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Tamaño motores lanzadores
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202513 momentos
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Juan Carlos Gil explica las características necesarias para los motores de los lanzadores espaciales, destacando su tamaño y la necesidad de llevar tanto combustible como oxidante debido a la falta de oxígeno en el espacio.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica las características necesarias para los motores de los lanzadores espaciales, destacando su tamaño y la necesidad de llevar tanto combustible como oxidante debido a la falta de oxígeno en el espacio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1motores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadoreshidrógeno líquido como combustibleoxígeno líquido oxidante comúnmotor cohete desempeño eficiencia…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…
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 #19 · Palabras #5impulso 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 #4impulso específico motor coheteempuje motor peso toneladarelación no lineal motores cohete…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…
Juan Carlos Gil explica la interpretación del valor de 4000 segundos en el contexto del impulso específico de un motor.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12impulso específico motor juan carlos gileficacia motores iónicos misiones interplanetalesvalor 4000 segundos 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 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 GilPalabras #17motores 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 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 #5 · Palabras #3motor 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 introduce un nuevo tema relacionado con lanzadores y el concepto de velocidad de escape, recordando que se ha mencionado previamente en el podcast.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8velocidad escape tierra 112 kmlanzadores concepto velocidad escapevelocidad escape gases…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 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…
Juan Carlos Gil menciona una consecuencia poco conocida del tamaño planetario: si la Tierra fuera ocho veces más grande, sería imposible escapar de su gravedad incluso con los mejores motores nucleares.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9planeta doble radio límite supertierrastamaño planetario tecnología nuclearesmini neptunos atmósferas densasmotores antimateria warp exóticos…año para el 1 de abril, no he pensado en ningún paper, a ver si con eso se me ocurre algo. Uh, el 1 de abril está muy próximo, no nos da tiempo a escribir algo. No nos va a dar tiempo. Sujétame el cubat. Siempre nos pasa lo mismo, cada año nos pasa lo mismo. Bueno, quería mencionar esto por el hecho también poco conocido de que si nuestro planeta fuese simplemente el doble de radio, es decir, si fuese ocho veces más grande, no podríamos salir de él, ni siquiera con los mejores motores que conocemos ahora, que son los nucleares. Siga, esto no te asustes. Un planeta 8 veces más grande en masa, estamos hablando pues más o menos es el límite de las supertierras, más bien serían mini Neptunos porque los mini Neptunos tienen atmósferas muy densas. Bueno, pues de un mini Neptuno no seríamos capaces de salir con ninguna de las tecnologías que conocemos sin irnos a cosas exóticas como motores de antimateria o Warp de. Alcubierre, eso ni los menciono, ni los quería mencionar hoy. Space is hard, el espacio es difícil, y tenemos esa suerte de estar casi ahí en el hot spot que montando un bicho de 100 metros lleno, 98% del cohete lleno de combustible y quemándolo en dos…
Juan Carlos Gil introduce la posibilidad de alcanzar el espacio utilizando lanzadores electromagnéticos, describiéndolos como una especie de cañones de Gauss que podrían acelerar objetos a velocidades extremas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #15lanzadores electromagnéticos gaussvelocidad absurda km por segundoaceleración miles millones g scircuitería electrónica aceleraciones…tierra, por lo que sí creo que se titula y el Planeta 9 podría estar en esa situación, o sea, podría haber gente en el Planeta 9 atrapados allí sin poder salir Son una versión antrópica de un agujero negro, si vas, olvídate que ya no consigues salir Bueno, Y también quería mencionar, me lo he apuntado, que hay otras formas de alcanzar el espacio sin cohetes ¿Podemos? Es complicado, pero existe el concepto de lanzadores electromagnéticos, o sea, un pedazo cañón de Gauss que con un riel aceleras una cosa muy aerodinámica porque va a tener que atravesar la atmósfera; lo aceleras a una velocidad absurda, tiene que ser más de estos 40.000 km por segundo porque se te va a frenar en la atmósfera y bueno, en teoría podrías lanzar pequeñas cargas, nada biológico, estamos hablando de miles si no millones de G's. De hecho, teóricamente no se sabe si la circuitería electrónica actual conseguiría soportar esas aceleraciones; ese es un concepto completamente teórico. Hay una cosa muy fascinante sobre eso y es que la primera propuesta de viaje espacial en la ciencia ficción, que yo sepa, es la de Julio Verne, de la Tierra y la Luna, que era con un cañón, o sea, literalmente es eso mismo y con ese mismo problema de los G,…
Juan Carlos Gil explica cómo los satélites Boeing 702 SP se elevan a su órbita de trabajo utilizando motores eléctricos después de ser liberados por el lanzador.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #4satélites boeing 702 spmotores eléctricos lanzador boeingsmall platform satelital eléctrica…que luego tú encima podías embarcar la carga de pago que quisieses, que era completamente eléctrica, la serie Boeing 702P. Y al decir completamente eléctrica es muy relevante porque los satélites anteriores se orientaban con propulsores eléctricos pero No subían órbita, es decir, no alcanzaban la órbita de trabajo. Esas siguen utilizando motores químicos, por tanto tenías que llevar los dos. Bueno, pues estos 702 SP, creo que antes he dicho solo P, es SP, de Small Platform, SP, Small Platform, significaba, bueno, pues era completamente eléctrico. Una vez que el lanzador lo soltaba, en una órbita, ya sabéis, baja pero muy excéntrica, él subía a la órbita de trabajo mediante motor eléctrico, con lo cual tardaba meses. Y bueno, en esta década ya, en estos últimos 12 o así, pues esto: los motores eléctricos han arrasado en la órbita baja porque son los que utilizan las grandes megaconstelaciones como los 7.000 satélites, se dice pronto, 7 .000 satélites ya de Starlink y los…
Juan Carlos Gil describe los parámetros físicos que sirven de entrada para el modelo Hall NN, indicando que son trece en total, incluyendo el flujo de propelente y la diferencia de potencia de entrada.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #18modelo hall nn trece parámetrosflujo propelente motores efecto halldiferencia potencia entrada cátodo hall…porque las letras H-A-L eran cada una de ellas las anteriores a las siglas I -B-M. ¿Sí conocéis esa cosa extraña, no? Mucha gente lo dice como una verdad establecida, pero hasta donde yo sé es una especulación; eso no se ha confirmado por nadie, creo. Bueno, la entrada al modelo son 13, 13, nada menos, parámetros físicos de los motores de efecto Hall, incluyendo pues eso, el flujo de propelente, la diferencia de potencia de entrada en el cátodo, el tamaño del canal de descarga En fin, 13 cosas físicas y como os decía, da lugar a la salida, al impulso y a la corriente y al gasto eléctrico, vamos El modelo lo entrenaron, Aquí Sara empieza lo divertido para ti yo creo, con 18.000 puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin…
Héctor Socas continúa la discusión sobre métodos de propulsión espacial, respondiendo a la propuesta de Juan Carlos Gil sobre el uso de motores iónicos para viajes largos en el sistema solar.
Habla: Héctor SocasSignificado #3 · Palabras #6motores iónicos aceleración continualanzador combinando motores fasesvelocidad de la leche sistema solarjuan carlos gil propuesta propulsión…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 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…
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 GilSignificado #2 · Palabras #2lanzadores 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…