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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmotores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadoreshidrógeno líquido como combustibleoxígeno líquido oxidante comúnmotor cohete desempeño eficienciaimpulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gilHidrógeno líquidoQuerosenoOxígeno líquidoJuan Carlos GilTurbina de aviónCohete de lanzador450 segundosTierraCristina HernándezHéctor SocasRamjetMarteDARPADracoJulio BernUnión Soviéticamotor StirlingFalsentauri
Motor cohete desempeño eficiencia
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202510 momentos
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Juan Carlos Gil continúa explicando los componentes básicos de los motores de cohetes espaciales, mencionando ejemplos comunes de combustible y oxidante.
…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 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…
Significado #2 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando los componentes básicos de los motores de cohetes espaciales, mencionando ejemplos comunes de combustible y oxidante.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #1motores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadoreshidrógeno líquido como combustibleoxígeno líquido oxidante comúnmotor cohete desempeño eficienciaimpulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gil…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 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…
Juan Carlos Gil compara la eficiencia de los motores de cohetes con la de las turbinas de avión, señalando que estas últimas son significativamente más eficientes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2impulso específico motores cohetecombustible líquido valor más altoeficiencia turbinas avión supera cohetesturbina avión moderna alcanza 4000 segundoscohetes lanzadores queman combustible planeta…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 #3 · Palabras #5impulso específico motor coheteempuje motor peso toneladarelación no lineal motores coheteimpulso específico motor aceleracióneficacia uso combustible motoreshéctór socas 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…
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 #15velas 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 #8 · Palabras #10motor 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 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 #11gases nobles ionizados xenón criptóncampos eléctricos magnéticos aceleración ionesmotores espaciales eléctricos milinewtonsimpulso específico motores propulsores espacialesmotores eléctricos propulsión espacialmisiones interplanetarias duración largasatélites meteorológicos rusos años 70primeras pruebas vuelo años 60…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 mucho más moderna, apenas tiene 30 años; las primeras pruebas en vuelo se hicieron en los años 60 y las primeras aplicaciones, satélites meteorológicos rusos, soviéticos, en aquel caso en los 70. La primera misión pública, eso era secreto además, la primera misión pública de la que yo tengo noticia es el satélite PanamSat 5 a la órbita Geo lanzado en 1997 y operado por el operador Intelsat Y quería mencionar esto, en el año 2000 se puso en órbita el primer satélite europeo con propulsión eléctrica llamado SESAT-1 operado por…
Juan Carlos Gil explica por qué los motores eléctricos son caros de prototipar, destacando su sensibilidad a pequeños cambios en el diseño y la necesidad de pruebas prolongadas para detectar desgaste.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #19desgaste paredes motor eléctricomotores eléctricos diseño sensibleeficiencia ionización tobera reactores fusiónplasma reactores futuros control…qué? Si son más sencillos de fabricar y demás, preguntaréis, pues por dos motivos: primero, porque están diseñados, esa es la gracia, para que funcionen durante muchísimo tiempo, así que las pruebas, indefectiblemente, van a tener que ser muy largas. Estás buscando desgaste de las paredes del motor, etc. Con lo cual no te vale que una semana y en segundo lugar, porque estos puñeteros motores eléctricos son muy sensibles a pequeños cambios en los parámetros de diseño, apenas modificaciones minúsculas en la forma de la tobera, en fin, pueden cambiar muchísimo la eficiencia de la ionización y la estabilidad del maldito plasma que como todos sabemos es en los motores de futuro, en los reactores futuros de fusión pues es uno de los problemas que se están abordando en la actualidad: como controlar el plasma. Es decir, queremos motores eléctricos pero optimizarlos por métodos teóricos no es posible; por prototipos es tremendamente caro y es aquí ahora sí donde entran los artículos que os quería comentar pues recurramos a técnicas modernas como simulaciones o…
Juan Carlos Gil comenta sobre las dificultades de la fase atmosférica en los cohetes, explicando cómo se consume una gran cantidad de combustible para superar la densidad de la atmósfera.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #4fase atmosférica cohetescombustible cohete primer kilómetromotor nuclear hidrógeno atmósferaeficiencia motor nuclear gilmotores ramjet aceleran aire supersónicocristina hernández propulsor cohetes aireviaje sistema solar motores eficientes…atmósfera. Hay una cosa que mencionaría antes que nada, ¿que no sé si la tienes en mente Juan Carlos?, que la conservación del momento hace que eso te frene, para empezar. Dices pillando cosas de fuera, sí. Claro, cogiendo aire de fuera, eso te va a frenar. La fase atmosférica es la más fastidiada de cualquier cohete porque la atmósfera es densa o sea vencer es cuando gastas un brutal porcentaje del combustible en salir en el primer kilómetro y en los 10 primeros kilómetros y en los 100 primeros con lo cual lo que pregunto tiene mucho sentido si llevas un motor nuclear y en vez de acelerar hidrógeno que lo tienes que llevar desde abajo lo vas cogiendo del aire a priori a falta de cálculos eso debería ahorrar debería ahorrar energía y por tanto aumentar la energía la eficiencia del motor. Algo parecido se hace y no sé si alguna vez se ha fabricado; creo que se han hecho prototipos, con motores de reacción o motores aeronáuticos y se llaman Ramjet, los motores que aceleran de forma supersónica el aire entrante. De hecho, Cristina hace una segunda pregunta: es que ya las he leído antes y lo había estado pensando ¿Cuál sería la forma más eficaz, creo que dice, ya te lo ahorro Héctor, para viajar en el sistema solar de forma eficaz con una combinación quizá de motores de los que has dicho? Ya está un rato pensando y voy a publicar un artículo y me va a tocar mencionarla como coautora, porque se me ha ocurrido la siguiente posibilidad Es obviamente absurda falta de hacer números, pero como idea esto es gratis, podemos llevar un reactor nuclear,…
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 #18motor 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…
Juan Carlos Gil continúa explicando una alternativa para el lanzamiento de naves espaciales, mencionando el uso de lanzadores que elevan los motores a gran altitud antes del lanzamiento.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8lanzadores elevan motores gran altitudavión lanza motor químico 11 kilómetrosfase densa atmósfera cohete primer metro…fases. Hernández García, el motor Gil Hernández utilizaría el mismo reactor con una fase atmosférica con aire, luego con hidrógeno y luego alimentando el motor eléctrico con seno. O sea, te vas liberando de masa, pero no del motor, o sea, del reactor nuclear. Ya si lo lanzas con el cañón electromagnético... ya lo veas. Hay lanzadores, eso sí, no lo he comentado; hay lanzadores que suben un avión, lo que más que pueden, 11 kilómetros, no sé qué, y ahí lanzas un motor, un pequeño cohete con motor químico y te ahorras la fase más densa de la atmósfera. El primer metro es más complicado que el segundo metro, siempre en un cohete. Pregunta Zebra, una facilita, dice: ¿los pares de Cooper tienen que tener espines opuestos o no tiene que ver? Bueno, los pares de Cooper en el modelo BCS, en el modelo de superconductividad convencional, sí tienen los espinos opuestos, ¿vale? Porque el…