¿Qué es un motor criogénico?

Un motor criogénico es típicamente un motor de cohete diseñado para escapar de la gravedad de la Tierra para enviar sondas espaciadas o para levantar satélites en órbita. Utilizan combustibles líquidos que se enfrían a temperaturas muy bajas y que, de lo contrario, estarían en un estado gaseoso a una presión y temperatura atmosféricas normales, como el hidrógeno y el oxígeno. Estos combustibles se utilizan en uno de los dos diseños principales para producir fuerza propulsora. O bien el hidrógeno se vaporiza como combustible y se enciende mediante el oxidante de oxígeno para generar el empuje estándar de los cohetes calientes, o se mezclan para crear vapor súper caliente que sale de la boquilla del motor y crea empuje.

Actualmente, cinco naciones poseen sistemas de propulsión de motores criogénicos probados con éxito a partir de 2011. Estos incluyen Estados Unidos, Rusia y China, así como Francia y Japón. El trabajo en el Centro Aeroespacial Alemán en Lampoldshausen, Alemania, está en curso para desarrollar propulsión criogénica. India también ha probado en el campo un diseño de cohete criogénico en 2009, producido en la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO), que resultó en una falla catastrófica del vehículo de prueba.

La ingeniería criogénica para combustibles para cohetes ha existido desde al menos el diseño de la era de los años 60 del cohete Saturno V, utilizado por las misiones Apollo Moon de los Estados Unidos. Los motores principales del transbordador espacial estadounidense también usan combustibles almacenados criogénicamente, al igual que varios modelos tempranos de misiles balísticos intercontinentales (ICBM) utilizados como disuasivos nucleares por Rusia y China. Los cohetes de combustible líquido tienen mayor empuje y, por lo tanto, velocidad que sus homólogos de combustible sólido, pero se almacenan con tanques de combustible vacíos, ya que los combustibles pueden ser difíciles de mantener y deterioran las válvulas y los accesorios del motor con el tiempo. El uso de combustible criogénico como propulsor ha requerido instalaciones de almacenamiento para el combustible, de modo que pueda bombearse a los tanques de contención del motor del cohete cuando sea necesario. Dado que el tiempo de lanzamiento de los misiles que funcionan con un motor criogénico puede retrasarse hasta varias horas, y el almacenamiento de combustible es arriesgado, los EE. UU. Se convirtieron a todos los ICBM nucleares de combustible sólido en la década de 1980.

El hidrógeno líquido y el oxígeno líquido se almacenan a niveles de -423 ° Fahrenheit (-253 ° Celsius) y -297 ° Fahrenheit (-183 ° Celsius), respectivamente. Estos elementos se obtienen fácilmente y ofrecen una de las mayores tasas de conversión de energía de los combustibles líquidos para la propulsión de cohetes, por lo que se han convertido en los combustibles elegidos por todas las naciones que trabajan en diseños de motores criogénicos. También producen una de las tasas de impulso específicas más altas conocidas para la propulsión química de cohetes de hasta 450 segundos. El impulso específico es una medida de cambio en el momento por unidad de combustible consumido. Un cohete que genera 440 impulsos específicos, como un motor criogénico del transbordador espacial en el vacío, alcanzaría una velocidad de aproximadamente 9,900 millas por hora (15,840 kilómetros por hora), que es suficiente para mantenerlo en una órbita en descomposición alrededor de la Tierra por un tiempo Periodo de tiempo extendido.

Una nueva variación en los motores criogénicos es el Motor criogénico extensible común (CECE) que está desarrollando la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) en los Estados Unidos. Utiliza oxígeno líquido típico y combustible de hidrógeno, pero todo el motor en sí también está sobreenfriado. El combustible se mezcla para crear vapor sobrecalentado de 5.000 ° Fahrenheit (2.760 ° Celsius) como una forma de empuje de cohete que se puede acelerar hacia arriba y hacia abajo desde niveles de empuje ligeramente superiores al 100% al 10%, para maniobrar en entornos de aterrizaje como en la superficie de la luna. El motor se sometió a pruebas exitosas a finales de 2006, y puede usarse en futuras misiones tripuladas de Marte y de la Luna.