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🚀 Notas de ciencia

¿Por qué es tan grande un cohete?

13 de agosto de 2026 ・ Runa ・ desde material primario de la JAXA y la NASA

¿Por qué es tan grande un cohete?

Que un cohete vuela quemando combustible lo sabe casi todo el mundo. Pero resulta un poco extraño, ¿no?, oír que casi todo ese cuerpo enorme son depósitos de propulsante. El sitio para las personas, y la carga que lleva, son sorprendentemente pequeños. Hoy escribo solo sobre ese punto. Meter cómo funcionan los motores, o las diferencias entre tipos, lo desordenaría, así que me ciño a «por qué es grande».

⚖️Primero, mirar los números

Tres vehículos de países, décadas y filosofías de diseño distintas, uno al lado del otro.

La NASA escribe esto en su explicación oficial.

El 90% del peso de un cohete que va a órbita es el peso del propulsante. El 10% restante contiene la estructura, los motores y la carga útil. …Al nivel tecnológico actual, la carga útil es solo alrededor del 1% del peso de lanzamiento del cohete ideal. (versión a partir del artículo en japonés; no se reproduce aquí la redacción original de la NASA)
🌙 Una aclaración: este «1%» es una cifra que la NASA estimó sobre un cálculo idealizado. En vehículos reales varía mucho según la órbita objetivo. Por ejemplo, la página oficial del H-IIA da unas 10 toneladas a órbita baja y unas 4 toneladas a órbita de transferencia geoestacionaria: frente a una masa en el despegue de 289 toneladas, eso es aproximadamente un 3.5% y un 1.4%. Por favor, no leas «1%» como cifra de un vehículo real.

Comprobé si eso se sostiene de verdad, con material primario de vehículos reales.

01Cohete H3 (JAXA)

Trabajando con la tabla de especificaciones del press kit publicado por la JAXA, sale así. En la configuración con 2 propulsores y la cofia corta (H3-22S), la masa del vehículo a plena carga es de unas 419 toneladas, de las cuales unas 384 son propulsante. En proporción, alrededor del 92%. Con 4 propulsores y la cofia larga (H3-24L, 572 toneladas) fue alrededor del 91%.

🌙 Una aclaración: esta «masa a plena carga» no incluye el satélite (la página en inglés de la JAXA dice «without payloads»). Si divides por la verdadera masa en el despegue incluyendo el satélite, la proporción baja algo menos de un punto.
Además, los propios materiales de la JAXA difieren un poco entre sí (el press kit dice 572 toneladas, la página actual de especificaciones dice 575 y la página en inglés traía 574). Lo tomo como actualizaciones durante el desarrollo, pero no me quedaré con un único número.

02Cohete H-IIA (JAXA)

Una generación anterior. En la configuración estándar, masa en el despegue de 289 toneladas (sin el satélite), propulsante por un total de unas 248 toneladas. Alrededor del 86%.

Algo más bajo que el H3, pero no escribiré que «el H3 es mejor». El tamaño del vehículo y la generación de diseño son distintos, y la forma de redondear las cifras publicadas puede no ser la misma.

🌙 Sobre la base de comparación: estos dos, por suerte, se pueden comparar sobre la misma base. Las páginas en inglés de la JAXA dan la masa de ambos con la misma fórmula, «sin carga útil» (H3: “without payloads”, H-IIA: “without payload mass”). Es decir, ninguno incluye el satélite.
Sobre cómo se trata la cofia (la cubierta del morro) no encontré ninguna indicación explícita en el material. Dicho esto, la masa a plena carga del H3 difiere en 1 tonelada entre la configuración de cofia larga y la de cofia corta, así que la elección sí parece reflejarse en la masa. …Pero esa tonelada es «la diferencia entre la larga y la corta», no el peso de una cofia (la masa de una cofia por separado no parece estar publicada; no pude encontrarla).

03Saturno V (NASA, 1968)

El cohete que llevó personas a la Luna. Calculando desde el manual de vuelo de la NASA (vehículo SA-503, el del Apolo 8), el peso del vehículo antes del lanzamiento es de unas 6,094,000 libras y el propulsante unas 5,663,000 libras. Alrededor del 93%.

🌙 Una aclaración: este peso es solo el cohete y no incluye la nave Apolo que va encima. Esas 6,094,000 libras equivalen a unas 2,760 toneladas. La cifra que suele verse de «unas 2,800 toneladas» será probablemente el valor incluyendo la nave, pero eso no lo he confirmado en material primario. Y el propio manual dice que «el empuje, el peso y los tiempos de combustión son todos aproximados».
El Saturno V de los años sesenta en torno al 93%, el H3 de hoy en torno al 92%, y el H-IIA en medio en torno al 86%. Medio siglo de distancia, y todos caen en la franja del 86 al 93%.

📐El motivo está escrito en una ecuación

No es una ecuación difícil. Solo tiene una forma con mala idea.

Cuánta velocidad puede ganar un cohete lo decide la ecuación siguiente (siguiendo la notación de la NASA, con los símbolos solo renombrados aquí).

Δv = Isp × g₀ × ln(masa en el lanzamiento ÷ masa tras el apagado)

El ln de la derecha: ese es el logaritmo. Es la parte con peor idea de toda la ecuación.

La velocidad depende solo del «logaritmo» de la relación de masas. Es decir: si quieres ir un poco más rápido, «un poco más» de propulsante no basta. Crece multiplicándose.

Da la vuelta a la ecuación y se ve claro. La relación de masas necesaria es e elevado a (velocidad requerida ÷ velocidad de escape). Una exponencial. Pasado cierto punto en el objetivo de velocidad, el propulsante necesario se vuelve de golpe inmanejable.

Así que —ese tamaño no es lujo, es la forma de haberse rendido, creo. Todo lo que se podía recortar se recortó hace mucho.

¿Hasta dónde se ha recortado? Según la explicación de la JAXA, por ejemplo, el depósito hace también de pared exterior del cohete, y su interior se mecaniza en forma de rejilla para mantener la resistencia aligerando (estructura isogrid). …Incluso después de rebajar el interior de la propia pared del recipiente, nueve décimas partes siguen siendo propulsante.

04Sube la «velocidad de escape» y se hace más fácil

El otro asidero de la ecuación es el Isp (impulso específico). Dicho a lo bruto: «con qué velocidad puedes expulsar hacia atrás el gas quemado». Cuanto mayor es, menos propulsante hace falta para la misma velocidad.

Recogiendo valores del material oficial, salió así.

🌙 Una aclaración: al buscarlo, los materiales lo escriben de manera dispar. La tabla de especificaciones del press kit del H3 tiene columnas de «en vacío / a nivel del mar» para el empuje, pero la columna de impulso específico no lleva condición: los 283.6 segundos del SRB-3, los 425 del LE-9 y los 448 del LE-5B-3 están en la misma columna sin nada añadido.
Sin embargo, otras páginas sí lo indican. El LE-5B-3 aparece en otro capítulo del press kit como «impulso específico en vacío 448 sec», y el SRB-3 en la página de motores de la JAXA como «impulso específico en vacío 283.6 s o más». …Dicho de otro modo, para el mismo número, que conozcas la condición depende de qué documento hayas mirado.
Al final, los dos cuya condición no pude confirmar fueron el LE-9 (422–425 segundos) y el LE-7A (440 segundos). A esos dos no puedo ponerles condición por mi cuenta.

En rigor, esto necesita que se añada «en vacío o a nivel del mar»; si no, no significa nada. En el F-1 había 39 segundos de diferencia entre el nivel del mar y el vacío. …Y hasta un motor del mismo nombre se mueve entre versiones. El LE-7A ganó 11 segundos de impulso específico en vacío al alargar la tobera (esa sí es una comparación de vacío contra vacío).

🌙 Una aclaración: para el LE-9 del H3, los materiales de la JAXA traen dos valores, 422 segundos y 425 segundos (la página de especificaciones y el press kit). Más que ser uno erróneo, lo tomo como una diferencia en el momento de actualización. Tampoco aquí lo zanjaré.
Además, la tabla de especificaciones en inglés del H-IIA da el impulso específico del SRB-A como «283», sin condición. Aquí tomé los 283.6 segundos de la página de motores, que sí indica la condición.
Y esos «283.6 segundos» del sólido son el valor de estos dos vehículos, no un valor representativo del propulsante sólido en general. Cambia con la formulación y la tobera.

🪜Y luego vas tirando partes por el camino

Otro enigma: ¿por qué está dividido en etapas? La explicación de la NASA lo dice con mucha claridad.

A medida que el propulsante se quema, la parte del peso del vehículo se desplaza hacia los «depósitos casi vacíos y la estructura» que hacían falta cuando estaba lleno. Para aligerar el vehículo y alcanzar la velocidad orbital, la mayoría de los lanzadores desechan parte de sí mismos. A esto se le llama separación por etapas. (versión a partir del artículo en japonés; no se reproduce aquí la redacción original de la NASA)

Lo que queda cuando el propulsante se ha ido es el recipiente vacío que hacía falta para contenerlo. Su tarea ha terminado y solo el peso sigue ahí. Por eso se tira.

La NASA lo divide en dos tipos. Ir soltando las etapas gastadas una tras otra es en serie; quemar a la vez los propulsores adosados al lateral del cuerpo central y separarlos antes es en paralelo. El Saturno V era en serie (tres etapas, con 2 separaciones antes de la órbita); el transbordador espacial era en paralelo.

El H3 es un vehículo de dos etapas, primera y segunda, al que se le acoplan propulsores de combustible sólido elegidos entre 0, 2 o 4. Es decir, usa tanto la forma en serie como la paralela. La manera de nombrar las configuraciones también está fijada: «H3-24L», por ejemplo, significa 2 = dos motores en la primera etapa, 4 = cuatro propulsores, L = la cofia larga.

Lo interesante es «H3-30»: una configuración que vuela solo con motores líquidos, sin ningún propulsor sólido. El press kit de la JAXA dice que es una variante que el H-IIA y el H-IIB no tenían.

Una aclaración: el razonamiento de «por qué separar en etapas» está tomado de la explicación oficial de la NASA. No encontré una página japonesa de la JAXA que explique lo mismo de frente (un sitio explicativo que se dice que existía antes está actualmente inaccesible). La configuración del H3 en sí la confirmé en material de la JAXA.
Además, la masa y la fracción de propulsante del Falcon 9 no están escritas aquí, porque no pude verificarlas en material oficial de SpaceX. Hay cifras que se citan a menudo, pero no pude llegar a la fuente primaria.
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Este es un espacio publicitario. No significa que Runa lo haya leído ni usado.

🌙Para terminar

Lo que más me sorprendió, en silencio, al investigar, fue la cifra del 1% de carga útil. …Aunque eso es una estimación sobre el cálculo idealizado de la NASA. Los vehículos reales son algo mayores: para el H-IIA, alrededor del 3.5% a órbita baja y del 1.4% a la órbita más lejana.

Aun así, sigue siendo desproporcionado. Esa cosa enorme se monta para llevar unos pocos por ciento hasta el cielo. Casi todo lo demás es el propulsante para levantar esa poca cosa, el recipiente que lo contiene y el mecanismo para tirarlo. Casi todo existe para perderse por el camino.

Es ineficiente, escribe la propia NASA. Creo que es sencillamente cierto. Y aun así, la gente aceptó esa forma y lleva más de medio siglo haciéndola volar. …Una forma decidida sabiendo que hay cosas que no se pueden reducir, y eligiendo llevarlas igualmente: pensándolo así, el tamaño se me vio algo distinto.

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