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Propulsor expulsado por motor nuclear
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 introduce los motores nucleares como una alternativa a los propelentes químicos, explicando que son poco conocidos y existen en dos tipos: térmicos y otros no especificados.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil aclara una afirmación anterior sobre el impulso específico de los propulsores, admitiendo que su explicación inicial solo es precisa cuando el empuje del motor es igual a su peso, algo que raramente ocurre.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #11impulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gilimpulso específico propulsores gilempuje motor igual peso gilreferencia eficacia impulso específico…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…
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 #19velas 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 introduce los motores nucleares como una alternativa a los propelentes químicos, explicando que son poco conocidos y existen en dos tipos: térmicos y otros no especificados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1motores nucleares alternativa propelentesmotor térmico calienta hidrógeno extremopropulsor expulsado por motor nuclear…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…
Juan Carlos Gil continúa la discusión sobre motores nucleares, explicando que existen dos tipos: térmicos y eléctricos. Menciona el uso de reactores nucleares para generar electricidad, similar a los reactores terrestres de Van de Jost.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #14motor nuclear térmico darpaempuje equivalente lanzadorimpulsos específicos cien segundosviaje a marte dos mesesmotores nucleares térmicos navesreactores nucleares van de jostelectricidad motores eléctricos naves…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 tipo de motores nucleares y son los nucleares eléctricos; un reactor nuclear genera electricidad como los reactores nucleares de Van de Jost en tierra para generar electricidad y esa electricidad se utiliza para mover un motor eléctrico que es de los que quería hablar. Pero antes tengo apuntado otro apunte sobre lanzadores y es el concepto de velocidad de escape; lo hemos comentado aquí algunas veces. La velocidad de escape de la Tierra es 11,2 kilómetros por segundo, 40.000 kilómetros por hora, así es más fácil de…
Juan Carlos Gil explica las diferencias de velocidad entre motores químicos, nucleares térmicos y la velocidad de escape de la Tierra, destacando lo complejo que es abandonar la gravedad terrestre.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #19velocidad escape tierramotor químico cuatro kilómetros segundonuclear térmico tope gamma nueve kilómetrosfalcon 9 pedro casasaturno cohetes cien cinco metros…el concepto de velocidad de escape; lo hemos comentado aquí algunas veces. La velocidad de escape de la Tierra es 11,2 kilómetros por segundo, 40.000 kilómetros por hora, así es más fácil de acordarse. Y por comparación, la velocidad de escape de los gases de Salida de un motor químico son unos 4 kilómetros por segundo, 4 frente a 11,2 y los de un nuclear térmico, el tope gamma, son 9 kilómetros por segundo. Esto da una idea de lo muy difícil, de lo dificilísimo que no lo pensamos a menudo porque vemos al Falcon 9 como Pedro por su casa, pero es muy difícil abandonar la gravedad terrestre. Por eso necesitamos cohetes como los 105 metros del Saturno. con tantos motores, utilizando etapas para engañar, entre comillas, a la ecuación del cohete Vamos soltando peso muerto, la ecuación del cohete de Saukovsky Pero Juan Carlos, acabo de tener una revelación, o sea, has dicho que la velocidad escape de la Tierra…
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 #8 · Palabras #17motores 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…
Juan Carlos Gil comenta sobre un modelo disponible que permite obtener el empuje necesario introduciendo parámetros de diseño y señala la importancia de la propulsión eléctrica, junto a la nuclear, como tecnología clave para los próximos años.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5modelo empuje parámetros diseñopropulsión eléctrica tecnología clavepropulsión nuclear próximos añosmodelado teórico propulsión difícil…eran blaso, eran pic más fluido sin masa, pero claro, una vez que está la red entrenada, a toda caña, dicen que tardan 9.000 veces menos que la simulación chunga esta, la blaso ya decíamos que tardaba 4.000, ¿cómo era? 4 días en 800 núcleos O sea, esto es un Modelo que está disponible, que ahora vas con tus parámetros de diseño y te saca el empuje, lo cual es realmente bueno. Acabo Héctor, no me pongas esa cara. La propulsión eléctrica es la, junto a la nuclear, la tecnología clave de propulsión de los próximos años. Su modelado teórico es tremendamente difícil ¿y por qué? Pues porque plasmas, ¿vale? Plasmas nunca va acompañado de la palabra fácil, no se puede hacer esa frase en español. Por tanto necesitamos técnicas avanzadas como simulaciones de este tipo o aprendizaje automático, que ambas dos pues han funcionado fenomenal. Así que el futuro es…
Juan Carlos Gil explica una propuesta para viajes eficientes por el sistema solar, detallando cómo se podría usar un reactor nuclear para alimentar diferentes tipos de motores en la nave espacial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #5cohete propulsión nuclear térmica hernándezconservación momento cohete atmósfera juan carlosmini neptuno oxidante cohetefase atmosférica cohetescombustible cohete primer kilómetromotor nuclear hidrógeno atmósferaeficiencia motor nuclear gilmotores ramjet aceleran aire supersónicocristina hernández propulsor cohetes aireviaje sistema solar motores eficientesartículo coautora cristina hernándezreactor nuclear fase atmosféricamotor nuclear térmico hidrógenopropelente hidrógeno eficienciareactor nuclear alimentación motor eléctricomotor stirling generación electricidad reactorxenon propulsor reactor nuclear térmico…¿Quién te manda? No siento las piernas. Bueno, ¿qué más?, pregunta Cristina Hernández. Un cohete con propulsión nuclear térmica que tomara de la atmósfera el propulsor y almacenara algo para más arriba, tampoco puede escapar de un mini Neptuno. Aunque antes ya la gente grave y muerta, no sé si me pierdo algo, pero hay una última frase que no pillo, pero bueno, entiendo que la pregunta es si puedes, en vez de llevarte todo el oxidante contigo, lo puedes coger en la 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, por tanto en la fase atmosférica utilizar la idea de Cristina de coger aire y acelerarlo Una vez que hagamos los números y llevamos a un punto de transición en la que ya convendría utilizar hidrógeno por eficacia, pasaríamos a una fase de un motor nuclear térmico como el que os he comentado antes, con el mismo reactor nuclear Y entonces dejaríamos de coger oxígeno, aire, porque ya no hay lo suficiente y empezaríamos a utilizar como propulente hidrógeno que llevaríamos en La nave y una vez que gastásemos ese hidrógeno para acelerar lo máximo posible, luego podríamos seguir utilizando, por qué no, el reactor 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…
Juan Carlos Gil está escribiendo un paper sobre un motor que utiliza un único reactor nuclear para diferentes fases de viaje: atmosférica (con aire), con hidrógeno y alimentando un motor eléctrico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #4motor gil hernández reactor nuclearfases viaje reactor nuclearreactor nuclear fase atmosférica airereactor nuclear alimentando motor eléctrico…un lanzador, o sea, combinando diferentes motores para diferentes fases, como propone Juan Carlos. Quizás te podría dar la solución óptima. O sea, pones un cohete grande y luego una nave con una propulsión diferente para moverse luego en diferentes fases del Viaje y está dando ideas, espera que está probando ya el paper. Yo estoy escribiendo, el motor este de Gil, ¿cómo se llama ya Cristina? Que ahora estoy poniendo nombre. Utiliza el único reactor nuclear para las tres 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…