La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de los Estados Unidos (Darpa) ha recientemente puesto en uso tres empresas privadas, Blue Origin, Lockheed Martin y General Atomics, desarrollarán misiles nucleares térmicos para su uso en órbita lunar.
Tal desarrollo, si se lleva a cabo, podría marcar el comienzo de una nueva era de vuelos espaciales. Dicho esto, esta es solo una de las pocas posibilidades interesantes en el campo de la propulsión de cohetes. Aquí hay algunos más.
Cohetes químicos
La propulsión de naves espaciales estándar utiliza cohetes químicos. Hay dos tipos principales: combustible sólido (como impulsores de cohetes constantes en un transbordador espacial) y combustible líquido (como Saturno V).
En ambos casos, se produce una reacción química para producir gas muy caliente a alta presión en la cámara de combustión. La boquilla del motor es la única salida de este gas, que en consecuencia sale de ella, proporcionando empuje.
La reacción química requiere un combustible, como hidrógeno líquido o aluminio en polvo, y un oxidante (un agente que induce reacciones químicas) como el oxígeno. Hay muchas otras variables que, en última instancia, también determinan el rendimiento del motor de un cohete, y los científicos e ingenieros siempre buscan obtener más empuje y economía de combustible de un proyecto determinado.
Una empresa privada, SpaceX, lo ha estado ejecutando recientemente. vuelos de prueba prototipo de lanzador de naves espaciales. Este vehículo utiliza un “motor de combustión por etapas de flujo total (FFSC)”, Raptorque quema metano como combustible y oxígeno como oxidante. Tales diseños fueron probados por los rusos en la década de 1960 y el gobierno de Estados Unidos en 2000, pero hasta ahora ninguno ha ido al espacio. Los motores son mucho más eficientes en combustible y pueden generar una relación empuje / peso mucho más alta que los diseños tradicionales.
Motor de cohete transportado a un banco de pruebas en Jackass Flats, Nevada en 1967. Fuente: AEC-NASA
Cohetes térmicos fisionables
El núcleo de un átomo consta de partículas subatómicas llamadas protones y neutrones. Determinan la masa de un elemento: cuantos más protones y neutrones, más pesado es. Algunos núcleos son inestables y pueden dividirse en varios núcleos más pequeños durante el bombardeo de neutrones. Este es un proceso Fisión nucleary puede liberar una gran cantidad de energía. Cuando los núcleos se descomponen, también liberan más neutrones, que luego descomponen más átomos, lo que provoca una reacción en cadena.
En un cohete de fisión nuclear, un gas propulsor como el hidrógeno se calienta por fisión nuclear a altas temperaturas, creando gas a alta presión en la cámara del reactor. Al igual que con los cohetes químicos, solo puede escapar a través de la boquilla del cohete, creando empuje nuevamente. No se espera que los cohetes de fisión nuclear generen el empuje necesario para elevar grandes cargas útiles desde la superficie de la Tierra al espacio. Sin embargo, en el espacio, son mucho más eficientes que los cohetes químicos: para una determinada masa de combustible, pueden acelerar una nave espacial a velocidades mucho más altas.
Los cohetes de fisión nuclear nunca han ido al espacio, pero se han probado en tierra. Deberían poder acortar el tiempo de vuelo entre la Tierra y Marte de unos siete meses a unos tres meses para futuras misiones tripuladas. Las desventajas obvias, sin embargo, incluyen la generación de desechos radiactivos y la posibilidad de una falla en el lanzamiento que podría esparcir el material radiactivo por un área extensa.
El principal desafío de la ingeniería es miniaturizar lo suficiente el reactor para que quepa en una nave espacial. Ya existe una industria en crecimiento para la producción de reactores de fisión compactos, incluido el desarrollo de un reactor de fisión que es más pequeño que un humano adulto.
Propulsor de iones del espacio profundo de la NASA. Fuente: NASA
Accionamiento eléctrico
Base ciencia ficción, los impulsores de iones reales generan partículas cargadas (ionización), las aceleran con campos eléctricos y luego las disparan fuera de la hélice. El propulsor es un gas como el xenón, un elemento bastante pesado que se puede cargar eléctricamente con facilidad.
A medida que los átomos cargados de xenón se aceleran desde el propulsor, transfieren una cantidad muy pequeña de impulso (masa multiplicada por la velocidad) a la nave espacial, lo que proporciona un empuje suave. Si bien la propulsión de iones lentos es uno de los métodos de propulsión de naves espaciales más eficientes en el consumo de combustible, pueden llevarnos más lejos. Los impulsores de iones se utilizan comúnmente para el control de posición (cambiar la dirección en la que se dirige una nave espacial) y se han considerado desorbitación de satélites antiguos.
Motores de iones actuales funcionan con células solares, haciéndolos efectivamente alimentados por energía solar y requiriendo muy poco combustible. Fueron usados en Esa La misión SMART-1 a la luna y Misión Bepi-Colombo camino a Mercurio. La NASA está desarrollando actualmente un sistema de propulsión eléctrica de alta potencia para el Puerta lunar, un puesto de avanzada que orbitará la luna.
Velas solares
Si bien la propulsión generalmente requiere algún tipo de combustible, un método más ecológico que se basa únicamente en la luz del sol.
Vela solar Ikaros. Fuente: Pavel Hrdlička, Wikipedia, CC BY-SA
Las velas dependen de la propiedad física de mantener el impulso. En la Tierra, estamos acostumbrados a ver este impulso como una presión dinámica causada por las moléculas de aire que entran en la sábana mientras navegamos. empujando el barco hacia adelante. Hay luz se compone de fotonesque no tienen masa, pero tienen impulso y pueden Muévelo a la vela. Dado que las energías de los fotones individuales son muy pequeñas, se necesita un tamaño de vela excepcionalmente grande para lograr una aceleración significativa.
La ganancia de velocidad también dependerá de qué tan lejos esté del sol. En la Tierra, la energía que se obtiene de la luz solar es de aproximadamente 1,3 kW por metro cuadrado. Si tuviéramos una vela del tamaño de un campo de fútbol, esto daría como resultado 9,3 MW, proporcionando una aceleración muy baja, incluso para un objeto ligero.
Las velas solares han sido probadas por los japoneses. La nave espacial IKAROS que pasó con éxito por Venus y la Sociedad Planetaria Vela de luz-2que actualmente se encuentra en órbita alrededor de la Tierra.
La forma de mejorar el rendimiento y reducir el tamaño de la vela es utilizar láser para impulsar la nave espacial hacia adelante. Los láseres producen haces de fotones muy intensos que pueden dirigirse a la vela para proporcionar una aceleración mucho mayor, pero deberían construirse en órbita terrestre para evitar la pérdida de intensidad en la atmósfera. También se ha propuesto un láser como una forma de desorbitar los desechos espaciales: la luz láser puede ralentizar un trozo de desechos orbitales que luego se saldrían de la órbita y se quemarían en la atmósfera.
El desarrollo de cohetes de fisión nuclear puede generar algunas preocupaciones y perturbar otras. Sin embargo, a medida que las empresas privadas y las agencias espaciales nacionales se involucren cada vez más en la presencia duradera del hombre en el espacio, estas propulsiones alternativas se volverán más comunes y tendrán el potencial de revolucionar nuestra naciente civilización espacial.
Proporcionado por The Conversation
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