Escudo térmico: cómo sobrevive una nave a 2.760 grados

Cuando la cápsula Orion volvió de la Luna en diciembre de 2022, entró en la atmósfera a 40.000 km/h y la superficie de su escudo térmico alcanzó los 2.760 °C: la mitad de la temperatura de la superficie del Sol. Lo llamativo es que ese calor no lo produce el rozamiento con el aire, como se repite en todas partes. Lo produce otra cosa, y entender cuál es explica por qué un escudo térmico tiene la forma que tiene.

El calor de la reentrada no viene del rozamiento

La explicación popular dice que la nave «se frota» con el aire y se calienta como una cerilla contra la lija. Es intuitivo y es falso. Una nave que reentra va tan rápida —entre 28.000 y 40.000 km/h— que el aire de delante no tiene tiempo de apartarse. Se aplasta contra el morro y forma una onda de choque.

Comprimir un gas lo calienta: es el mismo principio que hace que un inflador de bicicleta se ponga caliente al usarlo, solo que aquí la compresión es brutal e instantánea. El aire atrapado en esa onda llega a varios miles de grados, se ioniza y se convierte en plasma. Ese plasma es lo que envuelve la nave, lo que corta las comunicaciones durante unos minutos y lo que hay que mantener alejado de la estructura.

Las dos maneras de sobrevivir: quemarse o aislarse

A partir de ahí solo hay dos filosofías, y todas las naves que han volado usan una, la otra o una mezcla.

La primera es el escudo ablativo: un material que se descompone y se va desprendiendo a propósito. Al hacerlo absorbe una cantidad enorme de energía y, además, los gases que libera empujan hacia fuera y apartan un poco el plasma. Se sacrifica para salvar la nave. Es la solución de las cápsulas —Apolo, Soyuz, Orion, Dragon— y es de un solo uso.

La segunda es el aislante reutilizable: un material que aguanta el calor sin degradarse y sencillamente no lo deja pasar. Es la solución de las losetas del transbordador y de las de Starship. Sale más a cuenta si el vehículo va a volver a volar, pero exige revisar la superficie entera después de cada vuelo.

El Avcoat: un escudo que se sacrifica

El material ablativo por antonomasia se llama Avcoat y es una resina epoxi metida dentro de una colmena de fibra de vidrio. Se diseñó para las cápsulas del programa Apolo y en aquellos años se rellenaba celdilla a celdilla, con pistolas de inyección y operarios comprobando una por una que no quedaran huecos. Es el escudo que trajo de vuelta a la tripulación del primer alunizaje del Apolo 11.

Cuando el plasma lo alcanza, la resina no se derrite: se descompone químicamente. Parte se convierte en gas y sale despedida, y lo que queda forma una costra de carbono que aísla lo de abajo. Ese proceso consume energía —mucha— y esa energía es la que ya no llega a la estructura. El escudo del Orion vuelve varios centímetros más delgado de lo que salió, y así es como tiene que ser.

Las cápsulas Soyuz, que llevan volando desde 1967, usan la misma idea con otra receta, y las Dragon de SpaceX emplean una familia de materiales llamada PICA, un carbono poroso impregnado de resina cuya densidad ronda la cuarta parte de la del agua: aísla tan bien que se puede sostener por un lado mientras el otro está al rojo.

Las 20.000 losetas del transbordador

El transbordador no podía permitirse un escudo de un solo uso: la idea era volver a volar. Su solución fueron unas 20.000 losetas negras de un material llamado LI-900, más otras 725 blancas para las zonas menos expuestas. Ninguna es igual a otra: cada una está cortada para su hueco exacto y numerada, porque la panza del orbitador es una superficie curva y compleja.

El LI-900 es fibra de sílice pura al 99,9%, y lo que lo define es lo que no tiene: es 94% aire. Su densidad es de 144 kilogramos por metro cúbico, la sexta parte de la del agua. Una loseta sacada de un horno al rojo se puede coger con las manos desnudas por los bordes a los pocos segundos, porque conduce el calor tan mal que la superficie se enfría casi al instante mientras el interior sigue ardiendo. Es la demostración de laboratorio favorita de la NASA, y no es un truco.

Las losetas aguantan hasta 1.260 °C, pero el morro y los bordes de ataque de las alas pasan de eso. Ahí se usaba carbono-carbono reforzado, un material gris oscuro que soporta alrededor de 1.650 °C y que, a diferencia de las losetas, es estructural. Y ese detalle es exactamente donde estuvo el problema.

Qué pasa cuando el escudo falla

El 16 de enero de 2003, un trozo de espuma aislante del tanque externo se desprendió durante el despegue y golpeó el borde de ataque del ala izquierda. Pesaba menos de un kilo, pero impactó a unos 800 km/h de velocidad relativa y abrió un agujero en un panel de carbono-carbono. Dieciséis días después, en la reentrada, el plasma entró por ese agujero y se comió el ala desde dentro.

Ese es el accidente del Columbia y sus siete tripulantes, y cambió por completo cómo se opera un vehículo con escudo térmico. A partir de entonces, cada misión inspeccionaba la panza con un brazo instrumentado antes de volver, y ninguna volaba sin una nave de rescate preparada. Esa regla es la que obligó a que el último vuelo del Atlantis llevara solo cuatro tripulantes, y la que mantuvo a el transbordador Endeavour esperando en la rampa durante la última reparación del Hubble. Todo el final del programa del transbordador gira alrededor de una lámina de carbono de unos centímetros de grosor.

Qué le pasó al escudo del Orion en Artemis I

Este es el capítulo más reciente y el que casi nadie cuenta completo. Cuando la Orion de Artemis I volvió sin tripulación en diciembre de 2022, las inspecciones encontraron algo que no estaba previsto: el Avcoat se había desprendido en trozos en más de 100 puntos del escudo. No hubo riesgo para la estructura, pero tampoco había explicación.

La investigación llevó 121 ensayos en instalaciones repartidas por todo Estados Unidos y tardó dos años en cerrar. La causa resultó ser de permeabilidad: los gases que genera el Avcoat al descomponerse no podían escapar lo bastante rápido. Se acumulaban debajo de la costra de carbono, subían de presión y acababan reventándola desde dentro, arrancando pedazos.

Y aquí está lo interesante: el problema no lo causaba solo el material, sino la trayectoria. Artemis I usó una reentrada «de rebote», en la que la cápsula se hunde en la atmósfera, frena, sale otra vez y vuelve a entrar, como una piedra rebotando en el agua. Sirve para aterrizar con más precisión y para repartir el calor, pero deja al escudo mucho tiempo en el rango exacto de temperaturas en el que se forman esos gases.

Salió bien. La Orion de Artemis II amerizó frente a San Diego el 10 de abril de 2026, después de rodear la Luna y recorrer más de 1,1 millones de kilómetros, y cayó a 4,7 kilómetros del punto previsto. Las inspecciones encontraron pérdida de material, sí, pero mucho menor en cantidad y en tamaño que en Artemis I, y coincidente con lo que habían anticipado los ensayos en tierra. El escudo se llevó después al centro Marshall para escanearlo capa por capa.

El escudo más brutal que se ha construido

Todo lo anterior son juegos de niños comparado con lo que hizo la sonda de entrada de la misión Galileo. El 7 de diciembre de 1995 se lanzó contra la atmósfera de Júpiter a 47 kilómetros por segundo, unos 170.000 km/h. Es la entrada atmosférica más rápida que ha hecho jamás un objeto construido por humanos.

Para sobrevivir, la sonda tuvo que ser casi toda escudo: de sus 340 kilogramos, unos 145 iban en el escudo frontal de carbono fenólico, prácticamente la mitad del aparato. Durante la entrada, el plasma alcanzó cerca de 16.000 °C y el escudo perdió alrededor del 60% de su masa quemándose. La sonda encajó una deceleración de más de 200 veces la gravedad terrestre y siguió transmitiendo datos durante 58 minutos mientras caía. Es la razón por la que las misiones enviadas a Júpiter son tan escasas y tan caras.

Marte es un problema distinto

En Marte la dificultad se invierte. Su atmósfera tiene menos del 1% de la densidad de la nuestra: es lo bastante espesa como para calcinar una nave, pero demasiado fina para frenarla del todo. Un escudo térmico solo no basta, y por eso todo lo que ha aterrizado allí necesita tres fases encadenadas —escudo, paracaídas supersónico y retrocohetes o airbags— en unos siete minutos que nadie en la Tierra puede controlar en directo.

Los escudos marcianos usan también materiales de la familia PICA. El de la misión del rover Curiosity medía 4,5 metros de diámetro y fue en su momento el mayor que se había enviado a otro planeta. En el extremo opuesto está la Mars Pathfinder, que aterrizó rebotando dentro de un racimo de airbags porque era la opción barata. Las dos funcionaron.

Lo que todavía no está resuelto

Un escudo reutilizable de verdad —que vuelva a volar en días, no en meses— sigue sin existir. Las losetas de Starship son la apuesta más ambiciosa en marcha, con más de 18.000 piezas hexagonales sujetas al acero inoxidable, y en 2026 hay ingenieros con experiencia en el transbordador advirtiendo públicamente de que revisar y reponer losetas una a una es justo lo que impidió que aquel programa fuera barato.

La otra línea abierta son los escudos inflables, que se despliegan como un paraguas al llegar y permiten frenar mucho antes, cuando el aire aún es tenue. La NASA ya ha probado uno en vuelo real. Si funcionan, cambiarían las reglas para posar cargas pesadas en Marte, que es el cuello de botella de todo lo demás. Puedes seguir estos avances en la sección de tecnología espacial, y ver cómo llegamos hasta aquí en la historia de los vuelos tripulados.

Preguntas frecuentes sobre el escudo térmico

¿Qué temperatura alcanza un escudo térmico?

Depende de la velocidad de entrada. Volviendo de la órbita terrestre, a unos 28.000 km/h, la panza del transbordador llegaba a 1.260 °C y los bordes de las alas a unos 1.650 °C. Volviendo de la Luna, a 40.000 km/h, el escudo del Orion alcanza los 2.760 °C. La sonda que entró en Júpiter en 1995 soportó cerca de 16.000 °C.

¿Por qué se calienta tanto una nave al reentrar?

No es por rozamiento, aunque se repita mucho. La nave va tan rápida que el aire no tiene tiempo de apartarse: se comprime violentamente contra el morro formando una onda de choque, y comprimir un gas lo calienta. Ese aire comprimido se ioniza y se convierte en plasma, que es lo que envuelve la nave y corta las comunicaciones.

¿Qué diferencia hay entre un escudo ablativo y uno reutilizable?

El ablativo se quema y se desprende a propósito: al descomponerse absorbe energía y los gases que libera apartan el plasma. Sirve una sola vez y lo usan las cápsulas. El reutilizable son losetas cerámicas que aíslan sin degradarse, aguantan varios vuelos y exigen inspeccionar la superficie entera después de cada uno.

¿De qué está hecho el escudo térmico de una nave espacial?

Las cápsulas Apolo y Orion usan Avcoat, una resina epoxi dentro de una colmena de fibra de vidrio. Las Dragon usan PICA, un carbono poroso impregnado de resina. El transbordador llevaba losetas de fibra de sílice al 99,9% pura, con un 94% de aire, y carbono-carbono reforzado en el morro y los bordes de ataque.

¿Por qué los escudos térmicos son redondeados y no puntiagudos?

Porque un morro romo empuja la onda de choque hacia delante y deja una capa de aire entre el plasma y la nave, que actúa de amortiguador. Un morro afilado pegaría la onda de choque a la superficie y concentraría el calor justo donde no interesa. La idea la propuso el ingeniero H. Julian Allen en 1951 y va contra el instinto aerodinámico.

¿Qué le pasó al escudo térmico de Artemis I y se arregló?

El Avcoat se desprendió en más de 100 puntos porque los gases que genera al descomponerse no podían escapar y reventaban la costra desde dentro. Tras 121 ensayos, la NASA decidió no cambiar el escudo de Artemis II y modificar la trayectoria de reentrada. La cápsula amerizó el 10 de abril de 2026 con una pérdida de material mucho menor y dentro de lo previsto.