Cohetes espaciales

COHETES ESPACIALES

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INTRODUCCIÓN

El cohete espacial es la máquina que ha permitido al hombre salir de la Tierra para iniciar la gran exploración espacial. Estos utilizan un motor de combustión gracias al cual producen la energía cinética necesaria para la expansión de los gases, los cuales son lanzados a través de un tubo propulsor.  

El desarrollo de los cohetes deriva del descubrimiento de la pólvora por los antiguos alquimistas chinos taoístas y sus usos para distintos tipos de armas (flechas de fuego, bombas y cañones).

La primera noticia que se tiene de su uso es del año 1232 en China, durante la guerra de Kai-Keng, que enfrentó a chinos y mongoles. Sobre esta guerra, existen relatos del uso de cohetes llamados flechas de fuego voladoras. Estas armas consistían en  tubos llenos de pólvora, abiertos por un lado y fijados sobre una flecha que al encenderse producían llamas y humo que al escapar por la parte abierta impulsaban la flecha, razón por la cual se conocían comúnmente como “flechas de fuego”. [pic 2]

Los cohetes fueron introducidos en Europa por los árabes. Durante los siglos XV y XVI fue utilizado como arma incendiaria. Posteriormente, con el perfeccionamiento de la artillería, el cohete bélico desapareció hasta el siglo XIX, y fue utilizado nuevamente durante las Guerras Napoleónicas.

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que convirtieron al cohete en un sistema para impulsar vehículos aeroespaciales tripulados.

Robert Hutchings Goddard fue el responsable del primer vuelo de un cohete propulsado con combustible líquido (gasolina y oxígeno), el 16 de marzo de 1926, en Estados Unidos. Este cohete, aunque pequeño, ya tenía todos los principios de los modernos cohetes.

En julio de 1950 empezaron los vuelos espaciales con el lanzamiento del primer cohete desde Cabo Cañaveral, Florida. Se trataba del Bumper II que se convirtió en un ambicioso programa de cohetes de dos fases.

FUNCIONAMIENTO

El principio de funcionamiento del motor de cohete se basa en la tercera ley de Newton, la ley de la acción y reacción, que dice que "a toda acción le corresponde una reacción, con la misma intensidad, misma dirección y sentido contrario". [pic 3]

Esta combustión química produce potentes gases,  los cuales “tiran” con mucha fuerza el aire hacia abajo. Como según el principio de acción y reacción, a toda fuerza le corresponde otra de igual magnitud y dirección contraria, el aire impulsa al cohete con la misma fuerza que los potente gases ejercen fuerza sobre el aire de abajo.

Dado que la potencia con la se expulsan los gases en el cohete es muy grande, la reacción es de la misma magnitud y es lo que permite no solo levantar el cohete, sino alcanzar velocidades muy altas.

La propulsión en cohetes es distinta de otras formas de acelerar un objeto porque el sistema de aceleración está contenido en su totalidad dentro del objeto.

También influye la conservación del movimiento lineal, un principio que establece que cuando la fuerza neta aplicada a un cuerpo es nula, el momento lineal del cuerpo se mantiene constante. Antes de lanzamiento, el momento lineal del cohete es cero. Además, cuando se lanza en ausencia de fuerzas exteriores, el momento total del sistema, es decir, cohete y gases, sigue siendo cero: el momento lineal del cohete (m1, 1) es igual en módulo pero de sentido opuesto al de los gases (-m2, 2).[pic 4][pic 5]

APLICACIONES

Los cohetes como vehículo poseen dos características:

1. Su capacidad de alcanzar grandes velocidades y aceleraciones
2. Su capacidad de funcionar en el vacío.

• Uso militar: el cohete constituye un medio capaz de transportar una carga útil a grandes velocidades de un punto a otro. Como arma, un cohete puede transportar un explosivo (convencional o nuclear) a grandes distancias en un tiempo lo bastante corto como para coger al enemigo por sorpresa. El cohete presenta otras ventajas con respecto a los proyectiles: tiene un radio de acción más grande y su trayectoria puede ser controlada.

Existen cohetes militares (o misiles) de muy variado tamaño, potencia y radio de acción. Los pequeños pueden ser lanzados directamente por los soldados o desde vehículos en movimiento para atacar las aeronaves del enemigo y para atacar objetivos fijos con bastante precisión gracias a la capacidad de controlar su vuelo. Los misiles de gran tamaño se utilizan para bombardear las instalaciones introducidas en territorio enemigo sin necesidad de enviar tropas o aviones. Su gran velocidad también dificulta la intercepción.

• Uso civil: fuera del campo militar, el uso más importante de los cohetes es el de lanzar objetos al espacio exterior, normalmente poniéndolos en órbita en torno a la Tierra. Para este objetivo, el cohete es el único medio disponible. Por una parte, son los únicos vehículos capaces de alcanzar la velocidad necesaria para esta aplicación, y por la otra, solo el cohete es capaz de propulsarse en el vacío del espacio. Los otros vehículos necesitan un medio material sobre el que desplazarse, o bien obtienen algún elemento esencial para su funcionamiento del medio.

• Otro uso diferente es en los estudios de micro gravedad. Un cohete puede poner un objeto en una trayectoria balística fuera de la atmósfera, donde no será sometido a la fuerza de rozamiento del aire y estará, pues, en una situación de caída libre, equivalente a la ausencia de gravedad para muchos fenómenos físicos.

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MOTOR

La mayoría de las misiones espaciales han usado motores de reacción, conocidos como motores cohete, los cuales funcionan al expulsar gases, que guardan en la cámara de combustión, a la atmósfera. Es el motor más potente conocido y su relación peso/potencia lo convierte en el motor ideal para ser usado en naves espaciales.

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COMBUSTIBLE Y COMBURENTE

Por lo general, los combustibles más frecuentes  son el hidrógeno y el oxígeno. Estos pueden estar en estado sólido o líquido, e incluso hay unos motores de combustible híbrido. También puede utilizarse como combustible queroseno o hidrógeno líquido.

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