4 oct. 2018

EL MOTOR COHETE I - REVISIÓN HISTÓRICA

...Primer post de la serie que inicié en este post.

Como veremos el motor cohete es un motor absolutamente desastroso abocado a desaparecer. Lo traigo al blog por 3 motivos:
  • Primero porque es el primer motor que desarrolló el ser humano.
  • Segundo porque es el motor que permitió al hombre asomarse al universo.
  • Tercero porque es un motor extraordinariamente sencillo tanto como concepto, como sistema muy fácil de modelizar en términos matemáticos.
Y también porque es un motor que le tengo especial cariño. Todo empezó en la antigua China hace aproximadamente mil años. A alguien se le ocurrió llenar un trozo de bambú con pólvora, lo único que necesitaba el cohete para funcionar era que fuera estable. Y la solución fue sencilla, añadirle una varilla larga y fina, para que el centro de gravedad estuviera por debajo de la tobera, y ya tenemos el cohete pirotécnico que ya ha llegado a nuestros días:
Pero este diseño conseguía un empuje reducido porque los gases de escape no podían superar la velocidad del sonido, y solo encontró uso en los fuegos artificiales y en alguna aplicación militar. Pero como arma el cohete de pólvora competía a duras penas con su primo el cañón de pólvora, que revolucionó la guerra y aún hoy en día es la base de todas las armas de fuego.
Hubo que esperar a que a finales del siglo 19 el inventor sueco Gustav de Laval encontrara la solución al problema: la tobera convergente-divergente. Y con este sencillo descubrimiento el motor cohete se convirtió en el motor más sencillo y de mayor rendimiento térmico de cuantos existen. (Lo veremos en detalle más adelante).

Unos años después se empezó a teorizar sobre el uso de cohetes para viajar al espacio, mención especial merece la contribución teórica del ruso  Konstantin Tsiolkovsky. Varios pioneros desarrollaron motores cohete, siendo el norteamericano Robert Goddard el primero que sustituyó los explosivos sólidos como la pólvora por combustibles líquidos. Lo cual obliga a llevar un oxidante para impulsar el cohete, ya que los cohetes no toman oxígeno de la atmósfera para conseguir la combustión. La pólvora como cualquier explosivo lleva en su composición componentes que actúan de oxidante, pero si utilizas para la combustión un combustible como el queroseno o el hidrógeno necesitas un oxidante como el oxígeno para conseguir la combustión.

Por aquella época el alemán Fritz Opel (fundado de la casa de coches con el mismo nombre) fabricó una serie de prototipos de coches impulsado por motores cohete, en particular el Opel RAK 2 que os muestro en la siguiente foto gentileza de Opel:


El RAK 2 alcanzó en 1928 una velocidad de 238 km/h, que fue récord del mundo del momento.

Pero no sería hasta los años 30 que Alemania empezaría a desarrollar auténtico motores cohete potentes. Y un ingeniero destacó especialmente: Wernher von Braun. Y el fruto de toda esta investigación fue el cohete balístico V2:


Os resumo sus características principales (podéis encontrar toda la información adicional que queráis en Internet):
  • Propulsado por combustible líquido: etanol (con algo de agua) y oxígeno líquido.
  • Altitud de 206Km (en lanzamiento vertical). Esa altura corresponde a la última parte de la atmósfera, lo que se conoce como termosfera o ionosfera, y prácticamente se puede considerar como el espacio, ya que corresponde a las órbitas más bajas factibles para un satélite.
  • Velocidad máxima 1,600 m/s lo que le convertía en el primer vehículo claramente supersónico.
  • Sistema de guiado automático mediante aletas controladas por giróscopos. La precisión era modesta, del orden de kilómetros, pero no se puede pedir más en los inicios de la navegación inercial.
  • Un sistema de turbobombas para inyectar los propergoles en la cámara de combustión. Esta parte es probablemente la más compleja y revolucionaria de un V2, la solución técnica elegida es una turbina Walter de 720HP. Esta turbina se impulsa por vapor de agua a alta temperatura. Para generar el vapor este tipo de turbina utiliza la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno (H2O2, es decir agua oxigenada, sólo que el agua oxigenada que te venden en la farmacia tiene una concentración del 3% de peróxido).
  • Tobera refrigerada por los propergoles. Para el V2 se utilizaba en concreto el etanol.
  • Peso total 14500Kg, con una carga útil de 1000Kg.
Afortunadamente para los aliados el V2 llegó al final de la guerra, en septiembre de 1944. No obstante, los Nazis tuvieron suficiente tiempo para lanzar varios miles de V2 sobre los aliados, y debido a su velocidad supersónica no había medios para derribarlos, ni siquiera las víctimas podían oír como se aproximaba.

Al terminar la guerra los numerosos V2 sin lazar, y el equipo técnico que los desarrolló y fabricó fueron celosamente confiscados y expatriados por las principales potencias aliadas. A saber: Los Estados Unidos de América; La Unión Soviética; Reino Unido y Francia. Ayudando y facilitando enormemente la conquista del espacio como veremos en el siguiente post.

Continuación...

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