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Cómo funcionan los cohetes

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Los cohetes propulsores sólidos incluyen todos los cohetes de fuegos artificiales más antiguos, sin embargo, ahora hay combustibles, diseños y funciones más avanzados con propulsores sólidos.

Se inventaron cohetes propulsores sólidos antes de los cohetes alimentados con líquido. El tipo de propulsor sólido comenzó con contribuciones de los científicos Zasiadko, Constantinov y Congreve. Ahora, en un estado avanzado, los cohetes de propulsores sólidos siguen siendo de uso generalizado en la actualidad, incluidos los motores de refuerzo dual del transbordador espacial y las etapas de refuerzo de la serie Delta.

Cómo funciones de propulsor sólido

El área de superficie es la cantidad de propulsor expuesto a las llamas de combustión interior, que existe en una relación directa con el empuje. Un aumento en el área de superficie aumentará el empuje, pero reducirá el tiempo de combustión ya que el propulsor se está consumiendo a un ritmo acelerado. El empuje óptimo es típicamente constante, lo que se puede lograr manteniendo un área de superficie constante durante toda la quemadura.

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Los ejemplos de diseños de granos de área de superficie constante incluyen: quema de extremos, quemaduras internas y del núcleo externo, y quema interna del núcleo de la estrella.

Se utilizan varias formas para la optimización de las relaciones de empuje de grano, ya que algunos cohetes pueden requerir un componente de empuje inicialmente alto para el despegue, mientras que un empuje más bajo será suficiente para sus requisitos de empuje regresivo posteriores al lanzamiento. Los patrones de núcleo de grano complicados, al controlar el área de superficie expuesta del combustible del cohete y los apos; s, a menudo tienen partes recubiertas con un plástico no inflamable (como el acetato de celulosa). Esta capa evita que las llamas de combustión interna enciendan esa porción de combustible, que se enciende solo más tarde cuando la quemadura alcanza el combustible directamente.

Impulso específico

Al diseñar el impulso específico del grano propulsor del cohete y los ápices, se debe tener en cuenta, ya que puede ser la falla de diferencia (explosión) y un cohete productor de empuje optimizado con éxito.

Cohetes modernos de combustible sólido

Ventajas / Desventajas

  • Una vez que se enciende un cohete sólido, consumirá la totalidad de su combustible, sin ninguna opción de cierre o ajuste de empuje. El cohete lunar Saturno V utilizó casi 8 millones de libras de empuje que no hubieran sido factibles con el uso de propulsor sólido, lo que requiere un propulsor líquido de alto impulso específico.
  • El peligro involucrado en los combustibles premezclados de los cohetes monopollantes, es decir. a veces la nitroglicerina es un ingrediente.

Una ventaja es la facilidad de almacenamiento de cohetes propulsores sólidos. Algunos de estos cohetes son pequeños misiles como Honest John y Nike Hercules; otros son grandes misiles balísticos como Polaris, Sergeant y Vanguard. Los propulsores líquidos pueden ofrecer un mejor rendimiento, pero las dificultades en el almacenamiento y manejo de propulsores de líquidos cerca del cero absoluto (0 grados Kelvin) han limitado su uso sin poder cumplir con las estrictas demandas que los militares requieren de su potencia de fuego.

Los cohetes alimentados con líquidos fueron teorizados por primera vez por Tsiolkozski en su & amp; quot; Investigation of Interplanetary Space por Means of Reactive Devices, & amp; quot; publicado en 1896. Su idea se realizó 27 años después cuando Robert Goddard lanzó el primer cohete de combustible líquido.

Los cohetes alimentados con líquidos impulsaron a los rusos y estadounidenses a la era espacial con los poderosos cohetes Energiya SL-17 y Saturno V. Las altas capacidades de empuje de estos cohetes permitieron nuestros primeros viajes al espacio. El paso gigante de & amp; quot; para la humanidad & amp; quot; que tuvo lugar el 21 de julio de 1969, cuando Armstrong pisó la luna, fue posible gracias a los 8 millones de libras de empuje del cohete Saturno V.

Cómo funciones de propulsor líquido

Dos tanques de metal sostienen el combustible y el oxidante respectivamente. Debido a las propiedades de estos dos líquidos, generalmente se cargan en sus tanques justo antes del lanzamiento. Los tanques separados son necesarios, para muchos combustibles líquidos queman al contacto. En una secuencia de lanzamiento establecida, se abren dos válvulas, lo que permite que el líquido fluya por la tubería. Si estas válvulas simplemente se abrieran permitiendo que los propulsores líquidos fluyan hacia la cámara de combustión, se produciría una tasa de empuje débil e inestable, por lo que se usa una alimentación de gas a presión o una alimentación de turbobomba.

El más simple de los dos, la alimentación de gas a presión, agrega un tanque de gas a alta presión al sistema de propulsión. El gas, un gas no reactivo, inerte y ligero (como el helio), es retenido y regulado, bajo una presión intensa, por una válvula / regulador.

La segunda solución, y a menudo preferida, al problema de transferencia de combustible es una bomba turbo. Una bomba turbo es lo mismo que una bomba regular en función y evita un sistema presurizado con gas al succionar los propulsores y acelerarlos en la cámara de combustión.

El oxidante y el combustible se mezclan y encienden dentro de la cámara de combustión y se crea el empuje.

Oxidantes y amp; amp; Combustibles

Ventajas / Desventajas

Desafortunadamente, el último punto hace que los cohetes propulsores líquidos sean intrincados y complejos. Un motor bipropellant líquido moderno real tiene miles de conexiones de tuberías que transportan varios fluidos de enfriamiento, combustible o lubricación. Además, las diversas subpartes, como el turbobobomba o el regulador, consisten en vértigo separado de tuberías, cables, válvulas de control, medidores de temperatura y puntales de soporte. Dadas las muchas partes, la posibilidad de que una función integral falle es grande.

Como se señaló anteriormente, el oxígeno líquido es el oxidante más utilizado, pero también tiene sus inconvenientes. Para lograr el estado líquido de este elemento, se debe obtener una temperatura de -183 grados Celsius, condiciones bajo las cuales el oxígeno se evapora fácilmente, perdiendo una gran suma de oxidante solo mientras se carga. El ácido nítrico, otro oxidante potente, contiene 76% de oxígeno, está en su estado líquido en STP y tiene una alta gravedad específica & amp; # x2015; todas las grandes ventajas. El último punto es una medida similar a la densidad y a medida que aumenta más, también lo hace el rendimiento del propulsor y amp; apos; s. Pero, el ácido nítrico es peligroso en el manejo (la mezcla con agua produce un ácido fuerte) y produce subproductos nocivos en la combustión con combustible, por lo que su uso es limitado.

Desarrollado en el siglo II a. C., por los antiguos chinos, los fuegos artificiales son la forma más antigua de cohetes y la más simplista. Originalmente, los fuegos artificiales tenían propósitos religiosos, pero luego se adaptaron para uso militar durante la Edad Media en forma de flechas & amp; quot; flaming.& amp; quot;

Durante los siglos X y XIII, los mongoles y los árabes trajeron el componente principal de estos primeros cohetes a Occidente: la pólvora. Aunque el cañón y el arma se convirtieron en los principales desarrollos de la introducción oriental de pólvora, también se produjeron cohetes. Estos cohetes fueron esencialmente fuegos artificiales ampliados que impulsaron, más allá del arco largo o el cañón, paquetes de pólvora explosiva.

Durante las guerras imperialistas de finales del siglo XVIII, el coronel Congreve desarrolló sus famosos cohetes, que recorren distancias de cuatro millas. The & amp; quot; cohetes & amp; apos; deslumbramiento rojo y quot; (American Anthem) registra el uso de la guerra de cohetes, en su forma temprana de estrategia militar, durante la inspiradora batalla de Fort McHenry.

Cómo funcionan los fuegos artificiales

Un fusible (tordel hilo de algodón recubierto con pólvora) está iluminado por una cerilla o por un & amp; quot; punk & amp; quot; (un palo de madera con una punta roja brillante como el carbón). Este fusible se quema rápidamente en el núcleo del cohete donde enciende las paredes de pólvora del núcleo interior. Como se mencionó anteriormente, uno de los químicos en la pólvora es el nitrato de potasio, el ingrediente más importante. La estructura molecular de este químico, KNO3, contiene tres átomos de oxígeno (O3), un átomo de nitrógeno (N) y un átomo de potasio (K). Los tres átomos de oxígeno encerrados en esta molécula proporcionan & amp; quot; air & amp; quot; que el fusible y el cohete se usaron para quemar los otros dos ingredientes, carbono y azufre. Así, el nitrato de potasio oxida la reacción química al liberar fácilmente su oxígeno. Sin embargo, esta reacción no es espontánea y debe iniciarse por calor, como el partido o & amp; quot; punk.& amp; quot;

&erio; # x203A; Historia y amp; amp; Cultura

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