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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetimpulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gilimpulso específico propulsores gilempuje motor igual peso gilreferencia eficacia impulso específicoimpulso específico motores cohetecombustible líquido valor más altoeficiencia turbinas avión supera cohetesturbina avión moderna alcanza 4000 segundoscohetes lanzadores queman combustible planetaJuan Carlos Gil450 segundosHéctor Socas4000 segundosStarlinkmotor StirlingFalsentauriMarteDARPADracoTierraTurbina de aviónCohete de lanzadorUnión SoviéticaEstados UnidosGuerra FríaNASA
Impulso específico motores propulsores espaciales
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 20258 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo se mide la eficiencia de los motores espaciales, introduciendo el concepto de 'impulso específico' y destacando su peculiaridad por tener unidades de tiempo.
…y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del empuje, que es un factor clave, sí, pero también su eficiencia. ¿Cómo de bien un motor espacial emplea ese combustible? Y en astronautica esto viene medido por una magnitud curiosa que se llama impulso específico y digo curiosa porque tiene unidades de tiempo, lo cual las tres primeras veces que te enfrentas a ello, yo ya llevo cuatro y ya me he acostumbrado, pero resulta realmente raro, lo admito, pero hay una forma de visualizarla El impulso específico de un propulsor es equivalente al tiempo que se mantendría autosostenido, autosuspendido en la gravedad terrestre, justo como se define así, usando un kilo de combustible, ¿vale? Bueno, en realidad lo que he hecho es medio mentira, porque eso solamente coincide con el impulso específico cuando el empuje que genera ese motor es igual a su peso, que no va a ser nunca el caso. Pero bueno, por lo menos nos da una referencia de entender cómo demonios una medida de eficacia se traduce en tiempo. Bueno, cuanto más largo es Ese tiempo, cuanto más largo es el impulso específico, significa que ese motor utiliza mejor el combustible. Los impulsos específicos de estos motores cohete que os comentaba, de combustible líquido, pues están entre orden de 400 o 500 segundos, ¿vale? Eso también nos va a servir de referencia y una. Turbina de avión, por ejemplo, de las más modernas, pues llegan hasta los 4000 segundos. Son como 9 o así veces más eficientes las grandes turbinas de avión que los grandes cohetes de lanzadores. Ya vemos que los cohetes de lanzadores queman combustible a lo loco para sacarnos del pozo de potencial de nuestro planeta y es la única forma de conseguirlo. Perdona, Juan. Carlos, una preguntita: yo pensando en esa definición o esa forma de representar el impulso específico que has dado, no me queda claro. No me extraña, perdona. Si dices el tiempo que puede sostener su propio peso con un kilo de combustible, entonces si yo le…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo funcionan los sistemas de propulsión espacial y compara el funcionamiento con el de los aviones, destacando una diferencia clave: las naves espaciales deben llevar su propia materia para generar propulsión.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13propulsión espacial similar avionesnaves espaciales llevan materia propiaconservación movimiento lineal navelanzadores sacan de la tierramotores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadores…pues claramente es una ventaja, y eso permite por ejemplo que los satélites una vez que alcanzan la velocidad orbital, pues se mantengan en órbita indefinidamente sin hacer nada especial. ¿Qué hacemos por tanto en el espacio? ¿Cómo nos apoyamos en algo? Pues de hecho es algo semejante a lo que hacen los aviones, pero con una diferencia clara, fundamental, y es que en lugar de coger aire de los alrededores e insuflarlo hacia atrás, pues no tenemos más remedio que llevar la materia con nosotros. La nave espacial, el satélite, el cohete, lo que sea, tiene que tener materia almacenada en la propia nave que acelera hacia atrás, la eyecta y por acción y reacción y por conservación de movimiento lineal, pues la nave va a recibir una aceleración en dirección opuesta, inversamente proporcional a su masa. Los lanzadores, los chismes que nos sacan de la Tierra, necesitan empujes brutales para vencer la gravedad del planeta, del orden de millones de newtons. Podemos quedarnos con esta referencia que luego hablaremos de motores con muchísimo menos empuje. Con lo cual, claro, necesitan motores brutales; los motores de los lanzadores, pues ya lo sabéis, son los motores más grandes que se han fabricado nunca. Además, en los lanzadores no podemos depender de que haya más o menos oxígeno, sobre todo porque cuando salimos muy arriba la presión total y también la parcial de oxígeno empieza a caer y eventualmente fuera del espacio no hay nada. Así que tenemos que llevar tanto combustible como oxidante; tenemos que llevar en los cohetes los dos. En los motores normales, la mayoría, son de propelente líquido pues típicamente de combustible se utiliza. Hidrógeno líquido, queroseno o últimamente algunos utilizan metal y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del…
Juan Carlos Gil explica cómo se mide la eficiencia de los motores espaciales, introduciendo el concepto de 'impulso específico' y destacando su peculiaridad por tener unidades de tiempo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1impulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gilimpulso específico propulsores gilempuje motor igual peso gilreferencia eficacia impulso específicoimpulso específico motores cohetecombustible líquido valor más altoeficiencia turbinas avión supera cohetesturbina avión moderna alcanza 4000 segundoscohetes lanzadores queman combustible planeta…y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del empuje, que es un factor clave, sí, pero también su eficiencia. ¿Cómo de bien un motor espacial emplea ese combustible? Y en astronautica esto viene medido por una magnitud curiosa que se llama impulso específico y digo curiosa porque tiene unidades de tiempo, lo cual las tres primeras veces que te enfrentas a ello, yo ya llevo cuatro y ya me he acostumbrado, pero resulta realmente raro, lo admito, pero hay una forma de visualizarla El impulso específico de un propulsor es equivalente al tiempo que se mantendría autosostenido, autosuspendido en la gravedad terrestre, justo como se define así, usando un kilo de combustible, ¿vale? Bueno, en realidad lo que he hecho es medio mentira, porque eso solamente coincide con el impulso específico cuando el empuje que genera ese motor es igual a su peso, que no va a ser nunca el caso. Pero bueno, por lo menos nos da una referencia de entender cómo demonios una medida de eficacia se traduce en tiempo. Bueno, cuanto más largo es Ese tiempo, cuanto más largo es el impulso específico, significa que ese motor utiliza mejor el combustible. Los impulsos específicos de estos motores cohete que os comentaba, de combustible líquido, pues están entre orden de 400 o 500 segundos, ¿vale? Eso también nos va a servir de referencia y una. Turbina de avión, por ejemplo, de las más modernas, pues llegan hasta los 4000 segundos. Son como 9 o así veces más eficientes las grandes turbinas de avión que los grandes cohetes de lanzadores. Ya vemos que los cohetes de lanzadores queman combustible a lo loco para sacarnos del pozo de potencial de nuestro planeta y es la única forma de conseguirlo. Perdona, Juan. Carlos, una preguntita: yo pensando en esa definición o esa forma de representar el impulso específico que has dado, no me queda claro. No me extraña, perdona. Si dices el tiempo que puede sostener su propio peso con un kilo de combustible, entonces si yo le…
Juan Carlos Gil explica que el impulso específico de 450 segundos en un motor de cohete no implica que este pueda mantenerse con un kilo de combustible durante ese tiempo, ya que esto solo sería cierto si el empuje del motor fuera equivalente a su peso.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #7analogía impulso específico gilmotor empuje equivalente pesosituaciones específicas gilimpulso específico motor coheteempuje motor peso toneladarelación no lineal motores coheteimpulso específico motor aceleracióneficacia uso combustible motoreshéctór socas impulso específicoimpulso específico motor juan carlos gileficacia motores iónicos misiones interplanetalesvalor 4000 segundos impulso específico…extraña, perdona. Si dices el tiempo que puede sostener su propio peso con un kilo de combustible, entonces si yo le añado una tonelada más, siendo el mismo kilo de combustible, será menos tiempo que pueda sostenerlo, o sea, depende del propio vehículo en sí. Es que has ignorado, bien ignorado, porque no hay quien lo entienda la segunda parte del ejemplo que he dicho, que es siempre y cuando el motor produzca un empuje equivalente a su peso. Solo en ese caso se cumple la analogía. Es una analogía realmente mala. No hay forma de seguir dando vueltas a la analogía. En cuanto pasas al mundo real no te vale. Por eso un motor de cohete tiene un impulso específico de 450 segundos. Eso no significa que el cohete se mantenga con un kilo de combustible 450 segundos. Ya nos gustaría. Eso sería solo si hiciese un impulso equivalente a su peso. ¿Cuánto pesa un gran motor de cohete? ¿Una tonelada? Pues no, da muchísimo más empuje que una tonelada y por tanto la relación no es lineal, desafortunadamente. Quería traer una posibilidad de visualizar de alguna forma que eso sea un tiempo, pero es poco afortunado. Bueno, ¿qué hacemos entonces en el espacio? Perdona, te vuelvo a interrumpir, pero independientemente entonces del que sea un tiempo, lo que nos da idea este impulso específico, es algo así como la capacidad de sostener una aceleración que puede tener ese motor. No exactamente, es eficacia; con una palabra sería eficacia, lo bien que utiliza un motor es su combustible. Con un kilo de combustible, ¿cuánto consigue sostenerse? ¿Vale? Y ya te digo, lo que pasa es que 4000 segundos no significa que durante lo que sea eso, 80 segundos, haga nada en especial. Tenemos que abstraernos y utilizarlo como una medida abstracta, pero tiene dimensiones de segundos. Mide la eficacia. Cuanto más alto sea el impulso específico, más eficaz es el motor. No significa que dé más newtons; eso es el empuje. Ya veremos que los motores iónicos de los que quiero hablar tienen poco empuje, pero muchísimo impulso específico y por eso son especialmente útiles para misiones de muy larga duración como las interplanetales. En el espacio, os he mentido; he dicho que en el espacio no hay nada contra lo que apoyarse y no quería pasar esta oportunidad de decir que hay algo. Gastón lo sabe muy bien; hay campos, aunque no hay materia en general, pero en el espacio hay campos y es…
Juan Carlos Gil continúa explicando las características de las velas solares experimentales para la propulsión espacial, comparándolas con los motores químicos convencionales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #3velas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solares…a Venus. No consumimos en este caso combustible, los fotones no vienen de fuera, con lo cual si hacemos la fórmula sin pensar más del impulso específico saldría infinito, no aplica, pero podemos estimar o hacer una transposición, una conversión respecto de un Motor equivalente que generase ese empuje y tendría un impulso específico estas velas solares brutales, muy, muy poquito impulso. Pero claro, un consumo de combustible nulo, entre comillas, pues serían del orden de 10.000 o incluso 100.000 segundos, ese es el tope gama de impulso específico. Pero a nadie se nos escapa, en general lo que se usa es motores químicos, motores químicos también en el espacio. Que sí gastan combustible. Tradicionalmente se ha utilizado hidracina, sobre todo para las maniobras, no tanto para el empuje pero para las maniobras de control de órbita y también de actitud. Héctor, ¿qué te viste? Sí, quería hacer un comentario, pero en…
Juan Carlos Gil explica las características de un motor nuclear térmico desarrollado por DARPA, destacando su eficiencia y potencial para reducir el tiempo de viaje a Marte.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17 · Palabras #14motores nucleares alternativa propelentesmotor térmico calienta hidrógeno extremopropulsor expulsado por motor nuclearmotores nucleares guerra fríaagencia darpa desarrollo tecnologíasproyecto draco nasa 2027motor nuclear térmico darpaempuje equivalente lanzadorimpulsos específicos cien segundosviaje a marte dos meses…orden de 200 segundos. Y otra cosa que tiene hidracina es que es ultra tóxica; es de lo peorcito, con lo cual en los últimos años está tendiendo a producir alternativas que son los llamados propelentes verdes. Esperemos que podamos avanzar en esa dirección. Otra opción más, antes de llegar a lo que me ocupará, que serán los motores eléctricos, son los motores nucleares. Mucha gente ni ha oído hablar de esto. Hay dos tipos de motores nucleares: los de tipo térmico usan, el propio nombre parece indicarlo, un motor nuclear para calentar un gas, hidrógeno, típicamente a temperaturas extremas; estamos hablando de un motor nuclear y claro, expulsarlo como propulsor y estos se Fabricaron, tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos en la década de los 60 y los 70, la época dorada de la innovación espacial; por supuesto impulsada por la guerra fría, pues les hicieron desarrollar estos motores, pero ninguno de las dos megapotencias los hizo volar. Sin embargo, en Estados Unidos, en estos momentos transmediante NASA y DARPA, que es la agencia de defensa de desarrollo de tecnologías de última generación americana, están desarrollando un proyecto que se llama Draco, que utilizará porque está previsto poner en órbita en el año 2027 y no queda tanto. pues un motor nuclear térmico. El empuje de estos motores es equivalente a aproximadamente una quinta parte de un motor de un lanzador, o sea, brutal; esto en el espacio es brutal, la quinta parte de un motor de un lanzador, pero con impulsos específicos mucho mejores, del orden de 1000 segundos, más del doble que aquellos. O sea, son un pedazo de bichos para el espacio, con lo cual, con esta eficiencia y este empuje también realmente notables, bueno, pues nos podrían llevar a Marte en dos meses y medio de ese orden comparado con los nueve meses típicamente; ahora que bueno, eventualmente iría bastante bien si queremos mandar humanos. Por una parte tardamos dos meses en medio de nueve, por otra parte llevamos un reactor nuclear ahí en la propia nave que tampoco es que nos siente muy bien a los tejidos humanos, pero bueno, eso esperemos que se resuelva en algún día. Y luego hay un segundo…
Juan Carlos Gil explica los detalles técnicos de los motores eléctricos utilizados en la propulsión espacial, mencionando el uso de gases nobles ionizados como xenón o criptón.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #4motores eléctricos expulsan plasma ionizadoxenón o criptón como gases noblesplasma ionizando materia neutra navegases nobles ionizados xenón criptóncampos eléctricos magnéticos aceleración ionesmotores espaciales eléctricos milinewtonsimpulso específico motores propulsores espaciales…pero como tiene masa tienes que compensar el peso del propio cable colocando un contrapeso un poquito más allá. Bueno, se podría hacer con un cable muy largo, pero ya eso sería muy largo; el triple de la geo me parece que salía o cuatro veces. Pues seguimos. Seguimos, decías que había hecho una introducción a las formas de moverse; todavía no he acabado porque me quedan los motores eléctricos. Los motores eléctricos expulsan también materia pero no neutra, en este caso hecha de partículas ionizadas, vamos, lo que viene llamándose plasma. Entonces lo que hacemos es, primero generamos plasma ionizando materia neutra que es lo que podemos llevar en la nave, típicamente gases nobles, gorditos; queremos que sean átomos gorditos para que cuando salgan a toda leche se lleven mucho momento y nos impulsen para adelante. Típicamente se usan xenón o criptón. El radón es radiactivo, molaría, pero no nos dura nada, ese no nos vale. Y una vez que hemos ionizado estos gases nobles, aceleramos los iones, las partículas cargadas resultantes, tanto electrones como iones, hemos ionizado, hemos partido en dos cachitos, mediante campos eléctricos y o magnéticos. y eso nos va a hablar de los dos motores eléctricos, los propulsores espaciales eléctricos que existen. También lo anticipaba antes, generan muy muy bajo empuje, típicamente de milinewtons, milinewtons, nada, con lo que obviamente no sirven de ninguna de las formas para despegar, para movernos dentro de la atmósfera, pero por contra son muy extraordinariamente eficientes con impulsos específicos de Miles de segundos y algunos de muchos miles de segundos, lo que los hacen ideales para misiones de larga duración como misiones interplanetarias o satélites; se utilizan ahora para que duren lo más posible. Es una tecnología, que no viene de Julio Bern, es…
Héctor Socas reflexiona sobre los motores iónicos y su impulso específico, explicando cómo permiten una aceleración pequeña pero sostenida durante largos periodos de tiempo con una cantidad limitada de combustible.
Habla: Héctor SocasSignificado #10 · Palabras #10carga electrostática en nave espacialmotores electrostáticos chuflas electronespluma escape eléctricamente neutraimpulsos específicos de orden 1000 segundosconstelación starlink azote astronomía amateurimpulso específico motores iónicosaceleración pequeña kilo xenóntiempo aceleración con combustibleconcepto impulso específico hectór socas…átomos. Claro, y eso genera más impulso, eso se acelera doblemente y aquello es muy eficaz. Los electrones estos en la cámara acaban decayendo en espiral por choques con los átomos y se recogen y se inyectan estos mismos electrones por el cátodo. En la pluma, en la pluma de escape, para conseguir que no se acumule carga electrostática en la nave, que acabaría siendo eso un monopolo magnético casi, ¿no? O sea, los cationes eran acelerados y de forma artificial, entre comillas, en chuflas también electrones, intentas que la pluma sea eléctricamente neutra, ¿vale? a mí me parece súper ingenioso y tienen impulsos específicos de orden de 1000 o 2000 segundos y tiene una ventaja fundamental y es que se pueden hacer muy chiquititos, son realmente sencillos de fabricar y por eso los usan nuestros amigos el azote de la astronomía amateur y no tan amateur, la constelación Starlink. Segundo tipo se llaman iónicos. No solo amateur, yo sigo dándole vueltas a lo del impulso específico porque yo me había quedado con la idea de que eso te indica un poco, como tú has dicho, con los motores iónicos tienen poca aceleración, tienen poco empuje, pero tienen muchísimo impulso específico; quiere decir que la aceleración es muy pequeña pero la puedes sostener durante mucho tiempo. Con un kilo de xenón, con un kilo de xenón te da para, yo que sé, meses. Puedes estar mucho tiempo acelerando con ese kilo. Creo recordar que el concepto que yo tenía en mente era algo así como cuánto tiempo puede sostener una aceleración de un G con un kilo de combustible, lo cual no quiere decir que el motor pueda producir un G de empuje, porque eso depende del empuje que tenga el motor, pero si pudiera, ¿cuánto tiempo podría sostenerlo? Puede ser con un kilo, siempre con un kilo de... No sé si es equivalente a la definición, pero bueno, me había quedado con la idea de que eso te da una idea de durante cuánto tiempo puedes sostener una aceleración, aunque esa aceleración sea pequeña; que sea…
Juan Carlos Gil y Héctor Socas continúan discutiendo sobre métodos para viajar eficientemente por el sistema solar, mencionando la posibilidad de usar un motor Stirling como alternativa a los motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12motor stirling ciclo enfriamiento calorfalsentauri con motor stirlingimpulso especifico motor ionico…nuclear para alimentar a un motor eléctrico; pasaríamos a Xenon y utilizaríamos el mismo reactor nuclear. ¿Qué pasa? Un reactor nuclear térmico no te serviría bien para generar electricidad, con lo cual tendrías que utilizar algo así como un motor Stirling. ¿Se acuerdan del motor Stirling que utiliza un ciclo de enfriamiento y calor? Con lo cual hay que hacer números ahí, pero vamos, nos podemos ir al Falsentauri con un motor; bueno, técnicamente es una complejidad tremebunda, pero suena chulo. A día de hoy el método para, digamos, moverte en distancias largas por el sistema solar, el método que se considera preferido es el motor iónico, por lo que decía Juan Carlos: de que tienes un impulso específico muy grande. Lo que pasa es que tienes un empuje muy pequeñito. Entonces son motores que tardan mucho en acelerar, pero van acelerando continuamente, con lo cual al final acabas consiguiendo una velocidad de la leche. Pero el problema es lanzar eso, entonces necesitarías…