño una nave mucho mayor y provista de alas de gran tamaño (Hay una anotación en Eurekadonde esta magníficamente explicada la evolución del diseño de la lanzadera). Por desgracia, estas alas añadieron peso, complejidad y riesgo al diseño.  Finalmente, colaboraron en el accidente de la lanzadera Columbia . La extraña, y exitosa,  forma de las cápsula Apolo ha vuelto a ser utilizada para su sucesor, el Orion.