Motor de cohete químico (CRD): un motor de cohete que funciona con combustible químico .
Al final de la segunda década del siglo XXI, todos, sin excepción, los motores de cohetes utilizados en cohetes militares , y todos, sin excepción, los motores de los vehículos de lanzamiento de naves espaciales, son químicos.
En la cámara de combustión (CC) del CRD, la energía potencial ( química ) del combustible se convierte en energía térmica como resultado de una reacción exotérmica . El combustible, por regla general, consta de dos componentes: combustible y comburente . Además, existen implementaciones técnicas de CRS que utilizan combustibles de un solo componente y de varios componentes. Los componentes del combustible se seleccionan de modo que:
El requisito de productos de bajo peso molecular se deriva de la fórmula del impulso . En igualdad de condiciones (masa de combustible, cantidad de energía liberada), cuanto menor sea el peso molecular de los productos de reacción , mayor será la velocidad del movimiento térmico de las moléculas . Por lo tanto, mayor será la velocidad de flujo del chorro alcanzable.
Desde el COP, los productos de reacción (gases de escape) se envían a un canal perfilado: una boquilla de chorro . En la tobera CRD, el gas se expande adiabáticamente . La presión y la temperatura del gas disminuyen al aumentar el volumen de acuerdo con la ley adiabática. Como resultado de la expansión, el gas adquiere una alta velocidad de salida de la boquilla. Así, el XRD convierte parte de la energía química del combustible en la energía cinética del chorro de gas.
El impulso del chorro de gas se dirige en la dirección de salida de los gases. Según la ley de conservación de la cantidad de movimiento , la suma vectorial de la cantidad de movimiento del gas y del cohete es cero. En otras palabras, cuando el gas sale por la boquilla, la corriente en chorro y el cohete reciben impulsos que son de la misma magnitud, pero de dirección opuesta. De hecho, esto se manifiesta como el surgimiento del propulsor a chorro desarrollado por el HRD.
Los motores de gas de un solo componente no pueden clasificarse como CRD, pero existen numerosas implementaciones técnicas de motores de un solo componente, donde se libera energía química debido a la reacción exotérmica de su descomposición catalítica en la cámara de combustión (por ejemplo, peróxido de hidrógeno o hidracina ). Ejemplo: motores de orientación de satélites de comunicaciones Skynet-2 » [5] ; o como en el ciclo de Walther , el oxígeno liberado por la descomposición catalítica del peróxido se quema con combustible premezclado con peróxido (hidrazina, metanol).
Dos componentesLa mayoría de las implementaciones técnicas de HRD son de este tipo. El combustible consiste en un combustible y un comburente.
Tres o más componentesDe hecho, este tipo es una modificación del anterior. Se agrega un componente adicional (componentes) al combustible, que sirve:
Para los motores de cohetes de propulsante sólido, a menudo se agrega a la mezcla algún aglutinante, generalmente un polímero , para obtener un bloque de combustible sólido adecuado para el almacenamiento a largo plazo y que no se destruya mecánicamente durante la combustión.
Los primeros cohetes de pólvora se inventaron en China . Se desconoce la fecha exacta de su invención (la primera mención escrita data del siglo XIII). Estos misiles eran de propulsor sólido.
En la Edad Media, los cohetes se usaban principalmente para entretenimiento, para fuegos artificiales . En Occidente, la ciencia de los cohetes militares se desarrolló a partir de principios del siglo XIX ( cohetes Congreve ), como resultado de la captura de la tecnología de cohetes Mysore por parte de Inglaterra a fines del siglo XVIII , pero a partir de mediados del siglo XIX, como fruto del desarrollo de la artillería estriada, que se impuso en eficacia, estuvo en declive hasta el siglo XX. El interés por los cohetes comenzó a crecer en las décadas de 1920 y 1930, cuando quedó claro que el principio de propulsión de cohetes era el único para un vuelo independiente y controlado en el vacío .
Al poseer un impulso específico relativamente bajo (en comparación con los motores de cohetes eléctricos , de iones y de plasma ), los motores de cohetes químicos desarrollan un mayor empuje, lo cual es importante cuando se crean medios para lanzar una carga útil a la órbita espacial, o para llevar a cabo vuelos interplanetarios no muy distantes en un tiempo relativamente corto.
A mediados de la década de 2010, todos los principales motores de cohetes de empuje utilizados en cohetes militares y vehículos de lanzamiento de naves espaciales son químicos. Las excepciones son varios motores correctivos y motores de orientación. Al mismo tiempo, el límite fundamental de las capacidades energéticas del combustible ya se ha alcanzado en los motores químicos. Incluso teóricamente, no existe la posibilidad de un aumento significativo en su impulso específico, lo que está asociado con una limitación fundamental de la temperatura de los productos de combustión en las reacciones químicas exotérmicas, lo que limita la velocidad máxima de salida del gas. Esto impone restricciones a las capacidades de la tecnología de cohetes que utilizan motores químicos en dos áreas ya dominadas:
Si una expedición tripulada a corto plazo a Marte o Venus usando motores químicos todavía parece técnicamente factible, entonces para los vuelos tripulados para viajar a objetos más distantes del sistema solar, el tamaño del cohete requerido para esto y la duración del vuelo son difíciles. implementar desde el punto de vista de la ciencia y la tecnología modernas.