Propulsion de Satelites al Espacio Sistema Propulsor de Sondas



Propulsión de Satélites al Espacio: Sistema Propulsor de Sondas Espaciales

Lanzadores y satélites: La propulsión

En su obra Principios matemáticos de la filosofía de la Naturaleza (1687), Isaac Newton estableció las bases axiomáticas de la mecánica moderna, que, para nosotros, son de gran interés para asimilar el fenómeno de la propulsión.

Newton comprendió que la fuerza de la gravedad —es decir, la atracción mutua que ejercen unos cuerpos sobre otros, y que es la responsable, no sólo de la caída de los cuerpos sobre la superficie terrestre, sino también del movimiento de los astros— no cesa en ningún punto: su alcance es ilimitado, si bien disminuye progresivamente con la distancia.

A partir de las leyes enunciadas por Kepler sobre el movimiento de los planetas, Newton dedujo el valor de la acción del Sol sobre éstos, y estableció que el Sol atrae a cada planeta con una fuerza, dirigida del centro del segundo al del primero, cuya intensidad es directamente proporcional a la masa del Sol e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa a ambos.

Pero la fuerza con que el Sol atrae al planeta es igual y de sentido contrario a la fuerza con que el planeta atrae al Sol (principio de la acción y la reacción), por lo que la atracción Sol-planeta no depende tan sólo de la masa del Sol, sino también de la del planeta.

El principio de la acción y la reacción tiene una validez universal: a toda fuerza (acción) que un cuerpo ejerce sobre otro, éste ejerce sobre el primero otra fuerza (reacción) de igual intensidad, pero de sentido contrario.

El funcionamiento de los cohetes se basa precisamente en este principio. En este caso, la acción la constituye el chorro de gases (jet) que es expulsado por la tobera de escape, y que determina la aparición de una reacción de sentido opuesto al flujo del gas, la cual impulsa al cohete.

Sistemas propulsores

La retropropulsión o reacción es un método para producir movimiento mediante la eyección de una masa, generalmente en forma gaseosa, desde el interior del cuerpo propulsado. Los gases desprendidos proceden de una combustión y poseen elevada temperatura y gran velocidad.

Se llama cantidad de movimiento de un sistema al producto de su masa por su velocidad. En la retropropulsión la cantidad de movimiento de los gases expulsados determina un incremento igual de la misma en el cohete. Pero la masa del cohete es siempre muchísimo mayor que la de los gases que expulsa, razón por la cual éstos deben ser emitidos con gran velocidad.



Con objeto de corregir el enorme inconveniente que supone la masa del cohete, la mayoría de éstos se construyen en varias etapas o gases acopladas: en el momento del lanzamiento el cohete debe desarrollar una Titán III: nueva generación de lanzadores gran fuerza para contrarrestar la atracción de la Tierra, lo que supone el consumo de gran cantidad de combustible; al alcanzar tina determinada altura se desprende la tapa del cohete que ha servido para iniciar su elevación, y en este instante entran en funcionamiento los motores de la segunda etapa, favorecidos por la circunstancia de tener que impulsar una masa mucho menor y también por tener que vencer un valor más pequeño de la gravedad terrestre; muchos cohetes constan todavía de una tercera etapa para las operaciones de puesta en órbita o para dirigirse a otro astro.

Un motor-cohete consta esencialmente de los siguientes elementos: una cámara de combustión, un sistema que suministra el combustible y una tobera o conducto de eyección de los gases al exterior.

La reacción química de los agentes combustible y comburente (en la tecnología de los cohetes este conjunto recibe el nombre de propergol) situados en la cámara de combustión, produce gases que son expulsados a través de la tobera.

Imagen Izq: Titán III constituyó una nueva generación de
lanzadores en la que se destacan los dos boosters acoplados

El motor-cohete tiene su propio combustible y oxidante, de aquí que según la naturaleza de los propulsantes utilizados para producir el chorro de gases se distinga entre cohetes con propulsante sólido, líquido y mixto o híbrido, cuya importancia es cada vez mayor.

En los cohetes con propulsante sólido, el combustible y el comburente —a los que suele ir incorporada una sustancia afín a ambos con objeto de que su mezcla sea homogénea y bien repartida— están almacenados en la cámara de combustión. La combustión puede ser restringida o ilimitada.

La primera se realiza de manera análoga a la de un cigarrillo, o sea, a partir del extremo de la carga que se encuentra más próxima a la tobera y progresando hacia el extremo anterior de la misma.

La combustión ilimitada o sin restricciones se realiza simultáneamente en todos los puntos de las superficies interior y exterior de la carga.

Aunque los cohetes con propulsante sólido son, en general, de construcción relativamente sencilla, presentan el inconveniente de requerir una cámara de combustión grande y pesada, y de que. en ocasiones, la combustión no es correcta; generalmente, se emplean como auxiliares los de combustión restringida para ayudar al despegue de aviones, y los de combustión ilimitada en cohetes auxiliares que se desprenden una vez han sido utilizados (su nombre inglés, booster, ha sido universalmente aceptado). Tienen la ventaja de que su lanzamiento es más fácil y de que pueden ser almacenados sin dificultades; su uso es básicamente militar.

En los cohetes con propulsantes líquidos, combustible y comburente están almacenados en depósitos distintos y pueden ser inyectados en la cámara de combustión por medio de dos sistemas: el de alimentación a presión, para los pequeños, y por medio de bombas, en los grandes.



Presentan la ventaja de que, cerrando o abriendo a voluntad la alimentación, se puede regular el impulso; además, permiten el apagado y reencendido de los motores cada vez que ello es necesario, sin lo cual difícilmente se hubiesen conseguido las maniobras de cita y atraque en pleno cosmos, indispensables para los programas Gemini, Apolo, Sojuz, etc.

Aún actualmente, la manipulación de los líquidos (hidrógeno y oxígeno licuados, etcétera) constituye siempre un difícil problema, debido a que con frecuencia deben conservarse a temperaturas extraordinariamente bajas, o son muy inflamables.

La “anatomía” de los cohetes con propulsantes líquidos es muchísimo más complicada que la de los sólidos; respecto a ello se cuenta que el primer ingeniero estadounidense que vio el interior de una V-2 exclamó, ante la complicación de los dispositivos: “Esto es la locura de un fontanero!

La propulsión en el futuro: Aunque empleando hidrógeno como combustible se han obtenido importantes valores del impulso, la limitación de la energía extraída de reacciones químicas es evidente. Para poder llevar a cabo misiones espaciales a distancias extremas es necesario desarrollar nuevos sistemas propulsores, que permitan la total exploración del Sistema Solar e incluso ciertos viajes espaciales.

La propulsión nuclear se basa en una planta de energía que utiliza el enorme calor desarrollado en la fisión nuclear para calentar un “líquido operante”, que podría ser un gas licuado, el cual se canaliza a través de la tobera.

La construcción de un motor-cohete nuclear se ha demostrado factible merced al proyecto Kiwi (nombre de un pájaro de Nueva Zelanda que no vuela), al cual han seguido el Febo y otros, con el nombre genérico de NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application Ingenios nucleares para su aplicación en lanzadores).

La propulsión iónica, cuya idea es original de Ciolkovskij, consiste, a grandes rasgos, en la eyección de partículas elementales cargadas (protones, electrones, etcétera), las cuales adquirirían gran velocidad gracias a la acción de un campo electromagnético.

Con una diferencia de potencial de 1.000 voltios entre los electrodos se obtienen velocidades de eyección del orden de 40.000 metros por segundo, diez veces superiores a las obtenidas mediante propulsantes líquidos. El empuje producido por los motores iónicos es reducido, pero merced a su escaso consumo de combustible pueden mantenerlo durante períodos de tiempo más largos.

En el terreno de las técnicas futuristas, pero teóricamente posibles, cabe imaginar un motor-cohete impulsado por la presión ejercida por los fotones o partículas de luz (propulsión fotónica). Quedan aún otros procedimientos que, al igual que éste, son todavía materia de especulación: aceleradores de plasma, motores eléctricos e iónicos combinados, etc.

Fuente Consultada: Los Viajes Espaciales Salvat Tomo 53



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