Si bien la mayoría de los proyectos de la NASA miran hacia el futuro en busca de inspiración, uno de los proyectos de la agencia espacial busca una tecnología de motor más convencional para abaratar los viajes espaciales. En un esfuerzo por aligerar la carga de la nave espacial en el lanzamiento, los ingenieros de la NASA han diseñado un nuevo motor de cohete que elimina la necesidad de oxidante a bordo. En cambio, este nuevo cohete que respira aire El motor extraerá oxígeno del aire para quemar combustible a medida que acelera hacia la órbita.
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La idea de un motor que aspira aire para proporcionar empuje no es nueva. Los motores a reacción llevan décadas utilizando este proceso. El uso de aire de la atmósfera para motores a reacción supersónicos que impulsen una nave espacial liviana reducirá en última instancia el costo de poner la nave espacial en órbita. Actualmente, poner un objeto en órbita cuesta alrededor de 10.000 dólares por libra (22.000 dólares/kg). A esos precios, costaría 1.500.000 dólares enviar una persona de 150 libras al espacio. El objetivo de la NASA es reducir el coste de lanzamiento a sólo unos pocos cientos de dólares por libra en los próximos 25 años. Creen que una forma de hacerlo es deshacerse de los más de un millón de libras de oxidante líquido que actualmente se necesitan para la combustión.
"Las tecnologías de motores de cohetes que respiran aire tienen el potencial de abrir la frontera espacial a la gente común y corriente", dijo Uwe Hueter del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. En esta edición de How Stuff WILL Work , descubrirás cómo puedes volar al espacio en uno de estos cohetes que respiran aire, cómo funcionan los motores y cómo se lanzarán los cohetes que respiran aire al espacio.
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En un motor de cohete convencional, un oxidante líquido y un combustible se bombean a una cámara de combustión donde se queman para crear una corriente de gases calientes a alta presión y alta velocidad. Estos gases fluyen a través de una boquilla que los acelera aún más (las velocidades de salida típicas son de 5.000 a 10.000 mph) y luego salen del motor. Este proceso proporciona impulso a la nave espacial.
Si ha leído el artículo sobre Cómo funcionan los motores de cohetes, entonces sabrá que el transbordador espacial necesita 143.000 galones de oxígeno líquido, que pesa alrededor de 1.359.000 libras. Cuando está vacío, el transbordador solo pesa 165.000 libras, el tanque externo pesa 78.100 libras y los dos propulsores de cohetes sólidos pesan 185.000 libras cada uno. Eso es un total de 613.000 libras. Cuando agrega combustible y oxidante, el peso total del vehículo aumenta a 4,4 millones de libras.
La NASA ha determinado que puede reducir fácilmente el peso de un vehículo en el lanzamiento si le quitaran el oxidante líquido, lo que reduciría rápidamente el peso del vehículo a aproximadamente 3,1 millones de libras. Sigue siendo un vehículo pesado, pero significaría una enorme reducción en el coste de poner un vehículo en órbita.
Entonces, si se elimina el oxígeno líquido, ¿el combustible no podría arder y proporcionar empuje? Hay que pensar más allá del funcionamiento normal de un motor de cohete convencional. En lugar de utilizar oxidante líquido, un cohete que respira aire, como su nombre indica, absorberá aire de la atmósfera. Luego lo combinará con el combustible para crear combustión y proporcionar empuje.
Un motor de cohete que respira aire, también llamado motor de ciclo combinado basado en cohete , es muy similar a un motor a reacción. En un motor a reacción, el compresor aspira aire. Luego, el motor comprime el aire, lo combina con un combustible y quema el producto, que se expande y proporciona empuje. Un motor a reacción sólo se puede utilizar hasta Mach 3 o 4 antes de que sus piezas comiencen a sobrecalentarse. En un estatorreactor de combustión supersónica, o scramjet , una entrada de aire aspira aire. El aire se desacelera y se comprime a medida que el vehículo acelera a través de la atmósfera. Se agrega combustible al flujo de aire supersónico, donde los dos se mezclan y se queman. Los combustibles que es más probable que se utilicen con los cohetes que respiran aire incluyen hidrógeno líquido o combustible de hidrocarburos.
Por muy eficientes que sean los cohetes que respiran aire, no pueden proporcionar el empuje necesario para el despegue. Para ello, se barajan dos opciones. La NASA puede utilizar turborreactores o cohetes impulsados por aire para hacer despegar el vehículo. Un cohete impulsado por aire Es como un motor de cohete normal, excepto que cuando alcanza una velocidad lo suficientemente alta, tal vez a Mach dos o tres, aumentará la oxidación del combustible con el aire en la atmósfera, y tal vez suba a Mach 10 y luego vuelva a cambiar a Mach 10. Función normal del cohete. Estos cohetes impulsados por aire se colocan en un conducto que captura aire y podrían aumentar el rendimiento en aproximadamente un 15 por ciento con respecto a los cohetes convencionales.
Más adelante, la NASA está desarrollando un plan para lanzar el vehículo cohete que respira aire utilizando pistas de levitación magnética (maglev). Usando orugas maglev, el vehículo acelerará a velocidades de hasta 600 mph antes de elevarse en el aire.
Después del despegue y después de que el vehículo alcance el doble de la velocidad del sonido, los cohetes impulsados por aire se apagarían. La propulsión entonces sería proporcionada por el vehículo cohete que respirará aire, que inhalará oxígeno durante aproximadamente la mitad del vuelo para quemar combustible. La ventaja de esto es que no tendrá que almacenar tanto oxígeno a bordo de la nave espacial como lo hicieron las naves espaciales anteriores, lo que reducirá los costos de lanzamiento. Una vez que el vehículo alcance 10 veces la velocidad del sonido, volverá a un sistema convencional propulsado por cohetes para su último impulso a la órbita.
Debido a que reducirá el peso del oxidante, el vehículo será más fácil de maniobrar que las naves espaciales actuales. Esto significa que viajar en un vehículo propulsado por cohetes que respira aire será más seguro. Con el tiempo, el público podría viajar en estos vehículos al espacio como turistas espaciales.
El Centro Marshall y el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland están planeando diseñar internamente un motor de cohete que respira aire y peso de vuelo para una demostración de vuelo en 2005. Ese proyecto determinará si los motores de cohetes que respiran aire se pueden construir lo suficientemente livianos para un lanzamiento. vehículo.
