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Impulso específico velas solares brutales
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 20259 momentos
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Juan Carlos Gil continúa explicando las características de las velas solares experimentales para la propulsión espacial, comparándolas con los motores químicos convencionales.
…lo tengo a punto en las notas. Un milinewton de empuje, o sea, échale 14 por 14, ¿cuánto es eso? Pues 200 metros cuadrados para generar un milinewton de empuje, que es lo que pesa en la Tierra, la fuerza equivalente a un gramo de peso, ¿no? Si no calculo mal. No, a una décima, ¿no? Porque la constante de la gravedad es 10, es 9,8. Bueno, pues se utilizó de forma experimental para maniobrar camino 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 realidad es de lo anterior, así que pido disculpas, porque estabas hablando de las velas solares, ¿no? Y una cosa que puede ser muy sorprendente es que es mayor la presión de la luz solar a la distancia de la Tierra que el propio viento solar. Lo digo porque mucha gente le sorprende cuando piensa en velas, está pensando en el viento solar, pero el viento solar…
Significado #1 · Palabras #1
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 #4 · Palabras #19impulso 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 alto…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…
Héctor Socas interrumpe a Juan Carlos Gil para aclarar una duda sobre la definición de impulso específico que este último ha presentado.
Habla: Héctor SocasSignificado #18impulso específico definición juan carlos giltonelada combustible impulso específico vehículokilo combustible impulso específico peso…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 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.…
Juan Carlos Gil interrumpe la explicación de Héctor Socas sobre el impulso específico para aclarar que este valor representa la capacidad del motor para mantener una aceleración y su eficacia en el uso del combustible.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2impulso 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…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 describe una alternativa experimental para moverse y orientarse en el espacio: velas impulsadas por la presión de la radiación solar. Menciona la misión Icarus de la Agencia Espacial Japonesa, que utilizó este tipo de vela durante su viaje a Venus.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #10vela radiación solar agencia espacial jaxapresión radiación solar prototipo experimental…circular una corriente para hacer la orientación fina. El Hubble mira muy lejos y necesita, creo recordar que era del orden de nanorradianes, sí, del orden de 10 nanorradianes de error en el apuntamiento, ¿vale? Y para eso se utilizan estas barras magnéticas. Otra posibilidad de movernos o de orientarnos en el espacio, bastante experimental, pero bueno, ya se ha hecho un prototipo, y también lo hemos comentado alguna vez: velas, pero no velas de viento, que poco viento vamos a poder pillar, sino velas de radiación solar, lo que se llama pues eso, presión de radiación solar. Se probó esta tecnología, una misión de JAXA, de la Agencia Espacial Japonesa, Icaros, que iba a Venus, pues utilizó en el camino de vuelta una vela de 14 por 14 metros, imaginaos el mini, bueno, lo tengo aquí; te lo tengo a punto en las notas. Un milinewton de empuje, o sea, échale 14 por 14, ¿cuánto es eso? Pues 200 metros cuadrados para generar un milinewton de empuje, que es lo que pesa en la Tierra, la…
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 #1 · Palabras #1velas solares maniobrar camino venusconstante gravedad 9 8impulso específico fórmula infinitavelas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solareshidracina para maniobras espacialesvelas solares según héctor socasmaniobras de control de órbita con hidracina…lo tengo a punto en las notas. Un milinewton de empuje, o sea, échale 14 por 14, ¿cuánto es eso? Pues 200 metros cuadrados para generar un milinewton de empuje, que es lo que pesa en la Tierra, la fuerza equivalente a un gramo de peso, ¿no? Si no calculo mal. No, a una décima, ¿no? Porque la constante de la gravedad es 10, es 9,8. Bueno, pues se utilizó de forma experimental para maniobrar camino 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 realidad es de lo anterior, así que pido disculpas, porque estabas hablando de las velas solares, ¿no? Y una cosa que puede ser muy sorprendente es que es mayor la presión de la luz solar a la distancia de la Tierra que el propio viento solar. Lo digo porque mucha gente le sorprende cuando piensa en velas, está pensando en el viento solar, pero el viento solar…
Juan Carlos Gil explica las características y el uso de la hidracina como propulsor químico para cohetes, destacando su inestabilidad, capacidad para generar gases a alta velocidad sin necesidad de oxidante y su toxicidad.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #14hidracina propulsor químico cohetesdescomposición catalítica hidracina nitrógeno hidrógenoimpulso específico hidracina 200 segundostoxicidad hidracina propelentes verdes…radiación de la luz lo que le hace girar, ¿no? El torque no da. Creo que es un efecto térmico. Creo que es que la presión de la cámara de vacío no es tan baja como debería y entonces efectivamente parece que son corrientes de convección la que hace mover eso. Hablamos de la hidracina, la hidracina es un hidrógeno como hay varios; este es de fórmula N2H4 y es muy inestable. En este caso para bien, porque le pones un catalizador y aquello se descompone de forma ultra eficaz en nitrógeno, hidrógeno y amoníaco, ultracalientes, con lo cual salen esos disparados a toda velocidad y es lo que producen el empuje. Se usa hidracina sobre todo porque no necesita oxidante; es el propio compuesto químico el que él solito catalíticamente genera estos gases a alta velocidad. Por contra su impulso específico pues no es brutal, brutal; no es para echar cohetes digamos, es del 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…
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 GilPalabras #12motor nuclear térmico darpaempuje equivalente lanzadorimpulsos específicos cien segundosviaje a marte dos meses…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 las características y eficiencia de los motores magnetoplasmadinámicos (MPD) y Basim R, destacando su alto empuje y necesidad de energía.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17motores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnética…estos últimos los campos, los motores electromagnéticos están en pruebas; no vuelan, no se han desarrollado de todo, pero son posiblemente el futuro a medio plazo de la exploración espacial, quizá en combinación con los motores atómicos que os hablaba antes. ¿Por qué? Porque tienen altos empujes para ser motores eléctricos; estamos hablando de un newton, un newton que es una manzana, una manzana que es aproximadamente un newton y de nuevo impulsos específicos brutales, con lo cual son extraordinariamente eficientes. Estamos hablando de unos motores que se llaman magnetoplasmadinámicos, MPD para los amigos, que ionizan el plasma con campos magnéticos. Imaginaos el campo que tienes que poner ahí para que se ionice un átomo; es como una resonancia magnética pero que te descompone, brutal, y claro, eso hace que requieran mucha energía, con lo cual lo suyo es ponerle un reactor nuclear al lado para proporcionar la energía y bueno hay otro tipo que se llama Basim R, Basimir pero sin la I final; yo siempre lo llamo Basimir para ahorrar pero le sobra una I al final que ioniza con radiofrecuencia mediante radiación electromagnética. Bueno, no me enrollo más con eso; pasamos a los de verdad que Son los motores eléctricos electrostáticos los que se usan y a su vez los hay de dos tipos: de efecto Hall y de rejilla. Los motores eléctricos de efecto Hall aprovechan el efecto; el efecto Hall es una diferencia de potencial, se llama voltaje de Hall, que…
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 #14impulso específico motores iónicosaceleración pequeña kilo xenóntiempo aceleración con combustibleconcepto impulso específico hectór socas…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…