Motores cohete

Un motor cohete es en pocas palabras un motor de combustión interna que impulsa el vehículo hacia adelante, mediante la expulsión de gases al exterior del mismo, gases que provienen de una cámara de combustión.

Para saber lo bueno que es un cohete se miden dos parámetros.

• El Impulso específico (ISP): es el período en segundos durante el cual 1 kg de masa del propergol producirá un empuje de 1 kg de fuerza. Mide la eficiencia del motor.

Motor químico.

Motor de plasma. El principio básico de un cohete es el mismo en todos, lo que varia es la forma de conseguirlo.

• El empuje: aceleración que experimenta el cohete durante su funcionamiento.

Son dos términos independientes, ya que existen motores con un muy alto empuje pero bajo rendimiento (cohetes químicos) y los hay de bajísimo empuje con alto rendimiento (motores iónicos). 

Motores químicos. Buenos para viajar a la órbita, no tanto para viajar por el espacio.

Motores iónicos (en este caso de plasma): no sirven para despegar de la superficie pero son muy eficientes en el espacio.

El funcionamiento de estos vehículos está gobernado por la ecuación del cohete, de la que ya hablamos en una entrada anterior.

Pero vayamos desde el principio ¿Cómo funciona un motor cohete?

Los motores cohete producen el empuje por la expulsión a alta velocidad de un fluido. Este fluido es, casi siempre, un gas generado por la combustión dentro de una cámara de combustión a alta presión (10-200 bar) de propergoles sólidos o líquidos, que consta de dos componentes combustible y oxidante.

El escape de fluido se hace pasar a través de una tobera de propulsión supersónica (Las toberas son esas estructuras en forma de campana por donde salen los gases) que utiliza la energía calorífica del gas para acelerar el escape a una velocidad muy alta, y la fuerza de reacción a esta empuja el motor en la dirección opuesta.

Cohete Delta IV Heavy, uno de los más potentes actualmente en servicio.

En los motores cohete las altas temperaturas y presiones favorecen el buen rendimiento pues permite montar toberas más largas en el motor, lo que proporciona mayores velocidades de escape, así como un mejor rendimiento termodinámico.

• Primer dato interesante: Para mejorar tu cohete, aumenta la temperatura del fluido. Como la temperatura es una medida del movimiento de las partículas, a mayor temperatura mayor movimiento, lo que se traduce en mayor velocidad de escape.

Transbordador espacial.

Existen numerosos tipos de motores cohete, pero el funcionamiento es el mismo. Lo distinto es la manera de conseguir el desprendimiento de energía que caliente los gases en la cámara de ignición y los expulse por la tobera. Además las distintas clases de motores cohetes tienen una relación peso-empuje variable por lo que siempre se preferirá el diseño de motor que sea lo más eficientemente posible, con el "menor peso".

Cohete Protón.

Y es aquí donde se libra la batalla en los diseños de cohetes, si tengo altas temperaturas el motor será muy bueno, pero necesitaré un sistema de refrigeración para evitar que el cohete se destruya (sistema que dependiendo del caso puede ser muy pesado y complejo, disminuyendo las ventajas)

• Segundo dato interesante: cuida el peso de tu cohete. Si el vehículo es muy pesado no será muy eficiente y habrás gastado tu dinero diseñándolo. La ecuación del cohete nos lo resume mejor, "disminuye la masa final y ahorraras una gran cantidad de combustible"

Pero ¿Cómo se controla un cohete?

Métodos de control de un cohete.

Los primeros cohetes utilizaban alerones como los aviones para orientarse, pero desde luego eso solo servía durante el vuelo atmosférico. posteriormente se desarrollaron otros sistema como mover el centro de gravedad del cohete, la utilización de motores vernier (motor cohete que sirve para el control vectorial del empuje de los misiles y las naves espaciales), además de cambiar la orientación de las toberas y/o el flujo de los gases.

Esquema de funcionamiento de los motores vernier.

Motores vernier en un cohete Soyuz.

Pero no es mi intención debatir sobre los innumerables aspectos tecnicos de los motores cohete, preparé esta entrada más como una introducción al tema. En las siguientes entradas hablaremos de los distintos tipos de motores cohete.